Paliwo do samochodu - zrób to sam
Jednym z najbardziej obiecujących rodzajów paliw samochodowych jest obecnie alkohol metylowy.
Alkohol metylowy (metanol) to bezbarwna, łatwopalna ciecz o słabym zapachu alkoholowym, temperatura zamarzania -98 ° C, temperatura wrzenia + 65 ° C. Dobrze miesza się z wodą. Jak wszystkie alkohole ma wysoką odporność na detonację, liczba oktanowa metanolu wynosi 114,4 jednostek. Dla porównania liczba oktanowa etanolu (wino, alkohol etylowy) wynosi 111,4 jednostek.
Ze wszystkich przeciwstukowych składników benzyny, metanol jest najskuteczniejszym dodatkiem pod względem redukcji emisji CO, CH i NOx. Metanol może być również stosowany jako niezależne paliwo samochodowe, w tym przypadku metanol ma pewne zalety.
Metanol jest „czystym" paliwem do spalania, ma lepsze właściwości paliwowe niż benzyna, w wyniku czego przy jego stosowaniu wzrasta sprawność silników spalinowych. Nowoczesne silniki benzynowe mogą dobrze pracować na metanolu, natomiast parametry techniczne silnik są ulepszone.
Są to przede wszystkim: wysoka odporność na stuki, całkowity brak korozji siarkowej silnika oraz emisji siarki i sadzy w spalinach, minimalne tworzenie się węgla w silniku, 50% mniejsza toksyczność produktów spalania, zwiększona wydajność dzięki wewnętrznemu chłodzeniu oraz zwiększony stopień sprężania, wysoki stopień napełnienia cylindra mieszanina palna (w porównaniu z benzyną przyrost mocy przy pracy na metanolu sięga 10%) itp. Te zalety metanolu sprawiły, że od dawna jest on stosowany jako paliwo w samochodach wyścigowych i modelach samolotów, motocyklach sportowych, gdzie wymagane są kompaktowe, ale mocne silniki. Wiele instytutów badawczych uważa ją za paliwo przyszłości.
Jednak metanol ma również wady. Bezwodny metanol dobrze miesza się z benzyną w dowolnym stosunku, ale gdy wilgoć dostanie się do zbiornika paliwa, paliwo rozwarstwia się i w zbiorniku powstają dwie niemieszalne ciecze, aby wyeliminować ten powód, wskazane jest uzupełnienie zbiornika o filtr-osuszacz lub zamontowanie oddzielny zbiornik z przewodem paliwowym.
Kolejną wadą metanolu jest jego mniejsza lotność niż benzyny, co utrudnia rozruch silnika na zimno. Aby poprawić zimny start, konieczne jest podgrzanie początkowej objętości zimnego paliwa (najczęściej elektrycznego) lub uruchomienie silnika na benzynie. Spalanie metanolu wymaga o połowę mniej powietrza niż w przypadku benzyny, dlatego przy pracy na czystym metanolu konieczna jest ponowna regulacja gaźnika silnika benzynowego.
Negatywną właściwością metanolu jest jego toksyczność, chociaż wielu chemików, modelarzy samolotów i kierowców wyścigowych, którzy obchodzą się z nim ściśle od dziesięcioleci (oczywiście zgodnie z zasadami bezpieczeństwa i higieny) bez żadnych konsekwencji dla własnego zdrowia, nie klasyfikuje go jako substancji szczególnie trującej i podejrzewam, że jej niebezpieczeństwo jest celowo zawyżone ze względu na skłonność Rosjan do spożywania wszystkiego, co pachnie alkoholem i pali się niebieskim płomieniem. Wiele substancji stosowanych w samochodach przewyższa metanol pod względem niebezpieczeństwa. Pod względem toksyczności metanol ustępuje płynowi stosowanemu w układzie chłodzenia (dawka śmiertelna glikolu etylenowego to ok. 100 ml) i elektrolitu w akumulatorze. Groźniejszy od metanolu jest tetraetyloołów emitowany w dużych ilościach ze spalinami benzyny, którego maksymalne dopuszczalne stężenie (MPC) w powietrzu wynosi 0,005 mg/m3, natomiast MPC metanolu wynosi 5 mg/m3. W słabo wentylowanym pomieszczeniu, przy uruchomionym samochodzie, człowiek może umrzeć z powodu zatrucia spalinami silnika zawierającymi śmiertelny tlenek węgla (CO, tlenek węgla, trucizna krwi) i tlenki azotu.
Podczas pracy z metanolem przepisy sanitarne zabraniają: robienia past na metanolu; produkcja wyrobów (mastyk, nitrolakierów, klejów itp.) wykorzystywanych w życiu codziennym i wprowadzanych do sieci dystrybucyjnej, w tym metanolu; użycie metanolu do zapłonu urządzeń grzewczych; zastosowanie metanolu jako rozpuszczalnika. Stosowanie metanolu jako paliwa do silników spalinowych nie jest zabronione przepisami sanitarnymi.
