Świat kryzys paliwowy, przez które poszybowały w górę ceny benzyny i oleju napędowego, ponownie skłania do zastanowienia się nad innymi źródłami energii dla pojazdów. Dobrą alternatywą dla tradycyjnego paliwa jest alkohol. Jak dobry jest taki zamiennik i co można z tym zrobić silnik samochodowy mógłbyś nad tym popracować?
Alkohol ma szereg zalet w porównaniu z paliwem ropopochodnym i tylko jego wysoki koszt, małe wydzielanie ciepła, wysoka higroskopijność i wysoka zawartość aldehydów uniemożliwiają jego masowe zastosowanie jako paliwa do silników spalinowych. A zalety alkoholu są następujące.
| Wysokie właściwości przeciwstukowe (liczba oktanowa - ponad 100). Wprowadzenie etanolu do benzyny zapewnia wzrost liczby oktanowej. Każde 3% etanolu zmieszane z benzyną zapewnia wzrost liczby oktanowej paliwa średnio o 1 jednostkę. Oznacza to, że alkohol może być stosowany jako wysokooktanowy dodatek do paliwa. Zwiększa również odporność paliwa na detonację, ponieważ temperatura samozapłonu czystej benzyny wynosi 290 ° C, a jej mieszaniny z etanolem 425 ° C. | |
| Proces odparowywania rozpoczyna się o godz rurociąg wlotowy i kończy się w cylindrze podczas suwu sprężania, zapewniając chłodzenie części silnika - tłoków i zaworów - oraz pełniejsze napełnienie cylindrów świeżym ładunkiem (efekt sprężarki przy 5% wzroście mocy). | |
| Niezawodny zapłon od iskry elektrycznej przy znacznych zmianach składu palnej mieszanki (zakres palności według współczynnika nadmiaru powietrza dla alkoholu wynosi około 0,4 ... 1,7). | |
| Sprawność silnika, pracując na czystym alkoholu, jest wyższy niż na benzynie. | |
| Mniejsza toksyczność spalin. | |
| Niskie zagrożenie pożarowe. |
Adaptacja ICE
Istnieją dwa sposoby wykorzystania alkoholu jako paliwa silniki samochodowe- z częściową (do 20%) i całkowitą wymianą benzyny i oleju napędowego. Wysokie właściwości przeciwstukowe decydują o dominującym stosowaniu alkoholu w silnikach wewnętrzne spalanie z wymuszonym (iskrowym) zapłonem. Standardowy silnik nie musi być modyfikowany, aby działał na mieszaninie benzo-alkoholu.
JSC AvtoVAZ przetestował benzynę AI-95 z 10% zawartością etanolu pod kątem toksyczności, zużycia paliwa i zapewnienia dynamiki pojazdu bez ponownej regulacji silnika. Stwierdzono, że dodatek 10% alkoholu do benzyny prowadzi do zubożenia mieszanki paliwowo-powietrznej i nieznacznie pogarsza właściwości jezdne samochodu w prawie wszystkich trybach jazdy. W przypadku zmiany na AI-95E z 10% zawartością etanolu należy ponownie wyregulować gaźnik.
Zgodnie z wynikami testów laboratoryjnych AvtoVAZ stosowanie benzyny AI-95E o zawartości alkoholu 5% nie prowadzi do pogorszenia Charakterystyka wydajności pojazdu i nie wymaga zmian w oryginalnych ustawieniach silnika.
Ale do pracy na czystym alkoholu wymagany jest wzrost pojemności zbiornik paliwa i współczynnik kompresji do 12 - 14 jednostek. (aby w pełni wykorzystać odporność paliwa na stukanie) i obejście gaźnika lub przeprogramowanie ECU silnik wtryskowy. Mieszankę palną należy nieco wzbogacić: do spalenia 1 kg alkoholu potrzeba 9 kg powietrza, a do spalenia 1 kg benzyny - 14,93 kg.
Niska prężność par i wysokie ciepło parowania alkoholu sprawiają, że jest to praktyczne niemożliwe uruchomienie silniki benzynowe już w temperaturach środowisko poniżej +10°С. Aby poprawić właściwości rozruchowe, do alkoholu dodaje się 4 - 6% izopentanu (C5H12) lub 6 - 8% eteru dimetylowego (CH3-O-CH3 lub C2H6O), co zapewnia normalny rozruch silnika w temperaturach od -25 ° C i wyższych. W tym samym celu silniki alkoholowe są wyposażone w specjalne grzałki rozruchowe. W przypadku niestabilnej pracy silnika podczas zwiększone obciążenia(ze względu na słabe odparowanie alkoholu) stosuje się dodatkowe ogrzewanie mieszanka paliwowa wykorzystując na przykład gazy spalinowe.
Olej napędowy i alkohol
Przystosować się silnik wysokoprężny spalanie alkoholu w jego cylindrach jest znacznie trudniejsze. Politechnika Wiedeńska przeprowadziła badania eksperymentalne nad 4-cylindrowym silnikiem wysokoprężnym ciągnika firmy Steyr.
