Міністерство освіти і науки
Російської Федерації
Алтайського державного ТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ ім. І.І. Ползунова
Кафедра «Автомобілі та автомобільне господарство»
РЕФЕРАТ
З дисципліни «Вступ до спеціальності»
Тема «Види палива, які застосовуються на автотранспорті»
Виконав студент гр. К (з) АіАХ - 01
С.С. Алексєєв
Перевірив проф., К.т.н
Ю.А. Шапошников
БАРНАУЛ 2010
Зміст
Введення
Глава 1. Автомобільні палива
Бензини
Дизельні палива
Газоподібні палива
Глава 2. Альтернативні види палива
2.1 Природний газ
2.2 Газовий конденсат
2.3 Діметілефір
2.4 Шахтний метан
2.5 Етанол і метанол
2.6 Синтетичний бензин
2.7 Електрична енергія
2.8 Паливні елементи
2.9 Біодизельне паливо
2.10 Повітря
2.11 Біогаз
2.12 Відпрацьоване масло
2.13 Водень як альтернативне паливо
2.14 Спирти
2.15 Дизель і спирт
2.16 Метанол
2.17 Діметоксіметан (метілаль)
Висновок
Література
ВСТУП
Паливо та мастильні матеріали широко використовуються в усіх галузях народного господарства. Одним з основних споживачів нафтопродуктів, що виробляються в країні, є сільське господарство, оснащене великою кількістю тракторів, автомобілів, комбайнів та інших сільськогосподарських машин.
Основною метою вивчення дисципліни «Паливо та мастильні матеріали» є оволодіння знаннями про експлуатаційні властивості, кількості та раціональне застосування в тракторах, автомобілях і сільськогосподарській техніці палива, масел, мастил і спеціальних рідин.
Слід завжди пам'ятати, що одним з основних видів витрат при роботі тракторів і автомобілів є витрати на паливно-мастильні матеріали. Якість застосовуваних паливно-мастильних матеріалів має відповідати особливостям машин. Неправильно підібрані паливо і мастильні матеріали приводять до перевитрати нафтопродуктів, а головне, знижують довговічність, надійність, ефективність роботи машин і механізмів, іноді призводять до аварійних поломок.
Глава I. АВТОМОБІЛЬНІ ПАЛИВА
1.1. Бензини
Основні види палива для автомобілів - продукти переробки нафти - бензини та дизельні палива. Вони представляють собою суміші вуглеводнів і присадок, призначених для поліпшення їх експлуатаційних властивостей. До складу бензинів входять вуглеводні, що википають при температурі від 35 до 200 "С, а до складу дизельних палив - вуглеводні, що википають в межах 180 ... 360" С.
Бензини в силу своїх фізико-хімічних властивостей застосовуються у двигунах із примусовим запалюванням (від іскри). Більш важкі дизельні палива внаслідок кращої самовоспламеняемости застосовуються у двигунах із запалюванням від стиснення, тобто дизелях.
До автомобільних бензинів пред'являються наступні вимоги:
безперебійна подача бензину в систему живлення двигуна;
освіта паливоповітряної суміші необхідного складу;
нормальне (без детонації) і повне згоряння суміші в двигунах;
забезпечення швидкого і надійного пуску двигуна при різних температурах навколишнього повітря;
відсутність корозії та корозійних износов;
мінімальне утворення відкладень у впускному і випускному трактах, камері згоряння;
збереження якості при зберіганні і транспортуванні.
Для виконання цих вимог бензини повинні мати поруч властивостей. Розглянемо найбільш важливі з них. Бензин, що подається в систему живлення змішується з повітрям і утворює паливноповітряну суміш. Для повного згорання необхідно забезпечити однорідність суміші з певним співвідношенням парів бензину і повітря. На протікання процесів сумішоутворення впливають такі фізико-хімічні властивості. Щільність палива - при +20 "С повинна становити 690 ... 750 кг / м. При низькій щільності поплавець карбюратора тоне і бензин вільно витікає з розпилювача, переобогащая суміш. Щільність бензину зі зниженням температури на кожні 10" З зростає приблизно на 1% .
В'язкість - з її збільшенням ускладнюється перебіг палива через жиклери, що веде до збіднення суміші. В'язкість в значній мірі залежить від температури. При зміні температури від +40 до -40 ° С витрата бензину через жиклер змінюється на 20 ... 30%.
Випаровуваність - здатність переходити з рідкого стану в газоподібний. Автомобільні бензини повинні мати такий испаряемостью, щоб забезпечувалися легкий пуск двигуна (особливо взимку), його швидке прогрівання, повне згоряння палива, а також виключалося утворення парових пробок у паливній системі.
Тиск насичених парів - чим вище тиск парів при випаровуванні палива в замкнутому просторі, тим інтенсивніше процес їх конденсації. Стандартом обмежується верхня межа тиску парів влітку - до 670 ГПа і взимку - від 670 до 930 ГПа. Бензини з більш високим тиском схильні до утворення парових пробок, при їх використанні знижується наповнення циліндрів і втрачається потужність двигуна, збільшуються втрати від випаровування при зберіганні в баках автомобілів та на складах.