Należy jednak zachować ostrożność podczas obchodzenia się z metanolem. Zgodnie z klasą zagrożenia substancji chemicznych metanol jest klasyfikowany jako umiarkowanie niebezpieczny. Bez odpowiedniej opieki medycznej śmiertelna dawka 100% metanolu po podaniu doustnym wynosi 100-150 ml. Przy stosowaniu mniejszych dawek metanolu możliwa jest ślepota z powodu uszkodzenia nerwu wzrokowego.
W znacznie mniejszym stopniu wady te występują w mieszaninach benzyna-metanol.
W Stanach Zjednoczonych stosuje się obecnie paliwo M-85, zawierające 85% metanolu i 15% benzyny oraz, w mniejszych ilościach, czysty metanol.
Obecnie rządowe programy metanolu istnieją w Japonii, Chinach, Europie, Stanach Zjednoczonych i kilku innych krajach.
W Rosji brak państwowego programu powszechnego stosowania metanolu jako paliwa silnikowego jest utrudniony faktem, że konieczna będzie dodatkowa budowa zakładów metanolu w celu przekształcenia krajowego parkingu w metanol, podczas gdy obecnie Rosja ma dużą liczbę działa rafinerie ropy naftowej i posiada znaczne rezerwy ropy.
Jednocześnie produkcja metanolu jest możliwa nawet w warunkach rzemieślniczych, dzięki rodzajowi produkcji domowego alkoholu etylowego (bimber).
Metanol może być wytwarzany z dwutlenku węgla lub dowolnej materii organicznej: węgla, drewna, odpadów rolniczych itp., ale najprostszą metodą jest pozyskiwanie metanolu z gazu ziemnego (sieciowego). Jednoczesne dostarczanie dwutlenku węgla (lub, to samo, dwutlenek węgla, jego wzór to CO2. Nie myl CO2 z CO, tlenek węgla. CO jest gazem toksycznym, a CO2 jest nietoksyczny, dwutlenek węgla jest gazowany do picia napojów) i gazu ziemnego zmniejsza zużycie gazu ziemnego i zwiększa wydajność metanolu ... Możliwe jest zastosowanie połączonej instalacji metanol-dwutlenek węgla, w tym przypadku te dwie produkcje wzajemnie się uzupełniają. Wytwórnia metanolu jest zasilana dwutlenkiem węgla pochodzącym z produkcji CO2, a gazy odpadowe nieczystościowe odprowadzane do spalania z wytwórni metanolu są podawane do wytwórni dwutlenku węgla w celu uzyskania dwutlenku węgla.
Głównymi składnikami aktywnymi w konwersji gazu ziemnego do metanolu są katalizatory.
Uproszczona technologia wytwarzania metanolu polega na oczyszczeniu gazu ziemnego z trucizn katalizatora, a następnie na sekwencyjnej konwersji oczyszczonego gazu ziemnego w wyniku reakcji katalitycznych w produkty pośrednie, a następnie w żądany rodzaj produktu końcowego.
Oprócz produkcji bimbru potrzebna jest woda do chłodzenia wężownicy oraz sieć elektryczna do obsługi małej sprężarki.
Wszelkie wycieki gazu, zapachy i opary podczas produkcji metanolu są absolutnie wykluczone, a ponieważ proces ten wiąże się z produkcją łatwopalnej, toksycznej cieczy, prace muszą być prowadzone w wentylowanym pomieszczeniu niemieszkalnym, zgodnie z i zasady bezpieczeństwa sanitarnego.
Wydajność aparatu (litr/godzina) zależy od masy surowców dostarczanych do przerobu oraz ilości katalizatorów biorących udział w procesie. Wydajność metanolu wynosi 0,6-0,7 litra z 1 m3 gazu ziemnego. Przy zwiększonych wymaganiach dotyczących czystości metanolu, jego oczyszczanie z wilgoci i zanieczyszczeń można przeprowadzić przepuszczając produkt przez dodatkowy filtr.
Wymiary instalacji uzależnione są od jej wydajności, przy odbiorze metanolu w ilości 1-2 kanistrów dziennie instalację można postawić na stole.
Montaż nie wymaga skąpych części, materiałów i specjalnej wiedzy, można go wykonać w każdym garażu.
Używanie własnego metanolu jako paliwa jest niedrogą opcją do tankowania silników spalinowych.
Aby maksymalnie zoptymalizować proces spalania paliwa, istnieje możliwość zainstalowania dodatkowych urządzeń w układzie paliwowym ICE (urządzenia do mieszania i homogenizacji mieszanki paliwowej, wytwarzania gazu metanolu itp.), ale nie dla każdego .
