Использования спиртов в качестве топлива

Внедрение нового двигателя  позволит в 4 раза сократить мировое  потребление нефтепродуктов автомобильным  транспортом и иными механическими  устройствами, использующими бензиновый ДВС. Соответственно, на такие же величины сократятся вредные выбросы в атмосферу.

Для реализации проекта необходимо изготовить экспериментальные образцы  нового двигателя. Для этого на специализированной фирме необходимо изготовить ряд  деталей для нового двигателя, в  том числе свечу зажигания, катушку  зажигания, программу для ЭБУ (фирма  БОШ), головку блока цилиндров, другие менее значимые детали. Также необходимо подготовить стенд для проведения всех необходимых в дальнейшем испытаний  и исследований, обучить специалистов, создать минимальную производственную и исследовательскую базу, продолжить процесс патентования изобретения.

Изобретения на свечу зажигания и катушку зажигания созданы, приоритеты на патенты получены. Все необходимые алгоритмы для электронного блока управления (ЭБУ) разработаны.

Стадия разработки

Изготовлены 4 действующих макета двигателя. Два из них установлены и эксплуатируются на автомашинах ВАЗ-2111, один установлен на стенд кафедры «Теплотехники и автотракторных двигателей» МАДИ г. Москвы. Находящийся на стенде двигатель работает с марта 2004г. по настоящее время. Двигатель до установки на стенд был обкатан на 5000 км пробега, на стенде отработал более 150 часов. Автомашинами с установленными двигателями новой конструкции совершены пробеги соответственно 43тыс.км. (в г.Москве) и 5тыс.км. (в г.Махачкале). 4-й двигатель готовится к установлению рекорда по степени и давлению сжатия для регистрации в Книге рекордов Гиннеса. Данный двигатель до представления соответствующей комиссии пройдет обкатку в 1000 км. Имеет степень сжатия 22, давление сжатия 31-32 кг/см².

При массовом серийном производстве рассматриваемый двигатель конкретной мощности будет стоить примерно вдвое  дешевле, чем традиционный двигатель  аналогичной мощности. Ресурс двигателя  возрастет примерно в полтора  раза в сравнении с существующими.

Реализация проекта по внедрению и освоению производства данного типа двигателя позволит Российской Федерации занять ведущие  позиции в мире в  двигателестроении.

Степень защищенности

Имеется 7 патентов на изобретения  по двигателю, из них 5 патентов - российских, 2 патента – международных, получены приоритеты на патенты на свечу зажигания и катушку зажигания для данного двигателя, патенты №№2260137-2250140, 2206775, 2144992.

 

Глава 4.1 Модернизация проекта

В связи с востребованием использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания я предлагаю  использовать метанол и этанол. При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) метанола на 40-50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого рост мощности двигателя повышается на 10-15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном карбюраторном ДВС степень сжатия для неэтилированного бензина как правило не превышает 10.1:1.

Спирт (этанол) в качестве жидкого топлива может использоваться в двигателях внутреннего сгорания как в чистом виде, так и в смеси с бензином. Поэтому потенциально им можно заменить и (или) с его помощью оптимизировать и потребление топлива на транспорте в большинстве стран мира. Существует несколько широко распространённых видов сырья, используемых для производства спирта, а сама технология его производства успешно применяется во многих странах мира. Спирт обладает подходящими характеристиками горения - полным сгоранием и высоким октановым числом. Благодаря этим характеристикам и современным высоким ценам на нефть мировое производство топливного этанола увеличилось более чем в два раза в период с 2000 по 2005 год (уровень мирового потребления нефти за этот период увеличился на 7%).

Энергоэффективность двигателей внутреннего сгорания, модернизированных для работы на спирте, на 20% выше, чем в случае использования бензина, а у двигателей, специально разработанных для использования спирта - более, чем на 30%. Более того, использование спирта в качестве автомобильного топлива дает ряд экологических преимуществ, в частности, сокращаются выбросы в атмосферу свинца, CO2, SO2, твердых частиц, углеводородов и CO.

Из-за различия химических характеристик  этанола и бензина работа с  этанолом требует несколько иного  подхода. Например, этанол переходит  из жидкого состояния в газообразное (испаряется) медленнее бензина. Это означает, что при использовании чистого этанола (100%) запуск двигателя из холодного состояния будет усложнен. Тем не менее, эту проблему можно решить путем изменения конструкции двигателя и состава топлива. Модернизация конструкции двигателя также позволяет повысить эффективность его работы. И хотя показатель теплотворности 1 литра этанола по сравнению с 1 литром бензина составляет 2/3, конструктивные изменения двигателя могут повысить эффективность его работы. Кроме того, поскольку этанол является продуктом органического происхождения, в случае разлива топлива процесс его биологического разложения происходит быстрее и легче, чем у бензина.

Поэтому если в патенте  Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович использовать спирты виде топлива Этанол и Метанол то двигатель со сверхвысокой (до 25) степенью сжатия будет более эффективен на 20-30% чем на бензине.

 

Глава 5 Анализ проекта и вывод

Метанол можно получать в  производственных масштабах, при этом если рассчитывать из этого, что мы используем его как топливо для (ДВС), то при расчетах мы получим  стоимость 1 литра метанола.

