В чём плюсы и минусы биоэтанола — ДРАЙВ
В последнее время в мировой прессе всё чаще публикуются сообщения об опасности и даже вредности массового перевода автомобилей на биоэтанол. Одно авторитетное мнение очень скоро оспаривается другим, не менее авторитетным. Критика настолько жёсткая, что поневоле вызывает недоумение. Как такое может быть: ведущие страны принимают энергетические стратегии, которые, если верить скептикам, совершенно бездумны и являются кратчайшим путём к масштабным экологическим и экономическим катастрофам? Где правда? Попробуем разобраться.
Противники сжигания этанола в двигателях внутреннего сгорания приводят убедительные доводы. Они не опровергают факта, что при использовании этилового спирта выхлоп автомобилей становится намного чище. Это действительно так. Главная же беда — в самом производстве этого вида топлива, когда в атмосферу выбрасываются огромные количества углекислого газа. А значит, вся экологическая эффективность использования спиртосодержащих смесей сводится на нет. И бравые лозунги о борьбе с глобальным потеплением, об изменении климата не только теряют свою актуальность, но даже смешны.
Вообще говоря, этиловый спирт можно получать из любых растений, лишь бы там в достаточном количестве содержались сахар и крахмал. Картофель, ячмень, пшеница, свёкла — всё подходит. Но лучший вариант — сахарный тростник. Можно также перерабатывать различные отходы, например древесные опилки, но пока что это экономически невыгодно. А потенциально рентабельные методы находятся в стадии разработки.
Правы они? И да и нет. Производство этанола действительно насыщает атмосферу парниковыми газами (ещё они называются GHG — от greenhouse gas) в количествах, сопоставимых с выбросами бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Но у всякой монеты есть и обратная сторона. Дело в том, что в процессе производства и сжигания 1 литра этанола из растительного сырья в атмосферу попадает ровно столько же CO
Когда биоэтанол получит глобальное распространение, а всё к этому и идёт, то «с банкой чистого спирта» можно будет не только ходить в гости, но и помогать тем несчастным на дороге, у которых совсем опустел бак. Если вас смущает цвет, то помните, что в отличие от пищевого топливный спирт не подвергается чересчур уж тщательной обработке.
Получается, биоэтанол абсолютно нейтрален в качестве источника парниковых газов. Значит — лучше от него не станет, но и хуже не будет, в отличие от продуктов переработки нефти. Есть у этилового спирта и ещё одно преимущество: положительный энергетический баланс. В зависимости от вида сырья последний может колебаться от 1,24 до 8. То есть при сжигании этанола выделяется в несколько раз больше энергии, чем затрачивается при его производстве. В этом смысле «скандальное топливо» на порядок превосходит бензин или солярку. Только вообразите себе расходы на разведку, добычу, транспортировку, переработку нефти, и вы поймёте, что топливный баланс нефтяных продуктов значительно меньше единицы.
Сам процесс заправки этанолом не содержит в себе ничего особенного — всё ровно так же, как и в случае с бензином. Однако сеть таких заправок сегодня ещё только развивается. Например, в США точек, где продают E85, сегодня насчитывается примерно полторы тысячи.
Но и без недостатков у C2H5OH не обходится. При сгорании 1 литра этилового спирта выделяется на 34% меньше энергии, чем при сгорании того же объёма бензина. Выходит, что если заправлять автомобиль топливом с содержанием этанола (к примеру, широко пропагандируемой смесью с бензином E85), то расход топлива неизбежно возрастёт вплоть до этих самых 34% — всё будет зависеть от концентрации спирта в каждом конкретном случае. Но с этой печальной картиной столкнутся лишь владельцы машин с двигателями, изначально рассчитанными на традиционный бензин и лишь затем адаптированными под новомодное топливо.
Из примерно тысячи европейских этанольных заправок почти 800 находятся в Швеции. Эта страна планирует лет через 20 вообще отказаться от нефти. Скандинавы уповают на гибриды, потребляющие этанол. На этой фотографии люди из Scania представляют новейший городской автобус.
Нельзя забывать, что октановое число этанола равно 105. Это означает, что его можно сжигать в двигателях с куда большей степенью сжатия. Так что, в принципе, двигатели, рассчитанные исключительно на новый источник энергии, должны быть уж никак не хуже нынешних бензиновых или дизельных собратьев. И в плане экономичности, и в плане мощностных характеристик. А уж про экологию и говорить не приходится! Примерно на 80% уменьшаются выбросы углеродных соединений, а конкретно CO2 снижаются на 30%. Но заливать в такие машины бензин категорически нельзя — детонация мигом убьёт технологичный мотор.
Вот так выглядит стандартный завод по производству биоэтанола. Отличие от классических спиртовых заводов только в масштабах производства и количестве ректификационных колонн. Получают «зелёное» топливо, что называется, не отходя от кассы, прямо в поле. Это связано с тем, что транспортировка сырья серьёзно увеличивает себестоимость.
В этом смысле весьма пессимистично выглядят перспективы так называемых многотопливных (чаще всего битопливных) автомобилей. Они могут называться Flex Fuel, Flexifuel, BioFlex, Tri-Flex и как угодно ещё — всё зависит от фантазии фирм-производителей. Про такие разработки мы писали уже не раз и не два. Причём если некоторые носят статус концептов, то другие — вполне себе серийные машинки. Но у всех этих автомобилей есть один противный недостаток — этанол там сжигается неэффективно, ведь степень сжатия нельзя изменить, просто нажав кнопку на панели.
Не секрет, что наиболее дешёвым способом транспортировки жидких топлив является закачка их в трубопровод. Но в случае с этанолом появляется проблема. Он гигроскопичен, то есть впитывает из атмосферы воду и, следовательно, обладает повышенной коррозионной агрессивностью. Поэтому пока что топливный спирт перевозят автотранспортом или по железной дороге.
Получается забавная ситуация: на бензине Flexifuel-машина едет хорошо, а на E85 (если кто забыл, это коктейль из 85% этанола и 15% бензина), во-первых, плохо, а во-вторых, «жрёт» ощутимо больше. Да, биоэтанол дешевле бензина, но не намного. Зря вы думаете, что с этим топливом сэкономите сколько-нибудь значимую сумму. Может даже случиться и так, что будут одни убытки. Смотря как ездить — на одной лишь «зелёной» ориентации недалеко окажешься. Поэтому не удивляйтесь, что внедрение, казалось бы, перспективной идеи сопровождается законодательным регулированием, например в США и Бразилии.
Не стоит думать, что при заправке биоэтанолом машина наотрез отказывается ехать, подобно водородным аналогам. По сравнению с бензином E85 действительно обладает меньшей энергетической ценностью, но для её сгорания требуется меньше кислорода, поэтому в цилиндры можно впрыскивать большие количества топлива. В итоге мощность падает, но не настолько, чтобы водители приходили в ярость.
Стоит тормознуть и поговорить подробнее, ибо в этих странах внедрение биоэтанола зашло очень далеко. Бразильцы очень не любят топливные кризисы c 1973 года. И всячески стараются их предотвратить. Так, с 1975-го в стране функционирует масштабная биотопливная кампания. Не стоит поэтому удивляться, что 4,5% площади Бразилии заняты плантациями сахарного тростника, а большинство местных автомобилей можно с чистой совестью причислить к заядлым алкоголикам. За год миллион бразильских рабочих производит двадцать с лишним миллиардов (!) литров этанола.
В Бразилии существует целая отрасль по выращиванию сахарного тростника, со своими традициями и правилами. При производстве широко используется дешёвый ручной труд, что приносит сумасшедшие доходы местным «сахарным королям». Иностранцы спят и видят, как бы принять участие в этанольном буме, но местные бизнесмены наотрез отказываются продавать свои предприятия. А если и соглашаются, то заламывают поистине космические цены. Стоит заметить, что правительство их полностью поддерживает.
Назвать экономику этой страны зависимой от нефти никак нельзя. Выращивая и перерабатывая сахарный тростник, Бразилия полностью обеспечивает себя топливом и электричеством. Всё это безусловно радует, но даже в бочке спирта нашлось место вездесущему дёгтю. Ради новых плантаций бразильцы вырубают леса Амазонки. Можно назвать это странной и недальновидной политикой, а если сказать прямо — то это настоящий идиотизм. Как жить без «лёгких планеты»?
Сахарный тростник в Бразилии выращивают тысячи частных хозяйств. И это порождает некоторые проблемы. Ведь из тростника и сахар делают. Поэтому когда в 1980-х годах резко выросли цены на сахар, производство этанола сократилось до такой степени, что людям стало элементарно нечем заправлять свои машины. Сейчас правительство регулирует ситуацию и даже вложило в 2007 году 25 миллионов долларов в развитие новых технологий. В США же эта сумма равняется $385 миллионам.
Похожая ситуация складывается и в США. Президент Буш выдвинул программу «20 за 10», которая должна помочь к 2017 году снизить потребление бензина на 20%. За счёт чего? Разумеется, за счёт этанола. К озвученному сроку власти намерены увеличить его производство до 30 с лишним миллиардов литров. За последние годы инвестиции только в исследования перевалили за 12 миллиардов долларов. И это только начало.