W przypadkach, gdy chodzi o toksyczność metanolu, jako paliwo samochodowe można zastosować etanol (alkohol etylowy), również pozyskiwany z gazu ziemnego. Etanol zachowuje zalety metanolu dla silnika, ale koszt produkcji etanolu i sprzętu do jego produkcji jest 2 razy wyższy niż do produkcji metanolu.
Benzynę syntetyczną można otrzymać z substancji organicznych. Benzynę można również otrzymać z gazu ziemnego w wyniku reakcji katalitycznych. Liczba oktanowa powstałej benzyny wynosi do 95 jednostek. Przy stosowaniu benzyny syntetycznej nie ma potrzeby dokonywania jakichkolwiek zmian w układzie paliwowym samochodu, nie pogarsza się jakość pracy silnika, a zużycie silnika nie wzrasta, natomiast proces pozyskiwania benzyny i sama instalacja do produkcji benzyny jest bardziej skomplikowane i droższe niż pozyskiwanie metanolu. Wydajność benzyny wynosi 0,3 litra z 1 m3 gazu ziemnego.
Wybór rodzaju stosowanego paliwa należy wyłącznie do właściciela samochodu.
Możliwa jest produkcja instalacji i katalizatorów do pozyskiwania paliwa nie tylko z gazu ziemnego, ale również z odpadów drzewnych i roślinnych, odchodów zwierzęcych i ptasich odchodów.
Inną możliwością rzemieślniczej produkcji paliw silnikowych jest produkcja metanu. W przeciwieństwie do wielu gazów palnych, metan, nawet pod wysokim ciśnieniem, nie skrapla się i znajduje się w butlach lub w sieci gazowej w stanie gazowym.
Prawie 100% metan (z niewielką ilością niedoczyszczonych zanieczyszczeń) to gaz ziemny wykorzystywany w kuchniach mieszkań. Jako paliwo do samochodów metan (nie mylić ze skroplonymi gazami w butlach propanem i butanem, które są również szeroko stosowane jako paliwo samochodowe) od dawna jest szeroko rozpowszechniony zarówno w Rosji, jak i za granicą.
Metan to paliwo wysokokaloryczne. Pod względem wartości opałowej 1 kg metanu przewyższa 1 kg benzyny 1,2 razy, gaz skroplony 1,6 razy. A sądząc po objętości, wartość opałowa 1 m3 gazowego metanu jest 1,29 razy wyższa niż 1 litr benzyny i prawie 1,8 razy wyższa niż 1 litr skroplonego gazu. Metan ma liczbę oktanową 110, dzięki czemu nadaje się do stosowania w silnikach o wysokim stopniu sprężania. Metan jest nietoksyczny i bezwonny (do jego wykrywania za pomocą zapachu dodaje się specjalnie do niego silnie pachnący gaz, merkaptan etylowy, który ma silny nieprzyjemny zapach). W przeciwieństwie do gazu skroplonego (propan-butan) nie gromadzi się w przedziale pasażerskim ani w bagażniku samochodu, ponieważ jest 1,8 razy lżejszy od powietrza. Spaliny z silnika metanowego są przyjazne dla środowiska, zawierają tylko parę wodną i nietoksyczny CO2. Przed remontem przebieg silnika metanowego jest większy niż przebieg silnika benzynowego. Przy niewielkiej zmianie silnika spalinowego silnik wysokoprężny może również pracować na metanie. Zatankowanie samochodu metanem jest znacznie tańsze niż zatankowanie go benzyną. Wiele samochodów jest już wyposażonych w urządzenia LPG (LPG) do pracy na gazie skroplonym, dodanie butli wysokociśnieniowej z reduktorem do LPG umożliwia wykorzystanie tego pojazdu do pracy na metanie.
Niedogodność tankowania samochodu metanem polega głównie na tym, że w Rosji wciąż nie ma wielu stacji benzynowych metanu i są one zlokalizowane głównie w dużych miastach. Za granicą i w krajach WNP można już tankować samochody z rodzimej sieci gazu ziemnego, ale w Rosji służby gazowe jeszcze na to nie wyraziły zgody.
Dla mieszkańców małych miasteczek i wsi z prywatnymi podwórkami wyjściem jest zastosowanie małych przydomowych biogazowni. W biogazowniach biogaz może być wytwarzany ze wszystkich odpadów domowych: obornika, odchodów drobiu, główek, liści, słomy, łodyg roślin i innych odpadów organicznych z indywidualnego gospodarstwa. Pod względem składu chemicznego biogaz jest mieszaniną gazów, składającą się głównie z metanu (do 75%) i dwutlenku węgla. Prosta biogazownia jest łatwa do samodzielnego wykonania, ich opisy są bardzo liczne w Internecie. Biogaz jest gazem palnym i może być używany jako paliwo. W celu zwiększenia jego kaloryczności wskazane jest uzupełnienie biogazowni o instalację dwutlenku węgla, co pozwoli na rozbicie biogazu na oczyszczony metan i CO2 oraz wykorzystanie powstałych gazów zgodnie z ich przeznaczeniem.
