Ограничения при использовании метанола и метанолсодержащих топлив

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 применение метанола, несмотря на его высокое окта­новое число смешения (94 по ММ, 111 по №vl), ограничено, а в ряде стран запрещено вследствие его высокой токсичности, агрессивности по отно­шению к некоторым металлам, летучести и т.д. К тому же использование метанола в качестве чистого топлива требует значительного переоборудо­вания двигателей. Широкому использованию метанола в качестве мотор­ного топлива или его компонентов препятствуют экономические по­казатели. Так, по расчетам специалистов стоимость производства 1 галлона (3,785 л) метанола составляет 2,34 и 1.19 долларов' при получении синтез-газа из угля и природного газа соответственно, а производство эк­вивалентного количества бензина (около 2 л) в пределах 0,5—0,7 доллара.Поэтому в настоящее время серьезно рассматривается только про­блема использования метанола в качестве добавок к топливу и в качестве сырья для получения высокооктановых добавок к бензину, прежде всего метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ). Оптимальная добавка метанола, к бензиновым топливам — от 5 до 20%; при таких концентрациях бензино-спиртовая смесь характеризуется удовлетворительными эксплуатацион­ными свойствами и: дает заметный экономический эффект. Добавка мета­нола к бензину, конечно, снижает теплоту сгорания топлива и стехиомет-рический коэффициент при незначительных изменениях теплоты сгорания топливовоздушной меси. Вследствие изменения стехиометрических харак­теристик использование 15%-й добавки метанола (смесь Ml 5) в стан­дартной системе питания ведет к обеднению топливовоздушной смеси примерно на 7%. В то же время при введении метанола повышается окта­новое число топлива (в среднем на 3—8 единиц для 15%-й добавки), что позволяет компенсировать ухудшение энергетических показателей за счет повышения степени сжатия. Исследования горения бензино-метанольных смесей в одноцилиндровых двигателях со стандартной и послойной систе­мами смесеобразования показали, что добавка метанола сокращает период задержки воспламенения и продолжительность сгорания топлива. При этом теплоотвод из зоны реакции снижаемся, а предел обеднения смеси расширяется и становится максимальным для чистого метанола.При использовании метанола в смеси с бензином возрастает, напри­мер, эффективный КПД двигателя и его мощность, однако топливная эко­номичность при этом ухудшается.

Расслоение спирто-бензиновых смесей и возможности их стабилизации.

Добавки метанола к бензину в целом способствуют улучшению эко­логических характеристик автомобиля. Например, в исследованиях, вы­полненных на группе из 14 автомобилей с пробегом от 5 до 120 тыс. км, установлено, что добавка 10% метанола изменяла выброс углеводородов как в сторону повышения на 41%, так и уменьшения на 26%. Выбросы СО и NO_x при этом уменьшились в среднем соответственно на 38 и 8% для всей группы автомобилей.Одной из наиболее серьезных проблем, затрудняющих применение добавок метанола, является низкая стабильность бензино-метанольных смесей и особенно чувствительность их к воде. Различие плотности бензи­на и метанола и высокая растворимость последнего в воде приводят к то­му, что попадание даже небольших количеств воды в смесь ведет к ее не­медленному расслоению и отделению водно-метанольной фазы. Склон­ность к расслоению усиливается с понижением температуры, увеличением концентрации воды и уменьшением содержания ароматических соедине­ний в бензине. Например, при содержании от 0,2 до 1,0% (об.) воды в топ­ливной смеси температура расслаивания повышается от—20 до+10°С, т. е. такая смесь становится практически непригодной для эксплуатации.Для стабилизации бензино-метанольных смесей используют присад­ки — пропана!, изопропанол, нзобутанол и другие спирты.

В связи с высокой стоимостью и ограниченностью производства ин­
дивидуальных стабилизаторов бе нзино-метанол ьных смесей предложено
использовать смесь спиртов, главным образом изобутанола, пропанола и.
этанола. Такая стабилизирующая присадка может быть получена в едином -
технологическом цикле совместного производства метанола и высших"
спиртов. Добавка даже небольших количеств метанола изменяет фракционный состав топлива. В результате усиливается склонность к образованию _t паровых пробок в топливоподающих магистралях, хотя при работе на чис­том метаноле это практически исключается из-за его высокой теплоты па­рообразования.

Коррозионная активность метанолсодержащих топлив.

Коррозионная активность бензино-метанольных смесей значительно ' ниже, чем у чистого метанола, однако в ряде случаев существенна и силь­но зависит от присутствия воды. Например, в смесях с содержанием , 1Q-15% метанола сталь, латунь и медь не корродируют, алюминий же кор­родирует медленно с изменением цвета.