В Америке производят этанола хоть и много, но всё-таки чуть меньше, чем в Бразилии. Правда, делают его не из тростника (он в Штатах расти не хочет), а из кукурузы. Такой вариант менее эффективен, а стало быть, себестоимость американского эталона выше бразильского. Тем не менее программу активно продвигают власти многих штатов, и губернатор «кукурузного» Иллинойса, кандидат в президенты Барак Обама (Barack Obama), — не исключение. Принимаются новые требования к бензиновому топливу, которое должно содержать 10% этанола (такая пропорция безопасна для традиционных двигателей).
Чтобы машину можно было заправлять топливом, содержащим более 10% этанола, необходимы некоторые переделки. «Мозг» мотора должен научиться определять концентрацию спирта и подбирать соответствующие режимы работы. Поскольку спирт содержит воду, модернизации требует и топливная магистраль. Кроме того, если автомобиль эксплуатируется в холодных условиях, надо подогревать топливо перед запуском.
Достигнут ли американцы своих целей? Каково будущее всей этой затеи с биоэтанолом? Пока что всё туманно. Ясно одно — рассчитывать на тотальный переход к спиртовым двигателям нереально. Если предположить стопроцентную эффективность процесса переработки, то для того, чтобы только США перевести с нефти на этанол, нужно 75% сельскохозяйственных земель нашей планеты засеять соответствующими культурами. Грубо говоря, если даже всю Луну засадить тростником, этого окажется недостаточно.
Массовое культивирование культур для производства этанола неизбежно окажет значительное влияние на сельское хозяйство. Фермеры не дураки — раз спрос на кукурузу растёт, они будут её сеять везде, где смогут. А кто при этом подумает о миллионах голодающих жителей Земли? Поэтому многие исследователи и негодуют, утверждая, что «выращивать» биотопливо в то время, когда людям есть нечего, — низкое, подлое и вообще аморальное занятие.
Этанольный вопрос неизбежно связан с большой политикой. На фотографии справа вы видите, как президент США Джордж Буш и президент Бразилии Луис Инасиу Лула да Силва (Luiz Inacio Lula da Silva ) радуются окончанию очередного раунда трудных переговоров. Поэтому не удивляйтесь, если в будущем мы столкнёмся самыми разными пиар-кампаниями, прямо противоречащими друг другу.
Впрочем, к любой критике надо относиться со здоровой долей скептицизма. Сами по себе биотопливные программы вполне разумны и при грамотной реализации способны принести ощутимую пользу. Стоит только иметь в виду, что повсеместное внедрение этанола окажет ощутимое влияние на мировую экономику. И, разумеется, найдутся те, чьи интересы пострадают. Пример: так называемый саммит «табачных королей» 1988 года, где боссы крупнейших компаний обсуждали, как бы нейтрализовать политику ВОЗ по борьбе с курением. И есть ли гарантия, что подобные действия не предпринимают сейчас все те, кто почувствовал угрозу нефтяному бизнесу? Всё-таки, как ни крути, а внедрение биотоплива — это вопрос не столько научный и экономический. Здесь вступает в дело большая политика.
Спирт в качестве топлива: Автомобили-алкоголики
Мировой топливный кризис, из-за которого подскочили цены на бензин и дизтопливо, вновь заставляет задуматься об иных источниках энергии для транспортных средств. Неплохая альтернатива традиционному топливу – спирт. Чем хорош такой заменитель и что сделать, чтобы автомобильный двигатель смог на нем работать?
| Мировой топливный кризис, из-за которого подскочили цены на бензин и дизтопливо, вновь заставляет задуматься об иных источниках энергии для транспортных средств. Неплохая альтернатива традиционному топливу – спирт. Чем хорош такой заменитель и что сделать, чтобы автомобильный двигатель смог на нем работать? |
Спирт обладает целым рядом преимуществ по сравнению с нефтяным топливом, и только большая стоимость, малая теплоотводность, высокая гигроскопичность и повышенное содержание альдегидов препятствуют его массовому применению в качестве топлива для ДВС. А достоинства спирта следующие.
Адаптация ДВС
Существуют два способа применения спирта в качестве горючего для автомобильных моторов – при частичной (до 20%) и при полной замене бензина и дизельного топлива. Высокие антидетонационные качества определяют преимущественное использование спирта в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием. Стандартный двигатель не нужно переделывать для работы на бензо-спиртовой смеси.
На АО «АвтоВАЗ» были проведены испытания бензина АИ-95 с 10-процентным содержанием этанола на токсичность, расход топлива и обеспечение динамики автомобиля без перерегулировки двигателя. Было установлено, что добавка к бензину 10% спирта приводит к обеднению топливовоздушной смеси и незначительно ухудшает ездовые качества машины практически на всех режимах движения. При переходе на АИ-95Э с 10-процентным содержанием этанола требуется перерегулировка карбюратора.
Согласно результатам стендовых испытаний «АвтоВАЗа», применение бензина АИ-95Э с 5-процентным содержанием спирта не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля и не требует изменения исходных регулировок двигателя.
А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12 – 14 ед. (чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива) и перерегулировка карбюратора или перепрограммирование ЭБУ инжекторного двигателя. Горючую смесь необходимо немного обогатить: для сгорания 1 кг спирта требуется 9 кг воздуха, а для сгорания 1 кг бензина – 14,93 кг.
Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спирт добавляют 4 – 6% изопентана (С5Н12) или 6 – 8% диметилового эфира (СН3-О-СН3 или С2Н6О), что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температуре от –25°С и выше. Для этой же цели спиртовые моторы оборудуют специальными пусковыми подогревателями. В случае неустойчивой работы двигателя при повышенных нагрузках (из-за плохого испарения спирта) применяется дополнительный подогрев топливной смеси с помощью, например, отработавших газов.
Дизель и спирт
Адаптировать дизельный мотор для сжигания в его цилиндрах спирта гораздо сложнее. Венским техническим университетом были проведены экспериментальные исследования на 4-цилиндровом тракторном дизеле фирмы Steyr.
Ввиду того, что цетановое число этанола низкое, двигатель был дополнительно оснащен электронной системой зажигания, а головку цилиндров модернизировали для размещения свечей зажигания. Кроме того, была изменена геометрическая форма камеры сгорания в днище поршня, установлены новые топливный насос высокого давления, форсунки и топливоподкачивающий насос повышенной производительности. Исследования показали, что дизель работает на этаноле практически бездымно. По сравнению с работой на дизельном топливе выброс NOx снижается, что является результатом уменьшения температуры вследствие повышенной теплоты испарения этанола. Выброс СО такой же, как у бензинового ДВС, выброс СН относительно высок, однако может быть радикально снижен при применении простейшего окислительного нейтрализатора. При переходе на дизельное горючее дымность и расход топлива у переоборудованного дизеля значительно выше, чем первоначально. Объемный расход у этанола почти в 2 раза больше, чем у дизельного топлива, что является следствием его более низкой теплоты сгорания, а удельный приведенный расход лишь немногим выше.
Модернизировать двигатель могут не только автопроизводители, но и специализированные фирмы. Например, в США бензиновые двигатели и дизели для работы на альтернативном топливе переоборудует фирма Jasper Engines and Transmissions. Переделываются моторы от 8-цилиндровых V-образных до рядных 6- и 4-цилиндровых. После переоборудования двигатели могут работать на метаноле, этаноле, сжатом и сжиженном природном газах.