Ta sama sprężarka wysokociśnieniowa może być używana do napełniania butli metanem lub CO2. W przypadku wykorzystania kompresora do napełniania samochodu metanem, bardziej opłacalne ekonomicznie jest zakupienie kompresora o małej wydajności, ponieważ ma on znacznie niższy koszt i mniej obciąża domową sieć elektryczną. Sprężarka o wydajności 1-2 m3/h (co odpowiada zużyciu gazu ziemnego w kotle grzewczym w prywatnym domu), włączona na stałe do pracy, zapewnia, że butla zamontowana w samochodzie jest napełniona metanem. W celu przyspieszenia napełniania auta gazem wskazane jest podłączenie kompresora do akumulatora składającego się z kilku butli z tlenem, dwutlenkiem węgla lub metanem, z którego należy napełnić butlę w aucie.
Zużycie energii elektrycznej na napełnienie butli sprężonym metanem zależy od końcowego ciśnienia gazu w butli. Przy ciśnieniu napełniania 200 atm. zużycie energii elektrycznej wynosi około 0,5 kWh na 1 m3 wtłoczonego gazu.
Pracująca sprężarka musi znajdować się w wentylowanym pomieszczeniu, a zespół butli musi znajdować się pod daszkiem.
Ze względów bezpieczeństwa butle, zarówno do tankowania, jak i w samochodzie, muszą być okresowo sprawdzane pod zwiększonym ciśnieniem. W tym celu stosuje się próbę hydrauliczną butli z wodą z doprowadzeniem ciśnienia z urządzenia składającego się z butli z nurnikiem. Próba hydrauliczna cylindrów ze staliwa jest przeprowadzana przy ciśnieniu 1,5-krotności ciśnienia roboczego. Czas utrzymywania pod ciśnieniem wynosi nie mniej niż 10 minut. Podczas testu, poprzez dokładne zbadanie, sprawdź cylinder pod kątem pojawienia się mokrych plam na jego ciele. Brak mokrych miejsc na butli podczas testów pod zwiększonym ciśnieniem oznacza, że korpus butli nie posiada mikropęknięć i gwarantuje właścicielowi na wypadek pęknięcia butli podczas dalszej eksploatacji.
Alkohol metylowy mógłby stać się bardziej przyjaznym dla środowiska rodzajem paliwa silnikowego. W tej dziedzinie istnieją już precedensy.
Tak więc na początku lat 90. w Sztokholmie przeprowadzono eksperyment, aby przetestować ten rodzaj paliwa w transporcie publicznym. Koszt własny metanolu jest niższy niż benzyny i wymaga minimalnej regulacji silników benzynowych (jest on wytwarzany metodą katalityczną z gazu ziemnego). Ten rodzaj paliwa silnikowego można uznać z ekonomicznego punktu widzenia za bardzo obiecujący. Wyjaśnienia wymaga efekt ekologiczny jego stosowania, choć podczas eksperymentu w Sztokholmie zaobserwowano prawie 5-krotny spadek emisji substancji szkodliwych brutto.
Istotną przeszkodą w powszechnym stosowaniu metanolu w Rosji jest wysoka higroskopijność metanolu oraz trudności z uruchomieniem silnika w zimnych porach roku. Krytycy metanolu twierdzą, że konwersja gazu ziemnego do metanolu uwalnia taką samą ilość dwutlenku węgla, jak spalanie benzyny.
Technologia elektrowni samochodowych z metanolem jest dobrze znana i rozwinięta. Pierwszym rozpowszechnionym paliwem metanolowym jest benzyna M85 - (mieszanka 85% metanolu i 15% benzyny). Czysty metanol stwarza problemy podczas zimnego rozruchu silnika, dlatego dodaje się 15% benzyny w celu zwiększenia lotności paliwa i ułatwienia rozruchu. Paliwo M-85 ma liczbę oktanową 100 (dla benzyny - 87-95). Wyższa liczba oktanowa zapewnia płynniejsze spalanie przy wyższym stopniu sprężania niż w silnikach gaźnikowych (podstawy stukowe). Wyższy stopień sprężania skutkuje wydajną konstrukcją silnika, w której można zoptymalizować zużycie energii. To nie przypadek, że od wielu lat w samochodach wyścigowych stosowany jest czysty metanol o liczbie oktanowej -PO. Metanol zapewnia również wyższą prędkość czoła płomienia niż benzyna, co zwiększa obroty silnika i poprawia sprawność silnika.
Ponadto, mając wyższą temperaturę parowania, metanol umożliwia szybsze chłodzenie silnika, dzięki czemu konwencjonalną chłodnicę chłodzoną cieczą można zastąpić chłodnicą chłodzoną powietrzem, co pozwala zaoszczędzić masę.
