1.2Диметиловый эфир

Идея применения диметилового эфира (ДМЭ) (табл. 6) в качестве моторного топлива для двигателей с воспламенением от сжатия, возможности его крупномасштабного производства и первые результаты использования в дизелях были опубликованы фирмами AMOCO 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 настоящее время ДМЭ единственное синтетическое топливо, обеспечивающее полную замену традиционному дизельному топливу. Интерес к диметиловому эфиру объясняется и тем, что в последние годы отечественной химической промышленностью разработаны новые технологии его получения из метана.

Проведенные исследования доказывают, что применение диметилового эфира в качестве моторного топлива для дизелей является основанием для оптимистичных прогнозов. У него есть преимущества перед дизельным и альтернативными топливами. К достоинствам диметилового эфира относятся: пониженная склонность к сажеобразованию при горении; практически полное отсутствие дымности отработавших газов; хорошая самовоспламеняемость в дизеле (цетановое число ЦЧ = 55...60 по сравнению с ЦЧ = 45...50 – для дизельного топлива).

Результаты моторных испытаний дизелей, работающих на диметиловом эфире, показали значительное уменьшение уровня вредных выбросов отработавших газов. Так, в 3...4 раза отмечено снижение окислов азота при бездымной работе двигателя на всех режимах. При работе на диметиловом эфире выявлено сохранение, а на некоторых режимах и улучшение до 5% экономичности дизеля, повышение его эффективного КПД по сравнению с работой на дизельном топливе.

Чтобы адаптировать обычные дизели для работы на диметиловом эфире, необходимо модернизировать существующую топливоподающую аппаратуру, направленную на увеличение объемной подачи топлива; принять меры, исключающие появление газообразной фазы в топливных магистралях и насосах; ввести элементы безопасности, заменить топливные баки на баллоны низкого давления, по конструкции аналогичные баллонам на автомобилях, работающих на сжиженном нефтяном газе.

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.

Схема переработки природного газа в ДМЭ и другие моторные топлива приведена на рис. 1.

В России и за рубежом накоплен немалый опыт работы дизеля как на химически чистом ДМЭ, так и на ДМЭ с примесями. При работе двигателя на полной нагрузке уровень вредных выбросов на «чистом» и «сыром» ДМЭ оказывается примерно одинаковым.

Из-за невысокой плотности и теплотворной способности, а также из-за низкой температуры кипения и вязкости ДМЭ традиционная топливная аппаратура дизелей требует определенной модернизации. В ней должно быть обеспечено герметичное уплотнение всех трубопроводов и, в том числе, гарантировано предотвращение потерь при испарении. Для преодоления одинакового расстояния емкость баллонов с ДМЭ должна быть в 1,7 раза больше, чем емкость баков дизельного топлива.

Помимо целого ряда преимуществ в физических, химических, экологических, экономических показателях, по эксплуатационным характеристикам ДМЭ во многом превосходит как другие альтернативные топлива, так и само дизельное топливо. Это связано, прежде всего, с повышением надежности работы двигателей, уменьшением их шумности и возможностью конвертирования обычных карбюраторных двигателей в дизели, работающие на ДМЭ.

Рисунок 1 – Схема переработки природного газа в моторное топливо

Таблица 6 – Сравнительные – теплофизические и моторные характеристики используемых и альтернативных видов топлива для дизелей	Водород Н2		- 1 -	2	0,082	-252,8	-	120	-	34,48	1,69	3,482
	Эфиры рапсового масла (РМЕ)		0,77 0,12 0,11 -	294	882	250..350	-	37,5	52..56	12,51	0,432	2,998	-
	Диметиловый эфир (ДМЭ) СН3ОСН3		0,522 0,13 0,348 -	46	660	-25	410 (при 20°С)	27,6	>55	8,98	0,310	3,07	130
	Спирты низшие	Этанол С2Н5ОН	0,522 0,13 0,348 -	46	810	78	910	26,9	8 (расчет)	8,98	0,332	2,995	235
		Метанол СН3ОН	0,375 0,125 0,5 -	32	791	65	1160	19,6	5 (расчет)	6,465	0,254	3,03	420
	Сжиженный газ нефтяной (СНГ)	Бутан С4Н10	0,828 0,172 - -	58	578	-0,6	390	45,75	12 (расчет)	15,45	0,550	2,96	450
		Пропан С3Н8	0,818 0,182 - -	44	502	-42	420	46,35	-	15,68	0,564	2,956	430
	Природный газ (метан CH4)		0,75 0,25 - -	16	0,66	-161,58	511 (t= -161,58 °С)	50	-	17,24	0,658	2,90	504
	Дизельное топливо ГОСТ 305-82	Зимнее 3	0,855 0,130 0,005 0,01	235	820	180..340	220..240	43,03	Не менее 45	14,51	0,500	2,966	650
		Летнее Л	0,865 0,120 0,005 0,01	230	836	180..360		42,8		14,41	0,498	2,97	250
	Показатели		Массовые доли элементов: углерода gc водорода gH кислорода go серы gS	Молярная масса µT, кг/кмоль	Плотность р при 20° С, кг/м3г/м3	Нормальная температура кипения (пределы разгонки),° С	Теплотапарообразования при р=0,1 МПа, кДж/кг	Низшая теплота сгорания QH, МДж/кг	Цетановое число (ЦЧ)	10, кг возд./кг топл.	L0, кмоль возд./кмоль топл.	Теплота сгорания стехиомет-рической смеси QH/l0, МДж/кг	Температура самовоспламенения (при ρ=1 бар),0 С