СИНТЕЗ-ГАЗ КАК АЛЬТЕРНАТИВА НЕФТИ. ЧАСТЬ II. МЕТАНОЛ И СИНТЕЗЫ НА ЕГО ОСНОВЕ - КАРАХАНОВ Э.А. Газ альтернатива нефти


СИНТЕЗ-ГАЗ КАК АЛЬТЕРНАТИВА НЕФТИ. ЧАСТЬ II. МЕТАНОЛ И СИНТЕЗЫ НА ЕГО ОСНОВЕ

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/454.html

Рассмотрены пути синтеза органических соединений и жидкого топлива, основанные на использовании альтернативного нефти сырья. Показана ключевая роль метанола в решении данной проблемы. Описаны новые промышленные процессы.

СИНТЕЗ-ГАЗ

КАК АЛЬТЕРНАТИВА НЕФТИ

Часть II. Метанол

и синтезы на его основе

Э. А. КАРАХАНОВ

Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова

Метанол, один из основных продуктов многотоннажной химии, широко используется для получения множества ценных химических веществ: формальдегида, сложных эфиров, аминов, растворителей, уксусной кислоты. Мировое производство метанола превышает 20 млн т в год, и спрос на него постоянно растет, что связано с наметившейся тенденцией использовать метанол в новых областях, например для получения высокооктановых бензинов, топлива для электростанций, как сырья для синтеза белка и т.д.

С этапами изучения химии метанола связаны имена величайших химиков. Впервые метанол был обнаружен еще в середине XVII века Робертом Бойлем при изучении продуктов перегонки дерева, однако в чистом виде метиловый спирт, или древесный, получаемый этим способом, был выделен только через 200 лет: тогда впервые удалось очистить его от примесей сопутствующих веществ, прежде всего уксусной кислоты и ацетона. В 1857 году Марселен Бертло получил метанол омылением хлористого метила. Процесс сухой перегонки древесины долгое время оставался, пожалуй, единственным способом производства метанола. Сейчас он полностью вытеснен каталитическим синтезом из оксида углерода и водорода. Получение метанола из синтез-газа впервые было осуществлено в Германии в 1923 году фирмой BASF. Процесс проводился под давлением 100-300 атм на оксидных цинк-хромовых катализаторах (ZnO-Cr2O3) в интервале температур 320-400?С, производительность первой промышленной установки доходила до 20 т/сут. Интересно, что в 1927 году в США был реализован промышленный синтез метанола, основанный не только на монооксиде, но и на диоксиде углерода. В настоящее время в результате развития и усовершенствования процесса получения метанола из синтез-газа используются реакторы большой мощности с производительностью до 2000 т метанола в сутки. Разработаны более активные катализаторы на основе оксидов цинка и меди, которые позволили смягчить условия синтеза - снизить давление до 50-100 атм, а температуру - до 250?C.

Суммарная реакция образования метанола:

CO + 2h3 Ch4OH

является сильно экзотермичной. Поскольку реакция протекает с уменьшением объема, повышение давления способствует увеличению конверсии синтез-газа. Было предложено несколько механизмов образования метанола. Один из них предполагает ряд последовательных стадий гидрирования хемосорбированного на катализаторе монооксида углерода, при этом образуются промежуточные поверхностные соединения:

Второй механизм предполагает образование поверхностного гидрида, внедрение монооксида углерода в связь металл-водород с образованием поверхностного формильного производного, дальнейшее гидрирование которого приводит к образованию гидроксиметиленового производного, аналогичного приведенному в предыдущей схеме:

Согласно третьему механизму, СО внедряется в поверхностный гидроксил, при этом образуются промежуточные соединения, связанные с поверхностью катализатора через кислородный мостик. Последующее гидрирование образующегося формиата и дегидратация приводят к метанолу:

Следует отметить еще один экспериментально обоснованный механизм синтеза (А.Я. Розовский), согласно которому метанол образуется при восстановлении диоксида углерода. Монооксид углерода является лишь источником CO2 :

CO + h3O CO2 + h3

CO2 + 3h3 Ch4OH + h3O

Как и во многих других случаях, однозначное установление истинных механизмов химических реакций представляет значительную трудность, и до сих пор в синтезе метанола имеются неразгаданные моменты.

СИНТЕЗЫ НА ОСНОВЕ МЕТАНОЛА

Значительный рост темпов производства метанола связан, с одной стороны, со все расширяющимися сферами его применения и, с другой - с возрастающим дефицитом природного сырья (нефть, газ). Ниже показаны некоторые направления использования метанола:

Рассмотрим наиболее важные из них.