| Мировой опыт | |
| |
| Топливный спирт | |
| |
| Характеристики рабочего процесса дизеля при работе на смеси дизтоплива с этанолом и при работе на чистой солярке | |
| |
| Украинские перспективы | |
| |
Подготовил Юрий Герасимчук
Фото Сергея Кузьмича
Октановое число спиртов и эфиров
В связи с удорожанием нефти и ограничением применения ТЭС в последние годы во многих странах мира наметилась тенденция к возрастающему использованию кислородсодержащих соединений в товарных высокооктановых автобензинах. Среди кислородных соединений достаточно широкое применение находят метиловый (МС), этиловый (ЭС) и грег-бутиловый спирты (ТБС), метил-грет бутиловый эфир (МТБЭ), обладающие (табл. 8.3) высокими октановыми числами, низкими температурами кипения, что позволяет повысить 04 головных фракций и тем самым улучшить коэффициент распределения ДС, а также достаточно высокой теплотой сгорания. Особенно быстрыми [c.209]Почему эфир так легко воспламеняется Ответить на этот вопрос чрезвычайно трудно, так как мы очень мало знаем о химии горения, химии взрывов и т. п. Существует так называемая точка воспламенения — минимальная температура, которую должно достигнуть данное вещество, чтобы загореться, если его поджечь. Так вот, точка воспламенения эфира ниже, чем у бензина и большинства растворителей, которые применяются в лаборатории диэтиловый эфир —49° С, бензин (октановое число 100) —38° С, бензол 11 С и этиловый спирт 13° С. [c.440]
Изопропиловый эфир (СдН,)20, который является побочным продуктом, можно использовать для повышения октанового числа бензинов (добавляется в бензин в количестве 20%). Выход изопропилового спирта достигает 95—99%, а втор-бутилового —90%. Большую часть изопропилового спирта используют для производства ацетона, значительное количество применяют как растворитель, в форме сложных эфиров, как антифриз и т. д. [c.202]
Оксигенирование было частью стратегии получения бензина с требуемым октановым числом начиная с конца 1970-ых годов, и с этой целью предпринимались попытки использовать целый ряд спиртов и эфиров. Все оксигенированные виды топлива снижают выделение окиси углерода (СО) и несгоревших [c.167]
Законы США будут вводиться постепенно. По содержанию кислорода уже в конце 1992 г. были введены ограничения, которые требуют, чтобы содержание кислорода в бензине в районах с повьппенным содержанием СО в воздухе не превышало 2,7%. Остальные ограничения планируется ввести с 1995 г. по месяцам постепенно, причем в соответствии с принятыми законами содержание низкокипящих и токсичных органических компонентов необходимо будет уменьшить на 15%, а к 2000 г.-на 25%. С учетом законов о чистом воздухе будущий бензин должен содержать изомеризат или легкую нафту, легкий и тяжелый риформат, алкилат, легкий и тяжелый бензин каталитического крекинга, кислородсодержащие добавки. Лучше всего применять добавки, которые имеют высокое октановое число, такие как метанол, этанол, метил-тргт-бутиловый эфир и т. д. В табл. 45 представлены октановые числа спиртов-кислородсодержащих добавок, применяемых в регулярном и премиальном бензинах США, не содержащих свинцовых соединений. Как следует из данных таблицы, наибольшее октановое число в регулярном бензине имеет метанол, но он обладает рядом существенных недостатков. Это прежде всего его способность впитывать в себя воду из воздуха, что приводит к коррозии, и высокая испаряемость. Следующим по октановому числу идет этанол, который в качестве добавки широко применяется в США. Более тяжелые спирты также находят применение, однако надо отметить, что по мере увеличения углеводородной группы октановое число спиртов падает. Большинство нефтяных компаний смешивают свой бензин с кислородсодержащими добавками, учитывая специфику районов, где они будут продавать свою продукцию. В районах с повышенным содержанием СО в воздухе количество кислорода в бензине должно составлять не менее 2,7%. Это, как правило, большие города или крупные промышленные центры. Если же это сельскохозяйственные штаты, то там содержание кислорода в бензине не должно быть выше 2,0%, так как повышение [c.88]
Спирты сивушных масел находят применение в технике в качестве растворителей, особенно в производстве лаков, для получения сложных эфиров карбоновых кислот (стр. 115), в качестве добавок к моторному топливу для повышения его октанового числа. [c.87]
МТБЭ и ЭТБЭ. Октановые числа смешения эфиров несколько ниже, чем у метилового и этилового спиртов, однако это компенсируется другими преимуществами, к которым следует отнести низкую токсичность, хорошую совместимость с топливом и гидролитическую устойчивость, высокие антикоррозионные свойства. [c.128]
Это метиловый (МС), этиловый (ЭС) и трет-бутиловый (ТБС) спирты, метил-трет-бутиловый эфир, обладающие высокими октановыми числами, низкими температурами кипения (табл, б.З), что повыи1г1ет октановое число головных фракций и тем самым улучшить коэффициент распределения детонационной стойкости по фракциям. [c.61]
Кроме спиртов в качестве кислородсодержащих добавок применяются эфиры. Ниже приведены октановые числа эфиров, вводимых в регулярные бензины США и. м./м. м./(и. м. + м. м.)/2 [c.440]
В качестве высокооктановых добавок к бензинам применяют также кислородсодержащие вещества, имеющие октановые числа смешения 120—150 пунктов (низшие алифатические спирты, метил-грет-бутиловый эфир). [c.369]
В связи с удорожанием нефти и запрещением применения ТЭС в последние годы во многих странах мира наметилась тенденция к возрастающему использованию кислородсодержащих соединений в товарных высокооктановых автобензинах. Среди них достаточно широкое применение находят метиловый (МС), этиловый (ЭС) и трет-бутило-вый (ТБС) спирты, и особенно метил-шрет-бутиловый эфир (МТБЭ), обладающие (табл. 9.9) высокими октановыми числами, низкими температурами кипения, что позволяет повысить 04 головных фракций и тем самым улучшить коэффициент распределения ДС, а также достаточно высокой теплотой сгорания. Из спиртов наиболее широкими сырьевыми ресурсами обладает метанол. Его можно производить из газа, угля, древесины, биомассы и различного рода отходов. Безводный метанол хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, однако малейшее попадание воды вызывает расслаивание смеси. У метанола ниже теплота сгорания, чем у бензина, он более токсичен. Тем не менее метанол рассматривают как топливо будущего. Ведутся также исследования по непрямому использованию метанола в качестве моторных топлив. Так, разработаны процессы получения бензина из метанола на цеолитах типа 25М. [c.857]
В условиях отказа от ТЭС, ужесточения требований по содержанию бензола и других ароматических соединений в составе современных автомобильных бензинов увеличивается содержание кислородсодержащих высокооктановых компонентов. К ним относятся эфиры, спирты, в том числе метил-т/ ет-бутиловый эфир (МТБЭ) и др. Такие соединения одновременно обеспечивают выполнение требований как по октановому числу, так и по содержанию кислорода. [c.20]
Изопропиловый спирт применяется в химической промышленности как заменитель этилового спирта в различных процессах, где требуется его участие, как-то получение алкоголятов, сложных эфиров и т. п. Одно время изопропиловый спирт шел в больших количествах на изготовление диизопропилового эфира, предложенного в качестве антидетонационного компонента (октановое число 100) к моторному топливу. В парфюмерной промышленности изопропиловый спирт нашел применение вместо этилового спирта нри изготовлении духов и особенно одеколонов. Но главная масса изопропилового спирта идет на получение ацетона (см. ниже). [c.760]
Широко используются спирты (метанол, этанол) и эфиры (метилтретбутиловый эфир — МТБЭ), при этом обеспечивается не только требуемое октановое число, но и снижается токсичность выхлопных газов. Так, добавка 10—15% МТБЭ снижает содержание СО в выхлопных газах на 20%- Перспективно использование в качестве моторного топлива спиртобензиновых смесей (СБС). [c.221]
Образующуюся в первой стадии изопропилсерную кислоту подвергают гидролизу при 100° или нагревают с изопропиловым спиртом. Диизопропиловый эфир интересен тем, что имеет высокое октановое число, равное 105, и хотя из-за своей низкой теплотворной способности он как моторное топливо применяться не может, но добавки его к бензину в количестве 20—40% значительно повышают октановое число. Так, например, бензин с октановым числом, равным 74, после добавки 20% диизопропилового эфира имеет октановое число, равное 101. Это явилось стимулом для изучения пригодности и других эфиров. Было установлено, что многие из них действительно сильно повышают октановое число бензинов. Особенно хорошие результаты показали добавки 25% метил-/проктановое число с 74 соответственно до 111, 115, 112 и 112. [c.513]
Отметим, наконец, что немаловажных результатов следует ожидать от некоторых антидетонационных добавок, не принадлежащих к классу углеводородов. Простейшими из них являются такие легкодоступные вещества, как ацетон, метиловый спирт и некоторые другие кислородсодержащие органические соединения с октановыми числами порядка 90—100. Правда, практическое значение таких добавок в ряде случаев резко ограничивается высоким содержанием в ндх кислорода, что в свою очередь вызывает снижение эффективности топлива. Тем большего внимания поэтому заслуживают такие вещества, которые, обладая хорошими антидетонационными свойствами, менее богаты кислородом н более подходят в качестве антидетонационных добавок к моторному топливу. Таков, например, изопропиловый эфир октановое число 98) и некоторые другие органические вещества. В поисках подобного рода антидетонационных добавок во всех странах ведется большая, напряженная работа, важнейшие результаты которой, естественно, не оглашаются. [c.314]
Водноэмульсионные топлива. Стабилизация прямых и обратных -эмульсий воды в топливе с целью повышения его октанового числа и уменьшения токсичности выхлопных газов. — Перспективная область применения. Оксиэтилированные спирты и алкилфенолы эфиры многоатомных спиртов алкилоламиды и их производные. [c.322]
Для повышения детонационной стойкости вводят этиловую жидкость. Помимо этиловой жидкости, где компонентом, повы-шаюш,им октановое число, является тетраэтилсвинец (ТЭС), для повышения детонационной стойкости применяют также тетра-метилсвинец (ТМС) и метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Последний использовать наиболее целесообразно, так как в процессе сгорания бензина не образуются токсичные газы, содержащие свинец. В качестве высокооктанового компонента автомобильных бензинов возможно использование метилового спирта. [c.432]
