- а) полностью испаряться и сгорать с максимальным выделением тепла и минимальным образованием токсичных и коррозионно-активных продуктов и отложений;
- б) не вызывать затруднений при транспортировании, хранении и подаче по системе питания в любых климатических условиях;
- в) быть обеспеченным сырьевыми ресурсами, быть недорогим и нетоксичным.
Перечисленным требованиям в наибольшей мере удовлетворяют жидкое нефтяное топливо. Его широко применяют в связи с высокой теплотой сгорания, относительно низкой стоимостью и удобством использования. Жидкое нефтяное топливо после сгорания не оставляет золы, хорошо транспортируется по трубопроводам и имеет ряд других преимуществ. Все это привело к тому, что жидкое нефтяное топливо во всем мире являлось и пока остается главным источником энергии для различного рода двигателей.
Жидкое нефтяное топливо по основному назначению можно разделить на несколько групп.
В первую группу входит топливо для поршневых двигателей с принудительным воспламенением. В таких двигателях испарение топлива и образование топливовоздушной смеси происходит вне цилиндров двигателя при относительно невысоких температурах. Для обеспечения нормальной работы двигателей необходимы легкоиспаряющиеся низкокипящие фракции углеводородов. В эту группу входят автомобильные и авиационные бензины, которые состоят преимущественно из углеводородов, выкипающих в диапазоне температур от 40 до 200°C.
Ко второй группе относят топливо для поршневых двигателей с воспламенением от сжатия (дизелей). В этих двигателях испарение топлива осуществляется после его впрыска и распыливания в сильно нагретом (до 700°C) воздухе. При таких температурах успевают испариться и образовать горючую смесь надлежащего состава более тяжелые фракции углеводородов. В быстроходных дизелях с высоким числом оборотов коленчатого вала применяют топливо, содержащее в основном фракции углеводородов с диапазоном выкипания от 180 до 360°C, а в средне– и малооборотных двигателях успешно используют еще более тяжелое топливо, так как время, отводимое на их испарение в тихоходных двигателях, больше.
Непрерывный рост потребности в жидком топливе и ограниченность ресурсов нефти обусловливают необходимость поисков новых альтернативных видов топлива, получаемых не из нефти, а из другого сырья. В качестве источника получения такого топлива в первую очередь рассматривают уголь, запасы которого в мире превосходят запасы нефти и газа. При переработке угля можно получить жидкие продукты, содержащие углеводороды и неуглеводородные примеси. Наиболее прогрессивными являются методы термической обработки угля в атмосфере водорода в присутствии катализаторов. Из получающейся при этом смеси широкого фракционного состава могут быть получены бензин и дизельное топливо.
Переработка угля путем газификации водяным паром дает синтез-газ, из которого дальнейшей каталитической переработкой также получают жидкое топливо. Однако получение жидкого топлива из угля в настоящее время обходится дороже, чем производство их из нефти. По ориентировочным подсчетам, переработка дешевого угля в жидкое топливо на месте может быть рентабельной при «ожижении» углей существующими методами.
Газообразные углеводороды применяют в качестве топлива для многих котельных установок, электростанций, промышленных печей и других топочных устройств. Газовое топливо используют не только в промышленности, но и в быту. Газовая промышленность страны – это одна из наиболее быстро развивающихся отраслей народного хозяйства. Темпы роста добычи и производства горючих газов за последние годы опережают темпы роста добычи других видов топлива.
Газообразные углеводороды находят применение в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и, в первую очередь, для двигателей с принудительным зажиганием (подробнее об особенностях эксплуатации автомобилей с газовым оборудованием см. в разд. 8.4). Появляется все больше автомобилей, рассчитанных на использование газового топлива.
Углеводородные газовые виды топлива для автомобилей по их агрегатному состоянию при обычных температурах делят на сжатые и сжиженные. Основной газообразный углеводород, который применяют в сжатом виде, – метан. Этот углеводород при температуре выше – 82°C (критическая температура) нельзя превратить в жидкость даже при сжатии до любых высоких давлений. На автомобилях сжатый газ хранят в баллонах при давлении до 20 мПа. Метан добывают не только на газовых месторождениях, но и получают в виде попутного газа на многих нефтяных месторождениях. Размещение ресурсов природных газов в разных районах страны и широкое развитие магистральных газопроводов позволяют считать метан в сжатом виде весьма перспективным топливом для двигателей внутреннего сгорания.
Сжиженные газообразные виды топлива содержат, в основном, пропан и бутан. Каждый из этих углеводородов в отдельности или в смеси хранят при обычных температурах в жидком виде в баллонах при давлении 1,6 мПа. Критическая температура для пропана — 97°C, для бутана —126°C. Сжиженные газы в качестве автомобильного топлива имеют ряд преимуществ перед сжатыми газами, поэтому на сегодня они получили более широкое распространение. Однако большие запасы метана определяют перспективность использования сжатых газов в качестве топлива для двигателей.
В последние годы возрос интерес к применению метана и в сжиженном виде при очень низких температурах. Изготовлены специальные топливные баки с соответствующей изоляцией, которые позволяют свести к минимуму потери жидкого метана при его использовании.
Из газообразных альтернативных видов топлива для двигателей следует упомянуть водород. Высокая теплота сгорания и отсутствие вредных веществ в продуктах сгорания ставят водород в ряд самых предпочтительных видов топлива для двигателей. Но высокая стоимость водорода и трудности, связанные с заправкой и хранением, пока препятствуют его широкому использованию. Ведутся исследовательские работы по применению водорода не только как самостоятельного топлива, но и как добавки к обычным видам топлива нефтяного происхождения.
Среди альтернативных видов топлива можно также выделить такие кислородсодержащие продукты, как спирты и эфиры. Один из эфиров – метил-третбутиловый эфир – оказался эффективным компонентом автомобильных бензинов. Введение его в бензин улучшает важнейшее эксплуатационное свойство – детонационную стойкость. Этот эфир прошел все испытания с положительными результатами, и во многих странах сейчас строятся установки по производству метил-третбутилового эфира в промышленных масштабах. Широкое применение его в качестве компонента автомобильных бензинов начнется в ближайшее время.
Из спиртов наиболее интересен метанол, причем как самостоятельный вид топлива, так и как компонент топлива нефтяного происхождения. Метанол привлекает прежде всего широкими сырьевыми возможностями. Его можно производить из газа, угля, древесины, биомассы, различного рода отходов и др. Использовать метанол можно непосредственно как топливо или как промежуточное сырье для получения различных соединений. Добавление 5 % метанола в бензин нефтяного происхождения не вызывает каких-либо трудностей в эксплуатации двигателей и уже сейчас практикуется в некоторых странах. Правда, наряду с преимуществами, метанол имеет и недостатки, над преодолением которых в настоящее время работают и у нас в стране, и за рубежом. К недостаткам метанола следует отнести его высокую токсичность, меньшую теплоту сгорания, высокую теплоту испарения, коррозионную активность, гигроскопичность и др. Тем не менее широкие сырьевые ресурсы позволяют считать метанол перспективным топливом. Ведутся работы по применению метанола не только в двигателях с принудительным зажиганием, но и в дизелях.
Комментарии посетителей