Лекция "Альтернативные виды топлива"

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА

Назначение и классификация альтернативных топлив

 В последние годы наблюдается рост цен на нефть и нефтепродукты. Поэтому становится актуальной замена традиционного (нефтяного) топлива альтернативными видами. Кроме того, применение альтернативного топлива дополнительно позволяет экономить природные ресурсы и снизить выбросы вредных веществ с отработанными газами.

 Все известные виды альтернативного топлива могут быть разделены на группы:

1.        Топлива на нефтяной основе с добавками спиртов, эфиров, по эксплуатационным свойствам близкие к традиционным.

2.        Синтетические (искусственные) жидкие топлива, получаемые не из нефти.

3.        Газообразное топливо.

Классификация альтернативных топлив

 

Газовые топлива делятся на низкокалорийные, среднекалорийные и высококалорийные.

К низкокалорийным топливам относится доменный газ (из 1 м3 газа получают 10000 кДж теплоты).

К среднекалорийным топливам относятся коксовый и светильный газы (из 1 м3 газа — 10 000—20 000 кДж теплоты).

К высококалорийным топливам относятся природный (35 000 кДж), нефтяной сопутствующий (45 000 кДж), сжиженный (46 000 кДж), крекинговый (50 000 кДж).

Получение альтернативных топлив

 Главным отличием альтернативных топлив является использование для их производства не нефтяного сырья. Таким сырьём являются природный газ, уголь, биомасса (тростник, свёкла, зерновые культуры).  Из природного газа топливо получают 3 способами:

1.    Сжатием до давления 20…25 МПа на компрессорных установках получают сжатый газ.

2.    Сжижением на холодильных установках путём его глубокого охлаждения до температуры – 162 ºС получают сжиженный газ.

3.    С помощью химического синтеза получают метанол.

 Производство топлива из угля включает следующие стадии: подготовку (сушку угля, дробление, отделение углеводородной части и т. д.), газификацию или гидрогенизацию, и переработку получаемых продуктов в топливо.

 В процессе газификации угля получают газообразную смесь, из которой с помощью химического синтеза получают метанол и углеводородное топливо. В результате гидрогенизации, которая основана на взаимодействии угля с водородом при высоких давлениях, получают синтетическую нефть, которую перерабатывают в различные автомобильные топлива.

 Наиболее распространённым способом получения альтернативных топлив является получение топлива из растительного сырья – биомассы – путём ферментации (брожения). В результате получают этанол.

 Топливом будущего может стать водород, который получают из воды с помощью электролиза. Настоящее время водородное топливо используется в качестве добавки к бензиновоздушной смеси (это не требует изменений в конструкции автомобиля). Его преимущество заключается в существенном снижении вредных выбросов, экономии бензина. Однако при хранении водородного топлива требуется надёжная теплоизоляция, т. к. температура жидкого водорода – 253ºС.; также необходима полная герметизация топливоподающей системы автомобиля, т.к. смесь газообразного водорода с кислородом воздуха образует взрывоопасный

«гремучий» газ.

Синтетические спирты

 К ним относят метанол (метиловый спирт) и этанол (этиловый спирт). В основном используется метанол (≈ 45 млн. т. в год).

 Преимущество синтетических спиртов:

•  Высокое октановое число,

•  Способствует росту мощности двигателя,

•  Низкая теплонапряжённость деталей двигателя, • Низкая склонность к нагарообразованию,

•  Снижение вредных выбросов.

 В настоящее время метанол используется только в качестве добавки к бензину, что не требует изменений в конструкции топливной системы. Бензины, в состав которых входит метанол, называются метанольными. Существует 2 вида метанольных бензинов на основе А76:

•  Летний (5% метанола)

•  Зимний (15% метанола)

Буква с цифрой после, например, М15, означает бензометанольная смесь с 15% метанола.

 Кроме метанола, в бензин могут добавлять также этиловый или бутиловый спирты. За Рубежом применяется топливо «Газохол» с 10-20% этанола.

Метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ)

 Это бесцветная жидкость с резким сильным запахом, t ВСП =27ºС и t СВСПЛ = 443ºС.  Используется в качестве добавки к бензинам А – 76 (8% МТБЭ) и АИ – 93 (16-18% МТБЭ), что позволяет:

•      Обеспечить получение неэтилированных высокооктановых бензинов,

•      Увеличить мощность и экономичность двигателя.

•      Снизить токсичность выбросов,

•      Снизить расход бензина на 4 %.

Эксплуатационные требования к газообразному топливу и его особенности

Требования, предъявляемые газообразному топливу:

•      Хорошо смешиваться с воздухом, чтобы образовалась однородная горючая смесь

•      Минимальное содержание смолистых веществ и механических примесей

•      Минимальная токсичность

•      Способность сохранять качество при хранении

•      Невысокая цена производства и транспортировки

Основные преимущества газообразного топлива:

•      сравнительно низкая стоимость добычи, возможность транспортировки по трубопроводам на значительные расстояния и в труднодоступные районы,

•      возможность полного сгорания с небольшим избытком воздуха,

•      малая токсичность выбросов.

•      Низкая коррозионная активность продуктов сгорания.

