2. Синтетичні спирти
Штучне паливо отримують із природного вугілля , побутових відходів, відходи лісного господарства (метиловий спирт – метанол), буряку, зернових культур та інших рослинних продуктів (етиловий спирт – етанол).
Практичний інтерес представляє метанол. В якості сировини для розширення виробництва метанола перспективні природний газ, нафтові залишки і вугілля. Метанол дорожчий бензину в 1,5 – 2 рази.
Метанол
і етанол характеризуються високим
октановим числом (ОЧ), меншою, порівняно
з бензином, теплотою згоряння, високою
теплотою випаровування, низькою пружністю
пари і температурою кипіння (при цьому
подвійне зниження запасу ходу автомобіля
і погіршення пускових якостей двигуна).
В той же час, метанол обумовлює ріст
потужності і ККД двигуна. При роботі на
ньому забезпечується зниження теплонапруги
деталей циліндропоршневої групи,
закоксовування і нагароутворення.
Застосування чистого метанолу дозволяє
розширити межі ефективного збіднення
паливоповітряної суміші (забезпечується
робота двигуна на бідних сумішах при
)
і межі регулювання, суттєво зменшується
вміст окислів азоту (в 1,5...2 рази) і
вуглеводнів (в 1,3...1,7 рази) у відпрацьованих
газах при тому ж рівні концентрації
окису вуглецю, що і при роботі на бензині.
Переваги метанола не дозволяють його рекомендувати до широкого застосування, так як збереження техніко – експлуатаційних показників автомобіля в цих умовах веде за собою:
конструктивні зміни паливної апаратури двигуна і в деякий мірі самого автомобіля;
встановлення пристроїв, що полегшують пуск, особливо при від’ємних температурах;
збільшення місткості паливних баків;
заміну матеріалів системи живлення на більш стійкі із – за корозійної агресивності метанола;
спеціальне переобладнання двигуна з метою усунення переохолодження паливоповітряного заряду із–за великої теплоти випаровування метанола. Це викликає збільшення нерівномірності розподілу суміші по циліндрам, що виправляється тільки інтенсивним підігрівом повітря, що надходить в карбюратор.
Тому метанол може використовуватись тільки в якості добавки до бензину.
При цьому отримуються слідуючі позитивні результати:
не змінюються конструкція двигуна і регулювання паливної апаратури;
при добавленні 3 – 5% метанолу забезпечується економія 2,5% бензину при збереженні потужності, динамічних і економічних показників, а також рівня токсичності двигуна;
відпадає необхідність в стабілізаторі (наприклад, дорогому ізобутиловому спирті), оскільки бензин – метанольна суміш зберігає стабільність, а автотранспортні засоби можна експлуатувати в різних районах країни з м’яким і середнім кліматом.
Добавка 10 – 15% метанола вважається оптимальною:
при наявності 7% стабілізатора (ізобутилового спирту) підвищується на 6% динамічні якості автомобіля і на 3 – 5% потужність;
зменшуються викиди окислів азоту – на 30 – 50%, вуглеводнів – на 20%; отримується економія бензину до 14%;
експлуатаційні витрати зростають (до 10%);
експлуатаційна надійність деталей системи живлення для суміші і бензину одинакова;
трохи більше відмов пов’язаних з набряком манжети насоса – прискорювача;
застосування суміші пов’язано з необхідністю збільшення прохідних перерізів жиклерів на 18 – 20% і обладнання системи живлення додатковим зливним трубопроводом;
суміш має більш низьку теплоту згоряння і стехіометричний коефіцієнт, а теплота згоряння паливоповітряної суміші змінюється незначно;
збіднюється суміш приблизно на 7%;
в середньому на 3 – 8 одиниць підвищується октанове число, що дозволяє відмовитись від токсичних антидетонаторів, на основі свинцю і одночасно компенсує погіршення енергетичних показників при підвищенні степеня стиску;
суміш М15 (бензин +15% метанолу) забезпечує стійкий пуск холодного двигуна при – 26 0С;
в подібних умовах при значній добавці метанолу рекомендується електропідігрів повітря або паливноповітряної суміші; часткова рециркуляція гарячих відпрацьованих газів, добавка до палива легких компонентів.