ДВС (двигатель внутреннего  сгорания) – может без каких  либо дополнительных модификаций использовать в качестве топлива Метанол или  смешанное топливо (бензин+метанол).

Современный промышленный метод  получения — каталитический синтез из оксида углерода(II) (CO) и водорода (2H2) при следующих условиях:

• температура — 250 °C,
• давление — 7МПа (= 70 Бар = 71,38 кгс/см²),
• катализатор — смесь ZnO (оксид цинка) и CuO (оксид меди(II)):

До промышленного освоения каталитического способа получения  метанол получали при сухой перегонке  дерева (отсюда его название «древесный спирт»). В данное время этот способ имеет второстепенное значение.

Для получения метилового  спирта  используется классическая технология на катализаторах на колонне с рециркуляцией синтез-газа  под  давлением 30 Бар

CO+2H₂=CH₃OH

Материальный баланс приведен ниже Таблица 1.

Таблица 1.

Оксо-синтез.

Input	кг/ч	Output	кг/ч
CO	4746,2	CH3OH	4339,3
H2	530,8	H2 (остаток)	106,2

Выход реакции 80%.

Ниже приводим экономические  характеристики процесса в Таблице 2.

Таблица 2.

Экономика процесса комплексной  утилизации пиролизного газа в метанол.

Стоимость установки	35 000 000,00р.
Амортизация в течении 5 лет, мес.	60,00
Производительность по метанолу в месяц в тоннах	2 916,02
Производительность биодизеля  в год в тоннах	34992,2304
Затраты угля на 1 тоннуметанола в кг	2 095,01
Потребность в сырье в  месяц,тонн	6109,090909
Стоимость 1 тонны сырья	600,00р.
Расход эл. Энергии 100 кВт * час	300,00
Расход воды 2 куба в час  по 3 руб. за куб	8,00
Аренда помещения 200 руб за 1 кв. метр, м	300,00
Затраты в месяц
сырьё	3 665 454,55р.
Эл. энергия 1кВт = 1руб	144 000,00р.
Вода куб = 3 руб	11 520,00р.
Амортизация установки	583 333,33р.
Аренда помещения	60 000,00р.
З/плата персонала	88 800,00р.
Итого	4 553 107,88р.
ФОТ	120 000,00р.
Накладные 60%	78 000,00р.
Налог 26% от ФОТ	31 200,00р.
Плановая прибыль 65 % от ФОТ	78 000,00р.
Акциз на метанол	0,00р.
Себестоимость 1 т  метанола	1 666,76р.
Оптовая стоимость метанола за 1 тонн	18 000,00р.
Прибыль с оптовой продажи 1 тонны метанола	16 333,24р.
Прибыль с оптовой продажи  за месяц	47 628 037,72р.
Электроэнергия, кВт	4 324,50
Цена на электроэнергию	0,50р.
Стоимость	2 162,25р.
Годовая прибыль	583 991 025,97р.
Прибыль от продажи  электроэнергии за 1 месяц	1 037 881,11р.
Прибыль с оптовой  продажи за месяц	48 665 918,83р.

 

Итак  прибыль с метанола 48,7 млн. руб/месяц. Стоимость 1 литра метанола равна 18 руб., средний автомобиль тратит за год от 700 до 1200 литров топлива. Отсюда следует что за год автомобилист будет тратит от 10800 до 21600 руб. Если сравнивать его с бензинов и ДТ, то экономия составит примерно 15.000* руб. в год.

Вывод:

Если использовать Метанол в качестве топлива, мы видим, что человек не только будет наносить минимальный вред окружающей среде, но и экономить порядка 15.000 руб. в год, что в современном мире в условиях подорожания энергетических ресурсов может быть и больше. Тем самым автомобилист, который будет непрерывно использовать Метанол, в качестве топлива, за 5-8 лет может окупить свой автомобиль. Предприятие по созданию Метанола очень прибыльно и окупает процесс создания, и производства. Отсюда получается вывод что Метанол как топливо очень полезен в экономике и «экологически чист», и как замена нефти (нефтепродуктов) в современном мире где назревает энергетический кризис он будет не обходим, и в скором времени возможно станет одним из ведущих видов топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*при расчете использовалась  средняя цена на бензин и  ДТ за 2012 год 

Бензин – 32 руб. 1 литр

ДТ – 28 руб. 1 литр

 

Используемая  литература:

1. Статья из allbest.ru – Альтернативные виды топлива.
2. Статья из ООО «Экологическая группа»  (www.ecolog-alfa.kalg.ru)  - Что выгоднее метанола? автор Новиков О.Н. 
3. Книга: Двигатели внутреннего сгорания. Автор: А.С. Хачиян, К.А. Морозов, В.Н.
4. Книга: «Топливные гранулы на рынке Европы: ценовая политика. Потенциал роста российского рынка топливных гранул» автор: Национально Лесное Агентство Развития и Инвестиций.
5. Книга «Биотопливо и его Сжигание» издательство Setakon Россия, Санкт-Петербург, X-press.
6. «Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии» Лабейш В.Г.