Получение формальдегида. Более 40% производимого метанола идет на получение формальдегида. Производство формальдегида в крупных масштабах обусловлено использованием его для получения ценных веществ, прежде всего формальдегидных смол, находящих широкое применение в промышленности полимеров: фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных и др. На это расходуется более 60% производимого формальдегида. Следует упомянуть использование формальдегида в качестве промежуточного вещества для получения изопрена, гексаметилентетрамина (уротропина), пентаэритрита и других ценных продуктов. Переработка метанола в формальдегид осуществляется двумя основными каталитическими способами: окислением его воздухом и дегидрированием:

Окисление метанола в формальдегид проводится с использованием серебряного катализатора при температуре 650?C и атмосферном давлении. Это хорошо освоенный технологический процесс (BASF), и 80% формальдегида получается именно по этому методу. Недавно разработан более перспективный способ, основанный на использовании железо-молибденовых катализаторов. При этом реакция проводится при 300?C. В обоих процессах степень превращения составляет 99%. Процесс дегидрирования метанола, осуществленный на цинк-медных катализаторах при 600?C, пока не получил широкого развития, однако он является очень перспективным, поскольку позволяет получать формальдегид, не содержащий воды.

Уксусная кислота. Уксусная кислота - важнейший химический продукт, который широко используется в промышленности для получения сложных эфиров, мономеров (винилацетат), в пищевой промышленности и т.д. Мировое производство ее достигает 5 млн т в год. Получение уксусной кислоты до недавнего времени базировалось на нефтехимическом сырье. В Уокер-процессе этилен в мягких условиях окисляют кислородом воздуха до ацетальдегида в присутствии каталитической системы PdCl2 и CuCl2 . Далее ацетальдегид окисляется до уксусной кислоты:

Ch3=Ch3 + 1/2 O2 Ch4CHO Ch4COOH

По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при температуре 200?C и давлении 50 атм в присутствии кобальтового катализатора.

Изящный Уокер-процесс - один из символов развития нефтехимии - постепенно замещается новыми методами, основанными на использовании угольного сырья. Разработаны способы получения уксусной кислоты из метанола:

Ch4OH + CO Ch4COOH

Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН3ОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть. Существуют два промышленных процесса карбонилирования метанола. В более старом методе, разработанном на фирме BASF, использовали кобальтовый катализатор, условия реакции были жесткими: температура 250?С и давление 500-700 атм. В другом процессе, освоенном фирмой "Monsanto", применяли родиевый катализатор, реакцию проводили при более низких температурах (150-200?С) и давлении (1-40 атм). Интересна история открытия этого процесса. Ученые компании исследовали гидроформилирование с использованием родийфосфиновых катализаторов. Технический директор нефтехимического отдела предложил использовать этот же катализатор для карбонилирования метанола. Результаты опытов оказались отрицательными, и это связали с трудностью образования связи металл-углерод. Однако, вспомнив лекцию консультанта компании о легком окислительном присоединении иодистого метила к металлокомплексам, исследователи решили добавить в реакционную смесь иодный промотор и получили блестящий результат, которому сперва не поверили. Подобное открытие было сделано также учеными конкурирующей компании "Union Carbide", те отстали всего на несколько месяцев. Команда по разработке технологии карбонилирования метанола всего через 5 месяцев интенсивной работы создала промышленный процесс Монсанто, с помощью которого в 1970 году было получено 150 тыс. т уксусной кислоты. Этот процесс стал предвестником той области науки, которая получила название С1-химии.

Механизм карбонилирования был тщательно исследован. Иодистый метил, необходимый для осуществления реакции, получается по уравнению

Ch4OH + HI Ch4I + h3O

Каталитический цикл может быть представлен так:

К плоскоквадратному комплексу [RhI2(CO)2]- (I) окислительно присоединяется иодистый метил с образованием шестикоординационного комплекса II, затем в результате внедрения СО по связи метил-родий образуется ацетилродиевый комплекс (III). Восстановительное элиминирование иодангидрида уксусной кислоты регенерирует катализатор, а гидролиз иодангидрида дает уксусную кислоту.