Низькотемпературні властивості - характеризують працездатність топливоподающей системи взимку. При низьких температурах відбувається випадання кристалів льоду в бензині і обмерзання деталей карбюратора. У бензині в розчиненому стані знаходиться декілька сотих часток відсотка води. З пониженням температури розчинність води в бензині падає, і вона утворює кристали льоду, які порушують подачу бензину в двигун.
Згоряння бензину. Під "згоранням" стосовно до автомобільних двигунів розуміють швидку реакцію взаємодії вуглеводнів палива з киснем повітря з виділенням значної кількості тепла. Температура парів при горінні досягає 1500 ... 2400 ° С.
Теплота згоряння (теплотворна здатність) - кількість тепла, яке виділяється при повному згорянні 1 кг рідкого або твердого та м3 газоподібного палива (табл. 17.1).
Таблиця 1.1 Теплота згоряння різних палив
Від теплоти згоряння залежить паливна економічність: чим вище теплота, тим менше палива необхідно для м суміші. Нормальне і детонаційне згоряння. При нормальному згорянні процес протікає плавно з майже повним окисленням палива та швидкістю поширення полум'я 10 ... 40 м / с. Коли швидкість поширення полум'я зростає і досягає 1500 ... 2000 м / с, виникає детонаційне згоряння, що характеризується нерівномірним перебігом процесу, стрибкоподібним зміною швидкості руху полум'я і виникненням ударної хвилі.
Детонація викликається самозаймання найбільш віддаленій від запальної свічки частини бензино-повітряної суміші, горіння якої набуває вибуховий характер. Умови для детонації найбільш сприятливі в тій частині камери згоряння, де вища температура і більше час перебування суміші. Зовні детонація проявляється в появі дзвінких металевих стукотів - результату багаторазових відбиттів від стінок камери згоряння утворюються ударних хвиль. Виникненню детонації сприяє підвищення ступеня стиснення, збільшення кута випередження запалювання, підвищена температура навколишнього повітря і його низька вологість, особливості конструкції камери згоряння. Імовірність детонаційного згоряння палива зростає при наявності нагару в камері згоряння та в міру погіршення технічного стану двигуна. У результаті детонації знижуються економічні показники двигуна, зменшується його потужність, погіршуються токсичні показники відпрацьованих газів.
Бездетонаційне робота двигуна досягається застосуванням бензину з відповідною детонаційної швидкістю. Вуглеводні, що входять до складу бензинів, розрізняються по детонаційної стійкості. Найменш стійкі до детонації нормальні парафінові вуглеводні, найбільш - ароматичні. Решта вуглеводні, що входять до складу бензинів, по детонаційної стійкості займають проміжне положення. Варіюючи вуглеводневим складом, отримують бензини з різною детонаційної стійкістю, яка характеризується октановим числом (04).
04 - це умовний показник детонаційної стійкості бензину, чисельно рівний процентному змісту (за об'ємом) ізооктану в суміші з нормальним гептаном, рівноцінної за детонагщонной стійкості випробуваному паливу.
Для будь-якого бензину октанове число визначають шляхом підбору суміші з двох еталонних вуглеводнів (нормального гептану з 04 = 0 і ізооктану з 04 = 100), яка за детонаційним властивостями еквівалентна випробуваному бензину. Процентний вміст в цій суміші изооктана приймають за 04 бензину.
Визначення 04 виробляється на спеціальних моторних установках. Існують два методи визначення 04 - дослідницький (04І - октанове число по дослідницькому методу) і моторний (04М - октанове число за моторним методом). Моторний метод краще характеризує антидетонаційні властивості бензину в умовах форсованої роботи двигуна і його високої теплонапруженості, а дослідний - при експлуатації в умовах міста, коли робота двигуна пов'язана з відносно невисокими швидкостями, частими зупинками і меншою теплонапруженості.
Найбільш важливим конструктивним чинником, що визначає вимоги двигуна до октанового числа, є ступінь стиснення. Підвищення ступеня стиснення двигунів автомобілів дозволяє поліпшити їх техніко-економічні та експлуатаційні показники. При цьому зростає потужність і знижується питома витрата палива. Проте зі збільшенням ступеня стиснення необхідно підвищувати октанове число бензину. Тому найважливішою умовою бездетонаційне роботи двигунів є відповідність вимог до детонаційної стійкості двигунів октанового числа застосовуваних бензинів.
У палива, детонаційна стійкість яких не відповідають вимогам, додають високооктанові компоненти (бензол, етиловий спирт) або Антидетонатори.
Антидетонатори. Кілька десятиліть застосовують тетраетилсвинець (ТЕС) у поєднанні з речовинами, що забезпечують відсутність відкладень окислів свинцю в камері згоряння, так званими виносітелямі. Наприклад, в 1 кг бензину А-76 міститься 0,24 г ТЕС.
У чистому вигляді ТЕС не застосовують, а використовують етиловий рідина (ЕЖ), що складається з ТЕС, виносітелей і барвників. ТЕС отруйний, тому штучне забарвлення бензину, попереджає про небезпеку. Додаванням ЕЖ збільшують 04 на 8 ... 12 одиниць. Головний недолік ТЕС - отруйність.
Ведуться дослідження зі створення антидетонаторов на основі марганцю. Один з них - циклопентадиенилтрикарбонил марганцю-широко не застосовується, так як відсутній ефективний виносітель для нього.
