5. Bycie w naturze
6. Opieka zdrowotna
7.
Stosując metanol jako paliwo, należy zauważyć, że objętościowa i masowa zawartość energii w metanolu jest o 40-50% mniejsza niż w benzynie, jednak wydzielanie ciepła mieszanek powietrzno-alkoholowych i benzynowo-powietrznych podczas ich spalania w silnik różni się nieznacznie ze względu na to, że wysoka wartość ciepła parowania metanolu poprawia wypełnienie cylindrów silnika i zmniejsza jego gęstość cieplną, co prowadzi do zwiększenia kompletności spalania mieszanki alkoholowo-powietrznej. W efekcie wzrost mocy silnika wzrasta o 10-15%. Silniki wyścigowe napędzane metanolem o wyższej liczbie oktanowej niż benzyna mają stopień sprężania przekraczający 15:1, podczas gdy konwencjonalne silniki ICE z zapłonem iskrowym mają zwykle stopień sprężania 11,5:1 dla benzyny bezołowiowej. Metanol może być stosowany zarówno w klasycznych silnikach spalinowych jak iw specjalnych ogniwach paliwowych do wytwarzania energii elektrycznej.
Niedogodności:
- metanol wytrawia aluminium. Problemem jest zastosowanie gaźników aluminiowych i układów wtryskowych do dostarczania paliwa do silnika spalinowego.
- hydrofilowość. Metanol wciąga wodę, co powoduje zatykanie układów paliwowych w postaci galaretowatych toksycznych osadów.
- metanol Podobnie jak etanol, zwiększa zdolność parowania niektórych tworzyw sztucznych. Ta cecha metanolu zwiększa ryzyko zwiększonej emisji LZO, co może prowadzić do zmniejszenia stężenia ozonu i wzrostu promieniowania słonecznego.
- zmniejszona lotność w niskich temperaturach: Silniki na metanol mogą mieć problemy z rozruchem i zużywać więcej paliwa przed osiągnięciem temperatury roboczej.
Niski poziom zanieczyszczeń metanolem może być stosowany w istniejących paliwach samochodowych przy użyciu odpowiednich inhibitorów korozji. T. rz. 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 samochodowe w mieszankach o niskiej zawartości stosowanych w istniejących pojazdach, a także w mieszankach o wysokim stężeniu w pojazdach zaprojektowanych do wykorzystywania metanolu jako paliwa. Oprócz zastosowania metanolu jako alternatywy dla benzyny istnieje technologia wykorzystania metanolu do tworzenia na jego bazie zawiesiny węglowej, która w USA nosi nazwę handlową „metacol”. Paliwo to jest oferowane 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 ma większe zużycie energii. Z punktu widzenia ochrony środowiska paliwa takie mają mniejszy ślad węglowy niż tradycyjne paliwa syntetyczne pochodzące z węgla w procesach, w których część węgla jest spalana podczas produkcji paliw ciekłych.
Synteza metanolu z gazu ziemnego jest jednym z najbardziej wydajnych i przyjaznych środowisku istniejących procesów technologicznych. Nowoczesne instalacje do przetwarzania gazu ziemnego na metanol mogą działać z wydajnością cieplną przekraczającą 71% i są prawie samowystarczalne. Są tak czyste, że jeden z dostawców tego procesu twierdzi, że większość emisji do powietrza jest wytwarzana przez ciężarówki i furgonetki transportujące benzynę i olej napędowy obsługujące fabrykę, a nie przez samą fabrykę.
Ponadto odpowiednio skonfigurowane instalacje metanolu mogą przynieść realne korzyści poprzez zużycie dwutlenku węgla z innych źródeł, co powinno w uzasadniony sposób zwiększyć ich akceptację dla ekologów.
Metanol jest drugim najważniejszym chemicznym półproduktem po etanie/etylenie. Jego znaczenie wzrosło w ostatnich latach ze względu na zmiany w konfiguracji rafinerii, ponieważ ropa naftowa na całym świecie stopniowo, ale nieuchronnie, staje się cięższa. Metanol jest bardzo ważny jako surowiec chemiczny, ale jego wykorzystanie jako paliwa silnikowego jest bardziej obiecujące.
