Чем отличается метанол от бензина

Метанол как топливо для авто

Получаемая при помощи данного описания жидкость — метанол (метиловый спирт). Метанол в чистом виде применяется в качестве растворителя и как высокооктановая добавка к моторному топливу, а также как самый высокооктановый (октановое число равно 150) бензин. Это тот самый бензин, которым заправляют баки гоночных мотоциклов и автомобилей. Как показывают зарубежные исследования, двигатель, работающий на метаноле, служит во много раз дольше чем при использовании обычного автобензина, мощность его повышается на 20% (при неизменном рабочем объеме двигателя). Выхлоп двигателя, работающего на этом топливе, экологически чист и при проверке его на токсичность вредные вещества практически отсутствуют.

Малогабаритный аппарат для получения этого топлива прост в изготовлении, не требует особых знаний и дефицитных деталей, безотказен в работе. Его производительность зависит от различных причин, в том числе и от габаритов. Аппарат, схему и описание сборки которого предлагаем вашему вниманию, при Д=75мм дает три литра готового топлива в час, имеет вес около 20 кг, и габариты приблизительно: 20 см в высоту, 50 см в длину и 30 см в ширину.

Внимание: метанол является сильным ядом. Он представляет собой бесцветную жидкость с температурой кипения 65оС, имеет запах, подобный запаху обычного питьевого спирта, и смешивается во всех отношениях с водой и многими органическими жидкостями. Помните о том, что 30 миллилитров выпитого метанола смертельны!

Принцип действия и работа аппарата:

Водопроводная вода подключается к «входу воды» (15) и, проходя далее, разделяется на два потока: один поток через краник (14) и отверстие (С) входит в смеситель (1), а другой поток через краник (4) и отверстие (Ж) идет в холодильник (3), проходя через который вода, охлаждая синтез-газ и конденсат бензина, выходит через отверстие (Ю).

Бытовой природный газ подключается к трубопроводу «Вход газа» (16). Далее газ входит в смеситель (1) через отверстие (Б), в котором, смешавшись с паром воды, нагревается на горелке (12) до температуры 100 — 120оС. Затем из смесителя (1) через отверстие (Д) нагретая смесь газа и водяного пара входит через отверстие (В) в реактор (2). Реактор (2) заполнен катализатором №1, состоящим из 25% никеля и 75% алюминия (в виде стружки или в зернах, промышленная марка ГИАЛ-16). В реакторе происходит образование синтез газа под воздействием температуры от 500оС и выше, получаемой за счет нагрева горелкой (13). Далее нагретый синтез-газ входит через отверстие (Е) в холодильник (З), где он должен охладиться до температуры 30-40оС или ниже. Затем охлажденный синтез-газ через отверстие (И) выходит из холодильника и через отверстие (М) входит в компрессор (5), в качестве которого можно использовать компрессор от любого бытового холодильника. Далее сжатый синтез-газ с давлением 5-50 через отверстие (Н) выходит из компрессора и через отверстие (О) поступает в реактор (6). Реактор (6) заполнен катализатором №2, состоящим из стружки 80% меди и 20% цинка (состав фирмы «ICI», марка в России СНМ-1). В этом реакторе, который является самым главным узлом аппарата, образуется пар синтез-бензина. Температура в реакторе не должна превышать 270оС, что можно проконтролировать градусником (7) и регулировать краником (4). Желательно поддерживать температуру в пределах 200-250оС, можно и ниже. Затем пары бензина и не прореагировавший синтез-газ через отверстие (П) выходят из реактора (6) и через отверстие (Л) входят в холодильник (З), где пары бензина конденсируют и через отверстие (К) выходят из холодильника. Далее конденсат и не прореагировавший синтез-газ входят через отверстие (У) в конденсатор (8), где накапливается готовый бензин, который выходит из конденсатора через отверстие (Р) и краник (9) в какую-либо емкость.

Отверстие (Т) в конденсаторе (8) служит для установки манометра (10), который необходим для контроля давления в конденсаторе. Оно поддерживается в пределах 5-10 атмосфер или больше в основном с помощью краника (11) и частично краника (9). Отверстие (Х) и краник (11) необходимы для выхода из конденсатора не прореагировавшего синтез газа, который идет на рециркуляцию обратно в смеситель (1) через отверстие (А). Краник (9) регулируют так, чтобы постоянно выходил чистый жидкий бензин без газа. Лучше будет, если уровень бензина в конденсаторе будет увеличиваться, чем уменьшаться. Но самый оптимальный случай, когда уровень бензина будет постоянным (что можно проконтролировать путем встроенного стекла или какого-либо другого способа). Краник (14) регулируют так, чтобы в бензине не было /воды/ и в смесителе пара образовывалось лучше меньше, чем больше.

Открывают доступ газа, вода (14) пока закрыта, горелки (12), (13) работают. Краник (4) полностью открыт, компрессор (5) включен, краник (9) закрыт, краник (11) полностью открыт.

