Добавка синтез-газа, полученного на борту автомобиля, к основному топливу

В данной статье предложена схема конверсии синтез газа из метанола на борту автомобиля за счет теплоты отработавших газов двигателя. Приведены данные полученные в ходе эксперимента по замеру температуры отработавших газов бензинового двигателя. Выполнен расчет возможной процентной добавки синтез газа.

Ключевые слова: синтез-газ, метенол, добавка к основному топливу.

В настоящее время остро стоят проблемы экономии топлива и улучшения экологических характеристик автомобильных двигателей. Одним из вариантов удоволетворения растущим требованиям является использование синтез-газа как добавки к основному углеводородному топливу. Широкая сырьевая база делает этот вид топлива достаточно доступным, а присутствие в составе свободного водорода предполагает хорошие показатели процесса горения. Для использования синтез-газа в качестве добавки к топливу наиболее целесообразно получать синтез-газ непосредственно на борту автомобиля. Перспективным представляется получение синтез-газа из метанола. Реакция образования синтез-газа из метанола эндотермическая. В качестве источника теплоты для этой реакции можно использовать отработавшие газы двигателя, при этом появляется возможность осуществлять термохимическую регенерацию части теплоты в цикле двигателя. Разработанная схема генератора синтез-газа (рисунок 1), использующего теплоту отработавших газов двигателя и монтируемого непосредственно на автомобиле. [1]

Рис. 1. Схема конверсии метанола в синтез-газ на борту автомобиля: 1 – Бак для метанола. 2 – Теплообменник для подогрева метанола и охлаждения синтез-газа. 3 – Реактор конверсии метанола в синтез-газ. 4 – Смесительное устройство. 5 – Воздушный фильтр. 6 – Подогреватель охлаждающей жидкости. 7 – Термостат. 8 – Основной радиатор. 9 – Двигатель

Для подтверждения возможности генерации необходимого количества синтез газа из метанола на борту автомобиля были проведены эксперименты, целью которых было измерение температуры отработавших газов двигателя ВАЗ 11194. Для реакции термической конверсии метанола требуется температура 850…950 C. При таких температурах реакции возможность получения синтез-газа за счет теплоты отработавших газов двигателя сильно ограничена. Однако применение катализаторов позволяет понизить требуемую температуру реакции до 500, а в некоторых случаях и до 350 C, что существенно расширяет диапазон генерации необходимого количества синтез-газа на борту автомобиля для его непосредственной добавки к основному углеводородному топливу. [2]

Результаты эксперимента приведены в таблицах 1,2 и представлены на рисунке 2. При проведении эксперимента были выбраны режимы работы двигателя, которые соответствуют среднестатистической эксплуатации автомобиля в городе.

Таблица 1

Зависимость температуры ОГ от нагрузки на двигатель и оборотов коленчатого вала.

Таблица 2

Зависимость температуры ОГ от оборотов коленчатого вала при постоянной нагрузке

Рис. 2. Графики зависимости t ОГ от: а) нагрузки на двигатель при 2000 об\мин. б) нагрузки на двигатель при 3000 об\мин. в) оборотов коленчатого вала при постоянной нагрузке

Для расчета возможного количества синтез-газа получаемого на борту автомобиля за счет теплоты ОГ воспользуемся формулой.

Где:Q- количество теплоты, m–масса ОГ, t1- температура ОГ, t_2 — начальная температура конверсии метанола.(350 С). Для получения 1 моля синтез-газа необходимо подвести 90кДж энергии.

Найдем возможную процентную добавку синтез-газа по формуле:

Где: ϖ — возможная процентная добавка по массе синтез-газа, Q- количество теплоты, Gt₁ — расход топлива за еденицу времени.

Данные, полученные при расчетах, представлены в таблицах 3, 4. Построеные на их основе графики приведены на рисунке 3.

Таблица 3

Зависимость возможной процентной добавки синтез газа к основному топливу от нагрузки на двигатель и оборотов коленчатого вала

Таблица 4

Зависимость возможной процентной добавки синтез газа к основному топливуот оборотов коленчатого вала при постоянной нагрузке

Рис. 3. Графики зависимости возможной процентной добавки синтез-газа от: а) нагрузки на двигатель при 2000 об\мин. б) нагрузки на двигатель при 3000 об\мин. в) оборотов коленчатого вала при постоянной нагрузке

Анализ полученных в результате эксперимента данных позволяет сделать следующие выводы. На основных нагрузочных режимах работы автомобильного бензинового двигателя можно за счет теплоты отработавших газов генерировать синтез-газ из метанола в количестве достигающем 50 % от расхода основного углеводородного топлива. На режиме холостого хода, на котором добавка синтез газа может быть особенно эффективной, энегрии отработавших газов достаточно лишь для генерации синтез-газа лишь около 6 % от расхода основного углеводородного топлива. Приведенные количественные оценки справедливы лишь при условии, что в генераторе синтез-газа используется катализатор, обеспечивающий протекание реакции при температуре начиная с 350^о С.

Литература:

1.             Головачев А. В. Применение синтез-газа как добавки к основному углеводородному топливу для автомобильных ДВС \\ Вестник магистратуры: — 2015, № 3(42).

2.             Каменев В. Ф., Фомин В. М., Хрипач Н. А. Водород — альтернативный энергоноситель для автотранспорта: проблеммы и решения \\ АвтоГазоЗаправочный Комплекс + Альтернативное Топливо. — 2004. — № 1. — С 43–48.