Dodatki do benzyny zawierające tlen można uznać za ogniwo pośrednie w rozwiązaniu problemu wymiany paliwa. Choć nieco obniżają kaloryczność paliwa, jest to kompensowane wzrostem liczby oktanowej i spadkiem emisji szkodliwych substancji do środowiska. Dodatki te obejmują metanol (alkohol metylowy CH3OH) i eter metylowo-tert-butylowy (MTBE - CH3OS (CH3) 3). Ze względu na wprowadzenie w Stanach Zjednoczonych dodatków tlenowych sprzedaż benzyny ołowiowej spadła z 45% w 1983 roku do 5% w 1990 roku.
W każdym nowoczesnym samochodzie można bez zmian stosować mieszankę 90% benzyny i 10% alkoholu metylowego - tzw. gazohol, który nie ustępuje wysokiej jakości benzynie ołowiowej, o niższej emisji zanieczyszczeń.
Etanol. Paliwo otrzymywane w wyniku fermentacji różnych upraw. Ze względu na stosunkowo wysoki koszt i zalety innych paliw alternatywnych jest mało prawdopodobne, aby etanol był powszechnie stosowany w przyszłości.
Podobnie jak metanol, etanol ma wysoką liczbę oktanową i może być stosowany do poprawy osiągów silnika.
Etanol jest szeroko stosowany w Stanach Zjednoczonych od 10 lat i jest stosowany jako 10% dodatek do benzyny. Brazylia używa etanolu produkowanego z trzciny cukrowej. Jest znany jako B-100 i wymaga pewnych dodatków benzyny, gdy jest używany w klimacie chłodniejszym niż Brazylia.
W przyszłości etanol może być wytwarzany z wody, jeśli technologia ta będzie dostępna.
Światowy kryzys paliwowy, w wyniku którego wzrosły ceny benzyny i oleju napędowego, ponownie skłania do myślenia o innych źródłach energii dla pojazdów. Dobrą alternatywą dla tradycyjnego paliwa jest alkohol. Do czego służy taki zamiennik i co można zrobić, aby silnik samochodowy mógł na nim pracować?
Alkohol ma szereg zalet w porównaniu z paliwem olejowym i tylko wysoki koszt, niski transfer ciepła, wysoka higroskopijność i wysoka zawartość aldehydów uniemożliwiają jego szerokie zastosowanie jako paliwo do silników spalinowych. A zalety alkoholu są następujące.
| Wysokie właściwości przeciwstukowe (liczba oktanowa - ponad 100). Wprowadzenie etanolu do benzyny zwiększa liczbę oktanową. Każde 3% etanolu zmieszanego 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 mieszanki z etanolem 425 °C. | |
| Proces parowania rozpoczyna się w kolektorze dolotowym i kończy 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 z iskry elektrycznej ze znacznymi zmianami w składzie palnej mieszanki (zakres palności dla stosunku nadmiaru powietrza dla alkoholu wynosi około 0,4 ... 1,7). | |
| Sprawność silnika pracującego na czystym alkoholu jest wyższa niż przy zasilaniu benzyną. | |
| Mniejsza toksyczność spalin. | |
| Niskie zagrożenie pożarowe. |
Adaptacja ICE
Alkohol jako paliwo do silników samochodowych można wykorzystać na dwa sposoby - z częściową (do 20%) i całkowitą wymianą benzyny i oleju napędowego. Wysokie właściwości przeciwstukowe decydują o dominującym stosowaniu alkoholu w silnikach spalinowych z zapłonem wymuszonym (iskrowym). Standardowy silnik nie wymaga modyfikacji, aby działał na mieszance benzyny i alkoholu.
W AvtoVAZ testowano benzynę AI-95 z 10% zawartością etanolu pod kątem toksyczności, zużycia paliwa i dynamiki pojazdu bez ponownej regulacji silnika. Stwierdzono, że dodanie 10% alkoholu do benzyny prowadzi do zubożenia mieszanki paliwowo-powietrznej i nieznacznie pogarsza właściwości jezdne samochodu w prawie wszystkich trybach jazdy. Przy przejściu na AI-95E z 10% zawartością etanolu wymagana jest ponowna regulacja gaźnika.
Zgodnie z wynikami testów stanowiskowych AvtoVAZ stosowanie benzyny AI-95E z 5% zawartością alkoholu nie prowadzi do pogorszenia osiągów pojazdu i nie wymaga zmiany początkowych regulacji silnika.
Ale do pracy na czystym alkoholu wymagane jest zwiększenie pojemności zbiornika paliwa i stopień sprężania do 12-14 jednostek. (aby w pełni wykorzystać odporność na stukanie paliwa) i ponowną regulację gaźnika lub przeprogramowanie ECU silnika wtryskowego. Mieszanka palna musi być lekko wzbogacona: do spalania 1 kg alkoholu wymagane jest 9 kg powietrza, a do spalania 1 kg benzyny - 14,93 kg.