Затем приоткрывают краник (14) доступа воды, а краником (11) регулируют нужное давление в конденсаторе, контролируя его манометром (10). Но не в коем случае не закрывайте краник (11) полностью. Далее, минут через пять, клапаном (14) доводят температуру в реакторе (6) до 200-250оС. Затем чуть-чуть приоткрывают краник (9), из которого должна пойти струя бензина. Если она будет идти постоянно — приоткройте краник больше, если будет идти бензин в смеси с газом — приоткройте краник (14). Вообще, чем на большую производительность настроите аппарат, тем лучше. Содержание воды в бензине (метаноле) вы можете проверить с помощью спиртометра. Плотность метанола равна 793 кг/м3.
Данный аппарат желательно изготавливать из нержавеющей стали или железа. Все детали изготовлены из труб, в качестве тонких соединительных труб можно использовать медные трубки. В холодильнике необходимо сохранить соотношение X:Y=4, то есть, например, если X+Y=300 мм, то X должно быть равно 240 мм, а Y, соответственно, 60 мм. 240/60=4. Чем больше витков уместится в холодильнике с той и с другой стороны, тем лучше. Все краники применены от газосварочных горелок. Вместо краников (9) и (11) можно использовать редукционные клапана от бытовых газовых баллонов или капиллярные трубки от бытовых холодильников. Смеситель (1) и реактор (2) нагреваются в горизонтальном положении (смотрите чертеж).

Метанол vs бензин

Более экологичным видом моторного топлива мог бы стать метиловый спирт. В этой области уже есть прецеденты.

Так, в начале 90-х гг. в Стокгольме проводился эксперимент по испытаниям этого вида топлива на общественном транспорте. Себестоимость метанола меньше чем бензина, а он требует минимальной переналадки бензиновых двигателей (производится каталитическим методом из природного газа). Этот вид моторного топлива мог бы рассматриваться с экономической точки зрения как весьма перспективный. Экологический эффект его применения нуждается в уточнении, хотя в ходе эксперимента в Стокгольме наблюдалось снижение валового выброса вредных веществ почти в 5 раз.

Существенным препятствием к широкому использованию метанола в России является высокая гигроскопичность метанола и трудности с запуском двигателя в холодное время года. Критики метанола аргументируют свою позицию тем, что при преобразовании природного газа в метанол освобождается такое же количество углекислого газа, как и при сгорании бензина.

Технология автомобильных силовых установок с метанолом достаточно известна и отработана. Первое широко распространенное метано-ловое топливо — это бензин М85 — (смесь 85% метанола и 15% бензина). Чистый метанол создает проблемы при холодном пуске двигателя, поэтому добавляется 15% бензина для повышения летучести топлива и легкости пуска. Топливо М-85 имеет октановое число 100 (у бензина — 87-95). Более высокое октановое число обеспечивает плавное сгорание при более высокой степени сжатия, чем в карбюраторных двигателях (баз детонационных ударов). Более высокая степень сжатия позволяет получить эффективную конструкцию двигателя, в которой можно оптимизировать расход энергии. Не случайно в течение ряда лет на гоночных автомобилях применяется чистый метанол с октановым числом -ПО. Метанол обеспечивает также более высокую скорость распространения фронта пламени, чем бензин, что повышает оборотность двигателя и улучшает его эффективность.

Кроме того, обладая более высокой температурой испарения, метанол позволяет двигателю охлаждаться быстрее, благодаря чему обыкновенный радиатор жидкостного охлаждения может быть заменен на воздушный, дающий экономию массы.

В качестве промежуточного звена при решении вопроса замены топлива можно рассматривать кислородсодержащие добавки к бензину. Хотя они несколько снижают теплотворную способность топлива, но это компенсируется повышением октанового числа и уменьшением выброса в окружающую среду вредных веществ. К числу таких добавок относятся метанол (метиловый спирт СН3ОН) и метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ — СН3ОС (СН3 )3). Благодаря внедрению кислородсодержащих добавок в США объем реализации свинец-содержащего бензина снизился с 45% в 1983 г. до 5% в 1990 году.

В любой современной автомашине можно без всяких переделок использовать смесь из 90% бензина и 10% метилового спирта — так называемый газохол, который не уступает высококачественному этилированному бензину, при меньших объемах выброса загрязняющих веществ.

Этанол. Топливо, полученное ферментацией различных сельскохозяйственных культур. Из-за относительно высокой стоимости и преимуществ других альтернативных топлив этанол вряд ли станет широко применяться в будущем.

Как и метанол, этанол имеет высокое октановое число и может применяться для повышения производительности двигателей.
В последние 10 лет этанол широко применяется в США и используется в качестве 10%-ной добавки к бензину. В Бразилии применяется этанол, произведенный из сахарного тростника. Он известен под названием Б-100 и нуждается в некоторых добавках бензина при применении в условиях более холодного, чем в Бразили, климата.

В будущем этанол, возможно, будет производиться из воды, если технология обеспечит приемлемые расходы.

Метанол в бензине Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Данилов А. М., Емельянов В. Е.