W tym artykule rozwiejemy dwa mity dotyczące metanolu jako paliwa samochodowego: 1) że metanol jest bardziej toksyczny niż inne paliwa silnikowe oraz 2) że niższa energia właściwa metanolu jest poważnym problemem.
Zdrowie, bezpieczeństwo i środowisko – zalety metanolu
Niektórzy eksperci zidentyfikowali metanol jako neurotoksynę, chociaż etanol jest również dobrze 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 ma tendencję do przewyższania wszystkich innych aspektów zdrowia, bezpieczeństwa i ochrony środowiska. W wodzie gruntowej ma okres półtrwania 1-7 dni, czyli 10-100 razy mniej niż niektóre substancje zawarte w benzynie.
Na torze wyścigowym przyjęto paliwo metanolowe, głównie ze względów bezpieczeństwa; ich doskonała wydajność była tylko dodatkowym bonusem. Metanol pali się pięć razy wolniej niż benzyna i jest znacznie łatwiejszy do zgaszenia. EPA szacuje, że użycie metanolu spowoduje 95-procentowe zmniejszenie liczby zgonów w wyniku pożarów pojazdów.
Pojazdy z metanolem o niższej temperaturze emitują nieco mniej dwutlenku węgla, znacznie mniej węglowodorów i znacznie mniej NOx niż ich odpowiedniki benzynowe. Jest to szczególnie atrakcyjne, ponieważ NOx jest najbardziej rygorystycznym kryterium zmniejszania zanieczyszczenia. Paliwo metanolowe mogłoby wyeliminować nieporęczne, zużywające mocznik systemy selektywnej redukcji katalitycznej, które obecnie znajdują się w większości silników wysokoprężnych.
Specyficzna energia
Inną powszechną fikcją jest to, że niższa energia właściwa metanolu daje mu niższy status wśród potencjalnych paliw silnikowych. Przy odpowiedniej optymalizacji systemu niektóre paliwa, w szczególności metanol, mogą być zamieniane na energię mechaniczną ze znacznie wyższą wydajnością niż inne.
Nawet te pojazdy, które są zaprojektowane jako pojazdy benzynowe lub wielopaliwowe, muszą być w stanie częściowo wykorzystać wysoką liczbę oktanową metanolu i osiągnąć przyrost przebiegu większy, niż przewiduje sama energochłonność. Pewien obywatel przerobił swój samochód na 100-procentowy metanol, modyfikując oprogramowanie do zarządzania silnikiem i zastępując je 41-centowym uszczelnieniem paliwa. Moc tego samochodu wzrosła o 10%, a oszczędność paliwa w dolarach na milę wzrosła o 40% w porównaniu z benzyną. Zamontowane pojazdy (tzn. nie zasilane paliwem wielopaliwowym lub przetworzonym paliwem konwencjonalnym) powinny działać znacznie lepiej.
Niektórzy kierowcy ciężarówek wyposażają swoje pojazdy w układy wtrysku metanolu / wody w niezmodyfikowanych silnikach wysokoprężnych, uzyskując znaczne oszczędności od 20 do 30% w porównaniu z olejem napędowym! To znacząca ilość w przypadku samochodów, które zużywają około 20 000 galonów paliwa rocznie. Zmierzona moc wzrasta nawet o 75%, a moment obrotowy o 65%: liczby naprawdę oszałamiające.
Specjalistyczne pojazdy na bazie metanolu mogą pracować o 25-30% wydajniej niż tradycyjne silniki benzynowe i mają mniej więcej taką samą wydajność jak silniki Diesla. Obecne ceny metanolu, biorąc pod uwagę parytet poziomów energii, stanowią równowartość 2,60 USD za galon benzyny hurtowej. Ale jeśli metanol jest o 25% bardziej wydajny niż benzyna, odpowiednia cena hurtowa metanolu w ekwiwalencie benzyny wynosi 2,09 USD. W chwili pisania tego tekstu cena hurtowa benzyny wynosi 3,10 USD. Ale jak wypada metanol w porównaniu z konkurencyjnymi paliwami?