Niskie ciśnienie par nasyconych oraz wysokie ciepło parowania alkoholu sprawiają, że rozruch silników benzynowych jest prawie niemożliwy nawet w temperaturach otoczenia poniżej +10°C. Aby poprawić właściwości rozruchowe, do alkoholu dodaje się 4-6% izopentanu (С5Н12) lub 6-8% eteru dimetylowego (СН3-О-СН3 lub С2Н6О), co zapewnia normalny rozruch silnika w temperaturach od -25 ° С i wyższych. W tym samym celu silniki alkoholowe są wyposażone w specjalne grzałki rozruchowe. W przypadku niestabilnej pracy silnika przy zwiększonych obciążeniach (z powodu słabego parowania alkoholu) stosuje się dogrzewanie mieszanki paliwowej np. spalinami.
Olej napędowy i alkohol
Dużo trudniej jest przystosować silnik wysokoprężny do spalania alkoholu w jego cylindrach. Politechnika Wiedeńska przeprowadziła badania eksperymentalne na 4-cylindrowym traktorowym silniku Diesla firmy Steyr.
Ze względu na niską liczbę cetanową etanolu silnik został dodatkowo wyposażony w elektroniczny układ zapłonowy, a głowicę cylindra przeprojektowano tak, aby pomieścić świece zapłonowe. Ponadto zmieniono geometryczny kształt komory spalania w denka tłoka, zamontowano nową wysokociśnieniową pompę paliwową, wtryskiwacze oraz wysokowydajną pompę paliwową. Badania wykazały, że olej napędowy działa na etanolu i jest praktycznie bezdymny. W porównaniu do pracy z silnikiem Diesla, emisje NOx są zmniejszone w wyniku niższych temperatur ze względu na zwiększone ciepło parowania etanolu. Emisje CO są takie same jak w przypadku silnika spalinowego wewnętrznego spalania benzynowego, emisje CH są stosunkowo wysokie, ale można je drastycznie zmniejszyć, stosując prosty konwerter utleniający. Po przejściu na olej napędowy, dym i zużycie paliwa przekonwertowanego silnika wysokoprężnego są znacznie wyższe niż początkowo. Zużycie objętościowe etanolu jest prawie 2 razy większe niż oleju napędowego, co jest konsekwencją niższego ciepła spalania, a jednostkowe zmniejszenie zużycia jest tylko nieznacznie wyższe.
Silnik mogą modernizować nie tylko producenci samochodów, ale także wyspecjalizowane firmy. Na przykład w Stanach Zjednoczonych silniki benzynowe i wysokoprężne są ponownie przystosowane do pracy na paliwach alternatywnych przez 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 wysokoprężnego przy pracy na mieszance oleju napędowego z etanolem oraz przy pracy na czystym oleju napędowym |
| Perspektywy Ukrainy | |
|
|
Przygotował Jurij Gerasimchuk
Zdjęcie: Sergey Kuzmich
Jeśli znajdziesz błąd, wybierz fragment tekstu i naciśnij Ctrl + Enter.
Porównanie właściwości fizykochemicznych metanolu i benzyny
Metanol jako paliwo silnikowe ma wysoką liczbę oktanową i niskie zagrożenie pożarowe. Obecnie ten rodzaj paliwa jest najszerzej stosowany w Stanach Zjednoczonych. Od wielu lat produkowana jest tutaj najpopularniejsza marka M-85 (85% mieszanka z benzyną), a także M-100 (czysty metanol).
Wykorzystanie metanolu jako paliwa w naszym kraju cieszy się coraz większym zainteresowaniem od czasów L.A. Kastandov, który specjalnie do badania tego problemu stworzył niezależny instytut „GosNIImetanolproekt”. Jednak przy stosowaniu metanolu jako paliwa pojawia się szereg problemów technicznych związanych ze znacznymi różnicami we właściwościach metanolu i benzyn.
Ciepło spalania metanolu jest 2,24 razy mniejsze niż benzyny. Metanol ma wyższe utajone ciepło parowania, niską prężność par, niską temperaturę wrzenia, zwiększoną higroskopijność i zwiększoną tendencję do tworzenia mieszanin azeotropowych z niektórymi składnikami benzyny, a także zwiększoną tendencję do spalania.
Ponadto metanol jest silnie korozyjny dla metali i niektórych tworzyw sztucznych. Opary metanolu są bardziej toksyczne niż opary benzyny i powodują poważne zatrucia po spożyciu, ślepotę, a nawet śmierć.
Zatem stosowanie czystego metanolu jako paliwa (paliwo M-100) do silników spalinowych wymaga znacznej przebudowy silnika pojazdu i ostrożnego obchodzenia się z nim.