W związku z faktem, że liczba cetanowa niski poziom etanolu, silnik został dodatkowo wyposażony układ elektroniczny zapłon, a głowica cylindrów została zmodernizowana, aby pomieścić świece zapłonowe. Dodatkowo zmieniono geometryczny kształt komory spalania w denku tłoka, zamontowano nową pompę paliwa. wysokie ciśnienie, dysze i pompa wtryskowa paliwa o zwiększonej wydajności. Badania wykazały, że olej napędowy działa na etanol prawie bezdymnie. W porównaniu z pracą na oleju napędowym, emisja NOx jest mniejsza, co jest wynikiem spadku temperatury na skutek zwiększonego ciepła parowania etanolu. Emisja CO jest taka sama jak w przypadku benzyny ICE, emisja CH jest stosunkowo wysoka, ale można ją drastycznie zmniejszyć, stosując prosty konwerter utleniający. Po przejściu na olej napędowy dymienie i zużycie paliwa przerobionego silnika wysokoprężnego są znacznie wyższe niż pierwotnie. Zużycie objętościowe etanolu jest prawie 2-krotnie większe niż oleju napędowego, co wynika z jego niższej kaloryczności, a jednostkowe zmniejszone zużycie jest tylko nieznacznie większe.
Nie tylko producenci samochodów, ale także wyspecjalizowane firmy mogą modernizować silnik. Na przykład w Stanach Zjednoczonych silniki benzynowe i wysokoprężne są konwertowane na paliwa alternatywne przez firmę Jasper Engines and Transmissions. Silniki są przeprojektowywane z 8-cylindrowych w kształcie litery V na rzędowe 6- i 4-cylindrowe. Po konwersji silniki mogą pracować na metanolu, etanolu, sprężonym i skroplonym gazie ziemnym.
| Światowe doświadczenie | |
|
|
| alkohol paliwowy | |
|
|
| Charakterystyka procesu pracy silnika ZS przy pracy na mieszance oleju napędowego z etanolem oraz przy pracy na czystym oleju napędowym |
| Ukraińskie perspektywy | |
|
|
Przygotowane przez Jurija Gierasimczuka
Zdjęcie Siergieja Kuźmicza
Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.
Synteza metanolu z gazu ziemnego jest jednym z najbardziej wydajnych i przyjaznych dla środowiska istniejących procesy technologiczne. Nowoczesne fabryki do konwersji gazu ziemnego na metanol może pracować wydajność termiczna przekracza 71% i są prawie samowystarczalne. Są tak czyste, że jeden z dostawców procesu twierdzi, że większość emisji do atmosfery pochodzi z benzyny i oleju napędowego. ciężarówki transportowe i samochody dostawcze obsługujące zakład, a nie sam zakład.
Ponadto odpowiednio skonfigurowane instalacje metanolu mogą przynosić realne korzyści, zużywając dwutlenek węgla z innych źródeł, co powinno słusznie zwiększyć ich akceptację dla ekologów.
Metanol jest drugim najważniejszym półproduktem chemicznym po etanie/etylenie. Jego znaczenie w ostatnie lata wzrosła z powodu rekonfiguracji rafinerii, ponieważ ropa naftowa na całym świecie powoli, ale nieuchronnie staje się coraz cięższa. Metanol jest bardzo ważny jako surowiec chemiczny, ale jego zastosowanie jako paliwo silnikowe jest bardziej obiecujący.
W tym artykule obalimy dwa mity na temat metanolu jako paliwa silnikowego: 1) że metanol jest bardziej toksyczny niż inne paliwa silnikowe oraz 2) że głównym problemem jest niższa energia właściwa metanolu.
Zdrowie, bezpieczeństwo i środowisko — zalety metanolu
Niektórzy eksperci identyfikują metanol jako neurotoksynę, chociaż etanol jest również znaną neurotoksyną, podobnie jak niektóre substancje powszechnie występujące w benzynie. Wielu będzie zaskoczonych, gdy dowie się, że zarówno etanol, jak i benzyna są zwykle śmiertelne w niższych dawkach niż metanol. Ponadto metanol jest ogólnie lepszy pod każdym innym aspektem zdrowia, bezpieczeństwa i ochrony środowiska. W wody gruntowe ma okres półtrwania 1-7 dni, czyli 10-100 razy mniej niż niektóre substancje znajdujące się w benzynie.
Przyjęto paliwo metanolowe tory wyścigowe- głównie ze względu na więcej bezpieczeństwa; ich doskonała wydajność była sprawiedliwa dodatkowy bonus. Metanol pali się pięć razy wolniej niż benzyna i jest znacznie łatwiejszy do ugaszenia. Agencja Ochrony Środowiska (EPA) szacuje, że stosowanie metanolu spowoduje 95-procentową redukcję liczby ofiar śmiertelnych w wyniku pożarów pojazdów.
Pojazdy napędzane metanolem o niższej temperaturze spalania emitują nieco mniej dwutlenku węgla, znacznie mniej węglowodorów i znacznie mniej związków NOx w porównaniu z ich odpowiednikami benzynowymi. Jest to szczególnie atrakcyjne, ponieważ NOx są najbardziej rygorystycznymi kryteriami redukcji zanieczyszczeń. Paliwo metanolowe mogłoby wyeliminować nieporęczne, zużywające mocznik systemy selektywnej redukcji katalitycznej, które są obecnie instalowane w większości silniki Diesla.
Specyficzna energia
Innym powszechnym mitem jest to, że niższa energia właściwa metanolu stawia go na niższym miejscu wśród potencjalnych paliw silnikowych. Przy odpowiedniej optymalizacji układów niektóre paliwa, w szczególności metanol, mogą być przetwarzane na energię mechaniczną ze znacznie wyższą sprawnością niż inne.
