Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
29. У якості пального для двигунів внутрішнього згоряння використовуються продукти переробки нафти: бензин, гас, дизельне пальне, зріджений нафтовий газ. Двигуни внутрішнього згоряння можуть працювати також на зрідженому природному газі та спиртах: етанолі й метанолі. Синтетичне паливо для використання у двигунах внутрішнього згоряння отримують із природного газу, вугілля або біомаси завдяки процесу Фішера-Тропша.
Класичними видами палива для ДВЗ та дизельних двигуні є, відповідно, бензин та дизельне пальне (ДП), які отримують шляхом переробки нафти. Сучасні технології нафтохімічної промисловості дозволяють виробляти високоякісне паливо в достатній кількості, але ціна на нього прямо залежить від ціни на сиру нафту (див. рисунок 2).
Перші розробки технології виробництва синтетичного рідкого палива (СРП) були здійснені в 1920х роках в Німеччині в умовах економічної блокади, коли майже припинився імпорт нафти, а техніка вимагала багато високоякісного палива. В ці роки німецькі вчені Ф. Фішер та Г. Тропш розробили технологію виробництва СРП з вугілля, яке видобувалося в Німеччині. Цей метод складався з двох основних стадій – газифікації вугілля в киплячому шарі з отриманням синтез-газу та каталітичного синтезу алканів на лужному Co-Os, Fe, Co-Th каталізаторах. Перший промисловий процес за методом Фішера-Тропша біло здійснено в 1935 році, до 1941 року виробництво рідкого палива та мастила в нацистській Німеччині та Японії досягло рівня 1 млн. тон на рік.
В післявоєнні роки цікавість до синтезу Фішера-Тропша майже зникла: працювали окремі експериментальні установки, зокрема в ПАР за умов апартеїду. Сьогодні, за умов стрімкого зростання цін на нафту, ведуться масштабні роботи по вдосконаленню технології синтезу Фишера-Тропша, зокрема в Китаї, Великій Британії, Малайзії, США, та інших країнах.
Синтез Фішера-Тропша має за основу реакцію відновлювальної олігомеризації оксиду вуглецю (ІІ), за такими схемами:
- алкани: nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2О +165 кДж/моль(n); (8)
- алкени: nCO + 2nH2 → CnH2n + nH2О +143 кДж/моль(n). (9)
Побічні реакції:
- утворення метану: СО + 3Н2 → СН4 + Н2О + 214 кДж/моль (10)
диспропорціонування СО, реакція Белла-Будуара: 2СО → СО2 + С + 161,5 кДж/моль (11)
- окислення СО водяною парою: СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 -41,16 кДж/моль (12)
30. Використання синтезованих і гідролізних альтернативних палив
Водень. Перші дослідження в напрямку використання водню, як палива для теплових двигунів, були проведені ще в 20-х роках. Характеристики водню, як моторного палива такі: нижча теплота згоряння – 120 МДж/кг, що перевищує теплоту згоряння рідкого палива в 2,7…2,9 рази. Енергія запалювання водню дуже низька і приблизно в 10 разів нижча за вуглеводневе паливо. Швидкість згоряння воднево-повітряної суміші висока, особливо збагаченої воднем. Межі запалювання суміші за коефіцієнтом надміру повітря дуже широкі і становлять 0,15… 10. За таких широких меж запалювання можливо регулювати потужність двигуна лише шляхом зміни складу суміші.
Під час згоряння воднево-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.
Мають місце недоліки, які пов'язані з особливостями роботи двигуна, що працює на чистому водні. Потужність його зменшується на 20…30% внаслідок малої густини водню в газоподібному стані і зменшенням наповнення двигуна. Велика швидкість згоряння воднево-повітряної суміші веде до різкого підвищення тиску, жорсткої роботи з детонаційно-подібними явищами.
Спеціалісти вважають, що в найближчому майбутньому через названі недоліки двигуни, що працюють на водні широкого застосування не набудуть.
Ацетилен. В останні роки за кордоном вивчається можливість використання ацетилену (СmНn) як моторного палива. Ацетилен має високі енергетичні показники і його можна виробляти в нафтової сировини.
Проводились поодинокі експериментальні дослідження роботи поршневих ДВЗ на ацетилені, які до того ж виконані переважно на одноциліндрових установках CFR.
Токсичні показники двигуна, який працює на ацетилені, покращуються, в основному, через зниження вмісту у ВГ оксиду вуглецю і сумарних вуглеводнів. Так в режимах максимальної потужності отримано зменшення викидів CO в 2…2,5 рази, а СmНn – в 2,5…3,5 рази, в порівнянні з мінімальними значеннями викидів цих компонентів під час роботи на бензині. Разом з тим, внаслідок високої температури згоряння ацетилену вміст оксидів азоту у ВГ, знаходиться на рівні найбільших викидів NОх бензинових двигунів. Під час роботи ж на паливних сумішах одного складу (б =1,43) перехід з бензину на ацетилен підвищує вміст NOх майже втричі. Проте з подальшим збідненням ацетилено-повітряної суміші викиди оксидів азоту швидко зменшуються, таким чином, що при б = 2,2 у складі ВГ вони практично відсутні.
Основним недоліком ацетилену і ацетилено-повітряної суміші є їх висока вибухонебезпечність. Це єдиний газ, який використовується в промисловості, горіння і вибух якого можливі без присутності окислювача. Щоб користування було безпечним, 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 (N2H2) і аміак (NH3).
Аміак (NH3), як паливо характеризується простотою виробництва, відносно низькою вартістю і задовільними термодинамічними показниками.
Характерними властивостями аміаку є низький стехіометричний коефіцієнт (6,15 кг/кг), висока температура займання аміачно-повітряних сумішей (650°С) та їх повільне, мляве згоряння. Його цетанове число близьке до нуля, в той же час він має високу антидетонаційну стійкість (ОЧ визначене дослідницьким методом – 110 од.).
Внаслідок незадовільних моторних якостей аміаку для роботи двигуна необхідно суттєво підвищити енергетичний рівень запалювання використанням високо температурних свічок з широким іскровим проміжком і потужною котушкою запалювання. Як ще один метод інтенсифікації займання і згоряння аміаку застосовують впорскування запальної дози палива, додавання активуючих присадок оптимізація форми камери згоряння, тощо.
За термохімічними розрахунками, в продуктах згоряння аміаку міститься тільки один токсичний компонент – оксид азоту NO, кількість якого мінімальна через низькі температури і швидкості згоряння аміачно-повітряних сумішей. В розрахунках на одиницю транспортної роботи викиди NO для аміаку нижчі в 1,5…2 рази в порівнянні з воднем і в 2,5…З рази в порівнянні з бензином. В той же час в експериментах отримано значно нижчі (майже на порядок) рівні викидів NO під час спалювання аміачного палива.
Ці обставини пов'язані з перебігом (при певних умовах організації робочого процесу двигуна, що працює на аміаку) реакції взаємодії оксиду азоту з аміаком, що не згорів, в результаті якої відбувається відновлювання азоту.
Недоліком аміаку, як моторного палива, є його корозійна агресивність і отруйність.
Швидкість згоряння гідрозину в повітрі вища за швидкість згоряння аміаку і вуглеводнів. За повного згоряння і після видалення оксидів азоту, що мають утворюватися, азотоводневе паливо не буде забруднювати навколишнє середовище.
Гідрозин має властивості не тільки згорати, як бензин, але і розкладатися за відсутності повітря в регульованому режимі, що розширює можливість його використання.