Известно, что кислородсодержащие органические соединения (спирты и эфиры) имеют высокую температурную чувствительность в чистом виде. Например, октановое число метанола в чистом виде по исследовательскому методу (температура воздуха перед карбюратором 52°С, п=6С0 об/мин) составляет 112 единиц, тогда как по моторному методу (1емперату ра подогрева смеси после карбюратора 140 С, п=900 об/мин ) — 90 пунктов. Следовательно, чувствительность метанола, определяемая как разность между ОЧИМ и ОЧММ, равна 22. Для МТБЭ этот показатель равен 16. Согласно опьпным данны.м [6], у парафиновых и нафтеновых углеводородов, облгщающих малой чувствительностью, длительности задержек воспламенения в широком диапазоне изменения температур сжатия (450-600 С) почти не зависят от температуры. У непредельных и ароматических углеводородов, отличающихся высокой температурной чувствительностью, с ростом температуры сжатия наблюдаются непрерьшное уменьшение периода задержки воспламенения. Периодом задержки воспламенения топлива принято и ивать интервал времени от начала развития предпламенных реакций (завершение быстрого нафевания смеси топливо-воздух до заданной начальной тел пературы) до момента появления пламени. Парафиновые и нафтеновые углеводороды обладают двухстадийным процессом воспламенения, поэтому длительность периода задержки х . — для них складывается из двух частей задержки холодного пламени х, — и так называемого второго периода задержки хз — интервала времени от момента угасания холодного пламени (завершение холодно-пламенной стадии) до возникновения горячего взрыва. Стадия холодного пламени характеризуется [c.39]
МТБЗ имеет следующие показатели =0,7405, т. кип.= = 55,2°С, т. затв. минус 108,6 °С, скрытая теплота парообразования 342 кДж/кг (81,7 ккал/кг), теплота сгорания 35000 кДж/кг ( 8400 ккал/кг). В отличие от низкомолекулярных спиртов, ме-тил-грег-бутиловый эфир практически не растворим в воде, но с бензином смешивается во всех соотношениях и обладает весьма высокими октановыми числами смешения 98—110 по моторному методу, 115—135 по исследовательскому. [c.318]
С целью уменьшения загрязнения атмосферы токсичными выхлопными газами при использовании этилированных бензинов октановое число нередко повышают за счет добавления высокооктановых углеводородов (алкилбензины, ароматические углеводороды). Однако из-за их дефицитности, а также отрицательного влияния ароматаков на эксплуатационные характеристики двигателей эти способы малоперспективны. Одно из направлений расширения производства высокооктановых неэтилированных бензинов — использование эфиров и спиртов как присадок к топливу. Среди них наиболее эффективны метилтретичнобутиловый эфир МТБЭ и вторичный бутиловый спирт ВБС (табл. 19). [c.54]
При создании условий для формирования крупных ССЕ с малодоступной для кислорода воздуха поверхностью достигается обычное нормальное сгорание. В качестве модификаторов размеров ССЕ используют алкилсвинцовые соединения, спирты, эфиры и другие антидетонаторы. Па рис. 87 показано экстремальное изменение октанового числа (О.Ч.) от концентрации тетраэтилсвинца. [c.217]
Спирты, продукты их переработки и спирто-бензииовые смеси Наиб перспективны низшие алифатич спирты-этанол и особенно метанол, к-рые благодаря высоким октановым числам и небольшому загрязнению атмосферы выхлопными газами могут использоваться как автомобильное топливо непосредственно или в смесях с бензином Достоинство этанола-доступность сырьевых ресурсов (см Этиловый спирт), метанола — горит при более низкой т-ре, чем бензин, недостатки метанола-низкая теплота сгорания (примерно вдвое меньше, чем у бензина), высокая токсичность Интерес к метанолу быстро возрастает по след причинам синтез-газ, из к-рого гл обр производят метанол, м б получен конверсией любого углеродсодержащего сырья, в т ч прир газа, нефтяных остатков и углей, синтез метанола освоен в крупных масштабах, из него получают высокооктановый бензин, высокооктановые добавки к нему (метил-трет-амиловый и метил-жрет-бути-ловый эфиры), др виды топлив, напр дизельные (см также Метиловыи спирт) [c.115]
Технология третьего варианта коммерчески освоена в меньшей, чем процесс алкилирования, степени, но он весьма перспективен и важен, что связано со все возрастающим спросом на повысители октанового числа бензина (изопропиловый спирт, третичный бутиловый спирт и метилбути-ловый третичный эфир для замены тетраэтилсвинца). Мощности США по производству перечисленных повысителей октанового числа достигли 2,27 млн. л/сут, однако потенциальная потребность при 6 %-ной добавке их к бессвинцовому бензину составляет приблизительно 56,7 млн. т/сут. [c.230]
В последние годы все шире применяют М. т., вырабатываемые из ненефтяного сырья (см. Альтернативные топлива). Сжатые (основа СН , давление 15-20 МПа) и сжиженные (основа jHg и СдНщ, давление 1,6 МПа) газы используют гл. обр. в двигателях с принудит, воспламенением. Перспективны жидкие топлива, получаемые при переработке углей, сланцев, битуминозных песков и др. В качестве самостоятельных М. т. или их компонентов находят применение — акие кислородсодержащие продукты, как спирты (метанол, этанол) и эфиры (метил- 1/>ет-бутиловый и ме-тил-т/ е 1-амиловый, октановое число 115-120), к-рые можно добавлять в автомобильные бензины в кол-ве 7-11% по массе. Из спиртов наиб, перспективен метанол, т.к. его произ-во обеспечено широкими сырьевыми ресурсами. См. также Авиакеросин, Дизельные топлива. Газотурбинные топлива. Котельные топлива. Реактивные топлива. [c.143]
В пром-сти пиролиз П. в составе легких низкооктановых прямогонных бензинов приводит к этилену и пропилену. н-П. используют для получения изопентана, пентенов, амиловых спиртов и их эфиров, амилфенола н др., а также в качестве р-рителя. Изопентан широко применяют как компонент высокооктановых бензинов. Техн. изопентан (т-ра выкипания 24-34 С, dl° 0,620, октановое число 90 по моторному методу) добавляют к бензинам (до 15%) для повышения их испаряемости и октанового числа, а также исключения применения тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора (см. также Алкилат). Каталитич. гидрированием изопентана на СЮ3-А12О3 получают изопрен. [c.461]
Метиловый спирт, кумол и бензол, увеличивающие октановое число смеси, также понижают тенденцию к пробегу . Напротив, серный эфир и перекись ди-тирет-бутила увеличивает тенденцию к пробегу . [c.252]
Использование метанола в качестве альтернативного моторного топлива, а также его производных (метил-л2рел -бутилового эфира и т. д.) сегодня получило наибольшее распространение во всем мире. В противовес этому применение метилового спирта в качестве добавок к традиционным низкооктановым бензинам (бензометанольные смеси) для повышения их октанового числа и улучшения экологических свойств (за счет уменьшения содержания сернистых соединений) находится еще в рамках научных исследований. Это связано с тем, что бензоме-танольным смесям присущи следующие недостатки [c.276]
При получении изопропилового спирта побочно образуются полимеры пропилена—СдН12, СдНхд, И высшие (до 5% от выхода изопропилового спирта) и диизо-пропиловый эфир (СНз)2СНОСН(СНз)2 (до 20% от выхода изопропилового спирта). Смесь полимеров пропилена используется как моторное топливо. Диизопропиловый эфир применяется в качестве растворителя и высокооктановой добавки к авиационному бензину (октановое число 99). Выход диизопропилового эфира можно значительно увеличить, если проводить гидролиз с меньшим количеством воды. [c.398]
Технический П. (смесь всех изомеров с примесью изопентана) применяют для синтеза малеиновой к-ты и бутадиена полимеры П.-смазочные масла, компоненты типографских красок 1-П. и 2-П.-исходное сырье для получения амиловых и гексиловых спиртов и альдегидов 3-метил-1-бутен-полупродукт в орг. синтезе, используют для повышения октанового числа топлив, в произ-ве пластмасс 2-метил-2-бутен и 2-метил-1-бутен применяют в синтезе изопрена, трет-амиловото спирта, гексиловых спиртов, сложных эфиров. [c.463]
В настоящее время во всем мире наметилась тенденция отказа от введения органических соединений свинца в бензин. Введение органических соединений свинца повышало октановое число бензинов. Для улучшения качества бензина и повышения его октанового числа можно использовать низшие спирты — С1 — Сн и метил-третра-бутиловый эфир (МТБЭ). Поэтому возникает необходимость в простом и быстром методе определения этих кислородсодержащих соединений в бензинах. В работе [11] описан многомерный ГХ-метод, используемый для анализа бензиново-спиртовых смесей. В нем используется кварцевая СОТ-колонка большого диаметра. [c.113]
Для улучшения свойств и увеличения ресурсов в состав автомобильных бензинов во все возрастающих количествах вводят кислородсодержащие соединения — метиловый и ewop-бутиловый спирты, метил-трет-бутиловый и метил-трети -амиловый эфиры (МТБЭ и МТАЭ). Они являются высокооктановыми добавками к бензинам и имеют октановые числа смешения 120—150 пунктов (низшие алифатические спирты, метил-отрет-бутиловый эфир). В связи с тенденцией использования бутиленов для производства метил-mpem-бутилового эфира, алкилата или втор-бутилового спирта возрастает роль процессов получения высокооктановых компонентов бензина из пропан-пропиленовой фракции. [c.126]
В СССР для решения этой проблемы необходимо увеличение октанового числа неароматических компонентов бензина до 72-75 пунктов. Этого можно достичь увеличением производства либо традиционных изо-коыпонентов — алкилатов, изомеризатов, легких бензинов гидрокрекинга, поликер-бекзинов, либо высокооктановых кислородсодержащих добавок — эфиров и спиртов. Перспективны» также методы дополнительной обработки риформата, улучшающие его качество как компонента неэтилированного топлива АИ-93, что позволяет уменьшать требуемое октановое число изокомпонентов, либо их дозировку. [c.70]
Были вьшолнены исследования изменения октановых чисел бензинов газовых стабильных (БГС) при добавлении следующих оксигенатов этиловый спирт, этил-треш-бутиловый эфир (ЭТБЭ) и этилидендиацетат. Октановое число определялось с помощью моторной установки УИТ-85. [c.265]
Данные табл. 4.1 свидетельствуют о том, что метанол и этанол по своим физи-ко-химическим свойствам близки к бензинам. В частности, они имеют повышенную испаряемость, сравнительно невысокие плотность и вязкость, приемлемые для двигателей с принудительным воспламенением октанового числа (91—92 ед.). Преимуществом метанола является его низкая пожароопасность. Положительное свойство спиртов — наличие в молекулах атомов кислорода, поэтому их используют в качестве оксигенатов (кислородсодержащих компонентов), повышающггх детонационную стойкость бензинов и способствующих снижению выбросов сажи и монооксида углерода как в бензиновых двигателях, так и в дизелях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки — метил-третбутилового эфира (МТБЭ). В 1998 г в США произведено около 12,5 млрд л МТБЭ, при этом бензин с МТБЭ составляет примерно 30 % от всего объема продаж бензина в США [4.13]. В настоящее время МТБЭ замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем другие альтернативные топлива, вместе взятые. В России метанол в качестве моторного топлива пока не используется, что объясняется его повышенной стоимостью (500 долл. США за 1 т) по сравнению с традиционными моторными топливами [4.13]. [c.140]
ТОП-3 способа повысить октановое число бензина
Фото: pomoshch-na-dorogakh.ru
Производить бензин с высоким октановым числом достаточно дорого. Дешевле пользоваться специальными добавками, которые называются антидетонаторы. При использовании подобных добавок 92 бензин может превратиться в 95.