Metanol a skroplony gaz ziemny (LNG)
CNG bez wątpienia może napędzać pojazdy. Jednak w przypadku konsumenckich samochodów osobowych kosztem większej masy, mniejszego zasięgu, dłuższych czasów tankowania, a także mniejszej ładowności, znacznie wyższych kosztów pojazdu oraz poważnych przeróbek i inwestycji wymaganych w infrastrukturze tankowania. Przejście aut na LNG jest prawie 30-40 razy droższe niż metanol. Jedyny dostępny na rynku samochód osobowy napędzany CNG, Honda Civic GX, kosztuje 7500 dolarów więcej niż samochód Civic na benzynę. Stacje tankowania LNG kosztują około dwa razy więcej niż stacje paliw płynnych.
Metanol kontra etanol
Etanol jest porównywalny z metanolem pod względem wydajności transportu konsumenckiego, ale nie ma sprawdzonego procesu przekształcania gazu w etanol, który byłby porównywalny pod względem wydajności z przekształcaniem gazu w metanol. Zmniejsza się zarówno entuzjazm społeczny, jak i dotacje rządowe dla etanolu z kukurydzy.
Firma Celanese ogłosiła technologię, która obiecuje wydajność gaz-etanol porównywalną z istniejącymi technologiami gaz-metanol. Pozostaje jednak nieprzetestowana na skalę komercyjną jako zastrzeżona technologia. Tymczasem wysoce wydajna technologia gaz-metanol jest dostępna od kilku dostawców i od wielu lat jest sprawdzana komercyjnie.
Metanol a konwencjonalne paliwa silnikowe
Pozostaje pytanie, czy metanol może konkurować z tradycyjnymi benzynami i olejami napędowymi. W obecnym środowisku odpowiedź brzmi: bezwarunkowe tak. Współczesne zainteresowanie metanolem zaczęło się w 1976 roku jako zamiennik ołowiu jako dopalacz oktanowy. Jednym z wyników jest program pojazdów z metanolem California M85 (85% metanol, 15% dodatek, zwykle benzyna), który był realizowany od 1982 do 2005 roku. Początkowo były to pojazdy specjalistyczne na bazie metanolu (nie wielopaliwowe), obejmujące całą gamę od samochodów osobowych po vany i autobusy.
Staranną konserwację i rejestrację przeprowadzono zarówno dla pojazdów z metanolem, jak i dla grupy kontrolnej dla pojazdów benzynowych. Przebieg metanolu był niższy, ale osiągi emisji pojazdów z metanolem były takie same lub lepsze.
Stwierdzono, że emisje metanolu są mniej korzystne pod względem powstawania ozonu. Przyspieszenie pojazdów metanolowych od 0 do 100 km/h było prawie o sekundę szybsze niż pojazdów benzynowych, co stanowiło znaczną poprawę.
Program został przerwany w 2005 roku. Niektórzy przytaczają zakończenie programu w Kalifornii jako dowód, że metanol nie jest paliwem do pojazdów, ale w rzeczywistości właściciele pojazdów byli zadowoleni z osiągów swoich pojazdów. Ich głównym zarzutem był brak stacji benzynowych – w całym kraju zainstalowano ich tylko 100. W efekcie w 1992 roku program przestawił się na pojazdy oparte na paliwie M85. Bez wątpienia trudno było utrzymać program w czasie, gdy ceny ropy spadały lub były niskie. Być może najważniejszym czynnikiem był brak metanolu na wolności, w przeciwieństwie do etanolu z kukurydzy. W 1989 r. EPA postawiła metanol w niekorzystnej sytuacji, obniżając wymagania dotyczące emisji dla etanolu, ale nie dla metanolu. Nie ma uzasadnienia dla tego działania.