Серйозні проблеми виникають із – за низької стабільності бензометанольних сумішей і чутливості до води, воднометанольна фаза осідає (розшаровується) при попаданні навіть невеликої кількості води. Бензометанольні суміші стабілізують добавкою присадок (гексанол, ізопропанол, ізобутанол та інш.).
З метою запобігання йому можлива роздільна подача палива у відповідних пропорціях безпосередньо в спеціальний карбюратор – змішувач.
Існує проблема, яка пов’язана з отруйними властивостями метанолу, що вимагає ретельної герметизації паливоподаючої системи живлення (ГДК метанолу 5 мг/м3). В автомобільних двигунах може застосовуватись (самостійно і з бензином) етанол. По ряду показників він переважає метанол.
Моменти використання синтетичних спиртів в двигунах: як 100% паливо; в якості компонента суміші; для роботи двигуна на двох видах палива. Спирти володіють добрими низькотемпературними властивостями, при добавці спирта до дизпалива значно знижується в’язкість, зменшується густина. Низька температура займання (низьке цетанове число) не виключає використання метанола і етанола для дизелів (при умові конструктивних змін) в кількостях, що не перевищують відповідно 15 і 20%.
Такі суміші не викликають корозії і зберігають чистоту всмоктуючої системи двигуна. Добавки синтетичних спиртів обмежені із – за високої вартості присадок.
3. Метилтретичнобутиловий ефір (МТБЕ – СН3ОС4Н9)
Його отримують синтезом із 65% ізобутилена і 36% метанола в присутності каталізатора. Позитивні сторони застосування МТБЕ:
можливість отримання неетилованих ефективних сумішей;
не потрібне регулювання паливної апаратури (теплота згоряння МТБЕ – 37700 кДж/кг);
добавка 10% МТБЕ підвищує октанове число на 2,1 – 5,9 од., а 20% - на 4,6 – 12,6 (більш високий ефект ніж при використанні алкілбензину і метанолу);
полегшується фракційний склад бензину (знижується t50%);
дещо покращуються показники потужності і економічності у всьому діапазоні навантажень і частоти обертання;
знижується токсичність відпрацьованих газів приблизно на 10% (за рахунок зниження концентрації окису вуглецю);
знижується витрата бензину на 3%, крім цього, введення МТБЕ дозволяє знизити вміст тетраетилсвинцю в 2,5 рази.
МТБЕ не токсичний, його застосування покращує такі показники, як зношування двигуна, нагаро- і лаковідкладення, зміну фізико–хімічних властивостей масел. Використання МТБЕ один із перспективних напрямків, розширення ресурсів високооктанових неетилованих бензинів.
4. Області застосування перспективних палив
В першу чергу доцільно впровадити МТБЕ. Для роботи на бензині з присадкою МТБЕ двигун і паливна апаратура не потребує конструктивних змін і регулювання. Його введення в бензин дозволяє скоротити випуск етилованих бензинів і в перспективі застосувати для очистки газів каталітичні нейтралізатори.
Широке застосування на транспорті може знайти бензометанольна суміш з вмістом метанола 3 – 5%. Така суміш також не вимагає яких-небуть переробок двигуна, перерегулювання паливної апаратури (економія бензину 1,5 –3%).
Бензометанольна суміш з вмістом 15% метанола здатна забезпечити нормальну роботу автомобіля і економію бензину до 14%. Складність впровадження цих сумішей порівняно з двома попередніми полягає в тому, що вимагається перерегуліровка карбюратора і встановлення додаткових трубопроводів для усунення парових пробок.
При роздільній системі подачі метанолу і бензину можна зекономити до 20% бензину і використовувати низькооктанові його сорти без застосування дорогого стабілізатора. При розробці економічно виправданих реакторів розкладу метанолу останній може застосовуватись і в чистому виді, без добавок бензину. Двигун при малих навантаженнях буде працювати на сумішах водню і окису вуглецю, а на режимах, близьких до повного навантаження – з добавкою рідкого метанолу.
Водень, в принципі, може знайти, як паливо, широке застосування. Крім цього, він може застосовуватись у виді добавки до бензину.
Добавка води до бензину з утворенням водобензинових емульсій, а також роздільна подача бензину і води не дають прямої економії бензину. Впровадження цього методу вимагає встановлення на двигун додаткової системи живлення або налагодження виробництва стабільних водо- бензинових емульсій з використанням дорогих стабілізаторів.