Nawet te pojazdy, które są zaprojektowane jako pojazdy benzynowe lub wielopaliwowe, muszą być w stanie w pewnym stopniu wykorzystać wysoką liczbę oktanową metanolu i osiągać większe przyrosty przebiegów, niż można by oczekiwać na podstawie samej energochłonności. Pewien obywatel przestawił swój samochód na 100-procentowe paliwo metanolowe, dostosowując oprogramowanie do zarządzania silnikiem i zastępując je uszczelnieniem paliwowym za 41 centów. Moc tego samochodu wzrosła o 10%, a oszczędność paliwa w dolarach na milę wzrosła o 40% w porównaniu z benzyną. Pojazdy nadające się do określonego celu (tj. na paliwa inne niż wielopaliwowe lub na przetworzone paliwa konwencjonalne) powinny osiągać znacznie lepsze wyniki.
Niektórzy kierowcy ciężarówek doposażają swoje pojazdy w układy wtrysku metanolu i wody w niezmodyfikowanych silnikach wysokoprężnych, odnotowując znaczny wzrost oszczędności o 20 do 30% w porównaniu z olejem napędowym! To znacząca kwota dla samochodu, który zużywa około 20 000 galonów paliwa rocznie. Zmierzona moc wzrosła nawet o 75%, a moment obrotowy o 65%: naprawdę oszałamiające liczby.
Wyspecjalizowane pojazdy napędzane metanolem mogą pracować o 25-30% wydajniej niż tradycyjne silniki benzynowe i mniej więcej taką samą moc jak silniki wysokoprężne. Aktualne ceny dla metanolu, biorąc pod uwagę równomierność poziomów energii, odpowiada 2,60 USD/galon benzyny luzem. Ale jeśli metanol jest o 25% wydajniejszy niż benzyna, to odpowiednio Cena hurtowa metanol w ekwiwalencie benzyny kosztuje 2,09 USD. W chwili pisania tego tekstu cena hurtowa benzyny wynosi 3,10 USD. Ale jak metanol wypada w porównaniu z konkurencyjnymi paliwami?
Metanol a skroplony gaz ziemny (LNG)
LNG bez wątpienia może napędzać pojazdy. Jednak w przypadku konsumenta samochody kosztem większej masy, mniejszego zasięgu, dłuższych czasów tankowania, a także mniejszej ładowności, znacznie wyższych kosztów pojazdów oraz znacznych modyfikacji i inwestycji wymaganych w infrastrukturze tankowania. Przejście samochodów osobowych na LNG jest prawie 30-40 razy droższe niż na metanol. Jedyny dostępny na rynku samochód osobowy zasilany CNG - Honda Civic GX sprzedaje się za 7500 dolarów więcej niż podobnie wyposażony Civic na benzynę. Stacje tankowania LNG kosztują około dwa razy więcej niż stacje tankowania cieczy.
Metanol kontra etanol
Etanol jest porównywalny z metanolem pod względem wydajności transportu konsumenckiego, ale nie ma sprawdzonego procesu przetwarzania gazu w etanol, który byłby porównywalny pod względem wydajności z przetwarzaniem gazu w metanol. Zarówno entuzjazm społeczny, jak i dotacje rządowe dla etanolu z kukurydzy wysychają.
Celanese ogłosił technologię, która obiecuje wydajność konwersji gazu do etanolu porównywalną z istniejącymi technologiami konwersji gazu do metanolu. Ale pozostaje niesprawdzony na skalę komercyjną, będąc opatentowaną technologią. Tymczasem wysoce wydajna technologia zamiany gazu na metanol jest dostępna u kilku dostawców i od wielu lat sprawdza się komercyjnie.
Metanol w porównaniu z konwencjonalnymi paliwami silnikowymi
Otwarte pozostaje pytanie, czy metanol może konkurować z konwencjonalnymi benzynami i olejami napędowymi. W obecnych warunkach odpowiedź brzmi: tak bez zastrzeżeń. Współczesne zainteresowanie metanolem rozpoczęło się w 1976 roku jako zamiennik ołowiu jako wzmacniacza liczby oktanowej. Jednym z rezultatów jest program pojazdów California M85 na metanol (85% metanolu, 15% dodatku, zazwyczaj benzyna), który trwał od 1982 do 2005 roku. Początkowo były to specjalistyczne pojazdy napędzane metanolem (nie wielopaliwowe) obejmujące całą gamę od samochodów osobowych po samochody dostawcze i autobusy.
Staranna konserwacja i zapisy były prowadzone zarówno dla pojazdów na bazie metanolu, jak i dla grupy kontrolnej pojazdów benzynowych. Przebiegi na metanolu były mniejsze, ale emisje pojazdów na metanol były na tym samym poziomie lub nawet lepsze.
Stwierdzono, że emisje metanolu są mniej korzystne pod względem tworzenia się ozonu. Pojazdy napędzane metanolem przyspieszały od 0 do 100 km/h prawie o sekundę szybciej niż pojazdy benzynowe, co stanowiło znaczną poprawę.
