АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТОПЛИВА Ø Ø Ø Сжатые и сжиженные

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТОПЛИВА Ø Ø Ø Сжатые и сжиженные углеводородные газы; Спирты, эфиры; Газовые конденсаты; Метиловые эфиры растительных масел; Водород.

В зависимости от физического состояния горючие газы делят на две группы: Ø сжатые, Ø сжиженные. Сжиженные газы Основные компоненты сжиженных газов – это пропан (С 3 Н 8), бутан (С 4 Н 10) и их смеси. Оба углеводорода при небольшом давлении (без охлаждения) можно перевести в жидкое состояние. К примеру, при +20°С пропан сжижается при 7, 16 атм, а бутан – при 1, 03 атм.

Для газобаллонных автомобилей в соответствии с ГОСТ 27578– 87 выпускают сжиженные газы двух марок: ПА (пропан автомобильный) и ПБА (пропан бутан автомобильный) со следующими характеристиками: Характеристики ПА ПБА Содержание газов, мас. %: метан, этан и этилен Не нормируется пропан 85+-10 Сумма углеводородов С 4 и выше Не нормируется 50+-10 Сумма непредельных углеводородов, не более 6 6 Содержание жидкого остатка при 40°С, свободной воды и щелочи отсутствие Давление насыщенных паров, избыточное , МПа, при температуре: +45°С, не более - 1, 6 – 20°С, не менее - 0, 07 – 35°С, не менее 0, 07 -

Эксплуатационные качества автомобилей с газовыми двигателями (по сравнению с бензиновыми): пусковые качества до – 5°С равноценны. Запуск холодного двигателя на СНГ при более низких температурах затруднен из -за сильного охлаждения при испарении сжиженного газа (температура снижается на 10 -20 С, по сравнению с температурой окружающего воздуха); Ø динамические качества ухудшаются на 5– 8%; Ø мощность и топливная экономичность газовых двигателей повышаются, так как в связи с высокими антидетонационными свойствами СНГ (их ОЧ превышает 100 единиц) в газовых двигателях можно применять более высокие степени сжатия, хотя энергосодержание СНГ на единицу объема и меньше, чем у бензина; Ø

при правильной регулировке и оптимальном режиме работы системы подачи газового топлива существенно снижается токсичность отработавших газов: по окиси углерода – в 3– 4 раза, по окислам азота в 1, 2– 2 раза, по углеводородам в 1, 2– 1, 4 раза; Ø срок смены масла увеличивается в 2– 2, 5 раза. Исключается процесс испарения жидкого топлива, т. к. в камеру сгорания поступает уже газообразное топливо которое к концу такта сжатия тщательно перемешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам, поэтому смывание смазки с цилиндров исключается. Масло меньше разжижается и загрязняется; Ø

моторесурс и надежность работы двигателей увеличиваются. Межремонтный пробег автомобилей на СНГ возрастает в 1, 4– 2 раза. Уменьшаются износы, улучшаются условия работы свечей зажигания, уменьшаются нагарообразование и износы деталей цилиндропоршневой группы; Ø хотя трудоемкость технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей возрастает на 3– 5% тем не менее эти затраты перекрываются увеличением пробега автомобилей между ремонтом двигателей. Ø

Сжатые газы Основные компоненты сжатых газов – метан СН 4, окись углерода СО и водород Н 2 – получают из горючих газов различного происхождения (природных, попутных, нефтяных, коксовых и др. ). В попутных газах в зависимости от месторождения нефти содержание метана может находиться в пределах 40– 82%. Для сжатого газа применяют газобаллонные установки (баллоны, арматура, редуктор, газопроводы и др. ), рассчитанные на работу при высоком давлении – 19, 6 МПа (200 кгс/см 2).

К положительным факторам применения СПГ в качестве автомобильного топлива можно отнести следующие: повышается срок службы моторного масла в 2– 3 раза из-за отсутствия его разжижения и уменьшения загрязнения; в результате расход масла уменьшается на 30– 40% по сравнению с бензиновыми двигателями; Ø увеличивается в среднем на 35– 40% моторесурс двигателя вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндропоршневой группы; Ø увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания; Ø увеличивается в 1, 5 раза межремонтный пробег двигателя; Ø значительно снижается (до 90%) выброс с отработавшими газами вредных веществ, особенно СО. Ø

Наряду с преимуществами можно отметить следующие недостатки: трудоемкость техобслуживания и ремонта увеличивается на 7– 8%, а цена автомобиля возрастает из-за наличия дополнительной газобаллонной аппаратуры; Ø мощность двигателя снижается на 18– 20%. Ухудшаются тягово-динамические и эксплуатационные характеристики автомобилей: время разгона увеличивается на 24– 30%; максимальная скорость уменьшается на 5– 6%; предельные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются на 30– 40%; эксплуатация автомобиля с прицепом затрудняется; дальность поездки на одной заправке газом уменьшается (не превышает 200– 250 км); Ø грузоподъемность автомобиля снижается на 9– 14% в связи с применением стальных баллонов высокого давления. Ø