Гомологизация метанола. Гомологизацией называется реакция, в результате которой органическое соединение превращается в свой гомолог путем внедрения метиленовой группы. В 1940 году впервые была осуществлена катализируемая оксидом кобальта при давлении 600 атм реакция метанола с синтез-газом с образованием в качестве основного продукта этанола:

Ch4OH + CO + 2h3 Ch4Ch3OH

Впоследствии эта реакция, названная гомологизацией, вызвала огромный интерес у химиков. Ее привлекательность связана с возможностью получения этилена из угольного сырья по схеме

Уголь CO + h3 Ch4OH

Ch4Ch3OH Ch3=Ch3

Применение в качестве катализаторов карбонила кобальта Со2(СО)8 позволило понизить давление до 250 атм, при этом степень превращения метанола составила 70%, а основной продукт - этанол образовывался с селективностью 40%. Побочными продуктами реакции являются ацетальдегид и эфиры уксусной кислоты. В дальнейшем были предложены более селективные катализаторы на основе соединений кобальта и рутения с добавками фосфиновых лигандов и было установлено, что реакцию можно ускорить с помощью введения промоторов - иодид-ионов. В настоящее время удалось достичь селективности по этанолу 90%. Хотя механизм гомологизации до конца не установлен, можно считать, что он близок к механизму карбонилирования метанола.

МЕТАНОЛ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ

Важнейшей проблемой в настоящее время является поиск альтернативных энергоносителей. Это связано не только с наступающим дефицитом нефтяного сырья, но и с проблемами экологии. Транспорт потребляет около 40% нефти, добываемой в мире. Использование углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания сопровождается выбросами в атмосферу огромного количества вредных веществ: оксидов азота, монооксида углерода и др. Весьма привлекательным представляется возможность использования в качестве моторного топлива спиртов. При этом значительно уменьшаются вредные выбросы. Сама проблема использования спиртов в качестве топлива не нова, и в некоторых европейских странах в 20-30-е годы были изданы законы, предписывающие добавление спирта к бензинам.

По некоторым физико-химическим свойствам (теплота сгорания, октановое число и др.) метанол приближается, а по такой важнейшей характеристике, как теплота испарения, даже превосходит лучшие углеводородные топлива. Однако высокая гидрофильность метанола, токсичность, агрессивность по отношению к некоторым металлам, небольшая теплоемкость сдерживают его применение для двигателей внутреннего сгорания. К тому же использование метанола в качестве чистого топлива требует значительного переоборудования двигателей. Более экономичным путем представляется поэтому переработка метанола в бензин. В 70-е годы сотрудники фирмы "Mobil" создали новый класс синтетических высококремнеземных цеолитов, названных ZSM-5. Использование этих цеолитов в качестве катализаторов открыло возможность превращения метанола в смесь алифатических и ароматических углеводородов при температуре 350-400?C и давлении 15 атм. Уникальная структура синтетических цеолитов (определенный размер пор и каналов) ограничивает число атомов углерода в полученной смеси углеводородов до 11 (фракция С5-С11), и эта смесь выкипает в пределах температур, характерных для бензиновой фракции.

Такой "метанольный" бензин, получаемый в процессе "Mobil", имеет октановое число 92-95 и обладает более высоким качеством по сравнению с бензином, получаемым по методу Фишера-Тропша. Процесс образования бензина из метанола на катализаторе ZSM-5 протекает через стадию дегидратации метанола в диметиловый эфир, который далее превращается в смесь углеводородов (бензин), состоящую более чем на 50% из ценных высокоразветвленных парафинов:

2Ch4OH Ch4OCh4 Углеводороды

В настоящее время серьезно рассматривается проблема использования метанола в качестве добавок к топливу для энергетических установок. Помимо использования метанола как горючего отметим его применение в качестве сырья для получения высокооктановых добавок к бензину, прежде всего метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ). Добавление небольших количеств этого антидетонатора позволяет использовать бензины без подмешивания к ним такого токсичного вещества, как тетраэтилсвинец. МТБЭ, промышленное производство которого в мире быстро растет, получают взаимодействием метанола с изобутиленом в присутствии кислых катализаторов:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленный материал позволяет заключить, что в будущем синтез-газ станет основным сырьевым ресурсом химической промышленности. Если цены на ископаемое сырье меняются в ряду нефть > природный газ > уголь, то их запасы располагаются в обратной последовательности. За последние годы в исследованиях в области синтезов на основе СО и Н2 достигнуты впечатляющие успехи, тем не менее в некоторых случаях разработанные процессы требуют жестких условий - высоких температур и давлений, что ограничивает их широкое промышленное использование. Поэтому крайне актуальной становится задача создания новых активных и селективных катализаторов, позволяющих осуществлять реакции синтез-газа в мягких условиях. Химикам предстоит выполнить огромную работу не только по созданию новых катализаторов, но и по разработке новых процессов, повышающих ресурсо- и энергоотдачу. Нет сомнений, что фундаментальные исследования в этом направлении послужат основой для будущих открытий.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Караханов Э.А. Синтез-газ как альтернатива нефти. I. Процесс Фишера-Тропша и оксо-синтез // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 3. С. 69-74.