Program został zakończony w 2005 roku. Niektórzy przytaczają koniec programu kalifornijskiego jako dowód na to, że metanol nie nadaje się jako paliwo silnikowe, ale w rzeczywistości właściciele pojazdów byli zadowoleni z osiągów swoich pojazdów. Ich głównym zarzutem był brak stacji benzynowych – w całym stanie zainstalowano ich zaledwie 100. W rezultacie w 1992 roku program przeszedł na pojazdy napędzane paliwem M85. Bez wątpienia trudno było utrzymać program w czasie, gdy ceny ropy spadały lub były niskie. Być może najważniejszym czynnikiem był brak metanolu w środowisku naturalnym, w przeciwieństwie do etanolu z kukurydzy. W 1989 roku EPA postawiła metanol w niekorzystnej sytuacji, uchylając wymagania dotyczące emisji oparów etanolu, ale nie metanolu. Nie ma żadnego uzasadnienia dla tego działania.
Technicznie rzecz biorąc, do 15% metanolu można stosować w benzynie bez żadnych modyfikacji, a do 100% przy szacunkowym koszcie zaledwie 210 USD w przypadku nowych pojazdów wielopaliwowych (chociaż, jak wspomniano, to samo można zrobić znacznie niższym kosztem ). Te skromne koszty najprawdopodobniej byłyby znikome, gdyby produkcja masowa pojazdy na metanol. Ponieważ metanol jest cieczą, podobnie jak obecnie stosowane paliwa, istniejąca infrastruktura do tankowania może zostać przekształcona w metanol z niewielkimi modyfikacjami. Nowe stacje benzynowe z metanolem będą prawdopodobnie tylko o ułamek droższe od tradycyjnych.
Chociaż niniejszy artykuł koncentruje się na samochodach osobowych, w których metanol wyraźnie przewyższa alternatywy, a przynajmniej może konkurować z paliwami konwencjonalnymi, odnotowujemy propozycje zastąpienia ciężkich silników Diesla silnikami spalinowymi metanolu o zapłon iskrowy. Wyjątkowo wysoka liczba oktanowa metanolu może skutkować w silnikach o równoważnej wydajności przy połowie pojemności skokowej dzisiejszych gigantów wysokoprężnych, co skutkuje oszczędnością masy i poprawą osiągów na drodze od 4 do 9%.
USA i Chiny
Stany Zjednoczone zwiększają obecnie produkcję metanolu. Od czasu gwałtownego wzrostu cen gazu ziemnego w 2000 roku, niegdyś światowej klasy przemysł metanolowy w USA importuje obecnie około 80% krajowego popytu. Ale teraz z większością niskie ceny dla gazu ziemnego poza Bliskim Wschodem, głównym producentem metanolu ponownie staną się Stany Zjednoczone. Uruchomiono ponownie dwie fabryki, jedną przeniesiono z Chile, a jeden z głównych odbiorców metanolu ogłosił budowę nowej fabryki.
Do 2015 r. Stany Zjednoczone będą bliskie zaspokojenia własnego zapotrzebowania. W nadchodzących miesiącach prawdopodobnie pojawią się inne ogłoszenia o nowych zakładach, co może spowodować, że Stany Zjednoczone ponownie będą w stanie produkować metanol na eksport.
Podczas gdy Stanom Zjednoczonym brakuje etanolu na bazie kukurydzy, Chiny posuwają się naprzód w szybkim tempie w produkcji metanolowego paliwa silnikowego. Mieszanki metanolu są dostępne od M5 do M100, przy czym najpopularniejszy jest M15. W 2007 roku było 770 metanolu stacja benzynowa; obecne liczby prawdopodobnie będą wielokrotnie wyższe niż ta liczba. Wzrost zapewniają małe i regionalne firmy – PetroChina i Sinopec nie wykazują większego zainteresowania ze względu na nadwyżki mocy przerobowych. Ale rzeczywiste ilości prawdopodobnie znacznie przekroczą oficjalne zapotrzebowanie na paliwa silnikowe zawierające metanol, ponieważ ekonomika mieszanek metanolu jest bardzo atrakcyjna. Powszechnie wiadomo, że wolny rynek w Chinach żyje i ma się dobrze. To źle, że metanol jest osaczony w USA z powodu uzależnienia od etanolu i wznoszenia przed nim barier. Mimo dość chłodnej postawy i być może odrzucenia ze strony miejscowych duże firmy, w Chinach, na najszybciej rozwijającym się rynku paliw silnikowych na świecie, wdrożono normy M15 i M85.
Inne korzyści. Przyszły
Jaki jest potencjał metanolu pochodzącego z gazu ziemnego, aby zadać znaczący cios importowi płynów w USA? Przekierowując 17% obecnie produkowanego gazu ziemnego na produkcję metanolu, można by wyeliminować 10% importu płynów płynnych w USA. Wymagałoby to budowy 43 fabryk metanolu kosztem około 53 miliardów dolarów.Budżet inwestycyjny USA dla przemysłu przetwórczego na lata 2005-2010 wyniósł około 53 miliardów dolarów.Ale w przeciwieństwie do pojazdów napędzanych energią odnawialną lub CNG, przy obecnych cenach benzyny , metanol i gaz ziemny nie muszą ubiegać się o dotacje, a zakłady mogą spłacić się w ciągu 3 do 5 lat, jednocześnie nadal osiągając doskonałe zyski przez szacowany 30-letni okres eksploatacji. I to bez uwzględnienia wszystkich kosztów związanych z wydobyciem ropy na Bliskim Wschodzie.
