книги / Метанол как топливо для транспортных двигателей

го

9 - сборник конденсата;' Ï0 - регулировочный кран; И -испаритель;pi - первая сту-

пень; ?2 ~~вторая ступень; Ж - термопары

конвертированных газов возрастает в 1,3 - 1,5 раза, увеличивается

также выход водорода.

Обобщая результанты экспериментальных исследований прямой конверсии метанола, можно отметить, что дромотирование_катализа-_ торов является эффективным средством снижения температуры про­ цесса; конверсия умеренных водяных растворов метанола предпо­ чтительнее конверсии безводного метанола.

Теоретически установлено, что конверсия метанола^через ста­ дию образования диметилового эфира (ДйЭ) позволяет вести процесс при более низких температурах, чем при прямой конверсии. Причем

большего эффекта можно достичь при неполной дегидратации метанола

до ДМ3 в первой ступени реактора с последующей конверсией Д>1Э,

воды и оставшегося метанола во второй ступени [52].

При экспериментальном исследовании первая ступень заполнена

ределяли активность катализатора первой ступени с целью получения

вой ступени до значениясоответствующего максимальной степени кон­

версии. Результата эксперимента (рис. 4.4) показали, что двухсту­ пенчатая конверсия позволяет снизить температуру процесса на 40...

метанола на первом катализаторе следует принимать равной не более 1000 ч~*. При более высокой объемной скорости уменьшается время

контакта паров метанола с катализатором, что в конечном счете сни­

жает степень конверсии.

Разработанный способ двухстадийноП конверсии метанола может быть использован при запуске и прогреве автомобиля’с системой кон­ версии, а также при работе автомобиля на малых нагрузках, когда температура отработавших газов недостаточна для осуществления пря­ мой конверсии.

Для дальнейшего совершенствования систем конверсии метанола необходима разработка катализаторов, эффективнее функционирующих при более высоких объемных скоростях и более низких температурах.

Принципиальная схема системы питания ДВС продуктами конвер­ сии метанола представлена на рис. 4.5 [991* В выпускном трубопро­

воде двигателя I установлен каталитический реактор2 для конверсии метанола. В герметичном корпусе реактора размещены два пучка теп-

лообменных труб, один из которых образует испарительную камеру 3,

а другой, заполненный катализатором,-реакционную камеру 4. В меж­ трубном пространстве реактора имеется поперечная перегородка, служащая для увеличения скорости движения отработавших газов и усиления теплоотдачи. Жидкий метанол из топливного бака 5 через

Рис. 4.5. Система питания

ДВС продуктами конверсии

метанола

количественным способом с помощью установленных на одной оси воз­ душной заслонки 10 и газового золотника II. Повышенное давление

в топливной системе способствует уменьшению ее габаритов и упро­ щению управления ее работой. На переменных эксплуатационных режи­

мах реактор конверсии метанола может запираться неиспользованными продуктами конверсии, вследствие чего весовой расход топлива че-„ рез реактор всегда.соответствует расходу через двигатель. Б слу­

чае аварийного роста давления реактор сообщается с атмосферой через редукционный клапан 12 .

Эффективные и токсические показатели ДВС при работе на продук­ тах конверсии. Результаты стендовых испытаний системы конверсии

метанола на четырехтактном автомобильном двигателе с электрическим

зажиганием представлены на рис. 4.6к 4.7 [98] Конверсия метано­

ла осуществлялась на окисном цинк-медном катализаторе при темпера­

с исходным метанолом. Использование полученного газа взамен бен­

двигателя явилось расширение пределов эффективного обеднения го­

Рис, 4*6. Влияние степени сжатия на показатели карбюраторного

'-- •---- 5° после ВМТ

Рис. 4.7. Влияние состава смеси на показатели карбюраторного

Рис. 4.8. Доля метанола,

диссоциированного за

счет теплоты.отработав­

ших газов

При работе на продуктах конверсии эффективный К1Щ двигателя может возрастать на 70...100%по сравнению с бензиновым вариан­

том [81; 02]. Больший эфрект наблюдается на частичных нагрузках. Отмечается, что на режимах высоких нагрузок возникает необходи­ мость использования жидкого топлива как вследствие низкой объем­

ной плотности энергии газообразных продуктов конверсии, так и

вследствие появления обратных вспышек во впускном коллекторе дви­ гателя при обогащении заряда продуктами конверсии до о С 1^2. Причиной обратных вспышек является самовоспламенение молекулярно­ го водорода при контакте с остаточными газами в период перекрытия

клапанов (29 ] Вместе с тем на частичных режимах теплоты отрабо­ тавших газов зачастую недостаточно для полной газификации метано­ ла и питания двигателя исключительно продуктами конверсии (рис.

4.8) [73; 79; 81; 92 ] • Таким образом, двигатель с системой кон­

версии метанола и внешним смесеобразованием должен иметь дополни­ тельную систему питания жидким топливом. Рис. 4.9 иллюстрирует

полученную авторами зависимость параметров автомобильного двига­ теля от количества присадки продуктов конверсии к бензовоздушной смеси на режимах малых нагрузок. В стендовых условиях воспроизво­

дились режимные параметры, имеющие место при движении автомобиля

непрерывно росли, а оптимальный по крутящему моменту угол опере­

жения зажигания уменьшался. Такое изменение регулировочных пара­ метров свидетельствует об ускорении процесса и повышении его энергетической эфТ»ективности. Характер изменения общего расхода

127

Рис. 4,9. Влияние

присадки модель­

ного газа на

смешанного топлива показывает, что наибольший относительный эффект дает замена 30...40 %по массе бензина продуктами конверсии, когда

суммарный массовый расход топлива снижается, несмотря на уменьше­ ние, как уже указывалось, его теплоты сгорания.

Использование продуктов конверсии на дизельном двигателе не

так эффективно, как в двигателях с электрическим зажиганием [751Некоторые результаты испытаний четырехтактного автомобильного ди­

дило к росту концентраций продуктов неполного сгорания, который можно объяснить неудовлетворительным смесеобразованием с дизель­

ным топливом в камере сгорания и гашением пламениСО и паров непрореагировавшего метанола в обедненной смеси. Отмечалось не­ значительное уменьшение вццелений сажи и оксидов азота.

Анализ тепловых схем установок конверсии метанола., Низкая температура отработавших газов, характерная для автомобильного

Рис. 4Л1 - Температура отработавших газов в выпускном трубопроводе автомобиля при испытаниях по ездовому циклу ОСТ 37.Ô01.054-74 (рабочий объем двигателя V h а 2,45 л): I - темпе­ ратура в плоскости разъема головка двига­ теля - выпускной коллектор; 2 - темлератут ра на расстоянии I м от двигателя

венная потеря тепла из отработавших газов в выпускном трубопрово­

де вследствие теплопередачи, приводящая к снижению их температуры примерно на 100 К на расстоянии I м, требует размещения реактора рядом с двигателем в моторном отделении автомобиля, что налагает ограничения на его габариты. Отсюда следует основная проблема при создании автомобильных реакторов - проблема подвода необходимого

количества теплоты в условиях весьма жестких ограничений по тем­ пературному напору и габаритам. Другая характерная проблема -

обеспечение изотермичности каталитического слоя в пределах20...

...30°, которая необходима для обеспечения приемлемой производи­ тельности катализатора и для предупреждения локальных перегревов, ведущих к эауглероживанию катализатора или его термическому раз­

рушению* Структура потребления тепла реактором конверсии метанола

показана на рис. 4.12. Среди трех основных технологических пото-