Для получения более высокого октанового числа бензина в большинстве случаев берут МТБЭ. МТБЭ расшифровывается как метилтретбутиловый эфир. Он обладает сильным специфическим запахом и при этом абсолютно бесцветен. Из плюсов вещества также можно отметить не токсичность и высокое октановое число. Минусы эфира состоят в том, что он очень летуч и часто испаряется в жаркую погоду.
Фото: www.all.biz
Помимо метилтретбутилового эфира используется в качестве антидетонатора и обычный спирт. Для повышения октанового числа подходят и этиловый спирт, и метиловый.
При смешивании этилового спирта с составом бензина снижается токсичность выхлопных газов. Но есть и минусы. Из-за спирта растет давление насыщенных паров, а это ведет к образованию паровых пробок, что не очень хорошо для всей топливной системы. Помимо этого спирт растворяется в воде, а такой бензин способен к поглощению влаги из кислорода.
Для получения 95 бензина необходимо добавить к бензину 10 процентов спирта.
Фото: dilova.com.ua
Еще одной добавкой к бензину является тетраэтилсвинец, который является наиболее эффективным антидетонатором. Но не только эффективность радует автовладельцев. Это средство еще и недорогое.
Для использования необходимо всего 0,05 процента вещества. При добавлении такого количества тетраэтилсвинца октановое число вырастает примерно на 15-20 делений.
Но тетраэтилсвинец не рекомендуется использовать без специальных добавок. Без них при его сгорании появляется оксид свинца, который можно заметить на комплектующих частях автомобиля. В связи с этим в тетраэтилсвинец добавляются вещества, которые уменьшают его негативное воздействие.
Фото: izobretatel.by
Но, если тетраэтилсвинец смешивается с красителями, бензином и этим специальным веществом, то он становится опасен для человека и не допускается для использования в автомобилях.
При использовании любых материалов необходима активная ссылка на DRIVENN.RU
Биоэтанол как альтернатива бензину | Управление РСО-Алания по государственному регулированию производства и оборота алкогольной и спиртосодержащей продукции
За последний год в России значительно вырос интерес к спирту в качестве замены бензину.
С середины 1970-х годов энтузиазм по поводу использования спиртов в качестве альтернативного топлива в ДВС увеличился. А пика он достиг к середине 1980-х годов. Спирт как альтернативное топливо из-за его минимального воздействия на атмосферу приобретает большое значение. Этанол — альтернатива горючему из нефти из-за меньших выбросов парниковых и выхлопных газов, повышения энергоэффективности. Кроме того, оно удобно для двигателей внутреннего сгорания большой мощности из-за высокого октанового числа, скорости горения. Спирты с низкой молекулярной массой подходят и вместо добавок для повышения октанового числа.
Что такое этанол?
Этанол (этиловый спирт), также содержащийся в алкогольных напитках, получают путем ферментации раствора сахара. В США его производят из кукурузного крахмала. Трава, древесина и сельскохозяйственные отходы также могут быть использованы для производства «целлюлозного» этанола.
Ферментация — это основной метод синтеза этанола, используемый в промышленности. Меласса сахарного тростника — важное сырье для производства этанола, который является побочным продуктом сахарной промышленности. Кроме того, в процессе ферментации зерновые крахмалы (пшеница и кукуруза), картофельное пюре, фруктовые соки, не содержащие сахара лигноцеллюлозные фракции сельскохозяйственных культур, таких как травы и растения, используются в качестве сырья. Как правило, меласса содержит до 50% простого сахара, который легко сбраживается в этанол. Это идеальное сырье для производства этанола с высокой доступностью и низкой стоимостью. Однако, как только сырье доставляется на завод по производству этанола, оно хранится на складе и кондиционируется для предотвращения раннего брожения и загрязнения. Более того, фермент, такой как микроскопические дрожжи, играет жизненно важную роль в процессе ферментации, превращая углеводы в этанол в отсутствие кислорода.
Особенности применения
Чистый этанол — 100% этанол или E100 — теоретически можно было бы использовать в автомобилях, но практически это нереализуемо по следующим причинам:
- Этанол плох для холодного запуска, потому что он не горит так быстро, как бензин. Чистый этанол бесполезен в качестве топлива в зимние месяцы.
- Нет легковых автомобилей, предназначенных для использования E100 (не считая некоторые гоночные автомобили), что может привести к повреждению двигателя. Даже авто, работающие на нескольких видах топлива (FFV), работающие как на бензине, так и на этаноле, могут использовать горючее до E85.
- 100% этанол трудно достать. Технически его можно употреблять как очень крепкий алкогольный напиток. Согласно правилам США, топливные спирты должны быть непригодными для питья и разбавленными до 95,5%. И, если этанол не смешан с бензином, он будет облагаться налогом на спиртные напитки / пошлиной на алкоголь.
85% этанола на 15% бензина или E85 — наиболее распространенное биотопливо в Штатах. Самый высокий процент этанольного топлива, продаваемого в США — это E85, а в Бразилии — E95, где запуск автомобиля в холодную погоду не является проблемой.
Считается, что E10 можно использовать в обычных автомобилях без модификации двигателя.
Зачем использовать этанол в качестве альтернативного топлива
Спиртовое топливо имеет больше преимуществ по сравнению с ископаемым топливом.
1. Спирт с более низким молекулярным весом может быть получен из местных энергетических ресурсов, таких как биомасса, уголь и природный газ, которые доступны по низкой цене.
2. Сжигание спирта в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) создает большее давление сгорания по сравнению с бензином. Это происходит из-за более высокого отношения местных продуктов к реагентам. Кроме того, это улучшает выходную мощность и тепловой КПД по сравнению с бензином.
3. Снижаются выбросы парниковых газов.
4. По сравнению с бензином спирты с более высоким средним октановым числом могут повысить мощность.
5. Уменьшается выделение токсичных газов в окружающую среду.
6. Утечки и разливы спиртового топлива из танкеров не так страшны. Спирты смешиваются с водой и могут быть смыты ею. Они легко распадаются при попадании в землю.
7. Спиртовое топливо имеет более низкие выбросы паров.
8. Сжигая спирт в ДВС мы выбрасываем незначительное количество золы из-за меньшего содержания углерода в спирте.
9. Общая энергоэффективность топлива улучшается.
Бразилия и этанол
Технология создания топлива на основе этанола существовала с 1920-х годов, но не получила широкого распространения до 1980-х годов. В поисках возобновляемых альтернативных источников энергии правительство Бразилии обнаружило, что в 80-х годах около 90% автомобилей страны работали на этаноле. Хотя это число снизилось одновременно с ценами на нефть, использование этанола в стране снова увеличилось. Теперь все используемые виды топлива должны содержать минимум 25% этанола. Бразилия является крупнейшим экспортером этанола в мире, занимая второе место в мире по количеству заводов-производителей подобного топлива. Около 87% зарегистрированных транспортных средств (2012 г.) работают на спирте. Потребление бензина в стране снизилось на 30%. Производятся оптовые поставки спиртового топлива в другие страны, однако, из объемы не сопоставимы с используемыми внутри страны.
Этанол дешевле бензина?
Производство этанола не самое дешевое, но, поскольку он поступает из возобновляемых источников, по прогнозам, вскоре он станет дешевле, чем традиционное топливо. И, в зависимости от того, где производится этанол, затраты на импорт могут перестать быть ключевым фактором ценообразования. Транспортировка оптовых партий сокращает цену в пересчете на литр топлива, по сравнению с розничными продажами.
Этанол более экологичен?
Это зависит от того, как был произведен этанол и как он используется. Как правило, использование E85 приводит к меньшим выбросам, чем при использовании обычного топлива. Этанол также вытесняет бензол, который вызывает рак и является нетоксичным, водорастворимым и биоразлагаемым веществом. Так как этанол производится из растений, он квази-возобновляемый.
Что касается расчетов «жизненного цикла» считается, что целлюлозный этанол производит на 86% меньше парниковых газов. Парниковые газы — двуокиси углерода, метана, закись азот. Жизненный цикл рассчитывается с учетом того, как топливо производится, транспортируется и т. д. Исследование Калифорнийского университета в Беркли показало, что для производства этанола не требуется больше энергии, чем он может произвести. Этанол, полученный из кукурузы, имеет положительный «энергетический баланс», особенно если учесть, что другие ценные продукты, такие как кукурузное масло, являются побочными продуктами процесса его производства.
