Что будет с двигателем если он будет работать на метаноле

Стероид для двигателя. Нитрометан с метанолом.

Все помнят фразу Доминика Торетто из «Форсаж-4»: «Только пе. ки ездят на нитрометане!»?

Уверен, после этого, запросы в поисковиках о нитрометане выросли. Прочитав «нитро», пожалуйста, не путайте с закисью азота (веселящий газ). Это все равно, что сравнивать хлебцы (закись азота) с сочным жирным гамбургером (смесь нитрометана с метанолом).

Начнем с метанола. Во-первых это очень ядовитое вещество. Метано́л или метиловый спирт. Химическая формула CH3OH, простейший одноатомный спирт. Отличается высоким октановым числом, благодаря чему можно повысить степень сжатия вплоть до почти дизельных 16:1, что позволяет увеличить удельную мощность двигателя.

У метанола, как топлива, объёмная и массовая энергоёмкость (удельная теплота сгорания = 22,7 МДж/кг) на 40—50 % меньше, чем у бензина, но эффективность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно. Это происходит потому, что высокое значение теплоты испарения помогает лучшему наполнению цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности. Из-за чего происходит повышение полноты сгорания спиртовоздушной смеси. Все это дает прирост мощности на 7—9 %, а крутящего момента на 10—15 %. Отдельно следует отметить увеличение индикаторного КПД при работе классического ДВС на метаноле по сравнению с его работой на бензине. Такой прирост вызван снижением тепловых потерь и может достигать единиц процентов.

Нитрометан. Химическая формула — CH3NO2. Чем же он так хорош? А тем, что это монотопливо. Это означает, что для него не нужен окислитель, то есть он поддерживает горение в отсутствии кислорода. А это значит, что не нужны никакие компрессоры и турбины. Развиваем тему дальше. Раз нитрометан может гореть практически без кислорода, если точнее, то на сжигание 1 кг вещества потребуется 1,7 кг воздуха. В то время как для сжигания 1 кг бензина нужно примерно 15 кг воздуха. Это значит, что при одинаковом потреблении воздуха можно сжечь чуть ли не в 9 раз больше, чем бензина. Но нитрометан имеет меньшую плотность энергии 11,3 МДж/кг против 42–44 МДж/кг у бензина. После нехитрых вычислений (15 кг / 1,7 кг) х 11,3 МДж/кг получаем почти 100 МДж/кг, что 2.3 раза выше чем у бензина.
После этого кажется, что нет ничего проще, заправил в бак нитрометана и вместо N лошадей получилось N x 2,3. Да лошадей много, но есть нюанс.) Температура пламени 2400 градусов по Цельсию. Высокая удельная теплота парообразования (0,56 МДж/кг) вместе с высокой скоростью течения приводит к сильному охлаждению подходящего топлива. Поэтому (дабы двиг не растаял) необходимы очень богатые смеси.

Так почему нитрометан с метанолом?

А потому, что использование чистого нитрометана предельно губительно сказывается на ресурсе агрегатов двигателя, а также отрицательно влияет на стабильность работы мотора в целом. Поэтому нужно лить в цилиндры 98% нитрометана в смеси с метанолом, чтобы обеспечить наибольшую мощность, сохранив при этом ресурс двигателя на должном уровне. Эти пропорции выведены инженерами американской серии NHRA. В этой серии разрешено применять топливо, состоящие максимум на 90% из нитрометана для классов Top Fuel и Funny Car. Все это только из соображений безопасности.

Уважаемые читатели, если эта статья вам понравилась или была полезна, нажмите, пожалуйста, «палец вверх». Подписывайтесь на канал, делитесь с друзьями и выкладывайте свое мнение в комментариях! Только благодаря вам канал будет развиваться. Спасибо!) Вы лучшие.