2. Катализ в С1-химии / Под ред. В. Кайма. М., 1983. 296 с.

3. Караваев М.М., Леонов Е.В., Попов И.Г., Шепелев Е.Т. Технология синтетического метанола. М., 1984. 239 с.

* * *

Эдуард Аветисович Караханов, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой химии нефти и органического катализа химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, член Международного научного комитета по проведению симпозиумов ИЮПАК по макромолекулярным металлокомплексам. Автор около 300 научных публикаций в области нефтехимии, гомогенного и гетерогенного катализа.

Copyright © 2005 Коваленко Н.В. & Алферова Е.В.http://www.magic-way2005.narod.ru/

Внимание!Данный раздел сайта является виртуальным помещением библиотеки.На основании Федерального закона Российской Федерации "Об авторском и смежных правах" (в ред. Федеральных законов от 19.07.1995 №110-ФЗ, от 20.07.2004 №72-ФЗ) копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения произведений размещенных в данной библиотеке категорически запрещен. Все материалы представлены ислючительно в ознакомительных целях. Если Вы являетесь владельцем прав на данное произведение и не желаете видеть его в данной электронной библиотеке, просим написать нам об этом

magic-way2005.narod.ru

Природный газ как альтернатива нефти | OILBLOG.COM.UA

Наряду с ростом спроса жителей Российской Федерации на топливо, прогнозированный уровень добычи нефти в текущем десятилетии падает. Именно этот фактор и толкает правительство искать альтернативный выход их ситуации. Для производства топлива нужно найти такой материал, запасов которого на Земле иметься значительно больше, чем нефти.

Произведя анализ ситуации, было сделано вывод, что хорошие перспективы имеет производство топлива из природного газа, а также бурого угля. На такие выводы исследователей подтолкнул, также, опыт иностранных государств, которые уже много лет используют альтернативные источники топлива, в том числе природный газ и уголь.

К примеру, еще до Второй мировой войны Германия использовала бурый уголь, даже были построены множество заводов, которые перерабатывали его в топливо. А в Соединенных Штатах активно используется как сырье природный газ. Такая же ситуация и по всему Евросоюзу.

Для России более актуальным сырье является именно природный газ, так как его запасы на территории страны действительно очень значимы — более 47 трлн. метров квадратных. И это лишь известная его часть. Не смотря на это, доля использования природного газа на каждого гражданина страны составляет менее двух процентов. То есть, можно сделать вывод, что использовать газ для производства топлива является хорошей идеей, которая позволит увеличить предложение и, тем самым, удовлетворить спрос населения на топливо.

Кроме того, причиной поиска альтернативного топлива выступает состояние экологии, которое ухудшается с каждым годом. А машины же, наоборот, «требуют» топливо более высокого качества, что толкает производителей что-то менять. На практике, процесс превращения природного газа в топливо имеет название Gas to Liquids (GTL). Данный процесс производства синтетического топлива выполняется двумя способами:

1. Первый способ включает в себя две стадии:

- Первая стадия включает в себя переработку природного газа в синтез-газ.

- Далее уже облагораживают углеводородные фракции, получая, таким образом, моторное топливо.

2. Второй способ насчитывает три этапа:

- Сначала, также, производят синтез-газ.

- Далее получают диметиловый эфир.

- А на третьем этапе получают топливо из предыдущего материала.

Какая бы не была выбрана технология, самым трудоемким процессом является переработка природного газа в синтез-газ.

oilblog.com.ua

Природные источники энергии – альтернатива нефти и газу

Большинство специалистов высказывают своё мнение о том, что ни за горами снижение выработки нефти, поскольку мировые запасы на исходе. Возможно ли заменить её чем-либо другим?

Отличной альтернативой являются газ и уголь, но эти технологии сложно назвать чистыми. Поэтому дискуссии подобной тематики не могут проходить без участия экологов, озабоченных этой же проблемой. Именно они утверждают, что планете необходима экологически чистая энергия.