Paliwo silnikowe oparte na metanolu pochodzące z gazu ziemnego to nasza teraźniejszość, aw przyszłości mogą pojawić się inne opcje. Metanol produkowany jest głównie z gazu ziemnego, ale można go również pozyskać z biomasy – znacznie wydajniej niż etanol. Szacuje się, że emisje ekwiwalentu dwutlenku węgla przy produkcji metanolu z biomasy stanowią jedną dziesiątą emisji etanolu z kukurydzy. Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi są ostatnio postrzegane jako zbawiciele rynku paliw silnikowych.
Powszechnie wiadomo, że największym problemem pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi jest bardzo złożone i trudne przejście na infrastrukturę tankowania wodoru. Ale metanol jest doskonałym nośnikiem energii dla ogniw paliwowych, a infrastruktura do ich tankowania jest znacznie łatwiejsza do zorganizowania. Przyszłość ogniw paliwowych może nie być tak odległa, ale pozyskiwanie metanolu z gazu ziemnego istnieje już dzisiaj.
Metanol jako paliwo w silnikach spalinowych (ICE)
W przeciwieństwie do benzyny, która jest złożoną mieszaniną różnych węglowodorów zawierającą pewne dodatki, metanol jest prosty związek chemiczny. Pod względem zawartości energii jest dwukrotnie gorszy od benzyny. Oznacza to, że 2 litry metanolu zawierają taką samą ilość energii jak 1 litr benzyny. Jednak chociaż metanol zawiera mniej energii niż benzyna, jego liczba oktanowa (100) jest wyższa niż benzyny. Liczba ta jest średnią liczby oktanowej uzyskanej metodami badawczymi (107) i motoryzacyjnymi (92). Oznacza to, że palną mieszaninę można skompresować do mniejszej objętości przed zapłonem. Pozwala to silnikowi pracować przy wyższym stopniu sprężania (10-11)/1 [w porównaniu z (8-9)/1 dla silnika benzynowego], a tym samym poprawia wydajność w porównaniu z silnikiem benzynowym. Wydajność zwiększa się również poprzez poprawę „szybkości rozprzestrzeniania się płomienia”, co zapewnia szybsze i pełniejsze spalanie paliwa w cylindrach. Na podstawie tych czynników można wyjaśnić, dlaczego w przypadku silnika o tej samej mocy nie jest konieczne pobieranie dwukrotnie większej ilości metanolu niż benzyny, chociaż metanol ma dwukrotnie większą gęstość pod względem gęstości energetycznej. gorzej niż benzyna. Zasada ta jest przestrzegana nawet w przypadku silników, które nie zostały specjalnie zaprojektowane na paliwo metanolowe, ale są nieznacznie zmodyfikowanymi silnikami benzynowymi. Jednak silniki zaprojektowane na paliwo metanolowe zapewniają lepszą oszczędność paliwa. Ciepło utajone parowania metanolu jest około 3,7 razy wyższe niż ciepło benzyny, więc metanol pochłania znacznie więcej ciepła, gdy przechodzi ze stanu ciekłego do gazowego. Ułatwia to odprowadzanie ciepła z silnika i umożliwia stosowanie chłodnic powietrza zamiast cięższych systemów płaszcza wodnego.
Można się spodziewać, że w przyszłości równoważna wymiana samochodów z silniki benzynowe będą to maszyny przystosowane do pracy na metanolu, wyposażone w mniejszy i lżejszy blok silnika. Będą się różnić bardziej miękkimi wymaganiami dla układu chłodzenia, lepsze przyspieszenie i odległości podróży. Ponadto pojazdy napędzane metanolem emitują niskie stężenia zanieczyszczeń powietrza, takich jak węglowodory, NO x , SO 2 i cząstki stałe.
Niektóre problemy wynikające głównie z charakterystyki właściwości chemicznych i fizycznych metanolu wciąż czekają na rozwiązanie. Metanol, podobnie jak etanol, miesza się z wodą w dowolnym stosunku. Ma duży moment dipolowy, a także wysoką stałą dielektryczną i dlatego jest dobrym rozpuszczalnikiem związków jonowych, takich jak kwasy, zasady, sole (z których wszystkie zaostrzają problemy z korozją) i niektórych tworzyw sztucznych. Z drugiej strony należy pamiętać, że benzyna, jak już zauważyliśmy, jest złożoną mieszaniną węglowodorów, z których większość charakteryzuje się niskim momentem dipolowym, niską stałą dielektryczną i niemożnością mieszania się z wodą. Dlatego benzyna jest dobrym rozpuszczalnikiem dla związków niepolarnych, które tworzą wiązania kowalencyjne.
Można śmiało powiedzieć, że ze względu na różnice w właściwości chemiczne benzyna i metanol, niektóre materiały używane do napełniania i przechowywania benzyny, do produkcji urządzeń i złączy, często nie nadają się do użycia z metanolem. Na przykład metanol może powodować korozję niektórych metali, w tym aluminium, cynku i magnezu, chociaż nie atakuje stali ani żeliwa. Metanol może również wchodzić w reakcje z niektórymi tworzywami sztucznymi, oponami i uszczelkami, powodując ich mięknięcie, pęcznienie lub kruszenie się i pękanie, co ostatecznie prowadzi do wycieków lub nieprawidłowego działania. Dlatego instalacje przeznaczone wyłącznie na metanol powinny różnić się od tych przeznaczonych na benzynę, chociaż różnica w cenie raczej nie będzie zauważalna. Istnieją już pewne rodzaje olejów i smarów do silników, które są kompatybilne z metanolem, ale rozwój tych materiałów musi być kontynuowany.