Источник

Что такое метанол, и как его использовать для повседневного автомобиля

Всем доброго времени суток, сегодня решил подробнее углубиться в тему впрыска метанола, потому что мне задают много вопросов по этому поводу, и я вижу есть смысл это систематизировать . и на примере моей машины и не только показать как все это работает, сразу скажу что сложного нет ничего и применяется этот девайс очень широко в мире .
И так для чего он нужен : во первых снизить уровень детонации а во вторых снизить температуру входящего воздуха за счет воды .краткого курса по физике не ждите, буду просто приводить факты )
обратился к википедии, потому как своими словами пересказать это не возможно 🙂
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. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества.
теперь немаловажный вопрос что и как заливать, смотрим видео :

можно мешать в немного большей пропорции и отдача будет больше, но есть шанс незаметно перескочить барьер воспламеняемости, риск благородное дело, но … на драг я заливаю чуть больше .
почему я мешал с водой своими словами тоже сказать сложно, потому украл обьяснение )
Хотя мы и говорим «впрыск воды», на деле чистая старая добрая H2O позволяет, в большей степени, снизить детонацию (плюс, действуя как антиоксидант, препятствует отложению карбоновых соединений), на деле же применяется смесь воды и метанола в соотношении 50/50. И сейчас объясним, почему.
Грубо говоря, вода играет роль интеркулера.

С одной стороны мы можем «загнать» в цилиндр больше кислорода, но, с другой, вода испаряется, оставляя меньше места для кислорода. Получается, что оба фактора нейтрализуют друг друга! Если бы не одно «но» — вода, испаряясь, увеличивается в объеме, а значит, и увеличивается давление внутри цилиндра, а, значит, наблюдается и прирост мощности — около 10%

Нелишним будет напомнить, что ни одна система не может полноценно использоваться без соответствующей настройки двигателя — это или забеднение смеси, или увеличения давления, или более раннее зажигание.

А теперь про метанол. Законы физики никто не отменял, и спирт горит гораздо медленнее, нежели бензин, благодаря чему давление в цилиндрах нарастает более планомерно, и его пик возникает позже. Что происходит? Увеличивается момент, а, следовательно, и мощность, которая напрямую зависит от соотношения момента и числа оборотов. Вот и еще около 30 лошадок!

Но самое «вкусное» — правильно установленная и настроенная система абсолютно безопасна для двигателя! Даже более — как уже было сказано, вода препятствует отложению карбоновых соединений! Словом, когда сгниет все железо, мотор еще твоим внукам достанется.
теперь я покажу почему это поможет именно «вам» и почему это на мой взгляд нужно — качества бензина оставляет желать лучшего, потому возникает проблема на турбомоторах с давлением, на этом фото изображен график детонации моей машины из которого отлично видно что уровень детонации упал почти вдвое :

а этот график разницы температуры входящего воздуха в фаренгейтах при разной дозе метанола и воды (доза регулируется прямо из салона автомобиля специальным пультом )

на следующих фото разница в мощности, причем что примечательно чем больше буст тем больше разница в мощности :


и так какова цена вопроса : сам кит стоит от 250 до 500 долларов, думаю за такие деньги такой прирост просто сказка, в видео я сказал цену на ингридиенты, не думаю что будет большая разница, вопрос на счет бака, я использовал бак омывателей лобового, можно купить отдельный бак, в общем вариантов хватает .
вот такой пост я сегодня решил забабахать и потратил на него уйму времени, аплодисментов нинада, цветы в машину пожалуйста:) всем всего и удачи на дорогах !

Читайте также:  Как выровнять двигатель на буране

Источник

Впрыск водометанола. Простой способ увеличить мощность двигателя

Метанол представляет собой спиртовое соединение, состоящее из одного атома углерода, одного атома кислорода и четырех атомов водорода (CH3OH). Впервые он был синтезирован в 1600-х годах. Систему впрыска смеси воды и метанола (50/50) начали применять во времена второй мировой войны в истребителях с наддувными двигателями. В 1942 году немецкая люфтваффе увеличила мощность истребителя Focke-Wulf 190D-9 с 1776 л.с. до 2240 л.с. с использованием 50/50% впрыска воды / метанола.

В послевоенные годы система перекочевала на спортивные двигатели. А в 60-х годах его запретили использовать, как в Формуле-1, так и в NASCAR за чрезмерную прибавку мощности двигателя.

