Диметиловый эфир. Надежды конструкторов, водителей и экологов. Диметиловый эфир интересные факты

Реферат Диметиловый эфир

скачать

Реферат на тему:

План:

1 Свойства
2 Производство
3 Применение
- 3.1 Применение в качестве топлива
4 Опасность

Введение

Димети́ловый эфи́р (C2H6O) (метиловый эфир, метоксиметан, древесный эфир) Н3С-О-СН3 — широко применяемый на практике простой эфир.

1. Свойства

Бесцветный газ с характерным запахом, химически инертный
Температура плавления — (−138,5)°C
Температура кипения — (−24,9)°C
Плотность при нормальных условиях — 2,1098 кг/м³ (в 1,63 раза тяжелее воздуха)
Плотность в жидкой фазе — 0,668 г/см³
Критическая температура — +127,0 °C
Критическое давление — 53 атм
Критическая плотность — 0,272 г/см³
Растворимость в воде — 3700 мл/100 мл при 18 °C
Растворим в метиловом и этиловом спирте, толуоле

J. Chem. Eng. Data 2004, 49, 32-34

2. Производство

В промышленности производится из природного газа, угля, или биомассы.

3. Применение

Используется для метилирования ароматических аминов
Используется для получения диметилсульфата
Пропеллент для аэрозольных баллонов
Растворитель и экстрагент
Хладагент
Топливо для газовой сварки и резки
Многоцелевое топливо
Используется как косметическое средство для удаления бородавок.

3.1. Применение в качестве топлива

Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

4. Опасность

Является слабым наркотиком. Огнеопасен, смесь с воздухом взрывоопасна, температура вспышки −41 °C. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 200 мг/м³.

wreferat.baza-referat.ru

Надежды конструкторов, водителей и экологов – Основные средства

В. Васильев, фото и рисунки автора

В мае 2005 г. завершился первый этап эксплуатационных испытаний опытной партии автомобилей ЗИЛ-5301 на диметиловом эфире с топливной аппаратурой трех разных конструкций, проводимых на базе ГУП «Мосавтохолод». Для выбора наиболее перспективной модификации с целью выпуска опытно-промышленной партии Правительство Москвы создало авторитетную экспертную комиссию по оценке технических характеристик грузовиков, работающих на диметиловом эфире (ДМЭ).

Специалисты комиссии проанализировали итоги испытаний и дали «зеленый свет» развитию данного направления в столице, включая совершенствование и создание новых конструкций грузовых автомобилей, работающих на ДМЭ. Особо была отмечена удачная конструкция топливной аппаратуры для работы на ДМЭ разработки ФГУП НИИД.

Генеральный директор ГУП «Мосавтохолод» Игорь Лазарев отметил, что использование диметилового эфира в качестве альтернативного вида топлива – это совершенно новое направление, реализация которого начата в 2002 г. Лучшие результаты в этой области получены в Москве и Японии. В столице России автомобили работали в реальных условиях эксплуатации – на доставке грузов в школы, детские сады, на социальные объекты. У сотрудников «Мосавтохолода» были определенные опасения, когда испытания только начинались, поскольку профессиональные водители автотранспортных предприятий обладают некоторой инерцией. Самый главный итог – эти автомобили прижились в автохозяйстве. Те из водителей, кто поработал на ДМЭ-машинах, оценив их достоинства, на солярку переходить уже не хотят, поскольку помимо экологических преимуществ улучшаются динамические показатели грузовика. Двигатель на ДМЭ хорошо запускается зимой при температуре –25...30 °С. Солиден и запас хода: на ДМЭ автомобиль проходит на одной заправке 600 км. По мнению директора, с заменой солярки на дизельных автомобилях диметиловым эфиром удалось полностью исключить выбросы черного облака отработавших газов из выхлопной трубы, в несколько раз снизить выбросы оксидов азота, наиболее агрессивного компонента дизельного топлива, а также значительно снизить шумность двигателя.

Результаты испытаний показали, что автомобили при использовании ДМЭ более дружелюбны к окружающей среде, чем дизели на традиционном топливе. Для сравнения: пять «Бычков» на диметиловом эфире вместе выбрасывают столько же токсичных веществ, сколько один такой же грузовик, работающий на солярке. По мнению И. Лазарева, в перспективе, когда встанет вопрос о введении норм Euro 5, использование ДМЭ вместо дизельного топлива позволит решить одну из важных проблем для автопроизводителей – устанавливать или не устанавливать дорогостоящие каталитические нейтрализаторы в выпускную систему автомобиля.