W przypadku stosowania czystego metanolu mogą wystąpić problemy z rozruchem na zimno, ponieważ paliwo to nie zawiera silnie lotnych związków (butan, izobutan, propan) występujących w benzynie, które wydzielają łatwopalne opary do silnika nawet w najzimniejszych warunkach. Problem ten najczęściej rozwiązuje się dodając do metanolu więcej lotnych składników. Na przykład w pojazdach z elastycznym system paliwowy stosuje się mieszaninę M85 zawierającą 15% benzyny. Zawartość oparów wystarcza do uruchomienia silnika nawet w najzimniejszych warunkach klimatycznych. Inną opcją jest tworzenie dodatkowe urządzenie do odparowywania lub rozpylania metanolu na małe kropelki, które są łatwiejsze do zapalenia. Problemy techniczne zawsze pojawiają się w rozwoju każdej nowej technologii. Jednak trudności techniczne, które stoją na drodze do wprowadzenia metanolu jako składnika mieszanek paliwowych lub jako zamiennik benzyny w pojazdach z silnikami spalinowymi należą do problemów dość łatwych do rozwiązania, a ponadto rozwiązania zostały już znalezione dla większości problemów.
Wysokie właściwości przeciwstukowe metanolu w połączeniu z możliwością jego produkcji z surowców nieropopochodnych pozwalają uznać ten produkt za obiecujący wysokooktanowy składnik benzyn silnikowych. Optymalny dodatek metanolu wynosi od 5 do 20%; przy takich stężeniach mieszanka benzynowo-alkoholowa charakteryzuje się zadowalającymi właściwościami użytkowymi i daje zauważalny efekt ekonomiczny. Dodatek metanolu obniża kaloryczność paliwa i współczynnik stechiometryczny przy niewielkich zmianach kaloryczności mieszanki.
Ze względu na zmianę charakterystyki stechiometrycznej zastosowanie 15% dodatku metanolu (mieszanka M15) w standardowym układzie zasilania prowadzi do zubożenia mieszanki paliwowo-powietrznej o około 7%. Jednocześnie wprowadzenie metanolu zwiększa liczbę oktanową paliwa (średnio o 3-8 jednostek dla 15% dodatku), co umożliwia kompensację pogorszenia parametrów energetycznych poprzez zwiększenie stopnia sprężania. Jednocześnie metanol poprawia proces spalania paliwa dzięki powstawaniu rodników aktywujących łańcuchowe reakcje utleniania. Badania spalania mieszanek benzynowo-metanolowych w silnikach jednocylindrowych ze standardowym i warstwowym układem tworzenia mieszanki wykazały, że dodatek metanolu skraca czas opóźnienia zapłonu i czas spalania paliwa. W tym przypadku zmniejsza się odprowadzanie ciepła ze strefy reakcji, a granica wyczerpania mieszaniny rozszerza się i osiąga maksimum dla czystego metanolu.
Cechy właściwości użytkowych metanolu przejawiają się również w przypadku stosowania go w mieszaninie z benzyną. Na przykład efektywna wydajność silnika i wzrost jego mocy, ale oszczędność paliwa podczas pogarszania się. Według danych uzyskanych na instalacji jednocylindrowej, przy e = 8,6 i n = 2000 min-1 dla mieszaniny M20 (20% metanol) w zakresie k = 1,0–1,3, efektywność efektywna wzrasta o około 3% , moc - o 3-4%, a zużycie paliwa wzrasta o 8-10%.
Do zimnego rozruchu silnika przy dużej zawartości metanolu w mieszance paliwowej lub niskich temperaturach stosuje się elektryczne podgrzewanie powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej, częściową recyrkulację gorących spalin, dodatki lotnych składników do paliwa i inne środki .
Dodatki metanolu do benzyny generalnie przyczyniają się do poprawy właściwości toksycznych samochodu. Na przykład w badaniach przeprowadzonych na grupie 14 samochodów o przebiegu od 5 do 120 tys. km dodatek 10% metanolu zmienił emisję węglowodorów zarówno w górę o 41%, jak i spadek o 26%, co daje średnio 1% wzrost ¬tion. Jednocześnie emisja CO i NOx spadła średnio odpowiednio o 38 i 8% dla całej grupy pojazdów.
Jeden z najbardziej poważne problemy utrudnia stosowanie dodatków metanolowych niska stabilność mieszanin benzyny z metanolem, a zwłaszcza ich wrażliwości na wodę. Różnica gęstości benzyny i metanolu oraz duża rozpuszczalność tego ostatniego w wodzie powodują, że wnikanie nawet niewielkich ilości wody do mieszaniny prowadzi do jej natychmiastowego rozdzielenia i wytrącenia fazy wodno-metanolowej. Skłonność do rozwarstwiania wzrasta wraz ze spadkiem temperatury, wzrostem stężenia wody i spadkiem zawartości związków aromatycznych w benzynie. Na przykład przy zawartości od 0,2 do 1,0% (obj.) wody w mieszance paliwowej temperatura separacji wzrasta od -20 do +10 ° C, tj. Taka mieszanina praktycznie nie nadaje się do pracy. Poniżej przedstawiono graniczne stężenia wody Skr w różnych mieszankach benzyna-metanol:
Do stabilizacji mieszanin benzyna-metanol stosuje się dodatki - propanol, izopropanol, izobutanol i inne alkohole. Przy zawartości wody 600 ppm zmętnienie konwencjonalnej mieszaniny M15 zaczyna się już przy -9°C, przy -17°C mieszanina rozdziela się, a przy -20°C następuje prawie całkowita destabilizacja. Dodatek 1% izopropanolu obniża temperaturę separacji o prawie 10°C, a dodatek 25% utrzymuje stabilność mieszanin M15 nawet przy niska zawartość związków aromatycznych w benzynie do prawie -40°C w szeroki zasięg Zawartość wody.