Как это работает

Проще говоря: водометанол помогает предотвратить детонацию. Система впрыскивает мелкодисперсный туман смеси воды и метанола во впускной коллектор, который испаряется и резко поглощает тепло, температура внутри цилиндра значительно снижаются, а склонность к детонации уменьшается. Благодаря этому можно увеличить давление наддува или максимальные обороты двигателя. Увеличение мощности происходит за счет того, что охлажденный воздух более плотный и имеет больше молекул кислорода.

Общее эмпирическое правило заключается в том, что двигатель будет вырабатывать на один процент больше мощности на каждые 10 градусов снижения температуры на входе.

Еще одним преимуществом является снижение расхода топлива до 19% .

Источник

Метанол — альтернативное топливо для скутеров.

Каждый день двухтактные двигатели работают на топливе, представляющем собой смесь бензина и моторного масла, что необходимо с точки зрения правильной смазки двигателя. По мере роста цен на нефть пользователи скутеров могут захотеть искать альтернативные виды топлива. Одним из них будет метанол.

Метанол — самый простой спирт с химической формулой CH3OH. Он кипит при температуре около 70 C и является токсичным веществом, которое при попадании в организм может легко привести к смерти.
Но это не важно, потому что если кто-то хочет заправить его на скутере или мотоцикле, он не будет его пить.
С точки зрения использования в качестве топлива метанол имеет ряд недостатков.
Прежде всего, большую часть его массы занимает кислород, один атом которого находится в каждой молекуле метанола. Это, в свою очередь, означает, что его теплотворная способность значительно ниже, чем в случае бензина. Поэтому для замены литра бензина нужно использовать гораздо больше, чем литр метанола.
Во-вторых, метанол слабо летуч (менее легко испаряется) по сравнению с бензином. А ведь в двигателе внутреннего сгорания сжигается не топливо в жидкой форме, а смесь паров топлива (паров) и воздуха, образующаяся в карбюраторе или с помощью инжектора. Менее летучее топливо означает более низкое производство топливовоздушной смеси и более низкое сгорание в двигателе.

Эта проблема проявляется особенно при запуске двигателя, когда он холодный. Когда стенки камеры сгорания в двигателе (то есть стенки цилиндра, головка и поршень) нагреваются, метанол будет испаряться быстрее, но запуск холодного двигателя на метаноле затруднен.
Метанол использовался в мотоциклах для спидвей, среди прочего, потому что он не склонен к испарению, потому что у него довольно высокая теплота испарения — примерно в три раза выше, чем для бензина. Это означает, что при испарении он будет получать много тепла от горячих компонентов двигателя, а это означает, что они будут меньше перегреваться. В то же время испарение топлива вызывает снижение температуры воздуха, что означает, что оно больше подходит для камеры сгорания. И это позволяет добиться большей мощности двигателя определенного объема, не используя турбокомпрессор (что, к тому же, в скутерах нереально).
Однако трудно назвать этанол альтернативным топливом для ископаемого топлива . Хотя его можно получить из возобновляемого сырья, большинство из них производятся в химических процессах с использованием природного газа.

Этанол, то есть этиловый спирт, имеет несколько лучшие параметры, чем метанол. Прежде всего, он имеет более высокую теплотворную способность (кислород имеет меньшую долю в массе молекулы), и его можно легко получить дома (используя ферментацию и дистилляцию).

Источник

Что будет с двигателем если он будет работать на метаноле


ГОРЮЧЕЕ — КАКИМ ЕМУ БЫТЬ?

Закончатся нефть и газ в ближайшем будущем или не закончатся — вопрос открытый. Прогнозы об истощении мировых запасов и коллапсе всей энергетики делаются регулярно, но столь же регулярно обнаруживаются новые месторождения. К тому же постоянно совершенствуются технологии энергосбережения, повышается к.п.д. энергоустановок, а один из главных потребителей горючего — автомобиль — потребляет его все меньше. Но рано или поздно переход на альтернативные источники энергии произойдет, и надо быть к этому готовым.