В течение нескольких лет структура баланса автомобильных бензинов в России претерпевает быст рые и радикальные изменения. Уменьшается объем выработки бензинов типа А76 и АИ80 и увеличивается производство бензинов с более высоким октановым числом (рис. 1). В перспективе ожидается снижение спроса на бензин А92 с увеличением потребности в бензине АИ95 и в меньшей, но возрастающей степени — АИ98 (рис. 2) [1].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Метанол в бензине»

Метанол в бензине

A. М. Данилов, зам. генерального директора Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти (ВНИИ НП), д.т.н.

B. Е. Емельянов, заведующий отделом ВНИИ НП, д.т.н.

В течение нескольких лет структура баланса автомобильных бензинов в России претерпевает быстрые и радикальные изменения. Уменьшается объем выработки бензинов типа А-76 и АИ-80 и увеличивается производство бензинов с более высоким октановым числом (рис. 1). В перспективе ожидается снижение спроса на бензин А-92 с увеличением потребности в бензине АИ-95 и в меньшей, но возрастающей степени — АИ-98 (рис. 2) [1].

Однако планы по производству высокооктановых бензинов опережают возможности нефтяных компаний по выработке соответствующих фракций. На рис. 3 представлено сравнение спроса и производства бензинов в недалеком 2010 году. Недостача может быть скомпенсирована за счет вовлечения в состав бензинов антидетона-

ционных добавок и высокооктановых компонентов ненефтяного происхождения. Среди таких продуктов важное место занимает метанол. Он может рассматриваться непосредственно как топливо для автомобильных двигателей, как компонент автомобильного бензина и как сырье для синтеза высокооктановых добавок к бензину — монометиланилина (ММА) и семейства простых эфиров-оксигенатов, типичным представителем которых является метил-трет-бутило-вый эфир (МТБЭ) (рис. 4). Кроме того, метанол может быть использован как промежуточный продукт для синтеза углеводородов в процессе GTL, но это направление в данной статье не рассматривается.

СИТУАЦИЯ, СКЛАДЫВАЮЩАЯСЯ В ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ НА ТОПЛИВНОМ РЫНКЕ, ЗАСТАВЛЯЕТ ВНИМАТЕЛЬНО РАССМОТРЕТЬ ВОЗМОЖНОСТИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАНОЛА

Попытки использовать метанол в качестве топлива для карбюраторных двигателей или хотя бы как добавки к нефтяному бензину предпринимались в России и за рубежом в течение нескольких десятилетий. В результате был предложен ряд технических решений. В России практического применения они не нашли, а в некоторых других странах ассортимент пополнился топливами М-100 и М-85, представляющими соответственно технический метанол и смесь 85%-го метанола с 15%-м нефтяным бензином.

Более плодотворным оказалось использование метанола в качестве сырья для высокооктановых добавок. Наша страна — одна из немногих, производящих ММА. Что касается МТБЭ, то объем его использования по сравнению с промышленно развитыми странами невелик, но заметен — в 2007 г. доля МТБЭ в общем бензиновом пуле составила немногим менее 1%. Ситуация на топливном рынке складывается таким об-

20 ГАЗОХИМИЯ ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009

■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU

РИС. 1. ДИНАМИКА ПРОИЗВОДСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ В РОССИИ В 2000-2007 ГГ.

РИС. 2. ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОЙ ПОТРЕБНОСТИ В АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНАХ В РОССИИ ДО 2015 Г.

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

разом, что потребность в МТБЭ и его аналогах будет расти, что заставляет внимательно рассмотреть возможности, предоставляемые использованием метанола, но при этом необходимо решить ряд проблем.

Проблема метанола. По основным физико-химическим и энергетическим характеристикам метанол вполне приемлем как топливо, но существенно отличается от бензина (табл. 1). У него высокая теплота испарения, что ухудшает его смесеобразование в двигателе, и, напротив, почти в два раза меньшая теплота сгорания. Последнее заметно влияет на работу топливной аппаратуры. Во-первых, при смесеобразовании должно обеспечиваться иное соотношение воздух/топливо, во-вторых, объем подаваемого метанола по сравнению с бензином должен быть почти вдвое большим. При соблюдении этих условий горючая смесь на основе метанола по теплопроизводительности даже несколько превышает смесь на основе традиционного бензина. Иными словами, мощностные характеристики двигателя не ухудшатся. Таким образом, использование метанола в качестве самостоятельного топлива возможно, но только в специально приспособленных двигателях. Кроме того, при изготовлении двигателя должны быть использованы стойкие по отношению к агрессивному действию метанола конструкционные и уплотнительные материалы. За рубежом такие двигатели есть, при их эксплуатации используются уже упомянутые топлива М-100 и М-85.

Насколько нам известно, производство двигателей, приспособленных для работы с метанолом, в России не планируется. Поэтому данный путь для нас является малоперспективным.