1.2 Дизельні палива
Дизельні двигуни в силу особливостей робочого процесу на 25 ... 30% економічніше бензинових двигунів, що і зумовило їх широке застосування. У теперішній час вони встановлюється на більшість вантажних автомобілів і автобусів, а також на частину легкових.
Експлуатаційні вимоги до дизельних палив (ДТ):
• безперебійна подача палива в систему живлення двигуна;
• забезпечення гарного сумішоутворення;
• відсутність корозії та корозійних износов;
• мінімальне утворення відкладень у випускному тракті, камері згоряння, на голці і розпилювачі форсунки;
• збереження якості при зберіганні і транспортуванні.
Найбільш важливими експлуатаційними властивостями дизельного палива є його випаровуваність, займистість і низькотемпературні властивості.
Випаровуваність палива визначається складом. При полегшенні палива погіршується пуск дизелів, так як легкі фракції мають гіршу в порівнянні з важкими фракціями самовоспламеняємость. Тому пускові властивості дизельних палив для автомобілів в деякій мірі визначає температура википання 50% палива. Температура википання 96% палива регламентує вміст у паливі найбільш важких фракцій, збільшення яких погіршує сумішоутворення, знижує економічність, підвищує нагарообразование і димність відпрацьованих газів.
Займистість ДТ характеризує його здатність до самозаймання в камері згоряння. Це властивість значною мірою визначає підготовчу фазу процесу згоряння - період затримки запалення, який у свою чергу складається з часу, що витрачається на розпад паливної струменя на краплі, часткове їх випаровування і змішання парів пітливі з повітрям (фізична складова), а також часу, необхідного для завершення предпламенних реакцій і формування осередків самозаймання (хімічна складова).
Фізична складова часу затримки запалення залежить від конструктивних особливостей двигуна, а хімічна - від властивостей застосовуваного палива. Тривалість періоду затримки запалення істотно впливає на подальший перебіг всього процесу згоряння. При великій тривалості періоду затримки запалення збільшується кількість палива, хімічно підготовленого для самозаймання. Згоряння паливоповітряної суміші в цьому випадку відбувається з більшою швидкістю, що супроводжується різким наростанням тиску в камері згоряння. У цьому випадку дизель працює «жорстко».
«Жорсткість» роботи оцінюють по наростанню тиску на 1 ° повороту колінчатого валу (KB). Двигун працює м'яко при наростанні тиску 2,5 ... 5,0 кгс / см 'на 1 "повороту KB, жорстко - при 6 ... 9 кгс / см, дуже жорстко - при наростанні тиску більше 9 кгс/см2. При жорсткої роботі поршень піддається підвищеному ударної дії. Це веде до підвищеного зносу деталей кривошипно-шатунного механізму, знижує економічність двигуна.
Схильність ДТ до самозаймання оцінюють по цетановому числу (ЦЧ). ЦЧ - це умовний, показник займистості дизельного палива, чисельно рівний об'ємному відсотку цетана в еталонній суміші з альфаметілнафталіном, яка рівноцінна, по займистості випробуваному паливу. Для визначення ЦЧ складають еталонні суміші. До їх складу входять цетан і альфаметілнафталін. Схильність цетана до самозаймання беруть за 100 одиниць, а альфаметілнафталіна-за 0 одиниць. Цетанове число суміші, складеної з них, чисельно дорівнює процентному змісту (за об'ємом) цетана. Оцінку самовоспламеняемости ДТ виробляють аналогічно методу оцінки детонаційної стійкості бензинів. Зразок зіставляється з еталонними паливом на одноциліндрових двигунах ІТ-9.
Самовоспламеняємость ДТ впливає на їх схильність до утворення відкладень, легкість пуску і роботу двигуна. Для сучасних швидкохідних дизелів застосовуються палива з ЦЧ = 45 ... 50. Застосування палив з ЦЧ нижче 40 веде до жорсткої роботи двигуна. Підвищення ЦЧ вище 50 недоцільно, тому що з-за малого періоду затримки самозаймання паливо згоряє, не встигнувши поширитися по всьому об'єму камери згоряння. При цьому повітря, що знаходиться далеко від форсунки, не бере участі в горінні, тому паливо згоряє не повністю. Економічність дизеля погіршується, спостерігається димлення.
ЦЧ впливає на пускові якості ДТ. При високих ЦЧ час пуску знижується, особливо при низьких температурах. ЦЧ може бути підвищено двома способами: регулюванням вуглеводневого складу і введенням спеціальних присадок:
1-й спосіб. У порядку убування ЦЧ вуглеводні розташовуються в такий спосіб: нормальні парафіни - изопарафинов - нафтени-ароматичні. ЦЧ можна істотно підвищити, збільшуючи концентрацію нормальних парафінів і знижуючи вміст ароматичних.
2-й спосіб більш ефективний. Вводять спеціальні кисневмісні присадки - органічні перекиси, складні ефіри азотної кислоти та ін Ці присадки є сильними окислювачами і сприяють зародженню і розвитку процесу горіння. Приклад:
додавання 1% ізопропілнітрата підвищує ЦЧ на 10 ... 12 одиниць. Крім того, ця присадка покращує пускові якості при низькій температурі і знижує нагарообразование.
