Свойства основных моторных топлив

ЦЧ влияет на пусковые качества ДТ. При высоких ЦЧ время  пуска снижается, особенно при низких температурах. ЦЧ может быть повышено двумя способами: регулированием углеводородного состава и введением специальных присадок:

1-й способ. В порядке  убывания ЦЧ углеводороды располагаются  следующим образом: нормальные  парафины - изопарафины - нафтены  -ароматические. ЦЧ можно существенно повысить, увеличивая концентрацию нормальных парафинов и снижая содержание ароматических.

2-й способ более эффективен. Вводят специальные кислородосодержащие присадки - органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты и др. Эти присадки являются сильными окислителями и способствуют зарождению и развитию процесса горения. Пример:

добавление 1% изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10...12 единиц. Кроме того, эта присадка улучшает пусковые качества при низкой температуре и снижает  нагарообразование.

Низкотемпературные  свойства. При низких температурах высокоплавкие углеводороды, прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии; вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемости и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. При дальнейшем охлаждении теряется подвижность нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса.

Показатели, характеризующие начало кристаллизации углеводородов в топливе и потерю их подвижности стандартизованы.

Температурой помутнения называют температуру, при которой  топливо теряет прозрачность в результате выпадения кристаллов углеводородов  и льда. Бесперебойная работа двигателя обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5...10 °С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.

Температурой застывания называют температуру, при которой  ДТ теряет подвижность, что определяют в стандартном приборе, наклоненном

под углом 45° к горизонтали, в течение 1 мин. Дизель работает бесперебойно при температуре застывания топлива  на 5...10 °С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется  автомобиль. На нефтеперерабатывающих заводах температуру помутнения и температуру застывания понижают удалением избытка высокоплавких углеводородов (депарафинизация).

В эксплуатации такого же эффекта добиваются добавлением  реактивного топлива. Например, при  добавке 25% топлива Т-1 температура  застывания летнего ДТ снижается на 8...12 °С.

Ассортимент ДТ:

•ДЛ - дизельное летнее - для эксплуатации при температуре  окружающего воздуха не ниже 0 "С;

•ДЗ - дизельное зимнее - для эксплуатации при температуре  окружающего воздуха не ниже -30 "С;

•ДА - дизельное арктическое - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 "С.

1.3 Газообразные  топлива

 

По физическому состоянию  горючие газы делятся на две группы:

сжатые и сжиженные. Если критическая температура углеводородов  ниже обычных температур при эксплуатации автомобилей, то их применяют в сжатом виде, а если выше - то в сжиженном виде под давлением 1,5...2,0 МПа.

Требования к газообразным топливам:

•обеспечение хорошего смесеобразования;

•высокая калорийность горючей смеси;

•отсутствие коррозии и коррозионных износов;

•минимальное образование  отложений во впускном и выпускном  трактах;

•сохранение качества при  хранении и транспортировании;

•низкая стоимость производства и транспортирования.

Сжиженные газы. Основные компоненты – пропан и бутан . Получают из попутных нефтяных газов, из газообразных фракций при переработке нефтепродуктов и каменных углей. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов. Для их обозначения часто используют аббревиатуру «СНГ».

Критические температуры  пропана (+97 "С) и бутана (+126 "С) выше температуры окружающей среды, поэтому их легко можно перевести в жидкое состояние. При +20 °С пропан сжижается при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа.

СНГ хранят под давлением 1,6 МПа. Давление насыщенных парав СНГ  изменяется от 0,27 МПа при -10 °С до 1,6 МПа при +45 °С. СНГ имеет высокий коэффициент теплового расширения. Повышение температуры на 1 °С влечет за собой рост давления в газовом баллоне на О,6...0,7 МПа, что может привести к его разрушению. Поэтому в баллонах предусматривается паровая подушка объемом не менее 10% полезной емкости.

Промышленность выпускает  СНГ для автомобилей двух марок:

•СПБТЗ - смесь пропана  и бутана техническая зимняя;

•СПБТЛ - ... летняя.

 

Таблица 1.1 Компонентный состав сжиженных нефтяных газов

Компоненты	Содержание компонентов (% массовые)
	СПБТЗ	СПБТЛ
Метан, этан и этилен Пропан и пропилен Бутан и бутилен	4 76 20	6 34 60

 

В состав СНГ добавляют специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, т.к. СНГ не имеет ни цвета не запаха, и обнаружить их утечку сложно. Для этой цели используют этилмеркаптан C2H4SH, имеющий резкий неприятный запах, который ощущается уже при концентрации 0,19 г на 1000 м3 воздуха.

Сжатые газы. Основные компоненты - метан СН», окись углерода СО и водород Нз. Получают из горючих газов различного происхождения -природных, попутных нефтяных, коксовых и других. Их называют сжатыми природными газами или СПГ. Содержание метана в СПГ составляет 40... 82%. Критическая температура метана составляет -82 °С, поэтому без охлаждения СПГ перевести в жидкое состояние нельзя. Существует две марки СПГ - А и Б, которые отличаются содержанием метана и азота (табл. 17.4).