Попытки добавлять метанол в бензин начались в первой половине прошлого века, а в 1960-1970-е гг. в СССР были проведены систематические работы в этом направлении. Исследовались две смеси: БМС-5 и БМС-

15. Первая содержала 5% метанола, вторая — 15% метанола и 7% стабилизатора — трет-бутилового спирта. Композиция БМС-5 была забракована достаточно быстро. Основные недостатки заключались в высокой гигроскопичности метанола и его плохой растворимости в углеводородах. БМС-5 могла поглотить не более 0,1 масс. % попадающей в топливо воды, при бoльших ее концентрациях смесь расслаивалась, причем объем

водно-метанольной фазы превышал объем добавленной воды. При охлаждении, даже в отсутствие влаги, смесь сначала мутнела, затем также расслаивалась.

Чтобы бензометанольные смеси не расслаивались, в них добавляют в качестве стабилизаторов высшие спирты, например, трет-бутиловый спирт (смесь примерно равных количеств трет-бутилового спирта и метанола называется оксинолом) или изо-бутиловый спирт. Созданная таким образом композиция БМС-15 рассматривалась как перспективная. Однако в то время в де-

ПОПЫТКИ ДОБАВЛЯТЬ МЕТАНОЛ В БЕНЗИН НАЧАЛИСЬ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ ПРОШЛОГО ВЕКА,

А В 1960-1970-Е ГГ. В СССР БЫЛИ ПРОВЕДЕНЫ СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В ЭТОМ НАПРАВЛЕНИИ

шевом нефтяном бензине не было недостатка, и с токсичным метанолом решили не иметь дела. В настоящее время можно было бы вернуться к полузабытому техническому решению, но специальный технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензинам, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» требует отсутствия метанола в бензине. С этой точки зрения использование метанола как добавки также невозможно.

ММА и МТБЭ. Монометиланилин в виде экстралина (смесь 90% основного вещества и 10% смеси анилина и диметиланилина) начали добавлять в авиационный бензин еще в 1919 г. После предложений о добавке тетраэтилсвинца к топливу об экстралине «забыли», но в настоящее время интерес к нему вновь возник. Можно с уверенностью ска-

ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009 ГАЗОХИМИЯ 21

■тяпай СРАВНЕНИЕ МЕТАНОЛА и бензина

КАК ТОПЛИВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

Показатели Метанол Автобензин

Температура кипения, °С: 65 35-205

Плотность при 15°С, кг/м3 795 720-780

моторный метод 94 76-88

исследовательский метод 111 80-98

испарения, кДж/кг 1100 200

сгорания (низшая), кДж/кг 22707 42000

сгорания (низшая), кДж/л 15700 31500

Стехиометрическое массовое соотношение воздух/топливо 6,4 14-15

Теплота сгорания стехиометрической смеси 3500 3400

ПДК паров, мг/м3 5 1000

Давление насыщенных паров при 38°С, кПа 12 35-100

■ГДіІИИІ СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ БЕНЗИНА, МТБЭ И ЕГО АНАЛОГОВ

Показатели Бензин МТБЭ ЭТБЭ МТАЭ

Температура кипения, °С 35-205 55 73 86

Плотность при 20°С, кг/м3 720-780 740 770 740

моторный метод 76-88 110 105 98

исследовательский метод 80-98 125 118 111

испарения, кДж/кг 200 337 315 329

сгорания (низшая), кДж/л 31500 26040 26750 27900

Давление насыщенных паров при 38°С, кПа 35-100 55,2 20,7 27,6

ПОПЫТКИ ДОБАВЛЯТЬ МЕТАНОЛ В БЕНЗИН НАЧАЛИСЬ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ ПРОШЛОГО ВЕКА,

А В 1960-1970-Е ГГ. В СССР БЫЛИ ПРОВЕДЕНЫ СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В ЭТОМ НАПРАВЛЕНИИ

зать, что полный переход отечественных заводов на выпуск исключительно неэтилированного бензина стал возможным после создания ассортимента антидетонационных добавок на основе ММА. Существенным недостатком этих добавок является повышенная склонность к смолообразованию и увеличению износа деталей цилиндропоршневой группы, вследствие чего их концентрация в бензинах ограничена 1,0-1,3%. Добавка ММА в бензин в максимально допустимой концентрации позволяет повысить его октановое число на 2-6 ед. в зависимости от природы исходного бензина. Основной метод получения ММА — алкилирование анилина метанолом. Исходный продукт — анилин токсичен и дефицитен. Поэтому наращивание выработки ММА, а это, несомненно, потребуется, встретит большие сложности.

Несколько десятков лет назад МТБЭ рассматривался как промежуточный продукт синтеза изобутилена и изопрена — ценных мономеров для производства синтетического каучука. В это время были разработаны основные промышленные технологии и катализаторы для его производства. В России этими вопросами занимается ОАО «НИИ «Яр-синтез», разработавшее ряд процессов [2]. В основе технологии лежит

РИС. 3. ОЦЕНКА ОБЪЁМОВ ПРОИЗВОДСТВА И СПРОСА НА БЕНЗИНЫ В РОССИИ В 2010 Г.

