Використання видобувних і супутніх палив

Через дефіцит рідкого палива нафтового походження і зростаючі труднощі у видобутку нафти, а також з метою зменшення забруднення довкілля шкідливими речовинами в наш час здійснюється інтенсивне переведення ДВЗ різного призначення на живлення газоподібним паливом. Найбільш реальними для широкого вжитку є природний газ (СПГ - стиснений природний газ), а також газ, що є побічним продуктом нафтопереробних підприємств (ЗНГ – зріджений нафтовий газ).

Основний компонент природного газу – метан. Він становить 82-99% об’єму. Основні його властивості як моторного палива: октанове число – 100-110, нижча теплота згоряння – 32-36 мДж/м. куб. Тобто за октановим числом природний газ перевищує кращий бензин і тому його можна використовувати у двигунах з високим ступенем стискання. Природний газ має перевагу порівняно з рідким паливом. Оскільки він надходить в циліндри в газоподібному стані, то виключається розрідження оливи, навіть під час холодного пуску двигуна, що збільшує строк його служби і зменшує зношування деталей двигуна. В порівнянні з бензином під час роботи на стисненому газі суміш утворюється більш однорідна, відбувається рівномірний розподіл суміші по циліндрах. Це надає можливість використовувати збіднені паливо повітряні суміші.

Зберігати природний газ можна в двох агрегатний станах: стисненому і зрідженому. Проте температура зрідження метану становить – 161,6 С. Тому, в разі використання природного газу як моторного палива, його зберігають у стисненому станів сталевих балонах під тиском до 20 мПа. Якщо тиск менший, то об’єм газу, в балонах прийнятних розмірів, не забезпечує достатній запас ходу автомобіля. Маса одного такого балону становить 93 кг - отже встановлення балонів зменшує вантажопідйомність автомобіля.

Необхідність стискання природного газу до високого тиску спричинює головну проблему, яка стримує широке використання цього виду палива для живлення двигунів. Для заправки балонів при такому тиску необхідно будувати автомобільні газонаповнювальні компресорні станції високої вартості, де газ, який надходить газопроводами, очищують, фільтрують і стискають до 25 мПа.

Як правило, на роботу на газовому паливі переобладнують бензинові двигуни заміною штатного карбюратора – карбюратором-змішувачем з додатковим обладнанням газовою апаратурою. Двигуни в такому разі можуть працювати на природному газі і бензині.

Після переведення на газ енергетичні показники двигуна, у порівнянні з бензиновим двигуном, зменшуються на 15-20%.

Зменшення енергетичних показників ДКЗ при переході на стиснений природний газ головним чином пояснюється зменшенням наповнення циліндрів неоптимальним кутом випередження запалювання, а також тим, що коефіцієнт молекулярної зміни під час згоряння для газового палива менший за 1. Тобто у розширенні бере участь менша кількість молекул, ніж після згоряння рідкого спалювання.

Більш раціонально підвищувати енергетичні і економічні показники застосуванням двигунів з підвищеним ступенем стискання у відповідності до октанового числа природного газу. Але конструктивні зміни, які вносяться з метою підвищення ступеня стискання, доречно здійснювати за наявності достатньої кількості газонаповнювальних станцій, що надасть можливості працювати лише на газі без переходу на живлення бензином.

Переведення дизелів на живлення природним газом, як правило здійснюється реалізацією газо дизельного процесу. У впускну систему разом з повітрям подається газ, запалювання стиснутої газоповітряної суміші здійснюється невеликою запальною дозою дизельного палива. Така система живлення може забезпечувати його роботу як звичайного дизеля.

З огляду витрати рідкого палива, газодизель вигідніший за звичайний дизель. Стосовно ж впливу навантажень на склад відпрацьованих газів існують різні, часом суперечливі, думки. Вся справа в підходах: екологічність двигуна традиційно оцінюють за трьома нормованими газоподібними шкідливими речовинами (оксиди вуглецю і азоту та вуглеводні) та димність відпрацьованих газів. Перша з основних переваг газодизеля широко відома – це різке зменшення витрати палива. Друга – значно менша, в порівнянні з дизелями, на 50-70%, димності відпрацьованих газів.

Концентрації вуглеводнів у відпрацьованих газах газодизелів значно більші (у 25-30 разів) ніж під час роботи на дизельному паливі, але вони переважно складаються з метану, що не згорів і який не є токсичним.

Викиди альдегідів газодизелем у 1,5 рази більші, до того ж до 80% їх сумарного викиду становлять формальдегіди (що вдвічі більше, ніж в дизелях).

