Емісійний ланцюг токсичних продуктів згоряння на прикладі гідрометилового ефіру

Сухопутний транспорт, в основному базуючись на дизельні двигуни, служить причиною росту забруднення навколишнього середовища, тому що поки не розроблені такі нейтралізатори, які повністю ліквідували б шкідливі продукти в газах, що відробили. Тому інтенсивно ведеться пошук нових альтернативних палив. Одним з таких палив є гідрометиловий ефір (DME), що характеризується такими ж фізичними властивостями як LPG. Його можна практично одержати з матеріалів, що містять вуглець, тобто із природного газу, вугілля або біомаси. DME можна застосовувати як паливо у двигунах із запаленням від стиску ZS без попередньої їхньої модернізації. Його застосування у двигунах служить причиною зниження рівня шуму. Нижче представлені результати застосування DME як паливо для дизельних двигунів у порівнянні з метановим і дизельним паливами. Слід зазначити, що DME не робить руйнівного впливу на озоновий шар і швидко розкладається в тропосфері. При цьому, є найпростішим з ефірів і на противагу, ди-этилэфиру, не створює пероксидов після тривалого впливу повітря.

Він відносно інертний і не характеризується канцерогенними, корозійними й токсичними властивостями. Основна проблема, пов'язана із застосуванням DME у двигунах із запаленням від стиску треба з того, що DME при нормальному тиску перебуває в газоподібному стані, а ці двигуни пристосовані до згоряння палива в рідкій фазі. Дана проблема була вирішена фірмою Вольво, що випустила 3 дизельних двигуни, що живлять DME. Виробничі витрати при одержанні DME вище, ніж у випадку метанолу. Слід також зазначити, що вартість пристосування двигунів з ZS для харчування їх DME на 20% нижче, ніж у випадку застосування природного газу. Недоліком DME є те, що він повинен зберігатися під тиском.

Порівняльний аналіз емісії токсичних компонентів газів, що відробили, що викидають в атмосферу двигунами, що працюють на різних топ-ливах, навіть після приведення їх до однієї перерахункової одиниці - г/квт-ч, не дає повної картини забруднення навколишнього середовища. Зіставлення різних палив й облік емісійних показників також не дає повного подання даної проблеми. Тому пропонується застосування цепочного аналізу емісії газів, що відробили, для даного палива, з одночасним обліком споживання енергії й емісії, починаючи з моменту їхнього одержання (викид продуктів згоряння в навколишнє середовище). У західній літературі емісійний ланцюг газів, що відробили, визначається як "Life-Cycle" (життєвий цикл) [4,6, 7, 8, 16,23,45].

Нижче приводяться емісійні ланцюги складових газів, що відробили, для палив DME і метанолу, отриманих із природного газу.

У ланцюгах розрізняємо п'ять основних етапів, перш ніж газ надійде в газораздаточную колонкові на автозаправній станції [45]:

• пошук родовища природного газу,

• його виробництво,

• транспорт із родовища на нефтезавод (трубопроводи),

• очищення газу,

• транспорт із нефтезавода на автозаправну станцію.

Перший етап, в основному, являє собою сейсмічні дослідження й буравлення шпар.

Реакції природний газ - метанол (DME):

• підготовка газу до синтезу (риформинг),

• синтез (метанол й/або DME),

• очищення продуктів.

Підготовка газу до синтезу полягає в очищенні його від сірки й інших шкідливих речовин. У процесі синтезу газ перетвориться в DME (в отриманому продукті втримуються метанол, вода, невелика кількість побічних продуктів -складних спиртів, а також незначна кількість алифатических вуглеводнів).

Продукт очищається в процесі перегонки.

У табл. 1.21 й 1.22 представлені витрата енергії, а також емісія, що виникла в процесі виробництва DME і метанолу, одержуваних із природного газу, від родовища до споживання. Дані про емісії були надані фірмою Вольво й ставляться до двигунів із запаленням від стиску більших потужностей, застосовуваних в автобусах і вантажних автомобілях, не оснащених нейтралізаторами [45].

З наведених даних чітко видно, що емісія токсичних складових газів, що відробили, у процесі виробництва із природного газу має невелике значення, але нею не слід зневажати при оцінці емісії всією системою.

Таблиця 1.21

Таблиця 2.19 – Оцінка емісійного ланцюга витягу DME із природного газу [45]

 

 

 

А» п/п	Емісія [г/квт"ч] Тест R49 13-східчастий	Компоненти вихлопних газів
з2	З	NO,	SO,	НС	сн4	N20	РМ
1.	Витяг
2.	Переробка		0,03	0,14	<0,01	0,02	0,02	<0,01	N
3.	Транспорт
4.	Виробництво		N	0,03	<0,01	<0,01	N	N	<0,01
5.	Розподіл		0,01	0,18	<0,01	ПРО,0М	<0,01	<0,01	N
6.	Споживання		2,20	1,50	<0,01	0,20			<0,01
	Усього		2,24	1,85	<0,01	0,23	0,02	<0,01	<0,01

N - не вимірялося

Таблиця 1.22

Таблиця 2.20 – Оцінка емісійного ланцюга витягу метанолу із природного газу [45]

 

 

 

 

п/п	Емісія [г/квт'ч] Тест R49 13-східчастий	Компоненти газів, що відробили
з2	З	NO,	SO,	НС	сн,	N20	РМ
1.	Витяг
2.	Переробка		0,03	0,15	<0,01	0,02	0,02	<0,01	N
3.	Транспорт
4.	Виробництво		N	0,03	<0,01	<0,01	N	N	<0,01
5.	Розподіл		0,01	0,22	<0,01	0,01	<0,01	<0,01	N
6.	Споживання		0,20	4,00	<0,01	0,30	N	N	0,05
Усього		0,24	4,45	<0,01	0,33	<0,01	<0,01	0,05

N - не вимірялося

 

Процес одержання метанолу схожий на процес одержання DME і це підтверджено результатами проведеного аналізу. Рівень емісії в кінцевій фазі застосування для метанолу вище, ніж для DME і це є основним розходженням між цими двома паливами.

