Топлива ненефтяного происхождения

Синтетические спирты.

Синтетические спирты получают в результате синтеза из различного сырья. Наибольшее практическое применение находят метанол-метиловый и этанол-этиловый спирты. В качестве сырья для метанола используют уголь, природный газ, известняк, бытовые отбросы, отходы лесного хозяйства. Этанол получают из сахарного тростника, свеклы, зерновых культур, различных сельскохозяйственных отходов.

Основным преимуществом спиртов является их высокая детонационная стойкость. Это позволяет повышать степень сжатия в двигателе и соответственно его КПД. При работе на метаноле имеет место снижение тепло-напряженности деталей цилиндропоршневой группы, коксовывание и нагарообразован ие. Кроме того, двигатель может работать на очень обедненной смеси с большим избытком воздуха, что повышает его топливную экономичность. При этом отработавшие газы менее токсичны, чем при работе на бензине: содержание оксидов азота уменьшается в 1,5-2 раза, углеводородов - в 1,3-1,7 раза. Обладая высоким октановым числом, спирты имеют меньшую, чем бензин, удельную теплоту сгорания, низкую упругость паров и температуру кипения. При работе на спиртах вдвое снижается запас хода автомобиля, ухудшаются пусковые качества двигателя.

Достоинства синтетических спиртов при использовании их в качестве топлива не позволяют, однако, рекомендовать их к повседневному применению в чистом виде в связи с тем, сто при этом появляется необходимость существенных изменений конструкции топливной аппаратуры, двигателя и в какой-то мере автомобиля: оснащение двигателя устройствами для облегчения пуска, особенно при низких температурах; увеличение вместимости топливных баков; замена материала некоторых деталей системы питания вследствие коррозионной агрессивности и этанола.

Метилтретичнобутиловый спирт.

К бензину можно добавить метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ – СН3ОС4Н9). Его получают путем синтеза 65% изобутилена и 36% метанола в присутствии катализаторов. Положительные стороны применения МТБЭ в качестве добавки к бензину таковы:

Возможно получение неэтилированных высокооктановых смесей, так как по антидетонационной эффективности МТБЭ (см. табл. 6.1) в 3-4 раза превосходит алкилбензин;

Нет необходимости изменять регулировки топливной аппаратуры (МТБЭ отличается высокой теплотворной способностью -37 700 кДж/кг);

Добавка 10% МТБЭ повышает октановое число бензинов по исследовательскому методу на 2,1-5,9 ед., а 20% - на 4,6-12,6 (болee высокий эффект, чем при использовании алкилбензина и метанола);

Облегчается фракционный состав бензинов, в частности снижается температура перегонки 50%-ной точки. Однако несколько возрастает опасность образования паровых пробок;

Несколько улучшаются мощностные и экономические показатели двигателя во всем диапазоне нагрузок и частоты вращения; снижается токсичность отработавших газов примерно на 10% (за счет снижения содержания окиси углерода);

Снижается расход бензина на 3%, кроме того, введение МТБЭ позволит снизить содержание тетраэтилсвинца в нем почти в 2,5 раза.

МТБЭ практически не токсичен. На автомобилях ВАЗ-2101 и ВАЗ-2103 неэтилированные бензины АИ-93 с 16-18% МТБЭ во всем диапазоне скоростей движения превосходят по антидетонационным качествам товарный неэтилированный бензин. При использовании бензинов АИ-93 с 11% МТБЭ и А-76 с 8% МТБЭ такие показатели, как изнашивание двигателя, нагаро- и лакоотложение, изменение физико-химических свойств масла, нередко превосходят аналогичные показатели при работе на товарных бензинах или немного уступают им.

Возможное использование метилтретичнобутилового эфира справедливо рассматривается сегодня как одно из направлений расширения ресурсов высокооктановых бензинов и в настоящее время используется в качестве антидетонационной присадки.

Газовые конденсаты.

Газовые конденсаты — жидкие смеси высококипящих углеводородов различного строения, выделяемые из природных газов при их добыче на газоконденсатных месторождениях.

В пластовых условиях при высоком давлении (от 10 до 60 МПа) и температуре в парообразном состоянии находятся некоторые бензино-керосиновые фракции и, что случается реже, более высокомолекулярные жидкие компоненты нефти. При разработке месторождений давление падает в несколько раз — до 4—8 МПа, и из газа выделяется сырой нестабильный конденсат, содержащий, в отличие от стабильного, не только углеводороды С5 и выше, но и растворённые газы метан-бутановой фракции.

Содержание жидких компонентов в одном кубометре газа для различных месторождений составляет от 10 до 700 см³.

При уменьшении давления, по мере расходования газа, газовый конденсат выделяется в геологическом пласте и пропадает для потребителя. Поэтому при эксплуатации месторождений с большим содержанием газового конденсата из добытого на поверхность земли газа выделяют углеводороды С3 и выше, а фракцию C1—С2 для поддержания давления в пласте закачивают обратно.

Водород.

В настоящее время все более широко ведутся работы по применению в качестве топлива водорода, а также его смесей с бензином. Отметим наиболее характерные особенности:

· Водород самый легкий элемент, даже в жидком состоянии он примерно в 14 раз легче воды;

· В единице массы водород содержит почти в 3 раза больше тепловой энергии, чем все известные ископаемые топлива. Однако, чтобы его разместить, необходимы довольно большие объемы;

· водород обладает способностью моментально смешиваться с другими газами и, в частности, с воздухом атмосферы Смесь водород-воздух воспламеняется при содержании водорода от 4 до 74%;

· Водород горит в газообразном состоянии при температуре выше 500 °С с образованием паров дистиллированной воды (в жидком и твердом состояниях он не горит). Для сжигания 1 кг водорода необходимо в 2 раза больше воздуха, чем для сжигания бензина;

· Отработавшие газы при работе на водороде не содержат окиси углерода, углеводородов, а окислы азота присутствуют в меньших количествах, чем при работе на бензине.