Do pozytywnych właściwości metanolu należy jego wysoka odporność na detonację oraz wyższe szybkości spalania mieszanek paliwowo-powietrznych. Jednocześnie niskie ciepło spalania nie zmniejsza wskaźników mocy silnika, ponieważ ich czynnikiem decydującym nie jest ciepło spalania paliwa, ale ciepło spalania masy jednostkowej mieszanki paliwotwórczej, co jest o 3-5% wyższe w mieszaninach metanol-powietrze niż w benzynach. Należy powiedzieć, że wymaga to 2,3 razy więcej metanolu.
Wysokie utajone ciepło parowania metanolu (3,66 razy wyższe niż benzyny) ma jakościowy wpływ na proces tworzenia mieszaniny. Przede wszystkim ten fakt jest przyczyną najgorszych właściwości rozruchowych zimnego silnika w niskich temperaturach. Z drugiej strony ta właściwość metanolu prowadzi do zmniejszenia naprężeń termicznych części silnika i zwiększenia masy wypełnienia cylindrów świeżym ładunkiem, co przyczynia się do wzrostu mocy silnika.
Między innymi przy zastosowaniu metanolu znacznie mniejsze jest zanieczyszczenie powietrza, nawęglanie na powierzchniach roboczych komory spalania oraz mniejsze zakoksowanie części zespołu cylinder-tłok.
Poziom emisji szkodliwych substancji podczas stosowania benzyny jako paliwa, M-85 i M-100
Emisje, mg/km | Benzyna | M85 | M100 |
| ∑ Węglowodory (THC) | 161,59 | 111,87 | 124,30 |
| WSPÓŁ | 733,37 | 683,65 | 870,11 |
| NOx | 490,99 | 379,12 | 285,89 |
| Benzen | 7,79 | 4,38 | 0,32 |
| Toluen | 33,66 | 8,66 | 2,11 |
| 1-3 butadien | 0,19-0,50 | 0,44 | 2,05 |
| Formaldehyd | 4,78 | 13,87 | 21,76 |
| Aldehyd octowy | 0,94 | 10,02 | 0,27 |
Aby metanol mógł być używany jako paliwo, jego ceny muszą być przystępne. Obecnie na rynku krajowym i światowym panują wyjątkowo wysokie ceny metanolu. Nie przyczynia się to do jego powszechnego wykorzystania w tym obszarze.
Ciecz otrzymana przy użyciu tego opisu to metanol (alkohol metylowy). Czysty metanol jest stosowany jako rozpuszczalnik i wysokooktanowy dodatek do paliw silnikowych oraz benzyna o najwyższej liczbie oktanowej (liczba oktanowa 150). To ta sama benzyna, której używa się do napełniania baków motocykli wyścigowych i samochodów. Jak pokazują zagraniczne badania, silnik pracujący na metanolu wytrzymuje wielokrotnie dłużej niż na benzynie konwencjonalnej, jego moc wzrasta o 20% (przy stałej pojemności skokowej). Spaliny silnika pracującego na tym paliwie są przyjazne dla środowiska, a podczas testów toksyczności szkodliwe substancje praktycznie nie występują.
Niewielkie urządzenie do pozyskiwania tego paliwa jest łatwe w produkcji, nie wymaga specjalnej wiedzy i nielicznych części oraz jest bezawaryjne w eksploatacji. Jego wydajność zależy od różnych przyczyn, w tym od rozmiaru. Urządzenie, którego schemat i opis montażu zwracamy uwagę, przy D=75mm daje trzy litry gotowego paliwa na godzinę, waży około 20 kg, a wymiary to około: 20 cm wysokości, 50 cm długości i 30 cm szerokości.
Ostrzeżenie: metanol jest silną trucizną. Jest bezbarwną cieczą o temperaturze wrzenia 65°C, ma zapach zbliżony do zwykłego alkoholu pitnego i miesza się pod każdym względem z wodą i wieloma płynami organicznymi. Pamiętaj, że 30 mililitrów wypitego metanolu jest zabójcze!
Zasada działania i obsługa urządzenia:
Woda wodociągowa jest podłączona do „wlotu wody” (15) i przechodząc dalej dzieli się na dwa strumienie: jeden strumień przez kran (14) i otwór (C) wchodzi do mieszacza (1), a drugi przepływa przez kran (4) i otwór (G) trafiają do lodówki (3), przez którą przepływa przez otwór (Yu) woda chłodząca gaz syntezowy i kondensat benzyny.
