Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография - Евгений Панцхава

Тепло парообразования бутанола.

Топливо в двигателе должно быть испарено прежде, чем сгорит. Недостаточное парообразование является известной проблемой со спиртовым топливом при холодной погоде. Так как латентное тепло парообразования бутанола – меньше, чем половина того же самого для этанола, то двигатель, работающий на бутаноле, должен легче запуститься при холодной погоде, чем, работая на этаноле или метаноле.[7-28]

7.4.6. Потенциальные проблемы с использованием бутанольного топлива

Потенциальные проблемы с использованием бутанола подобны этанолу:

• Для того, чтобы соответствовать характеристикам горения бензина, использование бутанольного топлива как заменителя бензина требует увеличения топливо-потока.

• Топлива на основе спирта – не совместимы с некоторыми компонентами топливных систем.

• Спиртовое топливо может вызвать ошибочное газовое считывание измерителя в машины с уровнем топлива емкости gauging.

• Вязкость бутанола значительно выше, чем у бензина или этанола, что может иметь отрицательные эффекты в топливной системе.

7.4.7.Возможные бутанольные смеси топлива

Стандарты для стыковки этанола и метанола в бензине существуют во многих странах, включая EU, США и Бразилию. Приблизительные эквиваленты бутанольной смеси могут быть вычислены из отношений между стохометрическим топливом-воздушным коэффициентом бутанола, этанола и бензина. Смеси этанольного топлива с бензином к настоящему времени продаются с дипазоном от 5 % до 20 %. Доля бутанола может быть больше на 60 %, чем эквивалентное содержание этанола, которое имеет дипазон от 8 % до 32 %. "Эквивалент" в этом случае отмечает только способность машин к регулировке топлива. Другие свойства бутанола, как например, энергетическая плотность, вязкость и теплота парообразования может изменить предельный процент бутанола в топливной смеси с бензином.

В присутствии воды смесь, содержащая биобутанол, в меньшей степени склонна к расслоению, чем смеси этанола/бензина, и потому это позволяет использовать существующую инфраструктуру дистрибуции, не требуя модификаций установок для смешивания, хранилищ или заправок.

Как ожидается, в отличие от существующих биотоплив, биобутанол потенциально может быть транспортирован по трубопроводам; т. е. он может быть быстро добавлен к бензину, и это позволит избежать потребности в дополнительной крупномасштабной инфраструктуре поставки.

Биобутанол также улучшает показатели этаноловых смесей за счет того, что помимо прочего, он имеет низкое давление насыщенного пара, что снимает одну из проблем, сдерживающую широкое применение этанола в рамках существующих каналов дистрибуции бензина. [27].

7.5. Диметиловый эфир [7-29]

Диметиловый эфир (C2H6O) (метиловый эфир, метоксиметан, древесный эфир) Н3С-О-СН3 – широко применяемый на практике простой эфир.

Бесцветный газ с характерным запахом, химически инертный

Температура плавления – (-138,5)°C

Температура кипения – (-24,9)°C

Плотность при нормальных условиях – 2,1098 кг/м3 (в 1,63 раза тяжелее воздуха)

Плотность в жидкой фазе – 0,668 г/см3

Критическая температура – +127,0 °C

Критическое давление – 53 атм

Критическая плотность – 0,272 г/см3

Растворимость в воде – 3700 мл/100 мл при 18 °C

Растворим в метиловом и этиловом спирте, толуоле

Диметиловый эфир (ДМЭ) – C2H6O.

Рис. 7-22. Объемная формула ДМЭ.

Может производиться из угля, природного газа, из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозобумажного производства. Сжижается при небольшом давлении.

Диметиловый эфир – экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу.

В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Департамент транспорта и связи Москвы подготовил проект постановления городского правительства «О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива».

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания SAIC Motor.