По мнению ряда специалистов, основным сырьем для химической промышленности скоро станут уголь и биомасса, в том числе и бытовые отходы. В биосфере находится около 800 млрд тонн биомассы, причем 200 млрд тонн ежегодно возобновляется. Реально, уже сейчас из биомассы вырабатывается горючее для двигателей: биогаз, бензин из рапса, керосин из сои и др. Пока вырабатывается всего сотни тысяч тонн в год, но по оценкам тех же специалистов, к 2010 году в странах Европейского сообщества 7 % горючего будет получено из биомассы.

Фирмы ВР и «Дюпон» приступили к совместной разработке и производству нового биотоплива для автомобилей — биобутанола. Его свойства сходны с этанолом, но его можно смешивать с бензином в гораздо большей пропорции, чем этанол. Биобутанол можно получать из сахарной свеклы, сахарного тростника и других сельскохозяйственных культур.

В предыдущем номере журнала говорилось о получении метанола, диметилового эфира и других видов жидкого и газообразного горючего из угля. А в природе существует еще и биогаз, который образуется как бы сам по себе. Обнаружить его можно на болоте. Стоит поворошить палкой в илистом дне, как тут же на поверхность поднимутся пузырьки газа, который образуется в анаэробных условиях при разложении органических соединений. Конечно, никто не станет ковырять палкой и собирать газ в специальный баллон. Для этого существуют промышленные технологии. Сырье (навоз, трава и т.д.) помещается в бак-ферментатор, в котором в процессе брожения и многоступенчатых химических реакций оно преобразуется в метан. Из одного кубического метра жидкого навоза можно получить до 40 м3 биогаза (такое же количество газа получается при использовании куриного помета). А вот из одной тонны простой травы можно получить 125 м3 биогаза. Биогаз уступает природному газу по теплотворной способности (7,5 против 10,1 кВт·ч/м3).
Но не все так радужно, как хотелось бы: в биогазе присутствуют примеси, имеются проблемы с удалением из него серы и других вредных примесей. Если не принять никаких мер, то эти примеси приведут к быстрому износу ДВС и коррозии его элементов.

Читайте также:  Карбюраторный двигатель работает не ровно

Тем не менее уже выпускаются для предприятий сельской местности установки, обеспечивающие переработку как отходов лесного и сельскохозяйственного производства, так и специально выращиваемой биомассы. Получаемое с помощью этих установок биотопливо (в виде жидкого и газообразного горючего) можно использовать для производства тепловой или электрической энергии. При переработке одной тонны древесных опилок можно получить 500 кг горючего (до 50 % в жидком виде, до 20 % в газообразном, до 20 % в виде древесного угля).

Конечно, ездить можно на многих видах горючего, но для массового использования той или иной разновидности надо, чтобы она удовлетворяла многим, в том числе и экологическим требованиям. Именно они в настоящее время стали не просто одними из главных, а самыми главными требованиями. В научно-исследовательских институтах, в лабораториях автомобильных корпораций проводятся разносторонние и весьма дорогостоящие исследования. В первую очередь они направлены на поиск горючего, максимально удовлетворяющего требованиям по ограничению выбросов двуокиси углерода (СО2). Проверялась работа двигателя на природном газе, смесях бензина с водородом и т.д. Исследования показали, что при работе серийного двигателя на природном газе происходит снижение выбросов СО2 на 38 %. Если же в этот природный газ добавить в определенной пропорции водородосодержащий синтез-газ, то выбросы снизятся на 52 % (по данному параметру двигатель удовлетворяет требованиям Euro-5).

При использовании водорода в качестве добавки к основному топливу, а тем более при применении синтез-газа или чистого водорода, резко снижаются выбросы СН и NОx.

Результаты испытаний подтвердили экологические преимущества водорода. Даже при смешанном питании двигателя водородом и бензином выбросы оксида углерода снижаются в 10 раз, выбросы несгоревших углеводородов — в 2…3 раза, окислов азота — в 2 раза. Топливная экономичность при работе автомобиля на бензоводородном топливе по сравнению с работой на бензине повышается в среднем на 17 %.