W połączeniu z wysoki koszt oraz ograniczonej produkcji stabilizatorów do mieszanek benzynowo-metanolowych, zaproponowano zastosowanie mieszaniny alkoholi, głównie izobutanolu, propanolu i etanolu. Taki dodatek stabilizujący można otrzymać w jednym cyklu technologicznym wspólnej produkcji metanolu i wyższych alkoholi. Dodatek nawet niewielkich ilości metanolu zmienia skład frakcyjny paliwa. W rezultacie występuje zwiększona tendencja do blokowania się oparów w przewodach paliwowych, chociaż jest to praktycznie eliminowane w przypadku czystego metanolu ze względu na wysokie ciepło parowania. Z obliczeń wynika, że dla 10% mieszanki metanolu z benzyną tworzenie się korków parowych jest możliwe przy temperaturach otoczenia o 8–11°C niższych niż dla paliwa bazowego. Korekta składu frakcyjnego paliwa bazowego jest możliwa poprzez zmniejszenie zawartości składników lekkich z uwzględnieniem późniejszego dodatku metanolu.
Aktywność korozyjna mieszanek benzynowo-metanolowych jest znacznie mniejsza niż czystego metanolu, jednak w niektórych przypadkach jest znaczna i silnie uzależniona od obecności wody. Na przykład w mieszaninach zawierających 10-15% metanolu stal, mosiądz i miedź nie korodują, podczas gdy aluminium koroduje powoli ze zmianą koloru.
Za granicą w silniki gaźnikowe mieszaniny 10-20% etanolu z benzynami naftowymi, które otrzymały nazwę „gazohol”, znalazły praktyczne zastosowanie. Według normy ASTM opracowanej przez US National Alcohol Fuels Commission, gazohol z 10% etanolem charakteryzuje się następującymi wskaźnikami: gęstość 730-760 kg/m kJ/kg, prężność par nasyconych (38°C) 55-110 kPa, lepkość (–40°C) 0,6 mm2/s, współczynnik stechiometryczny 14. Tak więc pod wieloma względami gazohol odpowiada benzynie silnikowej.
W przypadku stosowania zalanego etanolu w niskich temperaturach otoczenia, aby zapobiec separacji, konieczne jest wprowadzenie do mieszaniny stabilizatorów, którymi są np. propanol, sec-propanol, izobutanol itp. Zatem dodatek 2,5–3,0% izobutanolu zapewnia mieszaniny etanolu, zawierającej 5% wody, z benzyną w temperaturach do -20°C.
Gasohol najbardziej rozpowszechniony jest w Brazylii, gdzie od 1975 roku realizowany jest rządowy program wykorzystania odnawialnych źródeł surowców roślinnych do produkcji etanolu i wykorzystania go jako paliwa samochodowego. Liczba samochodów jeżdżących w tym kraju na etanol i gazohol wynosiła w 1980 roku. 2411 i 775 tysięcy sztuk. odpowiednio. Do 2000 r. z przewidywanej floty samochodów osobowych w Brazylii na poziomie 19-24 mln sztuk. od 11 do 14 mln powinno być eksploatowanych na paliwach alkoholowych.W USA przy 1000 dystrybutorów w 20 stanach samochody są napełniane gazoholem zawierającym 10-20% etanolu.
W krajach europejskich z upośledzony produkcji etanolu i jego wysokich kosztów, coraz większym zainteresowaniem cieszy się stosowanie dodatków do metanolu. Największe wykorzystanie metanolu jako paliwa silnikowego i jego składników miało miejsce w Niemczech. W ramach trzyletniego federalnego programu badań nad alternatywnymi źródłami energii w latach 1979-1982. w Niemczech ponad 1000 pojazdów było eksploatowanych na paliwach alternatywnych, głównie metanolu i mieszankach benzynowo-metanolowych. Dostosowano 850 pojazdów do pracy na mieszance M15, 120 na mieszance M100 i 100 na olej napędowy z dodatkiem metanolu. Mieszanka M100 to 95% metanolu, pozostałe 5% to lekkie frakcje benzyny (najczęściej izopentan), które są niezbędne do ułatwienia rozruchu silnika. W przypadku eksploatacji zimowej zawartość frakcji benzyny wzrasta do 8-9%, podczas gdy zawartość wody w mieszance jest dozwolona nie więcej niż 1%.
Mieszanka M15 85% frakcji benzyny zawiera co najmniej 45% węglowodorów aromatycznych; zawartość tetraetyloołów w mieszaninie nie przekracza 0,15 g/kg, a wody - w granicach 0,10% (praktycznie 0,05-0,06%). Mieszanka M15 zawiera również dodatki antykorozyjne.
