1.5Жидкое топливо из углей

В качестве одного из наиболее перспективных сырьевых ресурсов рассматривается каменный уголь. По энергосодержанию его геологические запасы (без учета торфа и сланцев) в 14 раз превышают запасы нефти и газа, вместе взятых. В работе [40] указывается, что актуальность проблемы использования в том или ином виде угля в качестве топлива для дизелей связано, прежде всего, с прогнозируемым истощением нефтяных месторождений в ближайшие 30 лет, в то время как запасы угля, в частности в США, достаточны еще на 200 лет. Стоимость добычи каменного угля открытым способом значительно ниже, чем добыча нефти и природного газа. Кроме того, нефть и газ являются ценным сырьем для нефтехимической и газохимической промышленности. Поэтому использование в дизельных двигателях топлив из каменного угля является предпочтительным.

После второй мировой войны делались неоднократные попытки использования в качестве топлива угля в виде пыли, в ее смеси с дизельным топливом, водой и спиртами, а также газовых и жидких топлив, получаемых различными методами из угля. Особенностям работы дизелей на угольных порошках, водоугольных и топливоугольных суспензиях посвящены работы [25,40,50]. Но наиболее перспективными топливами для судовых дизелей являются синтетические жидкие топлива (СЖТ) из каменного угля (табл. 9).

Разработаны различные технологии переработки углей в жидкие топлива. Так, разработано топливо SCR-II, полученное путем ожижения каменного угля в селективных растворителях. Особенности работы дизелей на этом топливе рассмотрены в работах [25,40]. Эта технология является переходной от технологий получения топливоугольных суспензий к современным технологиям получения синтетических топлив из угля. В настоящее время наибольшее практическое применение нашли методы сжижения угля, разработанные с использованием процесса Фишера-Тропша (в ЮАР, США, Китае и др.).

В последнее время проводятся многочисленные исследования по совершенствованию технологии процессов ожижения угля с целью получения СЖТ, которые по своим физико-химическим свойствам были сопоставимы с традиционными нефтяными моторными топливами и могли конкурировать с ними по своим стоимостным показателям. Достигнутые в этой области результаты позволили наладить ряд опытных производств СЖТ из угля. В некоторых странах (в частности, в США, Германии) введены в эксплуатацию предприятия по их производству, работающие по практически безотходной технологии [40].

Процессы, используемые для получения СЖТ из угля, обычно протекают в присутствии катализатора при повышенных температуре (до 700 К) и давлении (до 25 МПа) в закрытом объеме, в котором происходит ожижение угля и насыщение его водородом (гидрогенизация). Средний выход жидкого продукта остается пока невысоким и колеблется в пределах 20-30% от исходной массы угля. Твердые остатки производства используются в химической и других отраслях промышленности или для получения водорода, участвующего затем в процессе ожижения угля.

Исследованию физико-химических свойств образцов дизельного топлива, полученного путем гидрогенизации жидкой фракции, являющейся продуктом ожижения угля, посвящена работа [40]. Процесс гидрогенизации проводился в мягких и жестких условиях. Исследования показали, что исследуемые синтетические топлива имеют повышенную вязкость, более широкий фракционный состав и пониженное цетановое число (ЦЧ=30,1 и 35,4) по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Введение многофункциональных присадок повышает стабильность этих топлив. Желательно также введение в них добавок, улучшающих воспламеняемость топлив и характеристики их сгорания.

Проблемам обеспечения работы дизелей на СЖТ из угля и их смесях с нефтяными дизельными топливами посвящены многочисленные исследования, проведенные рядом зарубежных двигателестроительных фирм. Улучшение качества такого синтетического топлива связано с дополнительными затратами, поэтому оно применялось в смесевом топливе, содержащем равные доли дизельного и синтетического топлив. При этом цетановое число исходного дизельного топлива было равно ЦЧ=46, а смесевого топлива – ЦЧ=35. Оценка влияния свойств смесевого топлива на рабочие характеристики дизеля была проведена на одноцилиндровом двигателе воздушного охлаждения модели FTL-11 фирмы Deutz размерности S/D=105/100 мм с рабочим объемом V_h=0,825 л, степенью сжатия ε=17, мощностью N_е=12,86 кВт при n=3000 мин^-1.Двигатель испытывался с оптимизированным для смесевого топлива увеличенным углом опережения впрыска топлива (УОВТ). При работе двигателя на смесевом топливе на всех исследованных режимах несколько повышались выбросы оксидов азота NO_x и монооксида углерода СО, а выброс углеводородов СН_x возрастал только на режимах с малыми нагрузками.

Таблица 9 – Физико-химические характеристики топлив из углей

Показатель	Топливо
	С1	С2	С3	Дизельное топливо
Плотность при 20°С, т/м3 Вязкость кинематическая при 20°С, см2/с Фракционный состав Температура, °С: начала кипения при выкипании 10% » » » » 20% » » » » 30% » » » » 40% » » » » 50% » » » » 60% » » » » 70% » » » » 80% » » » » 90% » » » » 96% Групповой углеводородный, состав, %: парафины нафтены ароматики Температура, °С: вспышки застывания Содержание, %: серы, % асфальтенов, % бензольных смол спиртобензольных Цетановое число	0,845 6,79 192 236 252 264 276 286 299 312 237 355 370 30,3 57,0 12,7 +90 -15 0,2 - 0,14 0,62 52	0.85 4,27 242 250 260 264 269 275 280 289 299 314 335 - - - - - 0,03 - - 50	0,842 2,5 175 196 211 225 240 252 266 280 295 315 340 34,0 54,8 45,2 . - - 0,03 - - 38	0,83 4,6 213 236 249 262 274 286 298 310 328 350 370 45,1 36,9 18,0 +71 -10 - - 55

Примечание. С₁ - жидкое синтетическое топливо из углей зарубежного производства, С₂ и C₃ - жидкие отечественные топлива из под подмосковных бурых углей.