Technicznie, do 15% metanolu można stosować w benzynie bez żadnych modyfikacji i do 100% przy szacowanym koszcie zaledwie 210 USD w przypadku nowych pojazdów wielopaliwowych (chociaż, jak wspomniano, to samo można zrobić znacznie niższym kosztem ). Te skromne koszty będą prawdopodobnie znikome przy masowej produkcji pojazdów napędzanych metanolem. Ponieważ metanol jest cieczą, podobnie jak obecnie stosowane paliwa, istniejącą infrastrukturę tankowania można przekształcić w metanol z niewielkimi modyfikacjami. Nowe stacje tankowania metanolu będą prawdopodobnie tylko o ułamek droższe niż tradycyjne.
Chociaż ten artykuł koncentruje się na samochodach osobowych, w których metanol wyraźnie przeważa nad alternatywami i jest przynajmniej w stanie konkurować z paliwami konwencjonalnymi, odnotowujemy propozycje zastąpienia ciężkich silników Diesla silnikami spalinowymi z zapłonem iskrowym z metanolem. Wyjątkowo wysoka liczba oktanowa metanolu może zapewnić silniki o pojemności odpowiadającej połowie pojemności skokowej dzisiejszych molochów wysokoprężnych, co skutkuje zmniejszeniem masy i poprawioną wydajnością na drodze o 4 do 9%.
USA i Chiny
Stany Zjednoczone obecnie zwiększają produkcję metanolu. Od czasu gwałtownego wzrostu cen gazu ziemnego w 2000 roku, niegdyś światowej klasy przemysł metanolu w USA importuje obecnie około 80% krajowego popytu. Ale teraz, przy najniższych cenach gazu ziemnego poza Bliskim Wschodem, Stany Zjednoczone ponownie staną się głównym producentem metanolu. Uruchomiono ponownie dwa zakłady, jeden przeniesiono z Chile, a jeden duży konsument metanolu ogłosił budowę nowego zakładu.
Do 2015 roku Stany Zjednoczone zbliżą się do możliwości zaspokojenia własnego popytu. W najbliższych miesiącach prawdopodobnie pojawią się kolejne zapowiedzi dotyczące nowych zakładów, co może skłonić Stany Zjednoczone do wznowienia produkcji metanolu na eksport.
Podczas gdy Stany Zjednoczone zmagają się z etanolem z kukurydzy, Chiny rozwijają się w szybkim tempie w produkcji metanolowego paliwa silnikowego. Mieszanki metanolu są dostępne od M5 do M100, przy czym M15 jest najbardziej popularny. W 2007 roku było 770 stacji paliw metanolu; obecne dane będą prawdopodobnie wielokrotnie wyższe. Wzrost jest napędzany przez małe i regionalne firmy - PetroChina i Sinopec wykazują niewielkie zainteresowanie ze względu na nadmierne zdolności rafineryjne. Jednak rzeczywiste ilości prawdopodobnie znacznie przekroczą oficjalne zapotrzebowanie na metanolowe paliwa silnikowe, ponieważ ekonomika mieszanek paliwowych metanolu jest bardzo atrakcyjna. Powszechnie wiadomo, że wolny rynek w Chinach jest żywy i zdrowy. Szkoda, że w Stanach Zjednoczonych metanol jest opanowany przez uzależnienie i bariery dla etanolu. Mimo dość obojętnego nastawienia, a może nawet sprzeciwu lokalnych dużych firm, w Chinach, 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 amerykańskiemu importowi ciekłych węglowodorów? Oddając 17% obecnie produkowanego gazu ziemnego na produkcję metanolu, możesz pozbyć się 10% amerykańskiego importu płynów. Wymagałoby to budowy 43 fabryk metanolu o wartości około 53 miliardów dolarów.Budżet inwestycji USA w przemyśle przetwórczym w latach 2005-2010 wyniósł około 53 miliardów dolarów.Ale w przeciwieństwie do pojazdów opartych na energii odnawialnej lub LNG, przy obecnych cenach benzyny, metanol i gaz ziemny nie muszą ubiegać się o dotacje, a rośliny mogą zwrócić się w ciągu 3 do 5 lat, a przy tym nadal generować doskonałe zyski w szacowanym 30-letnim okresie eksploatacji. I to bez uwzględnienia wszystkich kosztów związanych z wydobyciem ropy na Bliskim Wschodzie.