Gaz ziemny krajowy jest podłączony do gazociągu „Wlot gazu” (16). Dalej gaz wchodzi do mieszalnika (1) przez otwór (B), w którym zmieszany z parą wodną jest podgrzewany na palniku (12) do temperatury 100 - 120 ° C. Następnie z mieszalnika (1) przez otwór (D) podgrzana mieszanina gazu i pary wodnej wchodzi przez otwór (B) do reaktora (2). Reaktor (2) jest wypełniony katalizatorem nr 1, składającym się z 25% niklu i 75% aluminium (w postaci wiórów lub ziaren, klasa przemysłowa GIAL-16). W reaktorze pod wpływem temperatury 500°C i wyższej powstaje gaz syntezowy, otrzymywany przez ogrzewanie palnikiem (13). Następnie ogrzany gaz syntezowy wchodzi przez otwór (E) do lodówki (H), gdzie musi zostać schłodzony do temperatury 30-40 °C lub niższej. Następnie schłodzony gaz syntezowy opuszcza lodówkę przez otwór (I) i przez otwór (M) wchodzi do kompresora (5), który może służyć jako kompresor z dowolnej lodówki domowej. Następnie sprężony gaz syntezowy o ciśnieniu 5-50 przez otwór (H) opuszcza kompresor i przez otwór (O) wchodzi do reaktora (6). Reaktor (6) jest wypełniony katalizatorem nr 2, składającym się z 80% miedzi i 20% wiórów cynkowych (skład firmy "ICI", marka w Rosji SNM-1). W tym reaktorze, który jest najważniejszą jednostką aparatury, powstaje para benzyny syntezowej. Temperatura w reaktorze nie powinna przekraczać 270°C, co można kontrolować termometrem (7) i regulować kranem (4). Pożądane jest utrzymywanie temperatury w zakresie 200-250 ° C, a nawet niższej. Następnie opary benzyny i nieprzereagowany gaz syntezowy opuszczają reaktor (6) przez otwór (P) i wchodzą do lodówki (H) przez otwór (L), gdzie opary benzyny kondensują i opuszczają lodówkę przez otwór (K). Ponadto kondensat i nieprzereagowany gaz syntezowy wchodzą przez otwór (Y) do skraplacza (8), gdzie gromadzi się gotowa benzyna, która opuszcza skraplacz przez otwór (P) i kran (9) do pojemnika.
Otwór (T) w skraplaczu (8) służy do zainstalowania manometru (10), który jest niezbędny do monitorowania ciśnienia w skraplaczu. Jest utrzymywany w zakresie 5-10 atmosfer lub więcej, głównie za pomocą kurka (11) i częściowo kurka (9). Otwór (X) i kurek (11) są wymagane do wyjścia nieprzereagowanego gazu syntezowego ze skraplacza, który trafia do recyrkulacji z powrotem do mieszalnika (1) przez otwór (A). Zawór (9) jest wyregulowany tak, aby czysta płynna benzyna zawsze wychodziła bez gazu. Będzie lepiej, jeśli poziom benzyny w skraplaczu wzrośnie, niż spadnie. Ale najbardziej optymalnym przypadkiem jest sytuacja, gdy poziom benzyny będzie stały (co można kontrolować za pomocą wbudowanej szyby lub innej metody). Zawór (14) jest wyregulowany tak, aby w benzynie nie było / wody / i w mikserze wytwarzało się mniej pary niż więcej.
Uruchamianie urządzenia:
Dostęp do gazu otwarty, woda (14) nadal zamknięta, palniki (12), (13) pracują. Kurek (4) jest całkowicie otwarty, sprężarka (5) jest włączona, kurek (9) jest zamknięty, kurek (11) jest całkowicie otwarty.
Następnie należy lekko odkręcić kurek (14) dostępu wody i za pomocą kurka (11) regulować wymagane ciśnienie w skraplaczu, kontrolując je manometrem (10). Ale w żadnym wypadku nie zamykaj całkowicie kranu (11) !!! Następnie, po pięciu minutach, temperaturę w reaktorze (6) doprowadza się do 200-250 °C za pomocą zaworu (14). Następnie lekko otwiera się kran (9), z którego powinien wypływać strumień benzyny. Jeśli cały czas się pali - odkręć nieco bardziej kran, jeśli benzyna jest zmieszana z gazem - lekko odkręć kran (14). Ogólnie rzecz biorąc, im większą wydajność dostroisz, tym lepiej. Zawartość wody w benzynie (metanolu) można sprawdzić alkoholomierzem. Gęstość metanolu wynosi 793 kg/m3.
To urządzenie jest korzystnie wykonane ze stali nierdzewnej lub żelaza. Wszystkie części wykonane są z rur, rurki miedziane mogą być stosowane jako cienkie rurki łączące. W lodówce konieczne jest utrzymanie stosunku X:Y = 4, czyli na przykład, jeśli X + Y = 300 mm, to X powinno być równe 240 mm, a Y odpowiednio 60 mm. 240/60 = 4. Im więcej pętli zmieści się w lodówce po obu stronach, tym lepiej. Wszystkie krany są używane z palników do spawania gazowego. Zamiast kranów (9) i (11) można zastosować zawory redukcyjne z domowych butli gazowych lub kapilary z domowych lodówek. Mieszalnik (1) i reaktor (2) ogrzewane są poziomo (patrz rysunek).