Этанол полезен для планеты?
Горение E85 все еще выделяет загрязняющие вещества и производит выбросы выхлопных газов. Топливо с содержанием этанола от 6% до 20% выделяет наибольшее количество выбросов. Рекомендуется использовать чистый бензин или более высокие концентрации этилового спирта.
Расчет выбросов в течение всего производственного цикла проблематичен. Часто не принимаются во внимание изменения в использовании земель. Например, преобразование лесных земель в пахотные, что ускоряет глобальное потепление. Производство этанола из кукурузы в значительной степени зависит от ископаемого топлива и удобрений. Однако до тех пор, пока сельскохозяйственные угодья не используются для выращивания целлюлозных материалов, целлюлозный этанол довольно экологичен — для его создания требуется меньше удобрений, а побочные продукты могут использоваться для производства горючего топлива.
Почему на сегодняшний день России не выгодно переходить на биоэтанол?
В России широкое использование этанола в качестве топлива проблематично по нескольким причинам. В первую очередь, наше законодательство ограничивает оборот этанола. Кроме того, этому спирту необходимо как-то предать «непитьевое» состояние. Безопасный процесс такого перевода уже разработан на основе реакции дегидратации — отщепления воды от молекул спиртов. При нужных условиях получаем смесь углеводородов, близкую по составу к бензину. Этот способ разработан в Институте общей и неорганической химии РАН под руководством члена-корреспондента РАН Александра Гехмана.
Даже с учетом наличия земель для выращивания кукурузы или иных растений, служащих для производства биотоплива, и небольших тратах на транспортировку, конечный продукт выходит дороже привычного бензина. Дело в акцизах, накладываемых государством на спиртосодержащую продукцию.
Автомасла, антифризы и автошампуни от производителя
Бензин и этанол: вся правда
Смешивать бензин с этанолом начали в Европе в начале ХХ века. По мнению топливных экспертов, добавление биоэталона обогащает бензин кислородом, снижает его канцерогенные качества и уменьшает уровень выбросов окиси углерода. Как обстоят дела сегодня?
Немного истории
В 2005 г. в Европе в бензин добавляли 2 % этанолового спирта, а в 2010 – уже 5 %. К 2020 г. количество этанола планируют увеличить до 10 %. К тому времени в Евросоюзе должна быть инфраструктура, которая бы полностью покрывала потребность заправки и поставки бензина для неадаптированных транспортных средств. Таковыми являются автомобили, выпущенные ранее 2008 г., на которых ездят многие владельцы топливных карт АЗС «Газпромнефть» и в целом россияне.
Эксперты утверждают, что авто из этой группы будут нормально работать, при условии наличия в бензине не более 5-7 % этанола. Экспериментировать же с более крупными концентрациями не стоит.
В чем риск?
- Биоэтанол должен содержать не более 0,2 % воды, иначе будет перерасход топлива, детонация, а самые большие проблемы начнутся зимой.
- Будучи окислителем и растворителем, этанол может повредить пластмассовые детали.
- В таких случаях сервисы зачастую отказываются предоставлять комплектующие на замену по гарантии.
- Зимой для прогрева ТС нужно больше времени, а карбюраторные авто вообще нуждаются в точной настройке карбюратора.
- Владельцы корпоративных карт «Газпромнефть» не испытывают сложностей с покупкой бензина, чего не скажешь о тех, кто ездит на этаноловом аналоге: такие АЗС есть не везде.
- Такое топливо стоит дешевле ввиду более низкой себестоимости этанола.
- В нем меньше бензола, серы и других опасных для авто веществ. Поэтому теоретически мотор, моторное масло и свечи служат дольше, выхлоп становится экологичным.
- Этанол с низкой теплопроводностью и высоким октановым числом сгорает более эффективно. Мотор работает стабильно, без перегрева, как и другие элементы.
- За счет высокого октанового числа этанола (113) он подходит для моторов всех степеней сжатия топливной смеси, которые работают на бензине марок 76, 80, 92, 95 и 98. С его помощью у профессионалов удается повысить мощность КПД, а с ними и экономичность.
Чем хорош бензин с добавлением спирта
А напоследок еще один факт. При серьезных ДТП этанол менее подвержен взрыву. Применять или нет такое топливо, единого ответа нет. Решение остается за каждым водителем.
Возможно вам будет интересно: Опасные и безопасные присадки для топлива или Увеличение нефтеотдачи: как повышают эффективность использования земных недр в «Газпромнефти»
Горючее для автомобиля, CO
| |||
Горючее для автомобиля — своими руками
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.
Спирт и октан — Sunoco Race Fuels
Спирты, такие как метиловый спирт (метанол) и этиловый спирт (этанол), часто используются в гоночном топливе. Иногда они представляют собой небольшую часть топлива, а иногда они являются основным компонентом топлива. Метанол обычно используется как «чистый», поэтому многие его называют гоночным алкоголем. Этанол также можно использовать в чистом виде, что и делают некоторые гонщики, но чаще можно услышать о E85, смеси примерно 85% этанола.
Об октановом числе спиртов сказано много.Однако с технической точки зрения октановое число спиртов невозможно измерить.
Все двигатели для октановых испытаний, как определено в процедурах определения октанового числа, установленных Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), карбюраторные. Регулировка соотношения воздух / топливо на карбюраторах двигателей с октановым числом ограничена и не может удовлетворить чрезвычайно разные требования к соотношению воздух / топливо чистых спиртов.
Смеси спиртов можно тестировать для определения того, что называется «октановым числом смеси» или BOV.По сути, октановое число смеси спирт / бензин сравнивается с октановым числом бензина без спирта, и выполняется некоторая математика, чтобы вычислить, какое влияние спирт оказал на октановое число бензина. Таким образом, определяется BOV. Однако BOV — это не то же самое, что нормальное октановое число.
Октановое число на насосе определяется путем усреднения двух октановых тестов, указанных в ASTM — теста на октановое число по исследовательскому методу (RON, или просто «R») и теста на моторное октановое число (MON или просто «M»).Среднее значение выражается как (R + M) / 2 и иногда называется антидетонационным индексом или AKI. В США насосный газ продается на основе AKI, и именно это значение мы обычно используем для представления октанового числа топлива. Квадратные желтые наклейки с октановым числом, которые вы видите на бензоколонках, обозначают октановое число (R + M) / 2.
BOV для метанола и этанола обычно завышают октановое число. Это потому, что действует закон убывающей доходности. В то время как небольшое количество алкоголя может повысить октановое число на несколько цифр, вдвое большее количество спирта не приводит к увеличению октанового числа вдвое.Таким образом, хотя может показаться, что спирт имеет высокое октановое число, когда используется небольшое количество (как при определении BOV), его реальное октановое число не такое высокое. Проблема в том, что настоящее число не может быть определено… поэтому нам остается только гадать.
Этанол — хороший тому пример. Его BOV обычно указывается как октановое число 112 или около того. Опять же, это означает, что если вы добавите немного этанола в бензин, некоторые математические вычисления говорят нам, что октановое число увеличится, как если бы этанол был с октановым числом 112. На самом деле это не так… просто так кажется, когда добавляется небольшое количество.
По лучшим оценкам фактического октанового числа чистого этанола оно составляет около 100. Это, вероятно, консервативное значение, но нас устраивает. Если вы видите заявления об октановом числе этанола в диапазоне 112, подозревайте, что октановое число может быть неверно основано на BOV.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
AMF
Свойства этанола
Законодательство и стандарты
Этанол — мономолекулярное соединение с узким интервалом кипения.Этанол — это соединение, не содержащее ароматических соединений, олефинов и серы. Таким образом, этанол может улучшить состав бензина за счет эффекта разбавления. Содержание кислорода в этаноле составляет 35%. Около 10 об.% Этанола соответствует 3,7 мас.% Кислорода в бензине. Большинство современных автомобилей, оснащенных системой управления с обратной связью, могут компенсировать эффект обеднения бензина с низкой концентрацией этанола. Отношение водорода к углероду в этаноле составляет 3,0, а в бензине — 1,85.
В США ASTM D 4814 — это спецификация для бензина, содержащего до 10% этанола (отказ от требований E15 принят для автомобилей 2001 модельного года и более новых).Нормы Агентства по охране окружающей среды США допускают более высокое давление пара на 1 фунт / кв. Дюйм для смесей, содержащих от 9 до 10 об.% Этанола.
В Европе Директива по качеству топлива 2009/30 / EC допускает использование этанола в бензине максимум 10 об.%, Начиная с 1 января 2011 года. Бензин, содержащий до 5 об.% Этанола, доступен на европейских рынках по крайней мере до 2013 года для автомобилей, которые не терплю е10.
Европейский комитет по стандартизации (CEN) определил требования для неденатурированного топливного этанола, используемого для смесей этанол / бензин с низкой концентрацией (EN 15376).В США ASTM 4806 определяет требования к денатурированному топливному этанолу, используемому при смешивании бензина. Автопроизводители определили рекомендации по топливному этанолу в «Руководстве WWFC по этанолу».
Типичные свойства этанола вместе с выбранными требованиями и рекомендациями показаны в следующей таблице.
Таблица 1. Отдельные свойства и требования к безводному этанолу, включая EN 15376 и US ASTM D 4806. Полные требования и стандарты доступны в соответствующих организациях.