Солнечная энергия

Большое внимание уделяется естественной солнечной энергии, однако произведённая мощность оборудования меньше, нежели та, где используются генераторы электроэнергии, работающие от ветра. В 2014 году гидроэлектростанции выработали 1,05 ГВт электричества. Это количество покрывает чуть больше половины (около 60%) всех мощностей экологически чистой энергии.

Заинтересованность в применении солнечных коллекторов показала, что есть хороший путь развития, который сулит большие перспективы для всей России.

Например, во всей стране среднесуточное излучение небесного светила 4,0-5,0 кВтч/м². Этого будет достаточно, чтобы обеспечить отопление и подогрев воды. Для небольших частных домов потребуется лишь приёмник излучения 2 м², а при использовании коллекторов ещё большей площади, можно обеспечить бесперебойную работу больших предприятий.

Учёные прогнозируют стоимость такого источника энергии уже сегодня. Если установить солнечные коллекторы, то 1 кВт электроэнергии, полученной таким путём, составит $0,04 уже к 2020 году. А какие-либо нестабильные явления на мировом рынке вовсе не отразятся на цене. Это нельзя не учитывать.

Энергия ветра

Дискуссии ведутся и по поводу применения энергии ветра, но генерирование достаточного количества электричества возможно не везде, а лишь в особых местах. Мощные потоки воздуха наблюдаются на морях, вдали от берегов. Чтобы соорудить необходимые установки, высота которых над поверхностью воды будет 100 метров, и сохранить большую удалённость от береговой линии, необходимы большие инвестиции.

При этом конструкции будут слишком большой площади. Сегодня подобная установка может производить 3 МВт/час электроэнергии, но работа над этим вопросом не останавливается. Со временем стали появляться более мощные устройства, производительность которых 10 МВт/час. Для сравнения – ядерный реактор вырабатывает 1,5-2 ГВт. Если полностью перейти с нынешних АЭС на ветровые установки, нужно будет сделать слишком много таких устройств или заняться модернизацией, совершенствуя существующие образцы.

Многие страны объявляют о том, что готовы вложить бюджетные средства и перейти на альтернативные источники, при этом они вкладывают немалые средства для того, чтобы исследования и развитие их продолжалось.

По статистике:

  • В 2008 году инвестиции в эти мероприятия составили $130 миллиардов.
  • В 2014 году — $270 млрд.

Все аварии, несущие страшные последствия для экологии, показали, насколько важен переход на альтернативную энергию. Россия сможет полностью удовлетворить собственные потребности и предложить излишки продукта на экспорт.

engineeriya-komforta.ru

Сжиженный нефтяной газ — как альтернатива бензину

Смесь пропана и бутана, получаемая при перегонке сырой нефти или ее соединений на нефтеперерабатывающих заводах, образует сжиженный нефтяной газ, используемый как автомобильное топливо, в бытовых целях и для обогрева.

Свойства бензина отличаются от свойств сжиженного нефтяного газа (пропана и бутана) углеродным числом, представляющим собой более благоприятное соотношение молекулярных масс углерода и водорода. Углеродное число у бензина =8, у пропана =3, а у бутана =4. Плотность жидкой фазы зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается в результате теплового расширения, а при атмосферном давлении и температуре 15С, плотность жидкой фазы пропана составляет 510 кг/м3, бутана =580 кг/м3. Сжиженный газ тяжелее воздуха (пропан в 1,5 раза, бутан в 2 раза). Температура кипения у бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный нефтяной газ закипает при более низких температурах. Это означает, что бензин может быть в баке в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ находится в баллоне при давлении, равном давлению его насыщенных паров при данной температуре. Хотя теоретически температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, он также подвержен испарению, создавая в баке автомобиля повышенное давление. Из октанового числа (пропан=105,бутан=98) очевидно, что сжиженный нефтяной газ обладает значительно лучшей антидетонационной способностью, чем высококачественный бензин. Это позволяет увеличить степень сжатия у двигателей и тем самым улучшить топливно-экономические показатели. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива показывает, какое количество воздуха необходимо для полного сгорания 1 кг газа. Для газа этот показатель выше, чем для бензина (бензин 1:14,7 пропан-бутан 1:15,7…16,2) Основные свойства сжиженного нефтяного газа. Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы жидкость/пар вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне.