обработка соответствующей углеводородной фракции пиролиза, или каталитического крекинга, содержащей изобутилен, метанолом на ионообменных смолах.

В качестве добавки к топливу МТБЭ начали использовать в США, а затем и в других странах с высокой потребностью в бензинах. Рассматривалось и применение его аналогов: этил-трет-бутилового эфира (ЭТБЭ) и метил-трет-амилового эфира (МТАЭ). Все они оказались в этом отношении весьма перспективными продуктами (табл. 2).

Максимальная концентрация МТБЭ в бензине была установлена на уровне 15 об. %. При этом прирост октанового числа в зависимости от исходного бензина составлял 4-6 ед. С введением в действие уже упоминавшегося Регламента по ГСМ использование МТБЭ в бензине встречает неожиданное затруднение. Дело в том, что Регламент не допускает наличия в бензине даже небольших количеств метанола. Вместе с тем, непрореагировавший метанол присутствует в МТБЭ в количестве до 1,5 масс. %. Это значит, что в бензине его концентрация может превысить 0,2%. По нашему мнению, необходимо срочно вводить в Регламент поправку, допускающую в бензине метанол, например, в концентрации до 0,5%.

Представляет интерес сравнение стоимости повышения октанового числа бензина в случае использования той или иной добавки. Это сравнение в ценах на момент написания статьи представлено в табл. 3. Оно свидетельствует о том, что использование МТБЭ обходится в 3-5 раз дороже, чем ММА. Однако существующие ограничения не позволяют вводить ММА в бензин в сколь угодно большом количестве. Достоинством МТБЭ и ММА является то, что они хорошо «уживаются» друг с другом, благодаря чему в бензин можно добавлять их композицию и получать прирост октанового числа, близкий к аддитивному (рис. 5).

Потребность отрасли в ММА и МТБЭ можно оценить только весьма приблизительно. Она зависит от планов компаний и спроса на бензин. И то и другое постоянно корректируется. Кроме того, в перспективе не исключен экспорт ММА за рубеж, в том числе и в страны Европы, которые также оказываются перед дефицитом высокооктановых фракций. Можно, например, исходить из дефицита АИ-95 и АИ-98 в 7 млн т и избытка А-92 (см. рис. 3). Ус-

22 ГАЗОХИМИЯ ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009

РИС. 4. ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАНОЛА В БЕНЗИНЕ

Добавка к бензину

Метанол |—| МТБЭ и

СРАВНЕНИЕ СТОИМОСТИ ЭФФЕКТА ПОВЫШЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА (БЕЗ НДС)

Показатели ММА МТБЭ ММА + МТБЭ

Максимальное количество в бензине, кг/т 13 150 13+150

Цена, руб./кг добавки 72 30 —

Стоимость добавки, руб./кг бензина 936 4500 720+3000

Прирост октанового числа 2-6 4-6 6-10

Стоимость октановой единицы на тонну бензина, руб. 156-468 750-1125 372-620

ловно это можно рассматривать как «перевод» бензина А-92 в АИ-98, для чего потребуется смесь около 1% ММА и 10% МТБЭ, то есть, 70 тыс. т ММА и 700 тыс. т МТБЭ дополнительно к потребляемому количеству. Темпы роста потребности в такой смеси могут составить 4-6% в год.

Прирост производства ММА сдерживается дефицитом анилина. Не хватает сырья и для производства МТБЭ. Изобутилен востребован в других отраслях техники, например для синтеза полиизобутилена, присадок к смазочным маслам, алкилата и др. Кроме того, некоторые компании, владеющие изобутиленом, выражают намерения подвергать его димеризации с получением продукта с высоким октановым числом (100 по исследовательскому методу и 88 по моторному) и без каких-либо ограничений по содержанию в бензине. Организация производства димера изобутилена планируется в ОАО «Каучук» в 2010 г. [3]. Выходом из положения может стать вовлечение в синтез других изоолефинов. Разработаны технологии алкилирования метанолом фракций, содержащих олефины С5-С6.

Нельзя обойти вниманием полемику о коррозионной агрессивности МТБЭ и его попадании в грунтовые воды из прокорродировав-ших резервуаров. Эта полемика привела к тому, что согласно решению Сената США от 5 июня 2003 г. с 2012 г. этанол должен будет полностью заменить МТБЭ при производстве автомобильных бензинов, для чего ежегодно будет вырабатываться около 15 млн т этанола [4]. Скандинавские страны тоже пошли по пути отмены МТБЭ. Что каса-

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

РИС. 5. ПРИРОСТ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНА ПРИ ДОБАВКЕ ММА, МТБЭ И ИХ СМЕСЕЙ В МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ

Прирост октанового числа

ется нашего мнения, за развивающейся ситуацией надо следить, но окончательные выводы делать рано. Тем не менее, ЭТБЭ является сильным конкурентом с некоторыми преимуществами.