Очевидным преимуществом водорода является его неисчерпаемые ресурсы в природе и возможность получения из возобновляемых сырьевых источников. Водород обладает чрезвычайно высокой энергоемкостью (почти в три раза больше, чем у традиционных нефтяных топлив). Он является идеальным экологически чистым топливом, так как в продуктах его сгорания отсутствуют углекислый газ, окись углерода, несгоревшие углеводороды.

В двигателе внутреннего сгорания с искровой системой зажигания характер горения в цилиндре в значительной степени зависит от равномерности смешивания горючего с воздухом. И здесь основную роль играют не только специальные устройства (например, карбюратор), обеспечивающие однородность топливной смеси, но и такие свойства горючего, как температура кипения и диффузионная способность. Понятно, что чем ниже температура кипения горючего, тем быстрее оно испаряется. Более высокая диффузионная способность (она пропорциональна коэффициенту молекулярной диффузии) также улучшает гомогенность (однородность) горючей смеси. Водород и оксид углерода (основные составляющие синтез-газа) по указанным параметрам значительно превосходят бензин.

Помимо того, что у водорода хорошие свойства, способствующие обеспечению гомогенности топливной смеси, он эффективно воздействует на рабочие процессы, протекающие в цилиндре двигателя. Связано это главным образом с очень высокой скоростью распространения фронта горения этого газа. Так, если для бензовоздушной смеси стехиометрического состава эта величина в среднем составляет 12 см/с, то для водорода этот показатель равен 250 см/с. Для оксида углерода, второго основного компонента конвертированного топлива, нормальная скорость сгорания также достаточно высока и равна 41 см/с.

Известно, что двигатель с искровым зажиганием работает только в том случае, если смесь бензина и воздуха находится в определенном соотношении. Отклонение в сторону увеличения или уменьшения количества бензина (богатая или бедная смесь) приводит к резкому падению мощности двигателя вплоть до его остановки. В случае использования водорода возможна работа двигателя при очень бедных смесях (вплоть до 10-кратного избытка воздуха). Это свойство водорода позволяет, с одной стороны, значительно улучшить экономичность двигателя, а с другой, — позволяет резко снизить выбросы окислов азота.

Но есть у водорода ряд физико-химических свойств, которые до сих пор продолжают тормозить его широкое применение на автомобильном транспорте (в ракетной технике водород используется в качестве горючего уже давно). Во-первых, это уменьшение эффективной мощности двигателя при подаче газообразного водорода вследствие крайне низкой плотности, в результате чего его объемные энергетические характеристики значительно хуже, чем у традиционных топлив. К этому следует добавить взрывоопасность водорода даже при небольших утечках, не говоря уже о разрушении системы хранения и подачи при аварии. Кроме того, водород способен проникать сквозь большинство материалов, из которых делаются двигатели, а в случае его диффузии в металлы последние становятся хрупкими, теряют прочность и перестают выдерживать нагрузки.

Решения этих и многих других проблем существуют, но для их реализации потребуются и время и деньги. Анализ ситуации с ходом работ в области водородной транспортной энергетики показывает, что некоторые из проблем удастся решить уже в ближайшем будущем, а решения других проблем придется подождать годы и десятилетия.

Быстрее всего, возможно, будет разработан автомобильный двигатель, полностью или частично (с добавкой к основному топливу) работающий на водороде, синтезируемом на борту транспортного средства из альтернативных энергоносителей (метанол или метан). Достоинством данного решения является возможность его быстрой реализации в серийном производстве, использование существующей транспортной инфраструктуры (в случае синтеза водорода на борту АТС), значительное (до 45 %) снижение выбросов вредных веществ и улучшение экономичности автомобиля (до 15…20 %). Этот вариант предпочтительнее заправки водородом на специальных станциях, поскольку соответствующая инфраструктура заправки автомобилей жидким или газообразным водородом отсутствует, а на ее создание потребуются годы. Кроме того, не решены проблемы с безопасностью эксплуатации водородозаправок, т.к. смесь водорода с воздухом в малых концентрациях более взрывоопасна, чем в больших.