В том же 2005 г. Правительство Москвы поручило сотрудникам ФГУП НИИД начать исследования по адаптации для работы на диметилэфире двигателей КамАЗ. Специалисты института успешно справились с поставленной задачей: к середине 2006 г. автофургон АФ 47415Н на шасси КамАЗ-65117 (6х4) превратился в автомобиль, оборудованный аппаратурой для работы на ДМЭ. К нему присоединятся еще две такие же машины и 15 грузовиков ЗИЛ-5301, на которых установлена модернизированная система питания на ДМЭ. Сохранив с ЗИЛ-5301 одинаковую принципиальную схему, емкость из двух последовательно расположенных баллонов для диметилэфира на КамАЗе увеличили до 380 л, более мощными стали топливоподающие насосы. Мощность дизеля КамАЗ-740.30.260 составляет 240 л.с., полная масса авторефрижератора достигает почти 24 т. Запас хода – 600 км – тоже вполне впечатляет. Грузовик, как и зиловские малотоннажники, отправили на эксплуатационные испытания в ГУП «Мосавтохолод», а точнее в его филиал «Западный».

Интересно, что данный образец стал едва ли не единственной в мире моделью столь внушительной грузоподъемности (13 т), способной работать на диметилэфире. Даже у японцев нет такой разработки, и, посетив Москву, они не могли поверить, что в России имеется подобная конструкция. Сами японцы испытывают на диметилэфире только микроавтобус и среднетоннажный грузовик, который, кстати, летом нынешнего года демонстрировался на одной из выставок в Москве.

КамАЗ в течение года ждут испытания в разных климатических условиях, в таких же, в каких с 2004 г. эксплуатируются ЗИЛ-5301, работающие на ДМЭ. За время эксплуатации «Бычков»-рефрижераторов выявлено только несколько отрицательных моментов. Поскольку ДМЭ очень агрессивен по отношению к резине, из-за чего в качестве прокладок приходится использовать другие материалы, он образует также воду, способствующую развитию коррозии. Несмотря на это, по твердому убеждению И. Лазарева, у диметилэфира очень хорошие перспективы в качестве альтернативы дизтопливу.

Сегодня диметиловый эфир в России выпускает лишь одно предприятие – Новомосковский химический завод, а в Москве находится единственная установка для заправки ДМЭ, и расположена она на территории филиала «Западный» ГУП «Мосавтохолод», где работает специально обученный и аттестованный персонал. Вместе с тем, если программа по переводу автомобилей на альтернативные виды топлива будет поддержана, сеть заправок расширится.

В столице уже планируется возвести завод по производству диметилэфира. Положительным моментом является и то, что сейчас стоимость его почти сравнялась со стоимостью солярки. О широких перспективах данного проекта говорит и тот факт, что предприятие ведет строительство экспериментально-производственного автомобильного хозяйства, которое станет эксплуатировать только автомобили, использующие альтернативные виды топлива, а построено оно должно быть в 2007 г. на Щёлковском шоссе.

Свою оценку практического применения диметилэфира на грузовых автомобилях дал С. Сычёв – руководитель филиала «Западный» ГУП «Мосавтохолод», где работает наибольшее количество автомобилей ЗИЛ-5301, использующих ДМЭ в качестве топлива. По его мнению, у диметилэфира как у альтернативного экологически чистого вида топлива большое будущее. Это подтверждает успешная пробная эксплуатация в течение трех лет на предприятии грузовых «Бычков». Неплохие показатели и у аналогичного по конструкции КамАЗа, который начал работать в нынешнем году. По всей видимости, уже в ближайшие годы парк автомобилей, оборудованных топливными системами с диметилэфиром, увеличится до нескольких сотен единиц. С. Сычёв, сравнивая три существующие системы с ДМЭ, о которых рассказывалось выше, и исходя из опыта эксплуатации грузовиков по комплексу показателей, отдает предпочтение разработке специалистов НИИД.

Актуальность темы обусловлена и тем, что, проанализировав результаты применения на малотоннажных автомобилях ЗИЛ в качестве моторного топлива диметилового эфира, Департаменту транспорта и связи Москвы поручено организовать работу по использованию ДМЭ на наиболее экологически неблагополучных большегрузных автомобилях. Для этого выбрали грузовики Камского автозавода, которых в столице работает свыше 15 тысяч. Для сравнения: экологический ущерб городу в результате их эксплуатации превышает ущерб, наносимый 300 тыс. легковых автомобилей.