W wielu krajach eter metylowo-tert-butylowy (MTBE) jest stosowany jako dodatek rozszerzający zasoby benzyn wysokooktanowych. Jego skuteczność przeciwstukowa jest 3-4 razy wyższa niż alkilobenzenu, dzięki czemu przy pomocy eteru można uzyskać Szeroka gama bezołowiowe benzyny wysokooktanowe. Eter metylowo-tert-butylowy charakteryzuje się następującymi parametrami: gęstość 740 - 750 kg/m3, temperatura wrzenia 48 - 55°C, prężność pary nasyconej (25°C) 32,2 kPa, wartość opałowa 35,2 MJ/kg, liczba oktanowa 95- 110 ( metoda motoryczna) i 115-135 (metoda badawcza). Eter wykazuje najwyższą skuteczność przeciwstukową w składzie benzyn z bezpośredniej destylacji i reformingu katalitycznego w zwykłym trybie.
Benzyny krajowe A-76 i AI-92 z dodatkami odpowiednio 8 i 11% eteru metylowo-tert-butylowego spełniają wymagania GOST 2084-77 pod każdym względem i pod względem zestawu metod oceny kwalifikacji wykazały najlepsze właściwości użytkowe . Benzyny z dodatkiem eteru charakteryzują się dobrymi właściwościami rozruchowymi i przy niskich prędkościach obrotowych silnika mają wyższą rzeczywistą liczbę oktanową w porównaniu z benzynami komercyjnymi.
Oszczędność paliwa i osiągi silnika podczas pracy na benzynie z eterem są na poziomie benzyny komercyjnej. Jednocześnie nieco zmniejsza się toksyczność spalin, głównie dzięki zmniejszeniu emisji tlenku węgla. Nie obserwuje się zmian i zakłóceń w stanie i pracy układów silnika podczas stosowania benzyny z eterem.
5. Bycie na łonie natury
6. Opieka zdrowotna
7.
Przy stosowaniu metanolu jako paliwa należy zauważyć, że objętościowe i masowe zużycie energii metanolu jest o 40-50% mniejsze niż benzyny, jednak moc cieplna alkoholu-powietrza i benzyny mieszanki paliwowo-powietrzne podczas ich spalania w silniku różni się nieznacznie, ponieważ duża wartość ciepła parowania metanolu poprawia napełnianie cylindrów silnika i zmniejsza jego gęstość cieplną, co prowadzi do wzrostu zupełności spalania mieszanki alkoholowo-powietrznej . W rezultacie wzrost mocy silnika wzrasta o 10-15%. Silniki samochody wyścigowe Paliwa z metanolem o wyższej liczbie oktanowej niż benzyna mają stopień sprężania przekraczający 15:1, podczas gdy konwencjonalne silniki z zapłonem iskrowym zwykle nie przekraczają 11,5:1 dla benzyny bezołowiowej. metanol może być stosowany zarówno w klasycznych silnikach spalinowych, jak i specjalnych ogniwa paliwowe aby uzyskać prąd.
Wady:
- metanol wytrawiać aluminium. Problematyczne jest stosowanie aluminiowych gaźników i układów wtryskowych do zasilania paliwem silników spalinowych.
- hydrofilowość. metanol zasysa wodę, co powoduje zatykanie układów zasilania paliwem w postaci galaretowatych trujących osadów.
- metanol, podobnie jak etanol, wzrasta wydajność opary tworzyw sztucznych dla niektórych tworzyw sztucznych. Ta cecha metanolu zwiększa ryzyko zwiększonej emisji lotnych substancji organicznych, co może prowadzić do spadku stężenia ozonu i wzrostu promieniowania słonecznego.
- zmniejszona zmienność przy zimna pogoda: Silniki zasilane metanolem mogą mieć problemy z uruchomieniem i mogą wykazywać zwiększone zużycie paliwa przed osiągnięciem temperatury roboczej.
Niski poziom zanieczyszczeń metanolem można stosować w istniejących paliwach samochodowych przy użyciu odpowiednich inhibitorów korozji. T. n. Europejska dyrektywa w sprawie jakości paliw dopuszcza stosowanie do 3% metanolu z taką samą ilością dodatków w benzynie sprzedawanej w Europie. Obecnie Chiny zużywają ponad 1000 milionów galonów metanolu rocznie jako paliwo transportowe w postaci mieszanek. niski poziom stosowanych w istniejących pojazdach, jak również wysokopoziomowe mieszanki w pojazdach zaprojektowanych do wykorzystywania metanolu jako paliwa. Oprócz stosowania metanolu jako alternatywy dla benzyny, istnieje technologia wykorzystania metanolu do tworzenia na jego bazie zawiesiny węglowej, która w Stanach Zjednoczonych nosi nazwę handlową „metacol”. Takie paliwo jest proponowane jako alternatywa dla oleju opałowego, który jest powszechnie stosowany do ogrzewania budynków. Taka zawiesina w przeciwieństwie do paliwa wodno-węglowego nie wymaga specjalnych kotłów i charakteryzuje się większą energochłonnością. Z ekologicznego punktu widzenia paliwa te mają mniejszy ślad węglowy niż tradycyjne paliwa syntetyczne pochodzące z węgla, wykorzystujące procesy, w których część węgla jest spalana podczas produkcji paliw płynnych.