В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения. Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объемах, что очень важно. Рассмотрим пример: Давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа (1атм) при 0 С и 0,17 МПа (1,7атм) при 15 С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 (5,9атм) и 0,9 МПа (9атм) соответственно. Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии. Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона. Поэтому никогда не заполняйте баллон жидким сжиженным газом полностью. Обязательно оставляйте паровую подушку, объем которой равен 10% от полной емкости баллона. Эти два газа (пропан и бутан) различаются между собой температурой кипения, при которой они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре -43 С, для бутана эта температура равна -0,5 С. Зависимость давления насыщенных паров пропана и бутана от температуры. В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном нефтяном газе смеси пропана и бутана, предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей испаряемости смеси. На газозаправочные станции согласно ГОСТу 27578-87, введенному с 1 июля 1988 г., должен поступать сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА пропан-бутан автомобильный с содержанием 10% пропана, остальное бутан и зимний ПА пропан автомобильный с содержанием 90% пропана. Зависимость давления насыщенных паров смеси пропана и бутана от температуры. Некоторую опасность представляет собой сжиженный газ, попавший на кожу: под действием быстро испаряющегося газа на коже могут возникнуть очаги обморожения. Теплота сгорания стехиометрической смеси газа несколько меньше, чем у бензина. Молекулярная масса сжиженного газа меньше, чем у бензина, и это снижает максимальную мощность двигателя. Поскольку в двигатель сжиженный газ поступает в газообразном состоянии, то по сравнению с бензином уменьшается объёмное наполнение газо-воздушной смесью цилиндров, а более низкая скорость горения газовоздушной смеси уменьшает крутящий момент при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Таким образом, при работе двигателя на газе его мощность не значительно снижается. Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за 100%, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 95%, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4%.

intergasservice.ru

СЖИЖЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ГАЗ - КАК АЛЬТЕРНАТИВА БЕНЗИНУ » Портал инженера

Смесь пропана и бутана, получаемая при перегонке сырой нефти или ее соединений на нефтеперерабатывающих заводах, образует сжиженный нефтяной газ, используемый как автомобильное топливо. Сравнительные характеристики пропана, бутана и бензина приведены в табл. 1.

Таблица 1 

ПараметрыПропанБутанБензин
Химическая формулаC2H8C4h20C8h27
Молекулярная масса4458114
Плотность жидкой фазы при температуре 15° С и атмосферном давлении, кгм/м3510580730
Температура кипения при атмосферном давлении, С-43-0,5Не ниже 35
Теплота сгорания в газообразном состоянии, МДж/м385111213
Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при нормальных атмосферных условиях, % объема:
нижний2,41,81,5
верхний9,58,56,0
Октановое число1109592
Степень сжатия10...127,5...8,58,2
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг15,815,614,7

Из данных таблицы видно, что свойства бензина отличаются от свойств сжиженного нефтяного газа (пропана и бутана) углеродным числом, представляющим собой более благоприятное соотношение молекулярных масс углерода и водорода. Углеродное число у бензина - 8, у пропана - 3, а у бутана - 4.

Плотность жидкой фазы, как следует из таблицы, зависит от температуры, с увеличением которой плотность уменьшается в результате теплового расширения, а при атмосферном давлении и температуре 15° С плотность жидкой фазы пропана составляет 510 кг/м3, бутана - 580 кг/м3. Сжиженный газ тяжелее воздуха (пропан в 1,5 раза, бутан в 2 раза). Температура кипения у бензина выше температуры окружающей среды, а сжиженный нефтяной газ закипает при более низких температурах. Это означает, что бензин может быть в баке в жидком состоянии при атмосферном давлении, а сжиженный газ находится в баллоне при давлении, равном давлению его насыщенных паров при данной температуре. Хотя теоретически температура кипения бензина выше температуры окружающей среды, он также подвержен испарению, создавая в баке автомобиля повышенное давление.

Теплота сгорания газа - этот важный количественный показатель, определяющий количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 м3 газа. Нижний предел воспламеняемости газа составляет 1,8 - 2,4%, а бензина - 1,5%. И это настораживающий фактор. Ведь при такой воспламеняемости газа возрастает возможность возникновения взрыва и пожара. Поэтому при эксплуатации, техническом обслуживании и хранении газобаллонного автомобиля нужно тщательнейшим образом выполнять все предписываемые меры предосторожности (см. "Меры предосторожности").

Из октанового числа очевидно, что сжиженный нефтяной газ обладает значительно лучшей антидетонационной способностью, чем высококачественный бензин. Это позволяет увеличить степень сжатия у двигателей и тем самым улучшить топливно-экономические показатели.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива показывает, какое количество воздуха необходимо для полного сгорания 1 кг газа. Для газа этот показатель выше, чем для бензина.

Обсудить на форуме

ingeneryi.info