Интересные факты о молекулах. Диметиловый эфир интересные факты


Диметиловый эфир - Альтернативная энергетика

Мировая промышленность в 21 столетии начала развитие быстрыми темпами. Этому способствовали ряд научных открытий, новые эффективные методики производства альтернативных топлив, улучшение качества биосырья. Способствовало еще и то, что уменьшающиеся быстрым темпом мировые запасы природных ресурсов из которых производят традиционное топливо, а также плохое состояние всей экологии планеты. Производство диметилового эфира одно из более перспективных направлений развития альтернативного топлива и сырья. Диметиловый эфир (другие названия древесный эфир, метиловый эфир) имеет химическую формулу Н3С-О-СН3. Он относится к простым эфирам с характерным для эфиров запахом, он бесцветный. Диметиловый эфир имеет большую область применения. Впервые он начал использоваться в 20 веке как пропилен в аэрозольных баллонах. Сегодня он широко используется в области топлив для моторов. В этой области его используют как самостоятельное топливо для дизельных двигателей и как компонент топлива.Диметиловый эфир производят из синтез–газа. На сегодняшний день стало приоритетным производство синтез–газа из органического сырья. Таким органическим сырьем может быть уголь, который газифицируют непосредственно под землей, и переработка твердых и жидких бытовых отходов методом конверсии и тоже газификации.

Технология производства диметилового эфира реализуется конверсией синтез–газа двумя методами:– Классический синтез, состоящий из двух фаз путем каталитической дегидратации метанола. Весь процесс проходит в низком температурном режиме(260–300ºС) при давлении 5–10 МПа, с использованием оксида алюминия и других катализаторов дегидратации.– Прямой синтез. Этот процесс происходит, наоборот, в одном реакционном пространстве, порождая большое количество тепловой энергии. Поэтому в целях безопасности и работоспособности аппарата тепло постоянно нужно отводить от аппаратуры. Рабочая температура в диапазоне 240–280º C, при рабочем давлении 3–10 МПа. Этот прямой процесс синтеза диметилового эфира из синтез–газа стал возможным только тогда когда были разработаны специальные катализаторы. Прямой синтез имеет преимущество в том, что конверсия синтез–газа здесь значительно эффективнее (до 90% против 10–15). Этот метод не предполагает проводить многократное возвращение газа через катализатор. При всех существующих преимуществах этот метод получения диметилового эфира из синтез–газа довольно сложный. Чтобы он получил широкое коммерческое применение, нужно в процессе производства оптимизировать термодинамическую составляющую, а также не оставлять без внимания вопрос энергосбережения и экологии. Тем не менее, проектируемые производства прямого синтеза диметилового эфира экономически более выгодны, поскольку требуют меньших эксплуатационных и капитальных затрат.

Диметиловый эфир имеет хорошее будущее, так как он экологичный, за счет того что при сгорании в окружающую среду не происходит выбросов серы и других вредных веществ. Диметиловый дизель имеет большее цетановое число (>55), чем у обычного дизеля. Из–за содержания кислорода в своем составе имеет большую окислительную способность, чем у обычного топлива.

ru.alternative-energy.com.ua

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

Интересные факты о молекулах

Молекула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles - масса) , наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекула состоит из атомов, точнее - из атомных ядер, окружающих их внутренних электронов и внешних валентных электронов, образующих химические связи (см. Валентность) . Внутренние электроны атомов обычно не участвуют в образовании химических связей. Состав и строение молекул данного вещества не зависят от способа его получения. В случае одноатомных молекул (например, инертных газов) понятия молекулы и атома совпадают. Впервые понятие о молекулах было введено в химии в связи с необходимостью отличать молекулу как наименьшее количество вещества, вступающее в химические реакции, от атома как наименьшего количества данного элемента, входящего в состав молекулы (Международный конгресс в Карлсруэ, 1860). Основные закономерности строения молекул были установлены в результате исследования химических реакций, анализа и синтеза химических соединений, а также благодаря применению ряда физических методов. Атомы объединяются в молекулы в большинстве случаев химическими связями. Как правило, такая связь создаётся одной, двумя или тремя парами электронов, которыми владеют сообща два атома. Молекула может содержать положительно и отрицательно заряженные атомы, т. е. ионы; в этом случае реализуются электростатические взаимодействия. Помимо указанных, в молекулах существуют и более слабые взаимодействия между атомами. Между валентно не связанными атомами действуют силы отталкивания. Состав молекул выражают формулами химическими. Эмпирическая формула (например, С2Н6О для этилового спирта) устанавливается на основании атомного соотношения содержащихся в веществе элементов, определяемого химическим анализом, и молекулярной массы. Развитие учения о структуре молекул неразрывно связано с успехами прежде всего органической химии. Теория строения органических соединений, созданная в 60-х гг. 19 в. трудами А. М. Бутлерова, Ф. А. Кекуле, А. С. Купера и др., позволила представить строение молекул структурными формулами или формулами строения, выражающими последовательность валентных химических связей в молекулах. При одной и той же эмпирической формуле могут существовать молекулы разного строения, обладающие различными свойствами (явление изомерии) . Таковы, например, этиловый спирт С5Н5ОН и диметиловый эфир (СН3) 2О. Структурные формулы этих соединений разнятся: В некоторых случаях изомерные молекулы быстро превращаются одна в другую и между ними устанавливается динамическое равновесие (см. Таутомерия) . В дальнейшем Я. Х. Вант-Гофф и независимо французский химик А. Ж. Ле Бель пришли к пониманию пространственного расположения атомов в молекуле и к объяснению явления стереоизомерии. А. Вернер (1893) распространил общие идеи теории строения на неорганические комплексные соединения. К началу 20 в. химия рас

iotvet.com