Лекція 8 альтернативні палива загальні відомості

Нафта і газ - головні енергоносії сучасної цивілізації, але витрати їх невідновлювальні. Є можливість використовувати відновлювальні природні, екологічно чисті енергетичні джерела - сонячну енергію, силу вітру, води, а також нетрадиційні джерела енергії. Є дані щодо використання вугільного і алюмінієвого пилу, азоту, ацетону, аміаку та деяких інших речовин як палива для двигунів внутрішнього згоряння, але це не значить, що вони можуть набути широкого застосування.

Як альтернативні палива можуть використовуватись синтетичні палива, що одержують із твердого палива (вугілля, сланців тощо), методами синтезу з газів і деяких вузьких фракцій та окремих речовин. Переробка твердого та важкого палива базується на забезпеченні продуктів необхідною кількістю водню. В бензині співвідношення водню до вуглецю (100Н:С) становить 17...18, тоді як у вугіллі воно становить 5,4...9, в нафті - в середньому - 14...15, тобто навіть у найбільш багатій на водень сировині – нафті водню не вистачає для повного перетворення її на бензин.

З нафтових залишків, сланців, вугілля палива можна отримати різними методами, наприклад, гідрогенізацією. Процес гідрогенізації відбувається при високій температурі (380...550⁰С), великому тиску водню і в присутності спеціальних каталізаторів, стійких до сірки. Гідрогенізацією різних смол та нафтових залишків можна отримати 70...80% моторного палива і 18...23% газоподібних вуглеводнів; з вугілля - близько 55%, бензину і 30% газоподібних вуглеводнів, решта : вода + залишок + втрати. Октанове число бензину при гідрогенізації вугілля, сланців можна отримати із значенням 80...86 за моторним методом. Їх виробництво пов'язане із складною технологією, вартість цих продуктів значно вища за вартість продуктів, що одержують з нафти.

Альтернативні палива, що використовують останнім часом, одержують на основі переробки природного та попутного газів, газів газоконденсатних родовищ та інших продуктів. Як паливо можна використовувати водень, спирти. Одержання і використання альтернативних палив слід базувати на наявності сировинної бази, вартості сировини і продуктів, що одержують, вирішенні екологічних питань.

Використання альтернативних палив часто веде до необхідності додаткового захисту техніки від корозії та зношування, зокрема, водневого, корозійно-механічного при використанні водню, спиртів, ефірів як палива або їх сумішей з нафтовими паливами. Для запобігання корозії та зношування двигунів у паливо треба вводити спеціальні присадки.

Газові вуглеводневі палива

Перші двигуни на газовому паливі працювали ще в середині ХІХ сторіччя. Використання газового палива дає можливість значно скоротити витрати рідкого нафтового палива, зменшити забруднення навколишнього середовища. У відпрацьованих газах автомобілів, наприклад, що працюють на зрідженому газі, приблизно у 5 разів менше оксиду вуглецю і в 3...3,5 рази менше незгорілих вуглеводнів порівняно з вмістом цих компонентів у відпрацьованих газах автомобілів, що працюють на бензині. При роботі на газовому паливі зменшується зношування ЦПГ внаслідок відсутності змиву мастильної плівки рідким паливом, а також збільшується строк роботи оливи до заміни, бо відсутнє розбавлення картерної оливи паливом, що не згоріло. При роботі на газовому паливі знижується рівень шуму приблизно на 8...9 дБ.

Переобладнання бензинових двигунів на газове паливо не дає відчутних економічних переваг порівняно з роботою двигуна на бензині. Енергетичні показники двигуна при переведенні з бензину на газове паливо без спеціальних доробок погіршуються: знижується потужність з 6...8 до 18...19%, збільшуються витрати палива до 10...12%, пуск двигуна утруднений, часто - неможливий за рахунок збіднення суміші. Газові палива доцільно використовувати як добавки до низькооктанових бензинів, а як самостійне паливо - у спеціальних газових двигунах, які забезпечують стале горіння на збіднілих сумішах, що дозволяє знизити витрати палива, збільшити потужність двигуна до 15% і більше порівняно з бензиновими двигунами. В дизелях газове вуглеводневе паливо може використовуватись як самостійне (у цьому випадку двигун втрачає свої переваги як дизель), так і в суміші з дизельним паливом.

Вуглеводневі газові палива складаються з вуглеводнів та інших горючих (оксиду вуглецю, водню) та негорючих компонентів (азоту, вуглекислого газу СО₂, кисню, парів води). Вуглеводневі палива мають значний запас теплової енергії порівняно із середньою теплотою згоряння різних палив (у кДж/кг): деревина, торф – 19500...19600: вугілля – 33300; бензин, гас, мазут – 44000 – 41100; гази (у кДж/м3): природні: 30000-36000; попутні та нафтопереробних заводів – 36000-44000. Важливою характеристикою газоподібних палив є температура горіння (табл.), яку розподіляють на калориметричну

Таблиця. Теплотехнічні показники газових палив

Показники	Гази
	Водень Н2	Оксид вуглецю СО	Метан СН4	Етан С2Н6	Пропан С3Н8	Бутан С4Н10
Нижча теплота згоряння, кДж/м3 Необхідна кількість повітря для згоряння, м3/м3 Температура горіння, 0С: -калориметрична -теоретична Концентрація газу в повітрі при максимальній швидкості розповсюдження полум’я, % об. Максимальна швидкість розповсюдження полум’я, м/сек. Температура спалаху, 0С	31340* 2,38 2210 2045 38,5 4,83 530-590	12645 2,38 2468 2100 45,0 1,25 610-658	35818 9,52 2065 1775 9,8 0,67 645-800	63748 16,66 2115 1900 6,5 0,85 530-594	91251 23,80 2155 1925 4,6 0,82 530-588	118645 30,94 2130 1900 3,6 0,82 490-569