Показатели работы автомобиля ЗИЛ-130 на различных видах топлива Показатели Избыточное давление в системе питания, атм Октановое число по ММ Удельная теплота сгорания горючей смеси при =1, к. Дж/кг Уменьшение мощности двигателя при неизменной степени сжатия, % Удельная энергия, отнесенная к массе топливной тары, к. Дж/кг Запас хода автомобиля, км Масса снаряженного автомобиля, кг Полезная грузоподъемность автомобиля, к. Н (т) бензин А-76 Вид топлива сжиженный сжатый нефтяной газ природный газ 0, 3 16 200 76 110 111 110 108 – 5– 7 15– 16 5020 3170 200 585 200 4300 4500 5100 60 (6) 59 (5, 9) 52 (5, 2)

Синтетические спирты Метанол и этанол при использовании их в качестве топлива для автомобильных двигателей характеризуются Ø высоким октановым числом, Ø меньшей по сравнению с бензином теплотворной способностью, Ø высокой скрытой теплотой испарения, Ø низкой упругостью паров и температурой кипения.

При работе на спиртах обеспечивается снижение теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы, Ø снижение закоксовывания и нагарообразования. Ø существенное уменьшение содержания окислов азота (в 1, 5– 2 раза) и углеводородов (в 1, 3– 1, 7 раза) в отработавших газах при том же уровне концентрации окиси углерода, что и при работе на бензине. Ø

Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) Положительные стороны применения МТБЭ в качестве добавки к бензину: Øвозможно получение неэтилированных высокооктановых смесей; Øнет необходимости изменять регулировки топливной аппаратуры; Øдобавка 10% МТБЭ повышает октановое число бензинов по исследовательскому методу на 2, 1– 5, 9 ед. , а 20% – на 4, 6 – 12, 6; Øоблегчается фракционный состав бензинов. Однако несколько возрастает опасность образования паровых пробок летом; Øнесколько улучшаются мощностные и экономические показатели двигателя во всем диапазоне нагрузок и частоты вращения; Øснижается токсичность отработавших газов примерно на 10% (за счет снижения содержания окиси углерода); Øснижается расход бензина на 3%.

Диметиловый эфир Может непосредственно впрыскиваться в камеру сгорания двигателя или использоваться в качестве добавки к сжиженному газу, метанолу или стандартному дизельному топливу. Диметиловый эфир повышает цетановое число топлив. Как показали испытания, при работе двигателей на диметиловом эфире практически полностью отсутствует сажеобразование. Однако возрастает эмиссия оксидов азота, что требует оборудования двигателя каталитическими нейтрализаторами. Диэтиловый эфир Еще более удобен в применении и эффективен, так как он представляет собой жидкость (хотя и низкокипящую) и его цетановое число превышает 125. Добавка 10% диэтилового эфира в дизельное топливо повышает его цетановое число в среднем на 4 ед. , что позволяет отказаться от применения токсичных и взрывоопасных алкилнитратов.

Газовые конденсаты (жидкие углеводороды, конденсирующиеся при нормальных условиях из природных газов газоконденсатных месторождений, находящихся в подземных пластах под давлением 4, 9– 9, 8 МПа и температуре до 150°С) рассматриваются как дополнительный источник сырья для получения автомобильного топлива.

Биодизельное топливо Согласно стандарту США, за биодизельное топливо принимаются моноалкиловые эфиры жирных кислот, получаемых из растительного или животного сырья. Важнейшее достоинство применения биодизельного топлива — замена продуктов нефтепереработки на природное возобновляемое сырье.

Водород В настоящее время все более широко ведутся работы по применению в качестве топлива водорода, а также его смесей с бензином. Наиболее характерные особенности водорода: Ø водород – самый легкий элемент, даже в жидком состоянии он примерно в 14 раз легче воды; Ø в единице массы водород содержит почти в 3 раза больше тепловой энергии, чем все известные ископаемые топлива. Однако, чтобы его разместить, необходимы довольно большие объемы; Ø водород обладает способностью моментально смешиваться с другими газами и, в частности, с воздухом атмосферы Смесь водород–воздух воспламеняется при содержании водорода от 4 до 74%;

водород горит в газообразном состоянии при температуре выше 500°С с образованием паров дистиллированной воды. Для сжигания 1 кг водорода необходимо в 2 раза больше воздуха, чем для сжигания бензина; Ø отработавшие газы при работе на водороде не содержат окиси углерода, углеводородов, окислов свинца, а окислы азота присутствуют в меньших количествах, чем при работе на бензине. Ø

Недостатки применения водорода: из-за низкой теплотворной способности водородновоздушной смеси мощность двигателя снижается на 15– 20%; Ø жидкий водород занимает в 3, 5 раза больший объем, чем эквивалентное по энергии количество бензина, что усложняет его хранение и распределение; Ø смесь газообразного водорода с кислородом воздуха в широком диапазоне концентраций образует гремучий газ, который в закрытых емкостях или помещениях горит очень быстро при значительном повышении давления, что может привести к взрыву и разрушениям. Ø