В последнее время всё большее внимание производители топлива и топливных смесей обращают на возможности применения в смесях метанола вместо этанола

Если раньше количество природных ресурсов для производства метанола было достаточно ограниченным, то с момента успешного освоения технологий добычи сланцевого газа , ситуация в корне изменилась

Появилось достаточно дешёвое сырьё и, как часто бывает в таких случаях появилась технология производства метанола из сланцевого газа

Теперь имеет смысл рассмотреть свойства метанола , как компонента топливной смеси

Сначала общеизвестные свойства метилового спирта - метанола

МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ, метанол, СН3ОН, простейший из спиртов жирного ряда. Бесцветная прозрачная ядовитая жидкость со слабым запахом, уд. вес ВЦ — 0,79648 с температурой кипения 64,7° и температурой плавления — 95°. Смешивается с водой во всех отношениях. Удельный вес водных растворов Метилового спирта изучали Классон и Норлин, Дорошевский и Рождественский. Их таблицами пользуются для определения содержания Метилового спирта в водных растворах по удельному весу. Метиловый спирт образует с кислотами сложные эфиры, при окислении дает муравьиный альдегид (формальдегид), муравьиную кислоту и углекислоту; с рядом металлов образует соединения— алкоголяты, разлагаемые водой на спирт и основание. Образует также двойные соединения с некоторыми неорганическими солями: CaCI2, LiCl и др. Горит бледносиним пламенем (теплотворная способность 5.365 кал/кг). В природе встречается в небольших количествах в растениях либо в свободном состоянии, либо, чаще, в виде сложных эфиров.

Недостатки

• Метанол травит алюминий. Проблемным является использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в ДВС. Это относится в основном к метанолу-сырцу, содержащему значительные количества примесей муравьиной кислоты и формальдегида. Технически чистый метанол, содержащий воду, начинает реагировать с алюминием при температуре выше 50 °C, а с обычной углеродистой сталью не реагирует вовсе.
•
• Гидрофильность. Метанол втягивает воду, что является причиной расслоения топливных смесей бензин-метанол.
•
• Метанол, как и этанол, повышает пропускную способность пластмассовых испарений для некоторых пластмасс (например, плотного полиэтилена). Эта особенность метанола повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, что может привести к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации.
•
• Уменьшенная летучесть при холодной погоде: моторы, работающие на чистом метаноле, могут иметь проблемы с запуском при температуре ниже +10 °C и отличаться повышенным расходом топлива до достижения рабочей температуры. Данная проблема однако, легко решается добавлением в метанол 10—25 % бензина.
•
Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемoм в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 млн галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средств, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использования метанола в качестве топлива.

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 ДВС с искровым зажиганием степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11,5:1.

Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества.
Топливо
Плотность
энергии
Смесь воздуха
с топливом Удельная
энергия
смеси воздуха

с топливом Удельная теплота
испарения
Октановое число (RON)
Октановое число (MON)

Бензин
32 МДж/л 14,6 2,9 МДж/кг воздух 0,36 МДж/кг 91—99 81—89
Бутиловый спирт
29,2 МДж/л 11,1 3,2 МДж/кг воздух 0,43 МДж/кг 96 78
Этанол
19,6 МДж/л 9,0 3,0 МДж/кг воздух 0,92 МДж/кг 132 89
Метанол 16 МДж/л 6,4 3,1 МДж/кг воздух 1,2 МДж/кг 156 92

Важное качество метанола состоит в том, что в отработавших газах в 2—3 раза меньше токсичных компонентов, чем при использовании бензина. Однако отмеченные выше недостатки и малые ресурсы метанола практически не позволяют использовать его сегодня как самостоятельное топливо.

Поэтому его применяют в качестве добавки к бензину. В экспериментах использовались смеси с содержанием метанола от 5 до30%. При этом концентрация окиси углерода в отработавших газах снижается на 14—72%. Смесь метанол-бензин несколько снижает мощностные характеристики двигателей.

Но следует иметь в виду, что добавка метанола, например, в количестве 15% повышает октановое число смеси с 88 до 95,8. При соответствующей переделке двигателя с целью повышения на нем степени сжатия можно получить даже экономию на расходе топлива.

В качестве недостатков смеси как топлива отмечают склонность ее к расслоению, в особенности при попадании в смесь воды и при понижении температуры.

И вот здесь необходимо рассмотреть возможность применения предварительной гомогенизации топливных смесей , содержащих метанол ( об этом будет сказано далее по тексту )

Метанол ядовит.

Производство метанола в настоящее время невелико. Но имеются предположения, что в ближайшей перспективе производство его увеличится с 1—2% по отношению к выпуску бензина до 15%.

Особенно большие надежды на метанол возлагаются в странах, имеющих большие ресурсы растительной биомассы и как отмечалось выше , имеющих большие ресурсы сланцевого газа.