Низькотемпературні властивості. При низьких температурах високоплавкі вуглеводні, перш за все нормальні парафіни, кристалізуються. У міру зниження температури дизельне паливо проходить через три стадії; спочатку каламутніє, потім сягає так званої межі фильтруемости і, нарешті, застигає. Пов'язано це з тим, що спочатку в паливі з'являються розрізнені кристали, які осідають на фільтрах і погіршують подачу палива. При подальшому охолодженні втрачається рухливість нафтопродуктів внаслідок утворення з кристалізуються вуглеводнів каркаса.
Показники, що характеризують початок кристалізації вуглеводнів в паливі і втрату їх рухливості стандартизовані.
Температурою помутніння називають температуру, при якій паливо втрачає прозорість в результаті випадання кристалів вуглеводнів і льоду. Безперебійна робота двигуна забезпечується при температурі помутніння палива на 5 ... 10 ° С нижче температури повітря, при якій експлуатується автомобіль.
Температурою застигання називають температуру, при якій ДТ втрачає рухливість, що визначають в стандартному приладі, нахиленому
під кутом 45 ° до горизонталі, протягом 1 хв. Дизель працює безперебійно при температурі застигання палива на 5 ... 10 ° С нижче температури повітря, при якій експлуатується автомобіль. На нафтопереробних заводах температуру помутніння і температуру застигання знижують видаленням надлишку високоплавкі вуглеводнів (депарафінізації).
В експлуатації такого ж ефекту добиваються додаванням реактивного палива. Наприклад, при добавці 25% палива Т-1 температура застигання річного ДТ знижується на 8 ... 12 ° С.
Асортимент ДП:
• ДЛ - дизельне літнє - для експлуатації при температурі навколишнього повітря не нижче 0 о С;
• ДЗ - дизельне зимове - для експлуатації при температурі навколишнього повітря не нижче -30 "С;
• ТАК - дизельне арктичне - для експлуатації при температурі навколишнього повітря не нижче -50 "С.
1.3 Газоподібні палива
За фізичним станом горючі гази діляться на дві групи:
стислі і зріджені. Якщо критична температура вуглеводнів нижче звичайних температур при експлуатації автомобілів, то їх застосовують у стислому вигляді, а якщо вище - то в зрідженому вигляді під тиском 1,5 ... 2,0 МПа.
Вимоги до газоподібним палив:
• забезпечення гарного сумішоутворення;
• висока калорійність горючої суміші;
• відсутність корозії та корозійних износов;
• мінімальне утворення відкладень у впускному і випускному трактах;
• збереження якості при зберіганні і транспортуванні;
• низька вартість виробництва і транспортування.
Зріджені гази. Основні компоненти - пропан і бутан. Отримують з попутних нафтових газів, з газоподібних фракцій при переробці нафтопродуктів і кам'яного вугілля. Тому вони отримали назву зріджених нафтових газів. Для їх позначення часто використовують абревіатуру «СНД».
Критичні температури пропану (+97 "С) і бутану (+126" З) вище температури навколишнього середовища, тому їх легко можна перевести в рідкий стан. При +20 ° С пропан зріджується при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа.
СНД зберігають під тиском 1,6 МПа. Тиск насиченої пари СНД змінюється від 0,27 МПа при -10 ° С до 1,6 МПа при +45 ° С. СНД має високий коефіцієнт теплового розширення. Підвищення температури на 1 ° С тягне за собою зростання тиску в газовому балоні на О, 6 ... 0,7 МПа, що може привести до його руйнування. Тому в балонах передбачається парова подушка обсягом не менше 10% корисної ємності.
Промисловість випускає СНД для автомобілів двох марок:
• СПБТЗ - суміш пропану і бутану технічна зимова;
• СПБТЛ - ... літня.
Таблиця 1.1 Компонентний склад зріджених нафтових газів
Компоненти | Вміст компонентів (% масові) | |
СПБТЗ | СПБТЛ | |
Метан, етан і етилен Пропан і пропілен Бутан і бутилен | 4 76 20 | 6 34 60 |
До складу СНД додають спеціальні речовини (одоранти), що мають сильний запах, тому що СНД не має ні кольору не запаху, і виявити їх відплив складно. Для цієї мети використовують етилмеркаптан C 2 H 4 SH, що має різкий неприємний запах, який відчувається вже при концентрації 0,19 г на 1000 м3 повітря.
Стиснуті гази. Основні компоненти - метан СН », окис вуглецю СО і водень Нз. Отримують з горючих газів різного походження-природних, попутних нафтових, коксових та інших. Їх називають стислими природними газами або ЗПГ. Вміст метану в ЗПГ становить 40 ... 82%. Критична температура метану становить -82 ° С, тому без охолодження СПГ перевести в рідкий стан не можна. Існує дві марки ЗПГ - А і Б, які відрізняються вмістом метану та азоту (табл. 17.4).
Таблиця 1.2 Компонентний склад стислих природних газів
Компоненти | Вміст компонентів (% масові) | |
марка А | марка Б | |
Азот | 95 О. .. 4 | 90 4 ... 7 |
Газобалонні установки для СПГ розраховані на роботу при тиску 19,6 МПА. Балони для СПГ виготовляються товстостінними і мають велику масу. Так, батарея з 8 50-літрових балонів важить більше 0,5 т. Отже, суттєво знижується вантажопідйомність автомобіля. Крім того пробіг автомобіля на одній заправці при роботі на СПГ в 2 рази менше, ніж на бензині. Більш перспективна кріогенна технологія зберігання ЗПГ у зрідженому вигляді. Метан легше повітря, тому при витоках накопичується у верхній частині приміщення. Метан має високу детонаційну стійкість, тому двигуни можна форсувати за ступенем стиснення. СПГ запалюється в камері згоряння при температурі 635 ... 645 ° С, що значно вище температури запалення бензину. Це ускладнює пуск двигуна, особливо при низьких температурах повітря. У той же час за небезпекою займання і пожароопасносності вони значно безпечніше бензину.
