2. Применение генераторов конверсии.

 

       Конверсия моторного топлива заключается в изменении его химического состава с целью улучшения кинетических характери­стик топливной смеси. При полной конверсии топлива образуется синтез-газ, содержащий значительное количество водорода. В-отличие от этого, продукты частичной конверсии- представляют собой многокомпонентную двухфазную смесь, включающую водородсодержащий синтез-газ и жидкое топливо. Практический ин­терес представляет частичная конверсия, превосходящая полную по энергетическим и технико-экономическим показателям.

       Конверсия жидкого углеводородного сырья представляет со­бой сложный физико-химический процесс, отличающийся  гетеро­генностью и многостадийностью. Конечная эффективность кон­версии определится энергозатратами и степенью выхода водорода. Многочисленные процессы конверсии углеводородов, извест­ные в настоящее время, сводятся к двум основным типам: тер­мической или кислородной конверсии и конверсии с водяным па­ром (паровой).

      Термокаталитическая    кон версия   может   быть   использо­вана для улучшения антидето­национных    качеств    топлива. В этом случае в процессе изби­рательной  конверсии    некоторые фракции топлива конвер­тируются в  легкие    углеводородные газы. Наряду с бензинами конверсии  могут подвергаться   керосины,   дизтоплива и  др.,  что   позволяет  придать \ двигателю  свойства  многотопливности. В подобном    двига-

Рис. 59. Схема газификации низко­октановых топлив на автомобиле: 1 — смеситель; 2 — холодильник; 3 — регу­лятор; 4 — двигатель; 5 — продувка; 6 — газификатор; 7 — насос; '8 — топливный бак

 

Рис. 60. Автомобильный генератор паро-воздушной конверсии

 

теле (рис.59.) низкооктановое топливо из бака насосом пода­ется в реактор, заполненный катализатором селективной- кон­версии, выполненным в виде гранул или пористого блока. Для нормальной работы катализатора необходим его подогрев, что осуществляется с помощью ОГ. После реакций на катали­заторе топливо охлаждается в водяном холодильнике, откуда поступает в смеситель и далее в составе топливовоздушной смеси подается через впускной патрубок в двигатель.  С течением времени активность катализатора падает, в связи с чем для ее восстановления применяется периодическая воздушная_; продувка реактора. Применение описанного генератора с ката­лизатором на основе цеолита при температурах процесса кон­версии 482—510°С позволяет повысить октановое  число исход­ного топлива от 77 до 92, т. е. на  15 единиц. Для запуска ге­нератора   могут  быть  использованы  ОГ,   обеспечиваемые  пус­ковой дозой топлива, либо, что более целесообразно, электро­подогрев катализатора.

 

 

Рис. 61. Схема метанатора

 

      Метнаторы. Газогенераторы данного типа преобразуют жид­кое углеводородное топливо в синтез-газ, содержащий значи­тельное количество метана. Метанизация топлива позволяет по­высить его ОЧ и одновременно улучшить состав ОГ.

      Схема двигательной установки   с метанатором   показана на рис.61. Вода и топливо из баков 1 и 2 насосом 10 подаются   . в первичный теплообменник 9, откуда после    предварительного подогрева поступают в основной теплообменник   4, где жидкий компонент полностью газифицируется. Образовавшаяся парога­зовая смесь попадает в камеру каталитического реактора 3, где конвертируется в метансодержащий синтез-газ. Продукты   кон­версии поступают в первичный теплообменник для подогрева свежей смеси, после чего разделяются в сепараторе 8. Присутствую­щая вода конденсируется, отделяется и направляется в бак 1, а остальная часть газа, включая метан, поступает    в ресивер 7, откуда посредством редуктора 5 подается в двигатель 6. Конечная газификация рабочей смеси и подогрев катализатора осущёствляются ОГ двигателя, которые подаются во вторичный теплообменник и рубашку реактора. Поэтому пуск холодного двигав теля происходит на неконвертированном топливе, что является определенным недостатком схемы.