Так, в Бразилии уже теперь все автомобили работают на смесях с содержанием метанола в количестве2—10%. Существуют предположения, что удельный вес метанола в автомобильном топливе Бразилии будет непрерывно возрастать и уже в ближайшее время в этой стране достигнет в среднем 20%, а к 2020 г.автомобильное топливо на 75% будет состоять из метанола.

Совершенствование технологии и массовость производства должны существенно снизить стоимость метанола, и ожидают, что он станет дешевле бензина.

Динамическая гомогенизация жидких углеводородных топливных смесей, базовым компонентом которых является дизельное топливо или бензин , смешанные с метанолом

Приготовление топливных смесей из бензина ( в меньшей степени ) или дизельного топлива и метанола крайне затруднено из-за большой разницы в вязкости этих материалов

Система динамической гомогенизации топливных смесей может приготовить высококачественную и однородную смесь из дизельного топлива или бензина и метанола в течении долей секунды , непосредственно в трубопроводе и в любой требуемой пропорции

Система динамической гомогенизации в дизельных двигателях , использующих в качестве топлива смесь из дизельного топлива и метанола, монтируется между топливным насосом и насосом высокого давления дизельного двигателя

Во время прохода топливной смеси в которой вода отделилась от бензина или от дизельного топлива через систему динамической гомогенизации происходит гомогенизация в потоке по уровню турбулентности , после чего в насосе высокого давления происходит завершение процесса динамической гомогенизации в объёме и в размерном факторе в трёхмерной системе координат

В процессе гомогенизации вода в виде микро-капель однородно распределяется в объёме углеводородной смеси топлива и после этого указанная смесь трансформируется в микро или нано-эмульсию

В соответствии с результатами испытаний эмульсии , полученной при помощи системы динамической гомогенизации, концентрация сажи в выхлопных газах снижается на 97% и уровень и скорость реализации тепла увеличиваются на как минимум 35%

Для монтажа системы динамической гомогенизации на дизельном двигателе не требуется никаких оригинальных дополнительных элементов и в самом двигателе не требуется производить никаких конструктивных изменений

Динамическая комплексная гомогенизация жидких углеводородных топливных смесей , базовым компонентом которых является тяжёлое дизельное топливо

Приготовление топливных смесей из тяжёлого дизельного топлива и метанола крайне затруднено из-за большой разницы в вязкости этих материалов

Система динамической гомогенизации топливных смесей может приготовить высококачественную и однородную смесь из тяжёлого дизельного топлива и метанола в течении долей секунды , непосредственно в трубопроводе и в любой требуемой пропорции

Система динамической гомогенизации в тяжёлых дизельных двигателях , использующих в качестве топлива смесь из тяжёлого дизельного топлива и метанола, монтируется между топливным насосом и насосом высокого давления двигателя ( если таковой имеется ); Если насос высокого давления не входит в состав двигателя , то система динамической гомогенизации устанавливается на топливном трубопроводе после топливного насоса

Во время прохода топливной смеси в которой или вода отделилась от тяжёлого дизельного топлива или образовались сгустки тяжёлого дизельного топлива через систему динамической гомогенизации происходит гомогенизация в потоке по уровню турбулентности , после чего в насосе высокого давления или в форсунках происходит завершение процесса динамической гомогенизации в объёме и в размерном факторе в трёхмерной системе координат

В процессе гомогенизации вода в виде микро-капель однородно распределяется в объёме углеводородной смеси топлива и после этого указанная смесь трансформируется в микро или нано-эмульсию

В соответствии с результатами испытаний эмульсии , полученной при помощи системы динамической гомогенизации, концентрация сажи в выхлопных газах снижается на 97% и уровень и скорость реализации тепла увеличиваются на как минимум 35%

Для монтажа системы динамической гомогенизации на двигателе, использующем в качестве топлива тяжёлое дизельное топливо , не требуется никаких оригинальных дополнительных элементов и в самом двигателе не требуется производить никаких конструктивных изменений

Динамическая гомогенизация углеводородных топливных смесей базовым компонентом которых является мазут

Приготовление топливных смесей из мазута и метанола крайне затруднено из-за большой разницы в вязкости этих материалов и из-за неоднородности мазута

Система динамической гомогенизации топливных смесей может приготовить высококачественную и однородную смесь из мазута и метанола в течении долей секунды , непосредственно в трубопроводе и в любой требуемой пропорции

В случае особо высокого уровня неоднородности мазута , конструктивная простота системы , позволяет её поэтапное использование с формированием постепенной ( пошаговой ) последовательной схемы приготовления топливной смеси на базе мазута

Система динамической гомогенизации в крупных двигателях , использующих в качестве топлива смесь из мазута и метанола, монтируется между топливным насосом и последующим элементом топливной системы двигателя