Paliwa silnikowe na bazie metanolu wytwarzane z gazu ziemnego to nasza teraźniejszość, aw przyszłości mogą pojawić się inne opcje. Metanol jest produkowany głównie z gazu ziemnego, ale można go również wytwarzać z biomasy - znacznie wydajniej niż etanol. Emisje ekwiwalentu dwutlenku węgla do produkcji metanolu z biomasy szacuje się na jedną dziesiątą etanolu z kukurydzy. Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi są ostatnio postrzegane jako wybawcy rynku paliw silnikowych.
Powszechnie wiadomo, że największym wyzwaniem dla pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi jest bardzo złożone i trudne przejście na infrastrukturę tankowania wodoru. Ale metanol jest doskonałym źródłem energii dla ogniw paliwowych, a infrastruktura do ich tankowania jest znacznie łatwiejsza do zorganizowania. Przyszłość ogniw paliwowych może nie jest tak odległa, ale produkcja metanolu z gazu ziemnego istnieje już dzisiaj.
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 stosowaniu wzrasta sprawność silników spalinowych.Nowoczesne silniki benzynowe mogą dobrze pracować na metanolu, natomiast parametry techniczne silnika 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. Metanol bezwodny 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 szczególnie trującą substancją i podejrzewam, że jej niebezpieczeństwo jest celowo zawyżone ze względu na tendencję 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, możliwe jest zainstalowanie 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, jakość pracy silnika nie ulega pogorszeniu, 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, która pozwoli na rozdzielenie 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.
Wysokie właściwości przeciwstukowe metanolu w połączeniu z możliwością jego produkcji z surowców nieolejowych pozwalają uznać ten produkt za obiecujący wysokooktanowy składnik benzyn silnikowych. Optymalny dodatek metanolu wynosi od 5 do 20%; przy takich stężeniach mieszanina benzyna-alkohol charakteryzuje się zadowalającymi właściwościami eksploatacyjnymi i daje zauważalny efekt ekonomiczny. Dodatek metanolu obniża ciepło spalania paliwa i współczynnik stechiometryczny przy nieznacznych zmianach ciepła spalania mieszanki.
Ze względu na zmianę charakterystyki stechiometrycznej zastosowanie 15% dodatku metanolu (mieszanina M15) w standardowym układzie zasilania prowadzi do ubytku mieszanki paliwowo-powietrznej o około 7%. Jednocześnie wraz z wprowadzeniem metanolu wzrasta liczba oktanowa paliwa (średnio o 3–8 jednostek dla dodatku 15%), co pozwala zrekompensować pogorszenie charakterystyki energetycznej poprzez zwiększenie stopnia sprężania . Jednocześnie metanol usprawnia proces spalania paliwa dzięki tworzeniu się rodników, które aktywują łańcuchowe reakcje utleniania. Badania spalania mieszanek benzyny z metanolem w silnikach jednocylindrowych z układami formowania mieszanki standardowej i warstwa po warstwie wykazały, że dodatek metanolu skraca okres opóźnienia zapłonu i czas spalania paliwa. W tym przypadku odprowadzanie ciepła ze strefy reakcyjnej zmniejsza się, a granica zubożenia mieszaniny rozszerza się i staje się maksymalna dla czystego metanolu.
Specyfika właściwości operacyjnych metanolu przejawia się również, gdy jest on stosowany w mieszaninie z benzyną. Na przykład zwiększa się efektywna sprawność silnika i jego moc, ale pogarsza się efektywność paliwowa. Zgodnie z danymi uzyskanymi na instalacji jednocylindrowej, przy e = 8,6 i n = 2000 min-1 dla mieszaniny M20 (20% metanol) w zakresie k = 1,0-1,3 sprawność efektywna wzrasta o około 3 %, moc - o 3-4%, a zużycie paliwa wzrasta o 8-10%.