У російських роботах під життєвим циклом розуміється період часу, протягом якого автомобіль виникає (проект), виготовляється, включаючи одержання конструкційних матеріалів, робить транспортну роботу, проходить обслуговування й ремонти, витрачає експлуатаційні матеріали й, нарешті, списується й утилізується. На протяг цього часу автомобіль взаємодіє з навколишнім середовищем. Сукупний ефект цієї взаємодії залежить від дуже великої кількості факторів, але судження про доцільність конструктивного рішення, розробленої технології виробництва або вибору експлуатаційних матеріалів можна винести тільки лише по сукупному ефекті екологічного впливу на навколишнє середовище.

Аналіз емісійних ланцюгів газів, що відробили, DME і метанолу, витягнутих з біомаси

Метанол можна одержати шляхом газифікації біомаси, і першим етапом у даному процесі є витяг синтетичного газу. Після переробки виходить необхідне співвідношення водню з вуглецем, із чого треба, що важливим є хімічний склад біомаси. Життєвий цикл біомаси починається від вирощування й збирання сировини для палива.

Припускаємо, що в процесі виробництва метанолу з деревини, вона привезена з лісу на переробний завод вантажними автомобілями, що живлять дизельним паливом й оснащеними нейтралізаторами.

Кисень, необхідний для виробництва метанолу, на заводі споживається прямо з навколишнього середовища. На заводі, що робить метанол або DME, деревину сушать, газифікують за допомогою кисню й водяної пари, одержуючи синтетичний газ, що переробляється далі в метанол або DME. Рафіноване паливо автоцистернами транспортується на автозаправні станції, схожі на ті, на яких автомобілі заправляється дизельним паливом.

Технологія виробництва метанолу й DME

Процес виробництва метанолу із синтетичного газу освоєний у достатньому ступені, однак виникають технічні проблеми при газифікації біомаси.

У випадку дизельного палива, сама більша емісія в досліджуваній системі має місце у фазі кінцевого його споживання.

Застосування DME як паливо значно знижує шкідливий вплив газів, що випускають, на навколишнє середовище; деякі альтернативні палива мають аналогічні позитивні властивості. Більше високий зміст ІЗ послу згоряння DME знижується на 80-90% послу оснащення автомобіля нейтралізатором; а емісія НС є менш токсичної, чим у випадку харчування двигуна дизельним паливом

Проведено порівняння емісійних ланцюгів газів, що відробили, у процесах виробництва DME і метанолу з біомаси, метанолу із природного газу й виробництва дизельного палива.

Сумарне подання про емісії продуктів згоряння в ланцюзі від джерела, до споживання дає табл. 1.23.

Таблиця 1.23

Таблиця 2.21 – Порівняння емісійних ланцюгів компонентів газів, що відробили, деяких палив, одержуваних з різної вихідної сировини [45]

 

 

№ п/п	Емісія [г/квт'ч] Тест R49 13-східчастий	Компоненти газів, що відробили
з2	З	NO,	SO,	НС	СН4	РМ
1.	DME із природного газу		2,24	1,85	<0,01	0,23	0,02	<0,01
2.	DME з біомаси		2,47	2,53	0,04	0,33	<0,01	<0,01
3.	Метанол із природного газу		0,24	4,45	<0,01	0,33	<0,01	0,05
4.	Метанол з біомаси		0,52	5,21	0,04	0,45	<0,01	0,05
5.	Дизельне паливо		0,85	7,10	0,42	0,321	0,20	0,10

Висновки

• Застосування альтернативних палив дозволяє забезпечити їхнє виробництво з місцевої сировини, що особливо важливо для ряду держав в аспекті політичному, екологічному й суспільному.

• Альтернативні палива забезпечують зниження емісії деяких токсичних складових газів, що відробили, у навколишнє середовище.

• Рослинні палива, знижуючи емісію З02 в атмосферу, ефективно впливають на явище парникового ефекту.

• CNG, LPG і метанол є природними паливами, найбільш конкурентноздатними стосовно углеводородным палив. CNG й LPG у цей час стають усе більше доступними. Вони, в основному, застосовуються для харчування легкових і вантажних автомобілів, оснащених дизельними двигунами. Слід зазначити, що останнім часом застосовуються електронні системи подачі палива, однак їхня вартість значно вище, ніж звичайних засобів конвертації двигунів для роботи на альтернативних паливах.

• Паливами CNG й LPG, у першу чергу, повинні харчуватися двигуни тих автомобілів, які експлуатуються в міських агломераціях, у яких у цей час концентрація токсичних складових газів, що відробили, є найвищою.

• Метанол й этанол варто вважати перспективними паливами для засобів транспорту.

• Електромобілі будуть більш широко застосовуватися тоді, коли наступить революційний технологічний перелом у виробництві акумуляторів і коли буде надлишок дешевої електроенергії.

• Водень - як найкраще паливо найближчим часом не знайде широкого застосування через проблеми, пов'язаних з його зберіганням на автомобілях і проблемами безпеки.