Подсчитано, что при одинаковой по содержанию кислорода в бензине концентрации ЭТБЭ вносится примерно на 10% октанового числа больше, чем с МТБЭ. ОАО «Каучук» планирует в 2012 г. весь объем вырабатываемого МТБЭ заменить на ЭТБЭ [3]. ЕХ

1. Рогов С. Энергетическая политика: шагнет ли отрасль в инвестиционную пропасть? // Нефтегазовая вертикаль: переработка, химия, маркетинг. Пилотный выпуск. 2008. Март. С. 10-14.

2. Стряхилева М.Н., Смирнов В.А., Шляпников А.М. Синтез метилтрет-бутилового эфира и других высокооктановых компонентов товарных бензинов // Мир нефтепродуктов. 2008. № 3. С. 9-12.

3. Аксенов В.И., Шпанцева Л.В., Давыдова В.К., Тюленцева Л.Е. Производство МТБЭ в ОАО «Каучук» // Мир нефтепродуктов. 2008. № 3. С. 13-15.

4. Oil & Gas J. 2003. V. 101. № 24. Р. 40-41.

ФЕВРАЛЬ-МАРТ 2009 ГАЗОХИМИЯ 23

Горючее для автомобиля

Углекислота жидкая (СО2, двуокись углерода, диоксид углерода)

Углекислота жидкая — это, сжиженный углекислый газ под очень высоким давлением, которое обычно равно 70 атмосферам. Жидкость, как и газ, абсолютно бесцветна, имеет слегка кислый привкус.
Поставляется и хранится углекислота в:
- 40-литровых герметичных баллонах, которые защищены от коррозийных разрушений — срок хранения 2 года.
- В транспортной бочке ЦЖУ-18 — срок хранения 6 месяцев.
Горючее для автомобиля — своими руками

Одним из перспективных видов автомобильного горючего, в настоящее время, является метиловый спирт.
Метиловый спирт (метанол) представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым запахом, температура замерзания -98°С, кипения +65°С. Хорошо смешивается с водой. Как и все спирты он обладает высокой детонационной стойкостью, октановое число метанола составляет 114,4 единицы. Для сравнения, октановое число этанола (винный, этиловый спирт) — 111,4 ед.
Из всех антидетонационных компонентов бензина, метанол является наиболее эффективной добавкой в отношении снижения выбросов СО, СН и N0х. Может метанол использоваться и как самостоятельное автомобильное горючее, в этом случае метанол имеет определенные достоинства.
Метанол представляет собой «чисто» сгорающее топливо, обладает лучшими топливными характеристиками чем бензин, вследствие чего, при его применении повышается КПД двигателей внутреннего сгорания Современные бензиновые двигатели могут хорошо работать на метаноле, при этом технические характеристики двигателя улучшаются.
Это, в первую очередь: высокая детонационная стойкость, абсолютное отсутствие сернистой коррозии двигателя и выбросов серы и сажи в выхлопе, минимальное нагарообразование в двигателе, на 50% меньшая токсичность продуктов сгорания, повышается КПД, благодаря внутреннему охлаждению и повышению степени сжатия высокий коэффициент наполнения цилиндров горючей смесью (по сравнению с бензином выигрыш в мощности при работе на метаноле достигает 10%) и проч. Указанные достоинства метанола привели к тому, что он уже давно используется как топливо на гоночных автомобилях и авиамоделях, спортивных мотоциклах, где требуются компактные и вместе с тем мощные двигатели. Многие исследовательские институты считают его топливом будущего.
Вместе с тем метанол имеет и недостатки. Безводный метанол хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, но при попадании в топливный бак влаги, топливо расслаивается и в баке получаются две несмешиваемые жидкости, для ликвидации этой причины желательно дополнять бак фильтром–осушителем или устанавливать отдельный бак с топливопроводом.
Другим недостатком метанола является более низкая, чем у бензина, испаряемость, что вызывает затруднения при пуске двигателя на холоде. Для улучшения пуска на холоде, приходится выполнять подогрев пускового объема холодного топлива (чаще всего электрический) или производить запуск двигателя на бензине. Для горения метанола требуется в два раза меньше воздуха, чем для бензина, поэтому при работе на чистом метаноле необходима перерегулировка карбюратора бензинового двигателя.
Отрицательным свойством метанола является его ядовитость, хотя многие химики, авиамоделисты и гонщики, десятилетиями вплотную обращающиеся с ним (естественно, с соблюдением правил техники безопасности и санитарии) без каких либо последствий для собственного здоровья, не относят его к особо ядовитым веществам и подозревают, что его опасность специально раздута из-за склонности российского народа употреблять внутрь все, что пахнет спиртом и горит синим пламенем. Превосходят метанол по опасности многие применяемые в автомобиле вещества. По токсичности метанол уступает используемой в системе охлаждения жидкости (смертельная доза этиленгликоля около 100 мл) и аккумуляторному электролиту. Опаснее метанола, выбрасываемый в большом количестве бензиновым выхлопом тетраэтилсвинец, предельно допустимая концентрация (ПДК) которого в воздухе составляет 0,005 мг/м3, в то время как ПДК метанола — 5 мг/м3. В плохо проветриваемом помещении, при работающем автомобиле, человек может погибнуть от отравления выхлопными газами двигателя, содержащих смертельно опасные оксид углерода (СО, угарный газ, кровяной яд) и оксиды азота.
Санитарными правилами при работе с метанолом запрещается: изготовление политур на метаноле; выпуск продуктов (мастик, нитролаков, клеев и др.), применяемых в быту и выпускаемых в торговую сеть, в состав которых входит метанол; применение метанола для разжигания нагревательных приборов; применение метанола в качестве растворителя. Применение метанола для использования его в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания санитарными правилами не запрещается.
Однако в обращении с метанолом требуется осторожность. По классу опасности химических веществ метанол относится к умеренно опасным. Без своевременно оказанной медицинской помощи смертельная доза 100% метанола при приеме внутрь составляет 100-150 мл. При употреблении меньших доз метанола возможна слепота из-за поражения зрительного нерва.
В значительно меньшей степени указанные недостатки присутствуют в бензино-метанольных смесях.
В США сейчас находит применение топливо М-85, содержащее 85% метанола и 15% бензина и в меньших объемах чистый метанол.