Do rozruchu zimnego silnika z wysoką zawartością metanolu w mieszance paliwowej lub w niskich temperaturach stosuje się elektryczne ogrzewanie powietrza lub mieszanki powietrzno-paliwowej, częściową recyrkulację gorących spalin, dodatki do paliwa ze składników lotnych i inne środki.
Dodanie metanolu do benzyny ogólnie poprawia toksyczność pojazdu. Przykładowo w badaniach przeprowadzonych na grupie 14 samochodów o przebiegu od 5000 do 120 000 km dodatek 10% metanolu zmienił emisję węglowodorów zarówno w górę o 41%, jak i w dół o 26%, co średnio stanowiło 1% wzrost ¬nia. Jednocześnie emisja CO i NOx spadła średnio o odpowiednio 38 i 8% dla całej grupy pojazdów.
Jednym z najpoważniejszych problemów utrudniających stosowanie dodatków metanolowych jest niska stabilność mieszanin benzyna-metanol i ich szczególna wrażliwość na wodę. Różnica w gęstości benzyny i metanolu oraz wysoka rozpuszczalność tego ostatniego w wodzie powoduje, że nawet niewielka ilość wody w mieszaninie prowadzi do jej natychmiastowego rozwarstwienia i wytrącenia fazy wodno-metanolowej. Tendencja do delaminacji wzrasta wraz ze spadkiem temperatury, wzrostem stężenia wody i spadkiem zawartości aromatów w benzynie. Na przykład przy zawartości od 0,2 do 1,0% (obj.) wody w mieszance paliwowej temperatura rozwarstwiania wzrasta od -20 do + 10 ° C, to znaczy taka mieszanka jest praktycznie nieodpowiednia do pracy. Poniżej podano graniczne stężenia wody Ccr w różnych mieszaninach benzyny z metanolem:
Do stabilizacji mieszanin benzyna-metanol stosuje się dodatki - propanol, izopropanol, izobutanol i inne alkohole. Przy zawartości wody 600 ppm mętnienie konwencjonalnej mieszaniny M15 zaczyna się już przy -9°C, przy -17°C mieszanina rozwarstwia się, a przy -20°C następuje prawie całkowita destabilizacja. Dodatek 1% izopropanolu obniża temperaturę separacji o prawie 10°C, natomiast dodatek 25% utrzymuje stabilność mieszanin M15 nawet przy niskiej zawartości związków aromatycznych w benzynie do prawie -40°C w szerokim zakresie Zawartość wody.
Ze względu na wysoki koszt i ograniczoną produkcję stabilizatorów do mieszanin benzyny z metanolem 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 wzrasta tendencja do tworzenia korków parowych w przewodach zasilających paliwem, chociaż w przypadku czystego metanolu jest to praktycznie wykluczone ze względu na jego wysokie ciepło parowania. Według obliczeń dla 10% mieszaniny metanolu z benzyną możliwe jest powstawanie korków parowych w temperaturze otoczenia o 8-11°C niższej niż dla paliwa bazowego. Korekta składu frakcyjnego paliwa bazowego jest możliwa poprzez zmniejszenie zawartości lekkich składników z uwzględnieniem późniejszego dodania metanolu.
Aktywność korozyjna mieszanin benzyna-metanol jest znacznie mniejsza niż czystego metanolu, ale w niektórych przypadkach jest znacząca 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 silnikach gaźnikowych stosowano w praktyce mieszaniny 10-20% etanolu z benzynami naftowymi, zwane „gazoholem”. Zgodnie z normą ASTM, opracowaną przez US National Alcohol Fuels Commission, gazohol z 10% etanolem charakteryzuje się następującymi parametrami: gęstość 730-760 kg/m3, zakres temperatury wrzenia 25-210°C, ciepło spalania 41,9 MJ/ kg, ciepło parowania 465 kJ/kg, prężność pary nasyconej (38 °C) 55–110 kPa, lepkość (-40 °C) 0,6 mm2/s, współczynnik stechiometryczny 14. Tak więc pod względem większości parametrów gazohol odpowiada benzynom silnikowym .