Существует несколько способов получения диметилового эфира. Первый – при давлении 1 – 3 МПа и температуре 800 – 900 °C из синтез-газа получают диметиловый эфир, метанол и метилформиат. Второй способ – получение диметилового эфира из метанола. Именно так поступают в Германии и Японии. В Японии и США построены пилотные установки – мощностью 5 и 4 тонны в сутки. Из синтез-газа ДМЭ получают NKK (Япония) и Haldor Topsoe (Дания). На «Новомосковском Азоте» и ОАО «Щекиноазот» диметиловый эфир производят из метанола, но такой метод с технико-экономической точки зрения не совсем целесообразен, так как цены на природный газ будут неизбежно повышаться.

Диметиловый эфир имеет определенные технологические преимущества перед сжиженным природным газом. По своим физическим свойствам это вещество очень схоже с СУГ (сжиженный углеродный газ) и может являться его заменителем в качестве моторного топлива, топлива для газовых турбин, в коммунальном хозяйстве и быту (приготовление пищи). В сравнении с СПГ он имеет существенно более высокую температуру сжижения (– 24,5 °C), что позволяет хранить ДМЭ в тех же резервуарах, что и СУГ. При его правильном сгорании не образуется сажа, а только вода и углекислый газ. Теплотворная способность ДМЭ (28,4 МДж/кг) только немного ниже низшей удельной теплоты сгорания природного газа. Кроме того, ДМЭ используется для производства аэрозольных красок и в парфюмерной промышленности, т. к. является отличным растворителем и пропеллентом одновременно, и при этом практически полностью разлагается при попадании в атмосферу (не является парниковым газом, в отличие от метана).

Особенность производства ДМЭ и других синтетических жидких углеводородов (СЖУ) (метанол, продукты синтеза Фишера-Тропша и т. д.) на данный момент – это необходимость утилизировать значительные объемы так называемых хвостовых газов, получаемых в процессе синтеза, и перегретого пара высокого давления. Их утилизация возможна в энергоемком процессе производства СПГ, поэтому производство ДМЭ должно хорошо уживаться с производством сжиженного природного газа и/или производством электроэнергии.

Стоит отметить, что что технологические схемы производства СЖУ, основанные на производстве синтезгаза (смесь угарного газа и водорода), в паровых риформерах и последующей конверсии его в жидкие углеводороды позволяют утилизировать углекислый газ из отходных газов турбин газовых компрессоров производства СПГ. Для этого часть пара, подаваемого в риформер, заменяется на CO2 (СН4 + СО2 → 2СО+2Н2). Добавление углекислого газа в процесс риформинга позволяет достичь оптимального соотношения CO/H2 в производимом синтез-газе, близкого к 2, что увеличивает выход СЖУ при последующем синтезе.

7.5.1.Организация концерна «Volvo Group» [7-30]

Взгляд концерна «Volvo Group» на будущее топливо:

• Природный газ и биогаз будет использоваться регионально;

• ДМЭ имеет перспективу на широкое использование в будущем: Максимальная эффективность переработки и использования энергии «от скважины до колёс» из биологического источника.

• CO2 является нейтральным, когда ДМЭ производится из биомассы.

ДМЭ в настоящее время промышленно производится дегидратацией метанола в объеме около 150 тыс. тонн в год, и используется главным образом в качестве пропеллента в косметической промышленности. В небольших количествах уже сегодня ДМЭ применяется как дизельное топливо и как топливо для бытовых нужд (вместо СНГ).

[31].

Диметиловый эфир имеет хороший потенциал использоваться в будущем как топливо для электростанций (производства электроэнергии), для автомобиля на топливной ячейке и как промежуточный продукт для синтеза ценных химических веществ и в том числе бензина. ДМЭ можно получать из «бедного» синтез-газа, содержащего до 50 % азота. Такой синтез ДМЭ осуществлен на медьцинк-хромалюминиевом и медьцинкалюминиевом катализаторах при 260–280 °C и 5-10 МПа.

Volvo Trucks активно использует биодиметилэфир!

Рис. 7-23. Трелер Voivo Truck на ДМЭ.[7-32]