Вважається, що основні речовини, що визначають шкідливість відпрацьованих газів газодизеля – оксиди азоту, формальдегід і бенз(а)пірен.

За існуючими даними газодизельний процес: по-перше, найрадикальніший спосіб економії рідкого палива (до 80%), по-друге, за сукупністю шкідливих компонентів відпрацьованих газів, - екологічно безпечніші. Його сумарні, зведені до СО викиди шкідливих речовин на 25% менше, ніж у дизеля.

Отже, використання природного газу в дизелях і бензинових двигунах зменшує кількість шкідливих викидів в атмосферу.

Водень. Перші дослідження в напрямку використання водню, як палива для теплових двигунів, були проведені ще у 20-х роках минулого століття. Характеристики водню, як моторного палива такі: нижча теплота згоряння - 120 мДж/ кг, що перевищує теплоту згоряння рідкого палива в 2,7-2,9 разів. Енергія запалювання водню дуже низька і приблизно в 10 разів нижче за вуглеводневе паливо. Швидкість згоряння воднеповітряної суміші висока, особливо збагаченої воднем. При цьому запалюванням можливо регулювати потужність двигуна при зміні складу суміші.

Під час згоряння водне повітряної суміші утворюється водяна пара, тобто виключається можливість утворення шкідливих продуктів неповного згоряння. Таким чином, водень, як паливо для теплових двигунів має ряд переваг перед вуглеводневим паливом. Проте є причини, які стримують широке використання водню в теплових двигунах, пов’язані вони з його добуванням, зберіганням і особливостями роботи двигунів.

Отримують водень, в основному, при переробці природного газу і нафти, які безпосередньо можна використовувати для живлення теплових двигунів, або отримувати з них моторне паливо. Тому проводяться інтенсивні пошуки інших ефективних методів отримування водню. Найперспективнішим є метод газифікації вугілля під тиском на парокисневому дутті. Визначається питання використання надлишкової енергії ектростанцій в періоди мінімальних завантажень для отримування водню шляхом електролізу води.

Відомі три способи зберігання водню: в баллонах високого тиску; в кріогенних баках і в зв`язаному стані в складі металогідридів.

Основна шкідлива речовина, що міститься у відпрацьованих газах водневого двигуна – оксиди азоту. Найбільше їх утворюється при згорянні дещо збідненої водне повітряної суміші. Із збагаченням чи збідненням суміші вміст оксидів азоту різко зменшується. При α = 1,8 вони практично відсутні. Зменшити викид оксидів азоту можна також рециркуляцією відпрацьованих газів, подаванням води у впускну систему, зменшенням кута випередження запалювання.

Ацетилен. В останні роки за кордоном вивчається можливість застосування ацетилену (С2Н2) як моторного палива. Ацетилен має високі енергетичні показники і його можна виробляти з нафтової сировини.

Токсичні показники двигуна, який працює на ацетилені, покращуються в основному, через зниження вмісту у ВГ оксиду вуглецю і сумарних вуглеводнів.

Основним недоліком ацетилену і ацетиленоповітряної суміші є їх висока вибухонебезпечність. Це єдиний газ, який використовується у промисловості, горіння і вибух якого можливі без присутності окислювача. Щоб використання було безпечне, найпоширенішим став спосіб зберігання та транспортування ацетилену, розчиненого в ацетоні, в сталевих балонах, які заповнені активованим деревним вугіллям, або іншими поруватими масами під тиском до 2,4 мПа.

Азотовмісні палива. Азотоводневе паливо складається з водню і азоту. Основними видами азотоводневого палива є гідрозин (N2Н2) і аміак (NН3).

За термохімічними розрахунками, в продуктах згоряння аміаку міститься тільки один токсичний компонент – оксид азоту (П), кількість якого мінімальна через низькі температури і швидкість згоряння аміачно повітряних сумішей.

Недоліком аміаку, як моторного палива, є його корозійна агресивність і отруйність. Швидкість згоряння гідрозину в повітрі вище за швидкість згоряння аміаку і вуглеводню. За повного згоряння і після видалення оксидів азоту, що мають утворюватися, азотоводневе паливо не буде забруднювати навколишнє середовище.

Гідрозин має властивості не тільки згоряти, як бензин, а і розкладатися за відсутності повітря у врегульованому режимі, що розширює можливість його використання.

Через високу температуру замерзання гідрозину та інші його експлуатаційні властивості, до нього доцільно додавати антифриз. Це необхідно для того, щоб використовувати гідрозин як автомобільне паливо. Вибір антифризу обмежується рідинами, які можуть перемішуватись з гідрозином (вода або аміак).

Дата добавления: 2014-01-04