 

Таблица 1.2 Компонентный состав сжатых природных газов

Компоненты	Содержание компонентов (% массовые)
	марка А	марка Б
Метан Азот	95 О...4	90 4...7

 

Газобаллонные установки для СПГ  рассчитаны на работу при давлении 19,6 МПА. Баллоны для СПГ изготавливаются  толстостенными и имеют большую  массу. Так, батарея из 8 50-литровых баллонов весит более 0,5 т. Следовательно, существенно снижается грузоподъемность автомобиля. Кроме того пробег автомобиля на одной заправке при работе на СПГ в 2 раза меньше, чем на бензине. Более перспективна криогенная технология хранения СПГ в сжиженном виде. Метан легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхней части помещения. Метан имеет высокую детонационную стойкость, поэтому двигатели можно форсировать по степени сжатия. СПГ воспламеняется в камере сгорания при температуре 635...645 °С, что значительно выше температуры воспламенения бензина. Это затрудняет пуск двигателя, особенно при низких температурах воздуха. В то же время по опасности воспламенения и пожароопасносности они значительно безопаснее бензина.

Преимущества СПГ перед бензинами:

•повышается срок службы моторного масла в 2,0...3,0 раза;

•увеличивается ресурс двигателя на 35...40% вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндро-поршневой группы;

•увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;

•на 90% снижается выброс вредных веществ с отработавшими  газами, особенно СО. Недостатки СПГ:

•цена автомобиля возрастает примерно на 27%;

•трудоемкость ТО и ТР возрастает на 7...8;

•мощность двигателя  снижается на 18...20%, время разгона увеличивается на 24...30%, максимальная скорость уменьшается на 5...6%, максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются на 30...40%, эксплуатация автомобиля с прицепом затрудняется;

•дальность ездки  на одной заправке не превышает 200...250 км;

•грузоподъемность автомобиля снижается 9...14%.

С учетом достоинств и  недостатков автомобилей, работающих на СПГ, определена область их рационального  использования - перевозки в крупных  городах и прилегающих к ним  районах.

 

Глава 2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА

 

2.1 Природный  газ

 

Природный газ в большинстве  стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного  топлива. Природный газ в качестве моторного топлива может применяться  как в виде компримированного, сжатого  до давления 200 атмосфер, газа, так и  в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжиживается при давлении 6-8 бар. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на LPG.

 

2.2 Газовый  конденсат

 

Использование газовых  конденсатов в качестве моторного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного расхода топлива.

 

2.3 Диметилэфир

 

Диметилэфир является производной  метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в  жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.

На сегодняшний день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тыс. т в год.

В последние годы разрабатываются  технологические процессы получения  диметилэфира из синтетического горючего газа, производимого из угля.

В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее  конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность  на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.

В будущем диметилэфир  можно рассматривать только в качестве продукта, имеющего ограниченные возможности, так как производство сжиженного природного газа характеризуется более значительной экономией за счет масштабов производства, более низким уровнем капитальных затрат и более высокой эффективностью процесса производства.

 

2.4 Шахтный  метан

 

В последнее время  к числу альтернативных видов  автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. В США добыча угольного метана из специальных скважин возросла от 1 млрд до 40 мрлд м3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд м3. Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют, по различным источникам, 48-65 трлн м3.

 

2.5 Этанол и  метанол

 

Этанол (питьевой спирт), обладающий высоким октановым числом и энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного  тростника, обеспечивает двигателю  высокий КПД и низкий уровень  выбросов и особо популярен в  теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 г. активно использует этанол - в стране более 7 млн автомобилей заправляются этанолом и еще 9 млн - его смесью с бензином (газохолом). США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется как “чистое” топливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн двигателей. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами.

Метанол как моторное топливо имеет высокое октановое  число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его  широкое применение на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки - метилтретбутилового эфира, который в настоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.

 

2.6 Синтетический бензин

 

Сырьем для его производства могут быть уголь, природный газ  и другие вещества. Наиболее перспективным  считается синтезирование бензина  из природного газа. Из 1 м3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы “Мобил” из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т моторных топлив. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных. В то же время разработки по получению синтетического бензина из угля достаточно активно ведутся в настоящее время в Англии.

 

2.7 Электрическая  энергия

 

Заслуживает внимания применение электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально  решается вопрос, связанный с токсичностью отработанных газов, появляется возможность  использования нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей.

 

2.8 Топливные  элементы

 

Топливные элементы - это  устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного  средства, - в процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и  электрический ток. В качестве водородосодержащего топлива, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить стоимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть. В настоящее время стоимость зарубежного экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 1 млн долл. США. Кроме того, к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенную взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных условий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода.