Суміш окису вуглецю і водню (синтез-газ), з якого в промисловості синтезують паливні вуглеводні, можна отримати пропусканням водяної пари через розпечений кокс (газифікація вугілля) і конверсією природного газу - метану.
Отримання моторного палива з ненафтового вуглеводневої сировини: вугілля, біомаси, біогазу та природного газу. Схеми переробки сировини близькі: на першій стадії відбувається перетворення в синтез-газ (суміш монооксиду вуглецю і водню), потім синтез-газ переробляють в метанол (традиційна схема) або в диметиловий ефір (ДМЕ) (схема, розроблена в Інституті нафтохімічного синтезу РАН) , які перетворюються в моторне паливо (бензин, дизельне паливо).
Синтетичний бензин, отриманий за традиційною схемою промисло ної переробки природного газу в паливні вуглеводні через стадію утворення метанолу, в два рази дорожче "нафтового". Процес синтезу паливних вуглеводнів через диметиловий ефір (ДМЕ), розроблений в Інституті нафтохімічного синтезу РАН, набагато ефективніше і економніше традиційної "метанольной" схеми виробництва синтетичних моторних палив.
Схема хімічного реактора для отримання синтез-газу при горінні суміші метану і повітря при високих температурах. Подібні реактори конструюються за принципом ракетного двигуна.
Подробиці для допитливих
Найважливіша характеристика якісного бензину - його здатність горіти без вибуху. Вибух палива називають детонацією. Для того щоб оцінити "схильність" до детонації кількісно, було прийнято, що "погано" вибухає вуглеводень ізооктан має антидетонаційну здатність, що дорівнює 100. Для легко вибухає н-гептану вона прийнята рівною нулю. Цей параметр назвали октановим числом. Наприклад, якщо у моторного палива октанове число 80, то воно за своїми детонаційними властивостями еквівалентно суміші 80% изооктана і 20% н-гептану. Чим вище октанове число, тим якісніше моторне паливо.
Якість дизельного палива оцінюється по його здатності до займання під дією тиску і температури. Ідеальне легко запалюється паливо для дизелів - гексадекан або цетан з 16 атомами вуглецю. Йому присвоєно максимальне число 100, зване цетановим. За нуль приймається цетанове число a-метилнафталіну, який не займається взагалі. Цетанове число характеризує період затримки запалення палива в двигуні - проміжок часу від впорскування палива в циліндр до моменту початку його горіння. Чим вище цетанове число, тим коротше цей період і тим спокійніше і плавно горить дизельне паливо.
Диметилестер є похідною метанолу, який виходить в процесі синтетичного перетворення газу в рідкий стан. Існують розробки з переобладнання дизельних двигунів під диметилестер. При цьому істотно поліпшуються екологічні характеристики двигуна.
На сьогоднішній день в світі споживання диметилестера становить близько 150 тис. Т на рік.
В останні роки розробляються технологічні процеси отримання диметилестера з синтетичного пального газу, виробленого з вугілля.
На відміну від зрідженого природного газу, диметилестер менш конкурентоспроможний, в основному через те, що теплотворна здатність на тонну диметилестера на 45% нижче теплотворення на тонну скрапленого природного газу. Також для виробництва диметилестера потрібно не тільки більш високий рівень попередніх капіталовкладень, але і більший обсяг сировинного газу для виробництва продукту з еквівалентної теплотворною здатністю.
В майбутньому диметилестер можна розглядати тільки як продукт, що має обмежені можливості, так як виробництво зрідженого природного газу характеризується більш значною економією за рахунок масштабів виробництва, більш низьким рівнем капітальних витрат і більш високою ефективністю процесу виробництва.
Двигун Стірлінга - теплова машина, в якій рідке або газоподібне робоче тіло рухається в замкнутому об'ємі, різновид двигуна зовнішнього згоряння. Заснований на періодичному нагріванні і охолодженні робочого тіла з витяганням енергії з виникає при цьому зміни обсягу робочого тіла. Може працювати не тільки від спалювання палива, але і від будь-якого джерела тепла.
З термодинаміки відомо, що тиск, температура і обсяг ідеального газу взаємопов'язані і діють за законом. де: P - тиск газу, V - об'єм газу; n - кількість молей газу; R - універсальна газова константа; Т - температура газу в кельвінах.
Це означає, що при нагріванні газу його обсяг збільшується, а при охолодженні - зменшується. Це властивість газів і лежить в основі роботи двигуна Стірлінга.
Двигун Стірлінга використовує цикл Стірлінга, який по термодинамічної ефективністю не поступається циклу Карно, і навіть має перевагу. Справа в тому, що цикл Карно складається з мало відрізняються між собою ізотерм і адіабати. Практична реалізація цього циклу є малоперспективною. Цикл Стірлінга дозволив отримати практично працюючий двигун в прийнятних габаритах.
Діаграма "тиск-об'єм" ідеалізованого циклу Стірлінга
Цикл Стірлінга складається з чотирьох фаз і розділений двома перехідними фазами: нагрів, розширення, перехід до джерела холоду, охолодження, стиснення і перехід до джерела тепла. Таким чином, при переході від теплого джерела до холодного джерела відбувається розширення і стиснення газу, що знаходиться в циліндрі. При цьому змінюється тиск, за рахунок чого можна отримати корисну роботу. Нагрівання і охолодження робочого тіла (ділянки 4 і 2) проводиться рекуператором. В ідеалі кількість тепла, що віддається і відбирається рекуператором, однаково. Корисна робота проводиться тільки за рахунок ізотерм, тобто залежить від різниці температур нагрівача і охолоджувача, як в циклі Карно. Робочий цикл двигуна Стірлінга beta-типу:
де: a - витіснювальний поршень; b - робочий поршень; з - маховик; d - вогонь (область нагрівання); e - охолоджуючі ребра (область охолодження).
- Зовнішнє джерело тепла нагріває газ в нижній частині теплообмінного циліндра. Створюваний тиск штовхає робочий поршень вгору (зверніть увагу, що витіснювальний поршень нещільно прилягає до стінок).
- Маховик штовхає витіснювальний поршень вниз, тим самим переміщаючи розігрітий повітря з нижньої частини в охолоджувальну камеру.
- Повітря охолоджується і стискається, поршень опускається вниз.
- Витіснювальний поршень піднімається вгору, тим самим переміщаючи охолоджене повітря в нижню частину. І цикл повторюється.
У машині Стірлінга рух робочого поршня зрушено на 90 ° щодо руху поршня-витискувача. Залежно від знака цього зсуву машина може бути двигуном або тепловим насосом. При зсуві 0 машина не робить ніякої роботи (крім втрат на тертя) і не виробляє її.