Напомним, что ДМЭ – простейший эфир, нашедший применение в косметической промышленности в качестве газа-вытеснителя в аэрозольных баллонах благодаря благоприятным экологическим характеристикам. ДМЭ характеризуется коротким полупериодом жизни в тропосфере (менее одного дня), не поступает в стратосферу, полностью разлагается до воды и двуокиси углерода, нетоксичен, неканцерогенен, немутагенен. Он бесцветен, почти не имеет запаха и по внешнему виду напоминает воду. Диметиловый эфир – возобновляемое альтернативное топливо.

Идея применения ДМЭ в качестве моторного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия, возможности его крупномасштабного производства и первые результаты использования в дизелях были опубликованы фирмами АМОСО и NAVISTAR (США), Haldor Topsoe (Дания) и AVL (Австрия) в 1995 г. на конгрессе SAE в Детройте (США). Уже первые испытания ДМЭ в качестве топлива для дизелей свидетельствовали о том, что ДМЭ представляет собой многообещающее альтернативное топливо.

В Японии автомобиль с диметилэфировой установкой создан под эгидой AIST (Национального института развития промышленности, науки и технологии), объединившего усилия целой группы организаций и фирм, которые принимали участие в проекте. В качестве базовой модели взяли грузовик Forward FRR35J4S компании Isuzu полной массой 8 т, оснащенный рядным шестицилиндровым 180-сильным дизелем 6HL1 рабочим объемом 7,2 л. Двигатель оборудован прямым впрыском топлива и неохлаждаемой системой рециркуляции отработавших газов EGR с увеличенной рабочей поверхностью. Для очистки выхлопных газов установлен каталитический нейтрализатор (типа Pb/Pt), а в ДМЭ для улучшения смазывающей способности добавлено 500 ppm присадки (жирного кислотного типа). Принципиальная схема системы подачи диметилэфира в ТНВД напоминает разработки российских конструкторов, за исключением некоторых особенностей. Концепция японской разработки, по замыслу проектировщиков, предусматривала решение сразу нескольких задач:

обеспечение теплотворной способности и продолжительности при впрыске ДМЭ, аналогичных показателям при использовании дизельного топлива;
достижение номинальной мощности при работе на ДМЭ, равной мощности дизельного двигателя на всех скоростных режимах;
достижение теплотворной эффективности ДМЭ, сопоставимой с аналогичным показателем при сгорании дизельного топлива;
соответствие показателей выбросов отработавших газов допустимым нормам, принятым в Японии в 2003 г., при использовании обычного метода очистки газов с помощью каталитического нейтрализатора;
пробег автомобиля с ДМЭ должен составлять около 500 км без дозаправки;
безотказная работа топливной системы во время испытаний;
подтверждение заявленных характеристик автомобиля во время ходовых испытаний на дорогах общего пользования.

Испытания грузовика начались в конце октября 2004 г. и проводились на автомагистралях в центральной части Японии. При общем пробеге 13 тыс. км (на март 2006 г.) автомобиль, работавший ни диметилэфире, показал неплохие результаты. Уровень токсичных веществ и шумового излучения оказался меньше предусмотренных по действующим в стране экологическим нормам. Пробег без дозаправки составил 500 км, а работа топливного насоса высокого давления не вызывала нареканий. Таким образом, разработчики рассчитывают, что грузовик, оборудованный топливной системой с ДМЭ, сумеет занять свою нишу на транспортном рынке страны.

Вне сомнений, в России транспорт на диметилэфире будет востребован для автомобильных перевозок.

os1.ru

Диметиловый эфир. Надежды конструкторов, водителей и экологов

Сегодня злободневность проблем экологии определяется не только заботой о здоровье человечества, которое стало жертвой собственного прогресса, но и чисто экономическими потерями, непомерно дорого обходящимися как налогоплательщикам, так и природе.

Главной причиной ухудшающейся с каждым годом экологической ситуации в нашей стране, особенно в городах, стал неуклонный рост численности автомобильного парка. В настоящее время лишь в России он составляет 37 млн. ед., из которых на долю грузовиков и автобусов приходится около 6 млн. К 2010 г., по оценке экспертов, табун стальных «лошадей» увеличится еще в полтора раза. За этими цифрами кроются серьезные общегосударственные проблемы. Функционирование автотранспорта дает до 95% загрязнений воздуха, почти половину издаваемого шума и около 70% вредных воздействий на климат планеты. Ежегодно на жителей России обрушивается порядка 15 млн. т токсичных веществ, изрыгаемых выхлопными трубами автомобилей. Экологи не зря бьют тревогу. В масштабах страны доля автотранспорта в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками достигает в среднем 40%, в выбросах парниковых газов – порядка 10%, в массе промышленных отходов – 2%, в сбросах вредных веществ со сточными водами – около 3%, в потреблении озоноразрушающих веществ – около 5%.

В некоторых российских мегаполисах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Самара, Екатеринбург, загрязнение воздушного бассейна достигло критического уровня и стало главной причиной высокой заболеваемости, низкой продолжительности жизни и деградации окружающей природы. Не случайно проблема загрязнения атмосферы приобрела серьезную социальную и политическую окраску. Не лишним будет добавить, что прямой ущерб от работы автотранспортного комплекса России составляет свыше 4 млрд. USD в год, или около 2% валового национального продукта государства. Факты, как видим, совсем нерадостные.

Такая ситуация требует адекватных мер, и одна из наиболее действенных – применение альтернативных экологически более чистых видов моторного топлива и источников энергии, гибридных силовых установок автомобилей и автобусов. Это наиболее эффективный путь снизить негативное влияние автомобиля на экологию окружающей среды. Активно работают в этом направлении сегодня во многих развитых странах. Ведущие мировые автомобильные концерны инвестируют миллиарды в развитие транспорта и технологий альтернативного моторного топлива и источников энергии.

Усовершенствованный «Бычок» с дизелем Д-245.9, разработанным в НАМИ

Вообще топливо для автотранспорта можно рассматривать как альтернативное при выполнении нескольких условий. Первое – это наличие и доступность сырьевых ресурсов, в будущем предпочтение будет отдаваться топливу, вырабатываемому из возобновляемых источников энергии. Второе – технология и оборудование для производства топлива в коммерческих объемах должны обеспечивать максимально низкую его стоимость, в том числе в процессе транспортировки, хранения и распределения. Третье. Топливо должно обеспечить автомобилю высокие потребительские качества, в частности, речь идет о мощностных и экономических параметрах двигателя. Четвертое – топливо должно быть экологически безопасным при производстве, транспортировке, хранении, заправке и при сжигании в двигателях.

В России наиболее предпочтительным представляется частичное замещение традиционных видов моторного топлива синтетическими жидкими углеводородами, получаемыми из природного газа, в силу низкой себестоимости и практической неограниченности их ресурсов в стране.

Из числа видов перспективного топлива для двигателей внутреннего сгорания особого внимания заслуживает химически инертный диметиловый эфир Ch4-O-Ch4 (ДМЭ), который удовлетворяет перечисленным требованиям. В настоящее время это единственное синтетическое топливо, которое обеспечит полную замену традиционного дизельного. Интерес к диметиловому эфиру объясняется и тем, что в последние годы отечественная химическая промышленность разработала новые технологии его получения из метана. Достижения московских нефтехимических научно-исследовательских институтов и предприятий позволяют впервые в стране приступить к целенаправленным работам по практическому внедрению диметилового эфира в качестве альтернативы дизельному топливу и начать эксплуатацию дизельного автотранспорта на этом экологически чистом виде топлива. Для заправки транспортных средств может применяться автогазозаправочное оборудование и газозаправочные комплексы, используемые для заправки автомобилей пропан-бутаном.

Варианты установки баллонов с ДМЭ на раме грузовика

ДМЭ известен достаточно давно, но раньше его применяли лишь в парфюмерии для создания давления в баллонах с лаками и дезодорантами. Там он заменил вредные газы – фреоны, бутан и пропан. Использовался диметиловый эфир также как хладагент и растворитель. В последнее десятилетие XX века австрийские, датские и американские исследователи предложили использовать ДМЭ в качестве альтернативы дизельному топливу. Сегодня общественный транспорт Швеции и Дании полностью переведен на ДМЭ. Аналогичные мероприятия в сфере грузового автотранспорта проводит Япония. Согласно прогнозам аналитиков, через 15...20 лет весь тяжелый и среднетоннажный автотранспорт в мире полностью переведут на ДМЭ.

Диметиловый эфир производится из природного газа, угля или биотоплива. Это производная метанола, которая получается в процессе преобразования газа в жидкое состояние. Сегодня в мире потребление диметилового эфира составляет около 150 тыс. т в год. Существует два типа ДМЭ: высший сорт – содержание диметилового эфира не менее 99,5%, используется в парфюмерии, а в качестве моторного топлива применяется низший сорт – содержание ДМЭ на уровне 95%.