Октановые числа
Октановое число низкомолекулярных спиртов высокое, и поэтому они даже использовались в качестве ускорителей октанового числа. Спирты имеют тенденцию увеличивать октановое число по исследовательскому методу (RON) больше, чем моторное октановое число (MON). RON смешивания этанола составляет около 120-135, а MON 100-106 смешивания. Чувствительность (RON-MON) обычно составляет 8-10 единиц для бензина, но 14 единиц для этанола. Высокое октановое число этанола может позволить оптимизировать двигатель для увеличения теплового КПД.Однако даже специальные автомобили для использования этанола (FFV) по-прежнему являются компромиссом по сравнению с автомобилями, предназначенными для использования на этаноле. Kalghatgi 2005 заметил, что автомобили, оборудованные датчиками детонации, работают лучше при использовании топлива с более низким значением MON для данного RON. Этанол увеличивает октановое число бензина на переднем конце перегонки. При регулировке октанового числа смеси этанол / бензин может потребоваться учет октановых чисел в других диапазонах перегонки бензина.
Летучесть и дистилляция
Этанол образует азеотропы с углеводородами бензина, что влияет на его летучесть.В частности, характеристики давления пара и дистилляции смесей этанол / бензин нелинейны. Давление паров при смешивании спиртов значительно выше, чем их номинальное давление пара. Давление паров чистого этанола низкое — всего 16 кПа (Owen and Coley, 1995). Когда этанол добавляется в бензин, давление паров увеличивается при соотношении компонентов смеси 5-10%, но затем постепенно снижается (рис. 1). При содержании этанола около 30-50% давление пара находится на том же уровне, что и для бензина без оксигенатов (Environment Australia 2002, Furey 1985).
Давление паров смесей можно регулировать, используя базовое топливо с низким давлением пара. Если должны соблюдаться строгие требования к топливу, это исключает возможность так называемого разбрызгивания этанола. В некоторых регионах для смесей бензин-этанол разрешено более высокое давление пара, если они содержат этанол.
Одним из примечательных моментов, касающихся давления паров смеси этанола, является его тенденция к более быстрому увеличению, чем у бензина, с повышением температуры. Это явление проиллюстрировано на рисунке 2 (Tanaka et al.2006, на что ссылается Уоллес и др. 2009 г.).
Рисунок 1. Давление паров бензин / оксигенатных смесей. Давление паров смесей увеличивается при низких соотношениях компонентов, но затем постепенно снижается (Furey 1985).
Рис. 2. Давление пара увеличивается быстрее для смеси этанол / бензин, чем для бензина с повышением температуры (Танака и др. 2006, на которые ссылается Уоллес и др. 2009).
«Начальная стадия» дистилляции увеличивается больше, чем предполагалось, когда этанол смешивают с бензином из-за азеотропных свойств смеси.Когда этанол до 20 об.% Смешивается с углеводородным бензином, увеличение объема, испаряемого при 70 ° C (E70), достигает 30%. Влияние этанола на другие части кривой дистилляции меньше. (Стрэдлинг и др., 2009). Влияние этанола на дистилляцию в одном экспериментальном исследовании показано на Рисунке 3 (Aakko-Saksa et al. 2011). При использовании смеси, содержащей 10 об.% Этанола, изменение значения E70 и плоская часть дистилляции могут быть затруднительны (Подробнее о управляемости).
Рис. 3. Примерные кривые перегонки бензина и адаптированных смесей бензин / этанол. Пределы EN228: 2008 для пределов E70, E100 и E150 отмечены красными линиями (Aakko-Saksa et al. 2011).
Теплота испарения
Теплота испарения у этанола выше, чем у бензина, а это означает, что для испарения топлива требуется больше энергии, что снижает температуру двигателя. Это может улучшить стойкость к детонации, так как вероятность самовоспламенения меньше при более холодном двигателе.Охлаждение всасываемого воздуха может повысить эффективность двигателя, поскольку более высокая плотность воздуха позволяет впрыскивать больше топлива, а внутренние тепловые потери и тепловые потери выхлопных газов ниже. (Ларссен 2009).
С другой стороны, высокая теплота парообразования усложняет запуск при холодном двигателе из-за охлаждающего эффекта воздушно-топливной смеси. Предел пусковой способности чистого этанола составляет около +12 ° C (Петтерссон, 1994). Эту проблему можно уменьшить, если использовать в топливе не менее 15% бензина. Высокая скрытая теплота испарения этанола приводит к высоким выбросам органических газов (Chiba et al.2010), тогда как низкая температура сгорания этанола может привести к снижению выбросов NO x из двигателя по сравнению с бензином. Высокая скрытая теплота испарения может даже привести к обморожению при обращении с этанолом в холодную погоду (Bechtold 1997).
Температура пламени
Температура пламени спиртов ниже температуры пламени, например, ароматических углеводородов.
Рис. 4. Температура пламени спиртов (X), олефинов (O), ароматических соединений (A), парафинов (P) и простых эфиров (E) (Piel and Thomas 1990).
Энергетическая ценность
По содержанию энергии этанол ниже, чем бензин. Теплотворная способность этанола составляет около 27 МДж / кг, в объемном выражении около 21 МДж / л, что составляет лишь 65% от объемной энергии бензина. Это приводит к более высокому объемному расходу топлива с этанолом по сравнению с бензином. Теоретически увеличение объемного расхода топлива составляет около 3,5% при сравнении 10% -ной смеси этанола с бензином, не содержащим кислорода. Если использовать преимущество высоких октановых чисел спиртов за счет увеличения степени сжатия двигателя, энергоэффективность в километрах на единицу энергии топлива (км / МДж) может быть выше для спиртов, чем для бензина.
Плотность этанола 0,79 кг / л, что немного выше, чем у бензина. Более высокая плотность в некоторой степени улучшает объемную экономию топлива.
Содержание кислорода
Содержание кислорода в этаноле составляет 35%. Содержание кислорода в топливе определяет стехиометрическое соотношение воздух / топливо, которое составляет 9 кг воздуха / кг топлива для этанола и 14,6 кг / кг для бензина. Система управления подачей топлива с обратной связью может компенсировать эффект обеднения топлива, но даже современные автомобили могут переносить кислородсодержащие вещества только до определенных концентраций.Это отражено в законодательстве и стандартах на бензин.
Олефины и ароматические углеводороды
Этанол может снижать содержание олефинов и ароматических углеводородов в бензиновом пуле за счет эффекта разбавления, в зависимости от свойств базового бензина.
Водостойкость и тройные фазовые диаграммы
Хранение и стабильность смесей этанола выдаются специальным образом из-за сродства этанола к воде и риска фазового разделения, которое вредно для автомобилей и инфраструктуры.Эти аспекты обсуждаются в главе о совместимости. Однако показаны примеры тройных фазовых диаграмм
.
Традиционно на тройных фазовых диаграммах представлен состав трех веществ. На тройной фазовой диаграмме над кривыми показаны однофазные смеси, а под кривыми — смесь с разделенными фазами. При более высоком содержании этанола большее количество воды может абсорбироваться бензиновой смесью без разделения фаз. Filho (2008) опубликовал тройные фазовые диаграммы этанола, бензина и воды при различных температурах (рис. 5).Ларсен и др. (2009) определили тройные фазовые диаграммы этанола с датским зимним бензином при -2 ° C и -25 ° C (нижняя диаграмма).
Инструкция чтения тройной фазовой диаграммы показана на рисунке 6.
Рис. 5. Тройные фазовые диаграммы Filho (2008) и Larsen et al. (2009).
Рисунок 6. Пример чтения тройной фазовой диаграммы.
Кислотность и микроэлементы
Этанол имеет ограничения по слабой кислотности (как уксусная кислота) и сильной кислотности (pHe).Слабая кислотность может повлиять на долговечность, тогда как сильная кислотность может вызвать быструю коррозию. Электропроводность отражает, например, ионы металлов, таких как хлорид, сульфат, натрий и железо. Неорганические хлориды вызывают коррозию металлов. Сульфаты также вызывают коррозию и образуют отложения, например, в топливных форсунках. Медь вызывает образование смолы и способствует образованию отложений в инжекторе. В катализаторе выхлопных газов может накапливаться фосфор. (WWFC 2009).
Измерение биосодержания в топливе
Этанол можно производить из ископаемого или биологического сырья.Биосодержание смеси может быть основано на декларации продавца и бухгалтерской отчетности, а соотношение может быть оценено расчетным путем. При необходимости, биосодержание в топливной смеси может быть определено изотопными методами 14 C, которые также используются, например, для археологических исследований. CO 2 в атмосфере содержит нестабильные изотопы углерода 14 C и стабильные 12 C изотопов углерода в фиксированном соотношении, такое же соотношение наблюдается у живых растений и животных. Период полураспада 14 C составляет 5730 лет, что можно использовать для дифференциации ископаемого и возобновляемого углерода.Принципы можно найти в стандарте ASTM D 6866.
Центр данных по альтернативным видам топлива: основы этанольного топлива
Этанол — это возобновляемое топливо, которое производится из различных растительных материалов, известных под общим названием «биомасса». Более 98% бензина в США содержит этанол, обычно E10 (10% этанола, 90% бензина), который насыщает топливо кислородом, что снижает загрязнение воздуха.
Этанол также доступен в виде E85 (или гибкого топлива), который может использоваться в транспортных средствах с гибким топливом, предназначенных для работы на любой смеси бензина и этанола до 83%.Другая смесь, E15, одобрена для использования в легковых автомобилях 2001 модельного года и более новых.