        Рабочий процесс метанатора осуществляется при темпера­турах 280—500° С и давлениях 0,1—0,4 МПа. Состав синтез-газа зависит от температуры, давления, времени реакции, соотноше­ния компонентов в ее зоне и наряду с СН₄ может включать СО, СО₂, а также незначительное количество Н₂. Использование гра­нулированного никелевого катализатора, пропитанного бикарбо-              \

Рис. 62. Принципиальная схема рециркуляционного метанатора

 

натом натрия, обеспечивает непрерывную работу метанатора на бензине в течение примерно 200 ч.

В рециркуляционном  метанаторе  (рис. 62)   вместо воды ис­пользуются О Г двигателя, что позволяет упростить  схему. Жидкое топливо посредством насоса 9 подается в испаритель 8, после чего перемешивается в смесителе 7 с небольшим количест­вом воздуха и ОГ двигателя. Далее    рабочая    смесь    проходит в каталитические блоки 3 реактора /, где протекает процесс кон­версии до метана. Для улучшения распределения смеси по сече­нию реактора на его входе установлена турбулизирующая решет­ка 6. Образующееся газообразное топливо, обогащенное метаном, совместно с воздухом, подаваемым во вторичный    смеситель 5, поступает в двигатель 4. Выхлопные газы двигателя направля­ются в рубашку реактора 2 для подогрева катализатора, после: чего их большая часть используется в испарителе 7 для газифи­кации топлива и затем выбрасывается  в атмосферу. Остальная часть ОГ поступает в смесительную камеру и далее в реактор в качестве активного компонента  рабочей    смеси.  В эксперимен­тальном метанаторе данного типа с камерой реактора 80*80 *250 мм из простого прямогонного бензина с октановым числом 40 получено газообразное топливо с

Эффективность применения конверсионных генераторов опре­деляется типом процесса, степенью конверсии топлива и схемой ее организации. Общие преимущества всех вариантов конверсии автомобильного топлива те же, что и в случае применения горю­чих газов,  т. е. улучшение качества смесеобразования,  уменьше­ние количества вредных веществ в ОГ на всех режимах работы двигателя и др. Наряду с этим конверсия топлива в водородосодержащий газ позволяет осуществить работу ДВС на переобеднеиных  топливных смесях вплоть до , что дает возмож­ность значительно улучшить экономические и токсические показатели автомобилей, особенно при работе в городских условиях. В случае конверсии до метана улучшаются антидетонационные качества исходного топлива, что позволяет придать двигателю свойство многотопливности или улучшить его экономические по­казатели путем повышения степени сжатия. В зависимости от степени конверсии возможно два основных варианта организа­ции рабочего процесса ДВС: на продуктах полной конверсии топ­лива; па исходном топливе с добавкой синтез-газа, являющегося продуктом частичной конверсии. Первый вариант находит при­менение в случае метанирования топлива,  второй — при его кон­версии до водородосодержащего газа. Наибольший практический интерес представляет вариант питания ДВС продуктами частич­ной конверсии топлива, характеризующийся высокими технико-экономическими показателями. В этом случае в газогенераторе конвертируется от 5 до 20% исходного топлива. Структурная схема смешанного газожидкостного питания автомобильного дви­гателя продуктами частичной конверсии приведена на рис. 31. Подача компонентов топлива в камеру сгорания осущест­вляется совместно с воздухом через впускной патрубок. Воздух и топливо поступают в подсистему генератора под некоторым из­быточным давлением с целью обеспечения устойчивости процес­са конверсии. Для улучшения теплоиспользования в генераторе предусмотрен теплообмен продуктов газификации с поступающи­ми в реактор свежими компонентами. Для обеспечения удовлет­ворительного наполнения двигателя имеется блок охлаждения синтез-газа.

            В типовом варианте конструктивного совмещения термокаталитического генератора с двигателем карбюратор двигателя включает две камеры, одна из которых обеспечивает дозирование основной топливовоздушной смеси для ДВС, а вторая подает переобогащенную смесь в генератор. Подача смеси через обе ка­меры регулируется дроссельными заслонками из кабины авто­мобиля. Продукты конверсии поступают из генератора непосред­ственно на. впускной клапан двигателя.

 

 

 

 

 

Рис. 63. Структурная схема питания ДВС   продуктами   частичной   конверсии топлива