Сейчас государственные метанольные программы существуют в Японии, Китае, Европе, США и некоторых других странах.

В России отсутствию государственной программы по широкому использованию метанола в качестве моторного топлива препятствует то обстоятельство, что для перевода автомобильного парка страны на метанол потребуется дополнительное строительство метанольных заводов, в то время как сейчас, Россия имеет большое количество действующих нефтеперерабатывающих предприятий и обладает значительными запасами нефти.
В тоже время, получение метанола возможно даже в кустарных условиях, по типу получения домашнего этилового спирта (самогона).
Производиться метанол может из углекислоты или любого органического вещества: уголь, древесина, сельскохозяйственные отходы и т.п., но наиболее простой метод заключается в получении метанола из природного (сетевого) газа. Одновременная подача углекислоты (или, что тоже самое, двуокиси углерода, ее формула СО2. Не путать СО2 с СО, окисью углерода. СО токсичный газ, а СО2 нетоксична, углекислотой питьевые напитки газируют) и природного газа снижает расход природного газа и повышает выход метанола. Возможно использование комбинированной метанольно-углекислотной установки, в этом случае эти два производства дополняют друг друга. На метанольную установку подается углекислота от производства СО2, а сбрасываемый на сжигание с метанольной установки отходящий некондиционный газ подается в углекислотную установку для получения углекислоты.
Основными действующими веществами в превращении природного газа в метанол являются катализаторы.
Упрощенно, технология получения метанола заключается в очистке природного газа от катализаторных ядов, затем в последовательном превращении очищенного природного газа, в результате каталитических реакций, в промежуточные продукты, а затем в необходимый вид готовой продукции.
Также как и при получении самогона необходимы вода, для охлаждения змеевика, и электросеть, для работы небольшого компрессора.
Какие-либо утечки газа, запахи и испарения при производстве метанола абсолютно исключаются и, поскольку процесс связан с получением горючей, токсичной жидкости, работу необходимо проводить в нежилом проветриваемом помещении, с соблюдением всех правил пожарной и санитарной безопасности.
Производительность аппарата (литр/час) зависит от массы подаваемого на переработку сырья и объема участвующих в процессе катализаторов. Выход метанола составляет 0,6-0,7 л из 1 м3 природного газа. При повышенных требованиях к чистоте метанола его очистку от влаги и примесей можно выполнять пропусканием продукта через дополнительный фильтр.
Размеры установки зависят от ее производительности, при получении метанола в количестве 1-2 канистр в сутки, установку вполне можно разместить на столе.
Установка не требует дефицитных деталей, материалов и каких-то особых знаний, изготовить ее можно в любом гараже.
Использование метанола собственного производства в качестве горючего, является недорогим вариантом заправки двигателей внутреннего сгорания.
С целью наибольшей оптимизации процесса сгорания топлива возможна установка дополнительных устройств в топливной системе ДВС (устройства смесеобразования и гомогенизации топливной смеси, газогенерация метанола и т.п.), но это уже на любителя.
В тех случаях, когда токсичность метанола вызывает озабоченность, возможно использование в качестве автомобильного горючего этанола (этилового спирта), получаемого также из природного газа. Этанол сохраняет преимущества метанола для двигателя, но стоимость получения этанола и оборудования для его производства в 2 раза выше, чем при производстве метанола.
Из органических веществ возможно получение синтетического бензина. Получаться бензин может также и из природного газа в результате каталитических реакций. Октановое число получаемого бензина до 95 единиц. При использовании синтетического бензина вносить какие-либо изменения в топливную систему автомобиля не требуется, качество работы двигателя не ухудшается, а износ двигателя не увеличивается, но процесс получения бензина и сама установка для получения бензина сложнее и дороже, чем при получении метанола. Выход бензина составляет 0,3 л из 1 м3 природного газа.
Выбор используемого вида горючего находится исключительно за владельцем автомобиля.
Возможно изготовление установок и катализаторов для получения горючего не только из природного газа, но и из древесных и растительных отходов, животного навоза и птичьего помета.
Другой возможностью кустарного изготовления моторного топлива является получение метана. В отличии от многих горючих газов, метан даже при высоких давлениях не сжижается и находится в баллонах или в газовой сети в газообразном состоянии.