Разработка автомобилей с комбинированными энергоустановками на базе двигателя внутреннего сгорания, который работает на водородном топливе, синтезируемом на борту АТС, потребует немного большего времени. Придется создавать электромеханическую трансмиссию и источники накопления энергии на борту автомобиля (буферные накопители — тяговые аккумуляторы). В этом случае двигатель будет работать на оптимальных режимах, что обеспечит уменьшение выбросов токсичных компонентов (до 60 % по отношению к традиционному бензиновому двигателю) и облегчит условия работы системы синтеза водорода. В итоге достигается снижение расхода топлива до 40…45 % по сравнению с традиционным бензиновым двигателем.

Читайте также:  Как определить что тосол уходит в двигатель

И совсем не скоро ожидается появление автомобиля с энергоустановками на базе топливных элементов. К сожалению, это обусловлено в первую очередь отсутствием компактных топливных элементов с характеристиками, приемлемыми для автомобильного транспорта. Стоимость существующих топливных элементов пока еще очень велика. Впрочем, прототипы автомобилей создаются во многих странах, в том числе и в России. Уже несколько лет демонстрируется «Антел-2», разработанный на АвтоВАЗе.

Итак, актуальными и наименее затратными разработками в области транспортной водородной энергетики являются исследования, направленные на изучение возможности работы двигателей на смесевом топливе — бензине и водороде. Однако отсутствие экономически оправданных безопасных средств хранения водорода на борту автомобиля при обеспечении его приемлемой энерговооруженности сдерживает активное внедрение водорода в автомобильной промышленности.

На сегодняшний день разработаны и испытаны три способа хранения водорода: в виде сжатого газа в баллонах высокого давления, в сжиженном состоянии в криогенных резервуарах и в связанном состоянии в металлогидридных аккумуляторах. К сожалению, даже наилучший из них по энергоплотности — криогенный способ — уступает по этому показателю нефтяным топливам в несколько раз, не говоря уже о том, что в техническом отношении он неизмеримо сложнее систем хранения и транспортирования жидких нефтяных топлив. Поэтому применение водорода в автомобиле сразу упирается в проблему энерговооруженности (или, проще говоря, запаса хода) автомобиля. Существующие системы хранения водорода неприемлемы для автотранспорта вследствие либо малой емкости, либо технической сложности и недостаточной безопасности в эксплуатации и в аварийных ситуациях.

Особый интерес представляет возможность получения водорода на борту автомобиля из жидких углеводородных топлив. Сущность данного способа заключается в том, что процесс химического преобразования исходного топлива сопровождается поглощением теплоты, отбираемой от выпускных газов двигателя, в термохимическом реакторе. В данном случае реактор играет роль утилизационного устройства, повышающего химическую энергию конвертированного топлива по отношению к энергии исходного топлива на величину, равную количеству утилизированной теплоты отработавших газов (ОГ), которая с полученным топливом вводится в двигатель для повторного участия в организации рабочего цикла. Такой, еще малоисследованный на сегодняшний день, способ утилизации отводимой из цикла двигателя тепловой энергии назван термохимической регенерацией теплоты отработавших газов.
При организации эндотермического процесса конверсии в условиях работы двигателя внутреннего сгорания важным вопросом является выбор исходного углеводородного соединения, способного при заданном среднем температурно-энергетическом уровне теплоносителя разлагаться на газообразные продукты.

В принципе, идея регенерации отнюдь не нова. Примером ее практической реализации могут служить газогенераторные автомобили, сравнительно широко применявшиеся в 30-40-е годы прошлого столетия. Роль сырья для получения водородсодержащего топлива может играть и любое традиционное нефтяное топливо, например, бензин, поскольку массовое содержание водорода в нем составляет 10…15 %. Однако известные методы конверсии нефтяных углеводородных топлив в водородсодержащее топливо имеют ряд недостатков, ограничивающих возможность их применения на автомобиле. К ним следует отнести: высокую температуру процесса, значительные энергетические потери, сравнительно небольшой выход целевого продукта и др. Но самое главное — не решается проблема экономии нефтяных ресурсов. Поэтому более целесообразным является получение синтез-газа из углеводородных топлив не нефтяного происхождения.