W przypadku stosowania etanolu z wodą w warunkach niskich temperatur otoczenia, aby zapobiec rozwarstwieniu, konieczne jest wprowadzenie do mieszaniny stabilizatorów, takich jak propanol, sec-propanol, izobutanol itp. Tym samym dodatek 2,5-3,0% izobutanolu zapewnia stabilność mieszanki etanolu, zawierającej 5% wody, z benzyną w temperaturach do -20°C.
Największa dystrybucja gazoholu występuje w Brazylii, gdzie od 1975 r. realizowany jest rządowy program wykorzystania odnawialnych źródeł surowców roślinnych do produkcji etanolu i jego wykorzystania jako paliwa samochodowego. Liczba samochodów napędzanych etanolem i benzyną w tym kraju wynosiła w 1980 roku. 2411 i 775 tys. sztuk. odpowiednio. Do 2000 r. z przewidywanej floty samochodów osobowych w Brazylii 19-24 mln sztuk. na paliwach alkoholowych powinno być eksploatowanych od 11 do 14 mln. W Stanach Zjednoczonych na 1000 dystrybutorów w 20 stanach samochody napełniane są gazoholem zawierającym 10-20% etanolu.
W krajach europejskich o ograniczonych zdolnościach produkcyjnych i wysokich kosztach produkcji etanolu większe zainteresowanie wzbudza stosowanie dodatków do metanolu. Największe wykorzystanie metanolu jako paliwa silnikowego i jego składników uzyskano w Republice Federalnej Niemiec. W ramach trzyletniego federalnego programu badawczego nad alternatywnymi źródłami energii w latach 1979-1982. w Republice Federalnej Niemiec ponad 1000 pojazdów było eksploatowanych na paliwach alternatywnych, głównie metanolu i mieszaninach benzyny z metanolem. Do eksploatacji na mieszance M15 przerobiono 850 pojazdów na mieszankę M100-120 i 100 pojazdów na olej napędowy z dodatkiem metanolu. Mieszanka M100 to 95% metanol, pozostałe 5% zawiera lekkie frakcje benzyny (najczęściej izopentan), które są niezbędne do ułatwienia rozruchu silnika. W przypadku eksploatacji zimowej zawartość frakcji benzyny wzrasta do 8-9%, a zawartość wody w mieszaninie nie może przekraczać 1%.
Mieszanina M15 85% frakcji benzyny zawiera co najmniej 45% węglowodorów aromatycznych; zawartość czteroetylu ołowiu w mieszaninie nie przekracza 0,15 g/kg, a zawartość wody zawiera się 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 benzyny alkilowej, dzięki czemu za pomocą eteru można uzyskać szeroką gamę bezołowiowych benzyn wysokooktanowych. Eter metylowo-tert-butylowy charakteryzuje się następującymi parametrami: gęstość 740 - 750 kg / m3, temperatura wrzenia 48 - 55 ° С, prężność pary nasyconej (25° С) 32,2 kPa, ciepło spalania 35,2 MJ / kg, liczba oktanowa 95 -110 (metoda motoryczna) i 115-135 (metoda badawcza). Eter wykazuje największą skuteczność przeciwstukową w składzie benzyn surowych i reformingu katalitycznego w zwykłym trybie.
Benzyny domowe A-76 i Ai-92 z dodatkami odpowiednio 8 i 11% eteru metylowo-tert-butylowego pod każdym względem spełniają wymagania GOST 2084-77 i wykazują najlepsze wyniki pod względem zestawu metod oceny kwalifikacji. Benzyny z dodatkami eterowymi charakteryzują się dobrymi właściwościami rozruchowymi i przy niższych prędkościach obrotowych silnika mają wyższe rzeczywiste liczby oktanowe w porównaniu z benzynami komercyjnymi.
Wskaźniki zużycia paliwa i mocy silnika podczas pracy na benzynie z eterem są na poziomie benzyny komercyjnej. W tym przypadku toksyczność spalin jest nieco zmniejszona, głównie ze względu na zmniejszenie emisji tlenku węgla. Nie obserwuje się zmian i nieprawidłowości w stanie i pracy układów silnika przy stosowaniu benzyny z eterem.