 Однако при использовании газообразного топлива необходимо соблюдать меры безопасности, т.к. многие газы взрывоопасны и пожароопасны. Некоторые газы, в состав которых входит оксид глерода (смешанный газ нефтеперерабатывающих заводов и доменный), очень ядовиты.

 В настоящее время в качестве газообразного топлива используется большое количество различных газов – доменный, коксовый, смешанный, сопутствующий. Однако в качестве автомобильного топлива используются сжатый и сжиженный газы.

Сжиженные газы

 Сжиженные газы – это газы с высокой критической температурой: при повышении давления они переходят в жидкость. К ним относят газы, сопутствующие добыче и переработке нефти, т.е пропан (С3Н8) и бутан (С4 Н10), а также их смеси.  Выпускаются 2 марки сжиженного газа:

1.    СПБТЗ (смесь пропанобутановая техническая зимняя). В её состав входит 75 % пропана, не более 20 % бутана и 5 % этана, пропилена и др. примесей, в том числе серы не более 0,015 %.

2.    СПБТЛ (смесь пропанобутановая техническая летняя). Содержит 60 % пропана, 34% бутана, остальное – примеси.

Содержания воды и щелочи не допускается.

 В настоящее время всё более широкое применение находят следующие марки топлива:

1.    ПА (пропан автомобильный зимний). Используется при температурах окружающего воздуха от – 20 до – 30 ºС. Содержит 93% пропана, 3% бутана, 4% этилена.

2.    ПБА (пропан-бутан автомобильный летний). Используется при температуре не ниже – 20 ºС.

 Достоинства сжиженных газов:

• Высокое октановое число (пропан ОЧ = 100, бутан ОЧ = 94), • Дешевле бензина.

 Сжиженные газы хранят в баллонах по 250 л (обеспечивают запас хода автомобиля в 500 км) под давлением 1,6 МПа при t = 45-50 ºС, чтобы обеспечить жидкое состояние газа. Т.к. при температуре наружного воздуха они расширяются, то ёмкость заполняется лишь на 85%.

Сжиженные газы не имеют ни цвета, ни запаха, поэтому к ним добавляют вещества с сильным запахом – одоранты (этилмеркаптан), содержащие серу, что является недостатком сжиженных газов.  

В нашей стране на СНГ (сжиженном нефтяном газе) работают следующие автомобили легковой ГАЗ – 24 – 07, грузовой ЗМЛ – 138 и ГАЗ – 53 – 07, автобусы ГАЗ – 52 – 07. При этом все газобаллонные автомобили имеют резервную систему питания на случай отсутствия газа. При этим их работа на бензине А 76 допускается лишь в экстренных случаях при движении с пониженными скоростями на небольшие расстояния.

Сжатые газы

 К сжатым относят газы, имеющие низкую критическую температуру. Они остаются в газообразном состоянии не только при нормальных условиях, но при высоком давлении – до 20 МПа.

 В сжатом виде используют природный газ – смесь метана СН4, оксида углерода СО, водорода Н2, этилена С2Н4. Впервые природный газ в сжатом виде был использован в 30 – е годы ХХ века.

 Для автомобилей выпускают 2 марки сжатых газов – А и Б, которые отличаются по свойствам. Например, в марке А ниже содержание негорючего компонента – азота 4%, вместо 4,7%, и выше содержание горючего – метана – 95%, вместо 90%. Содержание серы и сероводорода не более 0.1 %, механических примесей не более 0, 001 г/м³, паров воды – не более 0,009 г/м³.

 Сжатые газы хранятся в толстостенных баллонах вместимостью (по воде) 50 л при давлении 19,6 МПа.

 Преимущества сжатых газов:

•  Высокое октановое число ОЧ марки А 103, марки Б 102, что позволяет повысить степень сжатия на 20-30%.

•  Срок службы двигателя увеличивается на 50-70 %, свечей – на 30-40%, расход масла снижается в 2-3 раза.

•  Токсичность выбросов снижается на 30-70 %.  Недостатки:

•  Мощность двигателя снижается на 10-18%,

•  Увеличивается время разгона,

•  Запас хода также снижается, т.е. одной заправки хватает лишь на 200… 250 км.

•  Несколько меньше грузоподъёмность автомобиля.

 Для работы на сжатом газе в нашей стране предназначены следующие автомобили:

грузовые ЗИЛ – 138А, ГАЗ – 52 – 27, КАМАЗ – 55118, автобусы ЛАЗ 69НГ и легковой ГАЗ – 24 

Д/з: Составить конспект, ответить на вопросы

Контрольные вопросы и задания

1.  В чём заключаются эксплуатационные требования и особенности применения газообразного топлива на автотранспорте?

2.  Какие основные компоненты сжиженных газов?

3.  Как хранится сжиженный газ? Достоинства и недостатки его применения.

4.  Какие марки установлены стандартом, и на каких автомобилях они применяются?

5.  Каковы особенности применения сжатых газов, как хранят сжатый газ?

6.  Какие марки установлены стандартом, и на каких автомобилях они применяются.

7.  Назначение и классификация альтернативных топлив.

8.  Получение альтернативных топлив.

9. Расскажите об особенностях применения МТБЭ и синтетических спиртов.

Краткое описание документа:

Материал может быть использован для дисциплины "Автомобильные эксплуатационные материалы"