В то же время из-за низкой теплотворной способности водородно-воздушной смеси мощность двигателя снижается на 15-20%. Если водород будет поступать непосредственно в цилиндр двигателя в такте всасывания или в начале такта сжатия, то этого недостатка можно было бы избежать. Однако в этом случае необходимо значительно усложнять конструкцию системы питания и двигателя в целом.

Смазочные масла

Моторные масла.

Моторные масла — масла, применяемые для смазывания поршневых и роторных двигателей внутреннего сгорания.

В зависимости от назначения их подразделяют на масла для дизелей, масла для бензиновых двигателей и универсальные моторные масла, которые предназначены для смазывания двигателей обоих типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их свойства присадок.

По температурным пределам работоспособности моторные масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. В качестве базовых масел используют дистиллятные компоненты различной вязкости, остаточные компоненты, смеси остаточного и дистиллятных компонентов, а также синтетические продукты (поли-альфа-олефины, алкилбензолы, эфиры). Большинство всесезонных масел получают путем загущения маловязкой основы макрополимерными присадками.

По составу базового масла моторные масла подразделяют на синтетические, минеральные и частично синтетические («полусинтетические», смеси минерального и синтетических компонентов).

Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, главные из которых перечислены ниже:

· высокие моющие, диспергирующе-стабилизирующие и солюбилизирующие способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающие чистоту деталей двигателя;

· высокие термическая и термоокислительная стабильности позволяют использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев масла в картере, увеличивать срок замены;

· достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива,

· отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в процессе работы, так и при длительных перерывах;

· стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств;

· пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды;

· совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;

· высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях;

· малая вспениваемость при высокой и низкой температурах;

· малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).

Маркировка моторных масел

Моторные масла делят на бензиновые, дизельные и универсальные. Также масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. Особенностью каждой группы являются классы вязкости.

К летним, наиболее вязким, относятся масла классов:

SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 50, SAE 60.

К зимним маслам относятся масла классов:

SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W.

К всесезонным относятся масла классов:

SAE 0W-30, SAE 0W-40, SAE 5W-30, SAE 5W-40, SAE 10W-30, SAE 10W-40, SAE 15W-40, SAE 20W-40.

Трансмиссионные масла.

Трансмиссио́нные масла́ — смазочные масла, применяемые для смазки коробок перемены передач, раздаточных коробок, главных передач ведущих мостов, рулевых механизмов,[1] а также зубчатых и цепных передач (редукторов) всех видов.

Получают чаще всего на основе экстрактов от селективной очистки остаточных нефтяных масел с добавлением дистиллятных масел и присадок (противоизносных, противозадирных, главным образом содержащих фосфор, хлор, серу, дисульфид молибдена).

До появления автомобилей с высоконагруженными трансмиссиями применялся нигрол.

Вязкость 6—20 мм²/с при 100 oС. Открытые зубчатые передачи смазывают особо вязкими (50—500 мм²/с при 100 oС) остаточными маслами с присадками.

Для смазывания ведущих мостов с гипоидной передачей применяют гипоидные масла (содержат присадки, вступающие с материалом в химическую реакцию с образованием соединений, выполняющих функцию противозадирных покрытий). Применение непредназначенных для гипоидных передач масел недопустимо (главная передача очень быстро выйдет из строя).

6.Пластичные смазки
Основные эксплуатационные свойства смазок

Смазки в первую очередь характеризуются консистенцией. Консистенцию смазок определяют показателем пенетрации по ГОСТ 5346-78 при 25º С.

Пенетрацией называется условный показатель механических свойств смазок, численно равный глубине погружения в них конуса стандартного прибора, выраженной в десятых долях миллиметра.

В сосуд со смазкой погружается металлический конус под действием собственного веса (1Н). Чем больше глубина погружения, тем «мягче» смазка и тем больше величина пенетрации.

Кроме консистенции смазки характеризуются температурой каплепадения, пределом прочности на сдвиг, вязкостью при различных температурах, механической стабильностью, испаряемостью, коллоидной стабильностью и другими показателями.

Предел прочности – это то минимальное удельное напряжение, которое нужно приложить к смазке, чтобы изменить ее форму и сдвинуть один слой смазки относительно другого.

При меньших нагрузках консистентная смазка сохраняет свою внутреннюю структуру и упруго деформируется подобно твердому телу, а при больших давлениях структура разрушается и смазка ведет себя как вязкая жидкость.

Предел прочности зависит от температуры смазки (с повышением температуры уменьшается). От величины предела прочности зависит ее способность удерживаться в негерметизированных узлах трения, на вертикальных и наклонных поверхностях деталей, на деталях, подверженных действию инерционных сил.

Температура каплепадения (минимальная) – это та температура, при которой из небольшого объема смазки, нагреваемой в стандартных условиях, отделяется и падает первая капля.

Смазка с низкой температурой каплепадения не будет удерживаться в механизме, и ее придется часто пополнять, а смазка с чрезвычайно высокой температурой каплепадения вызовет усиленный нагрев трущихся деталей.

Коллоидная стабильность характеризует (в процентах) отделение масла от смазки при воздействии на нее в специальном приборе небольшой нагрузки. Чем меньше этот показатель, тем выше бал. В зависимости от количества выделяющегося жидкого масла смазка может ухудшить или полностью потерять свои смазочные свойства.

Испаряемость – смазка, нагреваемая в тонком слое при определенной температуре, взвешиванием определяется испаряемость масла (в процентах).