Переваги СПГ перед бензинами:
• підвищується термін служби моторного масла в 2,0 ... 3,0 рази;
• збільшується ресурс двигуна на 35 ... 40% внаслідок відсутності нагару на деталях циліндро-поршневої групи;
• збільшується на 40% термін служби свічок запалювання;
• на 90% знижується викид шкідливих речовин з відпрацьованими газами, особливо СО. Недоліки ЗПГ:
• ціна автомобіля зростає приблизно на 27%;
• трудомісткість ТО і ТР зростає на 7 ... 8;
• потужність двигуна знижується на 18 ... 20%, час розгону збільшується на 24 ... 30%, максимальна швидкість зменшується на 5 ... 6%, максимальні кути подоланих підйомів зменшуються на 30 ... 40%, експлуатація автомобіля з причепом утруднюється;
• дальність їздки на одній заправці не перевищує 200 ... 250 км;
• вантажопідйомність автомобіля знижується 9 ... 14%.
З урахуванням переваг і недоліків автомобілів, що працюють на СПГ, визначено область їх раціонального використання - перевезення у великих містах і прилеглих до них районах.
Глава 2. АЛЬТЕРНАТИВНІ ВИДИ ПАЛИВА
2.1 Природний газ
Природний газ у більшості країн є найбільш поширеним видом альтернативного моторного палива. Природний газ в якості моторного палива може застосовуватися як у вигляді компримованого, стисненого до тиску 200 атмосфер, газу, так і у вигляді зрідженого, охолодженого до -160 ° С газу. В даний час найбільш перспективним є застосування зрідженого газу (пропан-бутан). У Європі це паливо називається LPG (Liquefied petroleum gas - скраплений бензиновий газ). У той час як стиснутий газ (метан) знаходиться в баках під тиском 200 бар, що саме по собі представляє підвищену небезпеку, LPG сжіжівается при тиску 6-8 бар. У Європі сьогодні налічується близько 2,8 млн машин, що працюють на LPG.
2.2 Газовий конденсат
Використання газових конденсатів в якості моторного палива зведено до мінімуму з-за наступних недоліків: шкідливий вплив на центральну нервову систему, неприпустиме іскроутворення в процесі роботи з паливом, зниження потужності двигуна (на 20%), підвищення питомої витрати палива.
2.3 Діметілефір
Діметілефір є похідною метанолу, який виходить в процесі синтетичного перетворення газу в рідкий стан. Існують розробки з переобладнання дизельних двигунів під діметілефір. При цьому істотно поліпшуються екологічні характеристики двигуна.
На сьогоднішній день у світі споживання діметілефіра становить близько 150 тис. т на рік.
В останні роки розробляються технологічні процеси одержання діметілефіра з синтетичного пального газу, виробленого з вугілля.
На відміну від зрідженого природного газу, діметілефір менше конкурентоспроможний, в основному через те, що теплотворна здатність на тонну діметілефіра на 45% нижче теплотворності на тонну скрапленого природного газу. Також для виробництва діметілефіра потрібно не тільки більш високий рівень попередніх капіталовкладень, але й більший обсяг сировинного газу для виробництва продукту з еквівалентною теплотворною здатністю.
У майбутньому діметілефір можна розглядати тільки в якості продукту, що має обмежені можливості, тому що виробництво зрідженого природного газу характеризується більш значною економією за рахунок масштабів виробництва, більш низьким рівнем капітальних витрат і більш високою ефективністю процесу виробництва.
2.4 Шахтний метан
Останнім часом до числа альтернативних видів автомобільних палив стали відносити і шахтний метан, що добувається з вугільних порід. Так, до 1990 р. в США, Італії, Німеччини та Великобританії на шахтному метані працювали понад 90 тис. автомобілів. У Великобританії, наприклад, він широко використовується в якості моторного палива для рейсових автобусів у вугільних регіонах країни. Вміст метану у шахтному газі коливається від 1 до 98%. У США видобуток вугільного метану із спеціальних свердловин зросла від 1 млрд до 40 мрлд м3 і в майбутньому ще подвоїться. Прогнозується, що газова видобуток метану у вугільних басейнах світу вже найближчим часом складе 96-135 млрд м3. Загальні ресурси метану у вугільних пластах Росії становлять, за різними джерелами, 48-65 трлн м3.
2.5 Етанол і метанол
Етанол (питний спирт), що володіє високим октановим числом і енергетичною цінністю, добувається з відходів деревини і цукрового очерету, забезпечує двигуну високий ККД і низький рівень викидів і особливо популярний в теплих країнах. Так, Бразилія після свого нафтової кризи 1973 р. активно використовує етанол - в країні більше 7 млн автомобілів заправляються етанолом і ще 9 млн - його сумішшю з бензином (газохол). США є другим світовим лідером щодо масштабного виготовлення етанолу для потреб автотранспорту. Етанол використовується як "чисте" паливо в 21 штаті, а етанол-бензинова суміш становить 10% паливного ринку США і застосовується більш ніж в 100 млн двигунів. Вартість етанолу в середньому набагато вище собівартості бензину. Сплеск інтересу до його використання в якості моторного палива за кордоном обумовлений податковими пільгами.