Из анализа таблицы следует, что наиболее оправданным с технико-экономической точки зрения (исходя из стоимостных показателей и температуры конверсии) базовым сырьем для получения водорода на борту автомобиля является метанол.

Как известно, метанол сам по себе служит альтернативным топливом, применение которого вместо бензина или в качестве добавки к бензину позволяет улучшить экономичность и снизить токсичность ДВС. Кроме того, синтез самого метанола является рациональным благодаря утилизации отходов промышленности и жизнедеятельности. Вместе с тем, применение метанола как энергоносителя для получения водородсодержащего топлива для автомобильных двигателей позволяет реализовать преимущества водородного двигателя, при этом решается проблема обеспечения требуемой энерговооруженности автомобиля. Метанол лишь в два раза уступает бензину по энергоплотности, проблемы его хранения и транспортировки практически не отличаются от таковых для бензинов. Водородсодержащее топливо — синтез-газ, содержащий от 2/3 до 3/4 водорода по объему, может быть получено из метанола путем каталитического разложения:

(сухая конверсия) или в присутствии воды:

(паровая конверсия) при сравнительно низких температурах — до плюс 500 °С при использовании традиционных катализаторов на основе благородных металлов. При подборе соответствующих катализаторов возможно снижение температуры конверсии до 250…350 °С. Выход целевого продукта при этом составляет от 80 до 98 %. В продуктах реакции разложения метанола практически полностью отсутствуют тяжелые углеводородные соединения, способные вызвать закоксовывание реактора. Второй компонент синтез-газа, получаемого при сухой конверсии метанола, — окись углерода — также является горючим. В то же время двуокись углерода, образующаяся при паровой конверсии метанола, может быть также полезна как средство разбавления рабочего заряда для обеспечения более благоприятных условий сгорания водорода в двигателе.

Процесс конверсии метанола в синтез-газ сопровождается поглощением энергии. Эта энергия в виде тепла расходуется на предварительный нагрев и испарение метанола, перегрев паров метанола до требуемой температуры реакции и на проведение самой реакции разложения метанола. В результате этого энергосодержание синтез-газа увеличивается по сравнению с метанолом более чем на 20 %. Требуемое тепло при преобразовании синтез-газа из метанола на борту автомобиля можно получить от отработавших газов и теплоты, отводимой в систему охлаждения двигателя, поскольку уровень температур отработавших газов двигателя с искровым зажиганием составляет от 300 до 800 °С. Этого вполне достаточно для эффективного разложения метанола. А тепло охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя (около 90 °С) можно использовать для предварительного подогрева и испарения метанола.
Для разложения метанола потребуется около 30 % тепла, отводимого в рабочем цикле двигателя с его ОГ и охлаждающей жидкостью. Таким образом, около трети тепла, безвозвратно теряемого в рабочем процессе ДВС, может быть повторно использовано для совершения полезной работы. Очевидно, что подобный способ утилизации тепла ОГ и теплопотерь в системе охлаждения для увеличения энергоемкости топлива, подаваемого в двигатель, является мощным средством повышения эффективности ДВС. Только благодаря этому при получении водородсодержащего синтез-газа из метанола с последующим использованием его в качестве топлива эффективный к.п.д. двигателя автомобиля может быть увеличен на 7…10 % по сравнению с к.п.д. двигателя, работающего на метаноле. Если к этому добавить прирост экономичности, который позволяет обеспечить работу двигателя на бедных водородовоздушных смесях, то становится реальностью достижение эффективного к.п.д. 50…55 % при уровне к.п.д. существующих поршневых двигателей 32…38 %. Это значительный скачок по сравнению со средним ростом менее 0,5 % в год за последние десятилетия.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, направленные на создание подобных систем, проводятся в Государственном научном центре РФ по автомобильной технике (НАМИ). Исследователям удалось найти решения для ряда задач, связанных, в частности, с подбором соответствующих композиций катализаторов для разложения, выбором основных характеристик термохимического реактора конверсии метилового спирта и другими техническими проблемами, итогом чего явилось изготовление опытного образца двигателя, оборудованного такой системой.

Источник

Adblock
detector