Во время прохода топливной смеси в которой вода отделилась от мазута или в которой в потоке мазута образовались сгустки и комки, через систему динамической гомогенизации происходит гомогенизация в потоке по уровню турбулентности , после чего в форсунке или в инжекторе происходит завершение процесса динамической гомогенизации в объёме и в размерном факторе в трёхмерной системе координат

В процессе гомогенизации вода в виде микро-капель однородно распределяется в объёме углеводородной смеси топлива и после этого указанная смесь трансформируется в микро или нано-эмульсию

В соответствии с результатами испытаний эмульсии , полученной при помощи системы динамической гомогенизации, концентрация сажи в выхлопных газах снижается на 97% и уровень и скорость реализации тепла увеличиваются на как минимум 35%

Для монтажа системы динамической гомогенизации на указанном двигателе не требуется никаких оригинальных дополнительных элементов и в самом двигателе не требуется производить никаких конструктивных изменений

Подготовка углеводородных топливных смесей и эмульсий на специализированных нефтеперерабатывающих предприятиях

На нефтеперерабатывающих предприятиях система для динамической гомогенизации углеводородных жидкостей должна включать насос высокого давления, работающий по принципу насоса высокого давления дизельного двигателя

Указанная интегрированная система может использоваться в качестве смешивающего компоненты топливной смеси насоса или в качестве системы обеспечивающей рециркуляцию топливной смеси в ёмкостях для её хранения

Монтаж таких систем может быть осуществлён на использующееся оборудование без его переделки или модернизации, но в этом случае в систему должны входить насосы для подачи компонентов смеси в систему

Одним из вариантов применения системы динамической гомогенизации на нефтеперерабатывающих предприятиях является вариант формирования топливной смеси при подаче компонентов топливной смеси в транспортную цистерну;

Так как время приготовления топливной смеси в системе составляет доли секунды , приготовление смеси при подаче в транспортную цистерну , позволяет не иметь на предприятии специальных ёмкостей для хранения топливной смеси

Подготовка углеводородных топливных смесей на автозаправочных станциях

На автозаправочных станциях система для динамической гомогенизации углеводородных жидкостей должна включать насос высокого давления, работающий по принципу насоса высокого давления дизельного двигателя

Указанная интегрированная система может использоваться в качестве смешивающего компоненты топливной смеси насоса или в качестве системы обеспечивающей рециркуляцию топливной смеси в ёмкостях для её хранения

Монтаж таких систем может быть осуществлён на использующееся оборудование без его переделки или модернизации, но в этом случае в систему должны входить насосы для подачи компонентов смеси в систему

Одним из вариантов применения системы динамической гомогенизации на автозаправочных станциях является вариант формирования топливной смеси при подаче компонентов топливной смеси непосредственно в топливный бак автомобиля или другого транспортного средства;

Так как время приготовления топливной смеси в системе составляет доли секунды , приготовление смеси при подаче в бак транспортного средства , позволяет не иметь на предприятии специальных ёмкостей для хранения топливной смеси

Подготовка углеводородных топливных смесей в системе динамической гомогенизации , смонтированной непосредственно в двигателе внутреннего сгорания

В случае , если на транспортном средстве может быть установлен дополнительный бак для второго компонента топливной смеси , подготовку топливной смеси может вести система динамической гомогенизации непосредственно в топливном трубопроводе

Возможность такого варианта испытана на серийном дизельном двигателе и в результате такого испытания ( производилась топливная эмульсия типа вода в масло, т.е. дизельное топливо эмульгировалось простой водопроводной водой )

В результате такого использования эмульсии концентрация сажи в выхлопных газах снизилась на 97% ( пропорции смешивания в эмульсии , - 20% воды на 80% дизельного топлива )

Монтаж системы динамической гомогенизации на двигателе внутреннего сгорания при его изготовлении на специализированном предприятии

Для монтажа системы динамической гомогенизации на вновь изготавливаемом двигателе внутреннего сгорания не требуется никаких новых элементов в конструкции двигателя

В топливный трубопровод после топливного насоса вводится система , вывод из которой присоединяется к вводу в насос высокого давления или в случае его отсутствия к вводу в конструктивный элемент , следующий за топливным насосом

Монтаж системы динамической гомогенизации углеводородных топливных смесей и жидкого углеводородного топлива на двигателе внутреннего сгорания , который находится в эксплуатации

Для монтажа системы динамической гомогенизации на ремонтируемом или модифицируемом двигателе внутреннего сгорания не требуется никаких новых элементов в конструкции двигателя

В топливный трубопровод после топливного насоса вводится система , вывод из которой присоединяется к вводу в насос высокого давления или в случае его отсутствия к вводу в конструктивный элемент , следующий за топливным насосом