Исследования показывают, что применение диметилового эфира в качестве моторного топлива для дизелей становится поводом для весьма оптимистичных прогнозов. Действительно, у ДМЭ есть ряд преимуществ по сравнению с дизельным топливом и другими альтернативными видами топлива. Он является газообразным. В нормальных условиях это газ, и его молекулы не имеют химических связей углерод–углерод, что исключает образование в пламени радикалов С2, способствующих сажеобразованию при сгорании. При этом снимется главная проблема дизеля – карбонизация значительной части топлива с последующим замедлением скорости выгорания дисперсного углерода. К благоприятным физико-химическим параметрам ДМЭ относят повышенную испаряемость, что снижает требования к дисперсности распыления, позволяет понизить давление впрыска и обеспечивает хорошее смесеобразование. Отличная самовоспламеняемость в дизельном двигателе (у ДМЭ цетановое число ЦЧ=55...60 по сравнению с ЦЧ=45...50 для дизельного топлива) улучшает пусковые качества и способствует «мягкому» сгоранию. Высокое содержание в ДМЭ связанного кислорода (35%) повышает равномерность распределения в камере сгорания, препятствуя образованию NOх, наиболее агрессивного компонента дизельного топлива. Использование диметилэфира – это практически полное отсутствие дымности отработавших газов и значительное снижение шума от двигателя.

Немаловажно и то, что по физическим свойствам ДМЭ подобен пропан-бутановым газам, нашедшим широкое применение в качестве альтернативного топлива для двигателей внутреннего сгорания. В частности, ДМЭ имеет близкие значения параметров насыщения: температура перехода в жидкую фазу минус 25°C (у пропана – минус 50°C), давление насыщенных паров 5,1 кгс/см2 (у пропана – 8 кгс/см2) при температуре 20°С. Как пропан и бутан, ДМЭ следует хранить в сжиженном состоянии в газовом баллоне под давлением. Технология работы со сжиженными газами достаточно хорошо отработана, поэтому упомянутое свойство диметилового эфира не является препятствием для его практического применения.

Результаты испытаний дизелей, работающих на диметиловом эфире, показали реальную возможность значительно снизить уровень вредных выбросов отработавших газов. Так, в 3...4 раза отмечено снижение окислов азота NOх при практически бездымной работе двигателя на всех режимах. Кроме того, при работе на ДМЭ выявлено сохранение, а на некоторых режимах и улучшение до 5% экономичности дизеля, повышение его эффективного к.п.д. по сравнению с работой на дизельном топливе.

Основным недостатком ДМЭ является малая кинематическая вязкость (на порядок меньше, чем дизельного топлива), в результате чего затрудняется герметизация подвижных узлов уплотнения топливной аппаратуры, а также повышается склонность к задирам прецизионных трущихся пар. По сравнению со сжиженным природным газом теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью. Для снижения выбросов СО и СН необходимо предусмотреть дополнительные меры конструкционного характера.

Баллон для хранения диметилэфира

Адаптация обычных дизелей для работы на диметиловом эфире заключается в модернизации существующей топливоподающей аппаратуры. Поскольку плотность ДМЭ на 20%, а удельная массовая теплотворность на 32% ниже, чем дизельного топлива, для сохранения энергоемкости объемная подача ДМЭ в цилиндры двигателя должна быть значительно большей (объемная теплотворная способность ДМЭ составляет 18,2 МДж/л). Для устранения склонности к задирам прецизионных трущихся пар в конструкции топливоподающей аппаратуры принимаются специальные меры, например, подвод к плунжерным парам масла под давлением с целью их уплотнения, а также подмешивание к ДМЭ специальной противозадирной присадки. По зарубежным данным, этот компонент способствует увеличению кинематической вязкости ДМЭ до уровня дизельного топлива.

Поскольку при течении по тракту топливной аппаратуры значение локальной скорости может возрастать до 100 м/с (например, при истечении топлива отсечки из плунжерных пар топливного насоса), из-за снижения локального статического давления в потоке может происходить вскипание ДМЭ, образование паровых пробок и запирание топливной аппаратуры. Поэтому давление на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) должно быть повышено. Наряду с этим вводятся элементы безопасности, топливные баки заменяют баллонами низкого давления, по конструкции аналогичными тем, что применяют на автомобилях, работающих на сжиженном нефтяном газе, или устанавливают дополнительные баллоны с диметиловым эфиром.

(Продолжение следует)

В. Васильев«Основные Средства» №1/2007Источник: www.os1.ru

maz-amkodor.ru