Метанол як моторне паливо має високу октанове число і низьку пожежна небезпека. Дані обставини забезпечують його широке застосування на гоночних автомобілях. Метанол може змішуватися з бензином і служити основою для ефірної добавки - метилтретбутилового ефіру, який в даний час заміщає у США більшу кількість бензину та сирої нафти, ніж всі інші альтернативні палива разом узяті.
2.6 Синтетичний бензин
Сировиною для його виробництва можуть бути вугілля, природний газ та інші речовини. Найбільш перспективним вважається синтезування бензину з природного газу. З 1 м3 синтез-газу отримують 120-180 г синтетичного бензину. За кордоном, на відміну від Росії, виробництво синтетичних моторних палив з природного газу освоєно в промисловому масштабі. Так, у Новій Зеландії на установці фірми "Мобіл" з попередньо отриманого метанолу щорічно синтезується 570 тис. т моторних палив. Проте в даний час синтетичні палива з природного газу в 1,8-3,7 рази (залежно від технології отримання) дорожче нафтових. У той же час розробки по отриманню синтетичного бензину з вугілля досить активно ведуться в даний час в Англії.
2.7 Електрична енергія
Заслуговує на увагу застосування електроенергії як енергоносія для електромобілів. Кардинально вирішується питання, пов'язане з токсичністю відпрацьованих газів, з'являється можливість використання нафти для отримання хімічних речовин і з'єднань. До недоліків електроенергії як виду електроносії можна віднести: обмежений запас ходу електромобіля, збільшені експлуатаційні витрати, висока первинна вартість, висока вартість енергоємних акумуляторних батарей.
2.8 Паливні елементи
Паливні елементи - це пристрої, що генерують електроенергію безпосередньо на борту транспортного засобу, - у процесі реакції водню і кисню утворюються вода і електричний струм. Як водородосодержащіх палива, як правило, використовується або стиснений водень, або метанол. У цьому напрямку працює досить багато зарубіжних автомобільних фірм, і якщо їм у результаті вдасться наблизити вартість автомобілів на паливних елементах до бензинових, то це стане реальною альтернативою традиційним нафтовим палив у країнах, що імпортують нафту. В даний час вартість закордонного експериментального легкового автомобіля з паливними елементами становить порядку 1 млн дол США. Крім того, до недоліків застосування паливних елементів слід віднести підвищену вибухонебезпечність водню і необхідність виконання спеціальних умов його зберігання, а також високу собівартість одержання водню.
2.9 Біодизельне паливо
В останні роки в США, Канаді та країнах ЄС зріс комерційний інтерес до біодизельного палива, особливо до технології його виробництва з ріпаку (можливо також виробництво з відпрацьованого рослинного масла). В Австрії таке паливо вже зараз становить 3% загального ринку дизельного палива за наявності виробничих потужностей до 30 тис. т / рік; у Франції ці потужності становлять 20 тис. т / рік; в Італії - 60 тис. т / рік. У США планується на 20% замінити звичайне дизельне паливо біодизельним і використовувати його на морських суднах, міських автобусах і вантажних автомобілях. Застосування біодизельного палива пов'язане, в першу чергу, зі значним зниженням емісії шкідливих речовин у відпрацьованих газах (на 25-50%), поліпшенням екологічної обстановки в регіонах інтенсивного використання дизелів (міста, річки, ліси, відкриті розробки вугілля (руди), приміщення парників і т.п.) - Зміст сірки в біодизельному паливі складає 0,02%.
2.10 Повітря
У Франції вже розпочато виробництво автомобіля, в якості палива для якого буде використовуватись стиснене повітря. Принцип роботи мотора машини дуже схожий на принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Тільки у двох циліндрах повітря-кара не бензин "зустрічається" з іскрою, а холодне повітря з теплим. За попередніми даними, автомобіль буде коштувати близько 13 тис. євро. Запас ходу - 200 км.
2.11 Біогаз
Являє собою суміш метану і вуглекислого газу і є продуктом метанового бродіння органічних речовин рослинного і тваринного походження. Біогаз відноситься до палив, які добувають з місцевої сировини. Хоча потенційних джерел для його виробництва досить багато, на практиці коло їх звужується внаслідок географічних, кліматичних, економічних та інших факторів.
Біогаз як альтернативний енергоносій може служити висококалорійним паливом. Призначений для поліпшення техніко-експлуатаційних та екологічних показників роботи двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) і стаціонарних енергоустановок. Біогаз, який представляє собою продукти бродіння відходів біологічної діяльності людини і тварин, містить приблизно 68% СН4, 2% Н2 і до 30% СО2. Після відмивання від вуглекислоти цей газ є досить однорідним паливом, що містить до 80% метану з теплотворною здатністю більше 25 МДж/м3. Застосування біогазу як палива для ДВС здійснюється шляхом використання серійно випускається паливної апаратури для природного газу з корекцією співвідно-шення "паливо-повітря". Пропонована система в порівнянні з газовим двигуном дозволяє знизити викиди оксидів азоту на 25% і оксиду 15%. ¸ вуглецю - на 20%, а також поліпшити паливну економіч-ність на 12. Деяке зниження ефективної потужності, викликане присутністю баластних компонентів, практично повністю компенсується за рахунок високих антидетонаційних якостей біогазу шляхом відповідного підвищення ступеня стиснення. Присутність невеликої кількості водню в біогазі позитивно позначається на якості протікання робочого процесу ДВЗ і не викликає характерних для водневих двигунів передчасного займання робочої суміші і так званої зворотної спалаху.
2.12 Відпрацьоване масло
В даний час на ряді підприємств різних країн світу, досить ефективно працюють установки, перетворюють відпрацьоване масло (моторне, трансмісійне, гідравлічне, індустріальне, трансформаторне, синтетичне і т. д.) в стан, що дозволяє повністю використовувати його в якості дизельного або пічного палива. Установка підмішує високоочищені (в установці) масла у відповідне паливо, в точно заданої пропорції, з утворенням назавжди стабільною, неподільні паливної суміші. Отримана суміш має більш високі параметри по чистоті, обезводнення і теплотворної здатності, ніж дизельне паливо до його модифікації в установці.
Наприклад, у Росії практично немає сировинної бази для одержання етанолу і біодизельного палива (необхідно зазначити, що найбільш ефективними продуцентами для їх палив є представники тропічної і субтропічної флори). З іншого боку, використання LPG, враховуючи величезні запаси газу в нашій країні, вкрай актуальне. З усіх видів моторних палив, одержуваних з місцевої сировини, тільки біогаз, з точки зору промислового виробництва і застосування в двигунах транспортних засобів, становить серйозний практичний інтерес для Росії. Крім того, шахтний метан вже в даний час може розглядатися як перспективне джерело альтернативного моторного палива для вугільних регіонів нашої країни.
Однак без належного розвитку інфраструктури та підтримки економічно обгрунтованого попиту ні один з видів альтернативного палива не може розглядатися як повноцінна заміна бензину і дизельного палива. Ефект від використання установок з виробництва біодизельного палива, синтетичного бензину, по перетворенню відпрацьованого масла і т.п. поза рамками реалізації масштабної державної програми може носити лише виключно локальний характер. У зв'язку з цим залишається тільки сподіватися, що частина тих величезних фінансових ресурсів, які настільки значними темпами акумулюються в даний час державою і нафтовими компаніями при реалізації нафти і нафтопродуктів піде на своєчасну розробку і впровадження високоефективних енергозберігаючих технологій.
2.13 Водень як альтернативне паливо
Водень є ефективним акумулятором енергії. Застосування водню як палива можливо в різноманітних умовах, що може дати істотний внесок у світову енергетику, коли ресурси викопного палива будуть близькі до повного виснаження. У порівнянні з бензином і дизельним паливом водень більш ефективний і менше забруднює навколишнє середовище. Вибухонебезпечність водню різко знижується із застосуванням спеціальних присадок (наприклад, добавка 1% пропілену робить Н2 безпечний).
Ще один напрямок використання водню - застосування в акумуляторних батареях електромобілів. Лідерство в цій області належить японським фірмам, які розробили ефективні водневі електроди, що використовуються в паливних елементах.
Однак у всіх методах використання водневого палива основна проблема - зберігання водню. Відомі три основних способи зберігання:
стиснений газ;
скраплений газ;
металогідридний спосіб.
Використання рідкого водню і водню під тиском досить неефективно. Третій спосіб зберігання водню - металогідридний, найбільш перспективний. Гідриди металів служать джерелом водню, який виходить за рахунок хімічної реакції або термічного розкладання. Неруйнівна гідрування системи Pd - H було досліджено Т. Гремом більше 100 років тому. На цей період досліджено велику кількість систем Ме-Н, які поглинають велику кількість водню, а потім при зміні умов повертають його назад.
2.14 Спирти
Серед альтернативних видів палива в першу чергу слід відзначити спирти, зокрема метанол і етанол, які можна застосовувати не тільки як добавку до бензину, але і в чистому вигляді. Їх головні переваги - висока детонаційна стійкість і хороший ККД робочого процесу, недолік - знижена теплотворна здатність, що зменшує пробіг між заправками і збільшує витрату палива в 1,5-2 рази в порівнянні з бензином. Крім того, через погану випаровуваності метанолу і етанолу утруднений запуск двигуна.
Існують два способи застосування спирту як пального для автомобільних моторів - при частковій (до 20%) і при повній заміні бензину і дизельного палива. Високі антидетонаційні якості визначають переважне використання спирту в двигунах внутрішнього згоряння з примусовим (іскровим) запалюванням.
2.15 Дизель і спирт
Адаптувати дизельний мотор для спалювання в його циліндрах спирту набагато складніше. Дослідження показали, що дизель працює на етанолі практично бездимний. У порівнянні з роботою на дизельному паливі викид NOx знижується, що є результатом зменшення температури внаслідок підвищеної теплоти випаровування етанолу. Викид СО такий же, як у бензинового ДВС, викид СН відносно високий, однак може бути радикально знижений при застосуванні найпростішого окисного нейтралізатора. При переході на дизельне пальне димність і витрата палива у переобладнаного дизеля значно вище, ніж спочатку. Питома витрата у етанолу майже в 2 рази більше, ніж у дизельного палива, що є наслідком його нижчій теплоти згоряння, а питома витрата наведений лише небагато чим вище.
Після переобладнання двигуни можуть працювати на метанолі, етанолі, стиснутому і зрідженому природному газах.
Етанол (С2Н5ОН) - винний, або питний спирт, що є найважливішим представником одноатомних спиртів. Ця безбарвна рідина, яка змішується в будь-яких співвідношеннях з водою, спиртами, ефірами, гліцерином, бензином та іншими органічними розчинниками, горить безбарвним полум'ям. Етанол, володіючи високим октановим числом і енергетичною цінністю, є відмінним моторним паливом. Для отримання бензину АІ-95 потрібно додати в бензин АІ-92 близько 10% етанолу.
2.16 Метанол
Теплота згоряння метанолу в 2,24 рази менше, ніж у бензину. Метанол має більш високу приховану теплоту випаровування, низьку пружність пари, низьку температуру кипіння, підвищену гігроскопічність і підвищену схильність до утворення з деякими складовими бензину азеотропниє сумішей, а також підвищену схильність до калильному спалюванню.
Крім цього, метанол володіє підвищеною корозійною агресивністю до металів і деяким пластмасам. Пари метанолу токсичнее парів бензину і викликають сильні отруєння при попаданні в організм людини, сліпоту і навіть летальний результат.
В якості позитивних властивостей метанолу можна вказати його високу детонаційну стійкість і більш високі швидкості згоряння топлівовоздушних сумішей. При цьому низька теплота згоряння не знижує потужностних показників двигуна, так як їх визначальним чинником є не теплота згоряння палива, а теплота згоряння одиниці маси топлівообразующей суміші, яка у метаноловоздушних сумішей на 3-5% вище, ніж у бензинів. Варто сказати, що при цьому і метанолу потрібно в 2,3 рази більше.
Висока прихована теплота випаровування метанолу (в 3,66 рази вище, ніж у бензину) надає якісний вплив на процес сумішоутворення. У першу чергу, цей факт є причиною гірших пускових якостей холодного двигуна при низьких температурах. З іншого боку, це властивість метанолу веде до зменшення теплонапруженості деталей двигуна і збільшення вагового наповнення циліндрів свіжим зарядом, що сприяє збільшенню потужності двигуна.
Крім усього іншого, при використанні метанолу істотно нижче забруднення атмосфери, нижче нагарообразование на робочих поверхнях камери згоряння і менше закоксованность деталей цилиндропоршневой групи.
2.17 Діметоксіметан (метілаль)
Цілком ймовірно, ця речовина стане перспективним паливом, одержуваних на базі метанолу. Це безбарвна прозора рідина з високим вмістом кисню (42%). Вже не раз проводилися випробування цього продукту, які показали хороші результати відносно технічних характеристик двигунів і низької емісії диму. Діметоксіметан покращує змазує здатність дизельного палива і повністю змішується з цим паливом при всіх температурах.
Він виготовляється шляхом метоксилювання формальдегіду метанолом. Будучи чудовим окислювачем дизельного палива, його використання може стати одним з варіантів зменшення утворення диму від спалювання дизельного палива.
Висновок
На завершення цієї книги хотілося б зазначити, що в наш час пально-мастильні матеріали використовуються практично у всіх галузях народного господарства, підприємствами всіх форм власності. Бухгалтерський облік та оподаткування купівлі та використання бензину та інших паливно-мастильних матеріалів викликають певні труднощі на підприємстві, пов'язані, в першу чергу, зі значною кількістю первинної документації.
Однак, для того щоб при можливій податковій перевірці в організації не було проблем з податковими органами в частині правильного відображення реалізації ПММ або ж їх купівлі та використанні у своїй діяльності, автор рекомендує особливу увагу звертати на правильність і чіткість оформлення саме первинних документів, пов'язаних з виробництвом (використанням) нафтопродуктів.
Література
1. Горелік Д.О., Конопелько Л.О. Моніторинг забруднення атмосфери і джерел викидів. Аероаналітіческіе вимірювання. - М.: Видавництво стандартів, 1992.
2. Примак А.В., Кафаров В.В., Системний аналіз контролю і управління якості повітря і води .- Київ.: Наука, 1991.
3. Ізраель Ю.А. Концепція моніторингу стану біосфери. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
4. Герасимов І.П. Наукові основи моніторингу навколишнього середовища. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
5. Вавілін В.А. Моделювання - метод дослідження при вирішенні завдань регіонального моніторингу. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
6. Аксьонов І.Я., Аксьонов В.І. Транспорт та охорона навколишнього середовища. - М.: Транспорт, 1986.
7. Голубєв І.Р., Новіков Ю.В. Навколишнє середовище та транспорт. - М.: Транспорт, 1987.
8. Іванов В.М., Сторчевус В.К., Доброхотов В.С. Екологія і автомобілізація. - Київ: Будiвельник, 1983.
9. Хом'як Я.В., Скорченко В.Ф. Автомобільні дороги та навколишнє середовище. - Київ: Вища школа, 1983.
10. Якубовський Ю. Автомобільний транспорт і захист навколишнього середовища. - М.: Транспорт, 1979.