Сделать этанол доступным в качестве автомобильного топлива необходимо в несколько этапов:
- Сырье для биомассы выращивается, собирается и транспортируется на предприятие по производству этанола.
- Сырье превращается в этанол на производственном предприятии, а затем транспортируется на топливный терминал или конечному потребителю по железной дороге, грузовиком или баржей.
- Этанол смешивается с бензином на топливном терминале для получения E10, E15 или E85, а затем доставляется грузовиком на заправочные станции.E15 поступает либо непосредственно с терминала, либо через насос-блендер из резервуаров E10 и E85 на станции.
Свойства топлива
Этанол (CH 3 CH 2 OH) — прозрачная бесцветная жидкость. Он также известен как этиловый спирт, зерновой спирт и EtOH (см. Поиск по свойствам топлива). У этанола одна и та же химическая формула, независимо от того, произведен ли он из сырья на основе крахмала или сахара, такого как кукурузное зерно (поскольку это в первую очередь в Соединенных Штатах), сахарный тростник (как в основном в Бразилии) или из целлюлозного сырья (например, древесной щепы или растительных остатков).
У этанола более высокое октановое число, чем у бензина, что обеспечивает превосходные свойства смешивания. Требования к минимальному октановому числу бензина предотвращают детонацию двигателя и обеспечивают управляемость. Бензин с более низким октановым числом смешивают с 10% этанолом, чтобы получить стандартное октановое число 87.
Этанол содержит меньше энергии на галлон, чем бензин, в разной степени, в зависимости от процентного содержания этанола в смеси. Денатурированный этанол (98% этанола) содержит примерно на 30% меньше энергии, чем бензин на галлон.Влияние этанола на экономию топлива зависит от содержания этанола в топливе и от того, оптимизирован ли двигатель для работы на бензине или этаноле.
Энергетический баланс этанола
В США 94% этанола производится из крахмала кукурузного зерна. Для превращения любого исходного сырья в этанол требуется энергия. Этанол, произведенный из кукурузы, демонстрирует положительный энергетический баланс, а это означает, что процесс производства этанольного топлива не требует больше энергии, чем количество энергии, содержащееся в самом топливе.
Целлюлозный этанол улучшает энергетический баланс этанола, поскольку исходное сырье является либо отходами, побочными продуктами другой отрасли (древесина, растительные остатки), либо специализированными культурами, такими как просо и мискантус, с меньшими потребностями в воде и удобрениях по сравнению с кукурузой. Когда биомасса используется для преобразования непищевого сырья в целлюлозный этанол, количество энергии ископаемого топлива, используемой в производстве, сокращается еще больше. Еще одно преимущество целлюлозного этанола заключается в том, что он приводит к более низким уровням выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла.
Для получения дополнительной информации об энергетическом балансе этанола загрузите следующие документы:
Метанольное топливо »Смешивание топлива
Метанол обладает рядом физических свойств, которые делают его идеальным транспортным топливом. Для нефтепереработчиков использование метанола позволяет расширить поставки бензина на большее количество автомобилей и повысить качество обычного бензина до более высоких премиальных марок за счет увеличения октанового числа. По мнению автопроизводителей, метанол содержит кислород для более чистого сгорания топлива, более низкую температуру кипения для лучшего испарения топлива и более высокое октановое число смеси для более плавного горения с пониженным «детонационным» эффектом.«Этот последний пункт стал критически важным для автомобильной промышленности, которая все больше осознает преимущества использования большего количества спирта — этанол и метанол имеют октановое число 109 по исследовательскому методу (RON) — для повышения октанового числа и повышения эффективности двигателя, что способствует соблюдению нормативных требований. Цели CAFE по экономии топлива.
Как отмечает wikipedia.org: «Чем выше октановое число, тем большее сжатие топливо может выдержать перед взрывом. В общих чертах, топливо с более высоким октановым числом используется в двигателях с высокой степенью сжатия, которые обычно имеют более высокие характеристики.«В Соединенных Штатах, по мере развития автомобильных технологий с 1900 по 1960 год, запас топлива для транспортных средств неуклонно увеличивался с октановым числом. Этот неуклонный рост октанового числа закончился в 1960-х годах, когда у обычного бензина был пик бензина с октановым числом 87. В других частях света бензиновые смеси продаются по RON 92–98. Поскольку 86% топливного фонда США состоит из обычного бензина с октановым числом 87 (даже с октановым числом 85 в горных районах страны), автопроизводителям приходилось проектировать автомобили, работающие на этом топливе с наименьшим общим знаменателем.
В последнее время такие автопроизводители, как Ford и Mercedes, призывают к внедрению «высокооктанового» топлива с октановым числом 100-102. Повышение октанового числа позволяет использовать двигатели с более высокой степенью сжатия, более мощный турбонаддув, более прямой впрыск топлива и даже уменьшение габаритов двигателя. Для автопроизводителей, чтобы достичь нового стандарта экономии топлива CAFE 2025 года в 54,5 миль на галлон для легковых и легких грузовиков, большее октановое число не только облегчит работу производителя автомобилей, но также значительно снизит шок цен для потребителя.Эти автопроизводители предложили ввести топливную смесь этанола среднего уровня, состоящую из 20-30% этанола в бензине, чтобы обеспечить бензин с АИ 102. Как продемонстрировал Lotus, поскольку этанол и метанол можно легко смешать, можно получить смесь 10% этанола — базового бензина США — с дополнительными 10% метанола. Метанол может обеспечить все октановое число, необходимое для спиртового топлива среднего уровня, но за треть стоимости.
Смеси этанола и бензина с высоким октановым числом: количественная оценка потенциальных преимуществ в США
https: // doi.org / 10.1016 / j.fuel.2012.03.017Получить права и контентРеферат
Этанол вносит значительный вклад в топливо для дорожных транспортных средств в США, Бразилии и других странах. Правила использования возобновляемых источников топлива в США и ЕС подразумевают, что использование этанола в ближайшем будущем будет продолжать расти. Этанол с высоким октановым числом может быть использован в смеси этанола среднего уровня для увеличения минимального октанового числа (октановое число по исследовательскому методу, RON) бензина обычного сорта. Более высокий RON обеспечит больший тепловой КПД в будущих двигателях за счет более высокой степени сжатия (CR) и / или более агрессивного турбонаддува и уменьшения габаритов, а в современных двигателях, используемых сегодня на дорогах, за счет более агрессивного момента зажигания в некоторых условиях движения.Такой подход будет отличаться от нынешней практики примешивания этанола к смеси бензина, составленной с более низким октановым числом, так что чистое октановое число полученной конечной смеси не изменится по сравнению с историческими уровнями.
Разрабатывая сценарии доступности этанола в будущем, мы оцениваем, что значительное увеличение (на 4–7 пунктов) RON бензина в США возможно за счет добавления дополнительных 10–20% этанола сверх уже имеющихся 10%. Поддержание RON смеси на уровне 88 (что обеспечивает E10 с ∼92.5 RON), по нашим оценкам, RON будет увеличен с 94,3 для E15 до 98,6 для E30. Даже дальнейшее увеличение RON может быть достигнуто при условии изменения RON смеси и / или углеводородного состава. Например, увеличение RON смеси с 88 до 92 увеличит RON E10 с 92,5 до 95,6 и обеспечит более высокое RON с дополнительным содержанием этанола (например, RON 97,1 для E15 до 100,6 для E30). Возможные увеличения CR оцениваются для различных оценок будущего октанового числа, включая эффект усиленного испарительного охлаждения этанола в двигателях с прямым впрыском.Для рассмотренных сценариев с октановым числом этанола и смеси, повышение CR оценивается примерно в 1-3 единицы CR для двигателей с впрыском топлива в порт, а также для двигателей с прямым впрыском, в которых можно полностью использовать более сильное испарительное охлаждение этанола. Обсуждаются воздействия на сектор переработки и смешивания топлива, а также соображения перехода. Хотя необходима дополнительная работа для количественной оценки и оптимизации затрат и выгод как для автомобильного, так и для нефтеперерабатывающего секторов, а также для потребителей, похоже, что существенные социальные выгоды могут быть связаны с извлечением выгоды из присущего этанолу высокого октанового числа в будущем этаноле с более высоким октановым числом — бензиновые смеси.
Основные моменты
► Более высокие уровни смеси этанола прогнозируются для бензина в США. ► У этанола более высокое октановое число (RON) и теплота испарения (HoV), чем у бензина. ► Модель смешивания с линейным молярным октановым числом используется для количественной оценки RON-потенциала этанола и смеси. ► Оценивается октановое число охлаждения от испарения топлива в двигателях с прямым приводом. ► Повышение эффективности двигателей в будущем станет возможным за счет повышения детонационной стойкости таких видов топлива.
Ключевые слова
Октановое число по исследованиям
Октановое число
Испарительное охлаждение
Этанол
Бензин
Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)
Полный текстCopyright © 2012 Elsevier Ltd.Все права защищены.
Рекомендуемые статьи
Цитирующие статьи
Измерения и новый метод оценки по молярному составу
Образец цитирования: Андерсон, Дж., Леоне, Т., Шелби, М., Валлингтон, Т. и др., «Октановые числа смесей этанол-бензин: измерения и новый метод оценки на основе молярного состава», Технический документ SAE 2012 -01-1274, 2012 г., https://doi.org/10.4271/2012-01-1274.Загрузить Citation
Автор (ы): Джеймс Э.