Почти 100% метаном (с небольшим количеством недоочищенных примесей) является используемый на кухнях квартир природный газ. Как горючее для автомобилей, метан (не путать, с также широко применяемыми в качестве автомобильного топлива сжиженными баллонными газами пропаном и бутаном) давно уже имеет широкое распространение, как в России, так и за рубежом.
Метан является высококаллорийным топливом. По теплотворной способности 1 кг метана превышает 1 кг бензина в 1,2 раза, сжиженного газа в 1,6 раза. А если судить по объему, то теплотворная способность 1 м3 газообразного метана в 1,29 раза превышает 1 л бензина и почти в 1,8 раза 1 л сжиженного газа. Октановое число метана составляет 110, что позволяет использовать его в двигателях с высокой степенью сжатия. Метан не токсичен и не имеет запаха (для его обнаружения обонянием в него специально добавляют сильно пахнущий газ этилмеркаптан, имеющий сильный неприятный запах). В отличие от сжиженного газа (пропан-бутан) он не скапливается в салоне или багажнике автомобиля, так как легче воздуха в 1,8 раза. Выхлоп двигателя, работающего на метане, является экологически чистым, содержит только водяной пар и нетоксичный СО2. Пробег двигателя на метане до капремонта превышает пробег двигателя на бензине. При небольшом изменении ДВС, на метане может работать и дизельный двигатель. Заправка автомобиля метаном значительно дешевле его заправки бензином. Многие автомобили уже сейчас оснащены газобаллонным оборудованием (ГБО) для работы на сжиженном газе, добавление к ГБО баллона высокого давления с редуктором, дает возможность использовать этот автомобиль для его работы на метане.
Неудобство для заправки автомобиля метаном в основном заключается в том, что метановых АЗС пока что еще в России не много и находятся они в основном в крупных городах. За рубежом и странах СНГ уже допускается заправка автомобилей от домашней сети природного газа, но в России газовые службы на это пока разрешения не дают.
Для жителей небольших городов и сел, имеющих частные подворья, выходом из положения является использование небольших домашних биогазовых установок. В биогазовых установках можно производить биогаз из всех хозяйственно-бытовых отходов: навоз, птичий помет, ботва, листья, солома, стебли растений и других органических отходов индивидуального хозяйства. Биогаз представляет по химическому составу смесь газов, состоящий в основном из метана (до 75%) и углекислого газа. Простую биогазовую установку несложно изготовить самостоятельно, их описания в большом количестве приведены в интернете. Биогаз является горючим газом и может использоваться как топливо. Для повыщения его теплотворной способности биогазовую установку желательно дополнить углекислотной установкой, что позволит разделить биогаз на очищенные метан и СО2 и использовать полученные газы по их прямому назначению.
Для наполнения баллонов метаном или СО2 может применяться один и тот же компрессор высокого давления. В случае применения компрессора для заправки автомобиля метаном экономически выгоднее приобретать компрессор небольшой производительности, так он имеет значительно меньшую стоимость и предъявляет меньшие требования к домашней электрической сети. Компрессор производительностью 1-2 м3/час (что соответствует расходу природного газа в отопительном котле частного дома) включенный на постоянную работу обеспечивает наполнение метаном баллона, установленного в автомобиле. С целью ускорения заправки автомобиля газом, целесообразно подключить компрессор к батареи, состоящей из нескольких кислородных, углекислотных или метановых баллонов, из которых затем заправлять баллон в автомобиле.
Расход электроэнергии на наполнение баллона сжатым метаном зависит от конечного давления газа в баллоне. При давлении наполнения 200 атм. расход электроэнергии составляет приблизительно 0,5 квтч на 1 м3 закачанного газа.
Работающий компрессор должен находиться в помещении с вентиляцией, батарея баллонов должна быть под навесом.
С целью безопасности, баллоны, как заправочные, так и в автомобиле, должны периодически проходить испытание повышенным давлением. Для этой цели применяется гидравлическое испытание баллонов водой с подачей давления от устройства, состоящего из цилиндра с плунжером. Гидравлическое испытание для литых стальных баллонов проводится при давлении в 1,5 раза превышающим рабочее. Время выдержки под давлением не менее 10 мин. При испытании, внимательным осмотром проверяют баллон на появление мокрых мест в его корпусе. Отсутствие мокрых мест на баллоне, при его испытании повышенным давлением, означает что корпус баллона не имеет микротрещин и гарантирует владельца от случаев разрыва баллона при его дальнейшей эксплуатации.
- Противопожарная техника и оборудование
- Грузоподъемное оборудование
- Сварочное оборудование
- Справочники
- Контакты
Похожие публикации: