Paliwa silnikowe

Spalanie

Reakcja utleniania egzoenergetyczna, w której wyniku szybkość
wywiązywania ciepła w ustalonych warunkach otoczenia
powoduje promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości
w zakresie promieniowania widzialnego o natężeniu uznanym za
umowną granice świecenia.

2

Paliwa silnikowe

Konwencjonalne.

Niekonwencjonalne (alternatywne).

Paliwa silnikowe konwencjonalne

Paliwa silnikowe konwencjonalne

– paliwa węglowodorowe

pochodzące z przeróbki ropy naftowej: benzyny silnikowe i oleje
napędowe.

Paliwa silnikowe niekonwencjonalne (alternatywne)

Paliwa silnikowe niekonwencjonalne

– paliwa węglowodorowe

i inne, pochodzące z przeróbki ropy naftowej i innych zasobów
mineralnych, pochodzące z przeróbki surowców biologicznych
oraz tzw. syntetyczne i inne.

3

Paliwa silnikowe zastępcze

Paliwa silnikowe zastępcze – paliwa alternatywne, stanowiące
paliwa zastępcze benzyny silnikowej do silników o zapłonie
iskrowym lub oleju napędowego do silników o zapłonie
samoczynnym. Paliwa zastępcze są zamiennikami benzyny
silnikowej lub oleju napędowego.

4

Paliwa niekonwencjonalne

Paliwa stałe

Paliwa ciekłe

Paliwa gazowe

Paliwa

węglowodorowe

Paliwa

niewęglowodorowe

Pył węglowy

Gaz ziemny:

CNG

LNG

Biogaz

Gaz

ropopochodny

LPG

LNG

Wodór

Gaz generatorowy

Gaz świetlny

Gaz wodny

Alkohole

Etery

Oleje roślinne

Estry olejów roślinnych

Paliwa syntetyczne:

Amoniak

Eter dimetylowy DME

Benzyna syntetyczna

5

Spalanie paliw węglowodorowych

O

H

2

m

CO

n

O

)

4

m

n

(

H

C

2

2

2

m

n

+

→



+

+

Spalanie paliw zawierających węgiel, wodór i tlen

O

H

2

m

CO

n

O

)

2

r

4

m

n

(

O

H

C

2

2

2

r

m

n

+

→



−

+

+

Przeciętny skład masowy benzyn silnikowych i olejów
napędowych:

15% H

2

85% C

6

0

20

40

60

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

n/m

c

sp

[

M

J/

k

g

]

Zależność ciepła spalania węglowodorów C

n

H

m

od stosunku liczb atomów

węgla i wodoru w cząsteczce

7

0

0,5

1

1,5

2

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

n/m

n

/c

m

[

m

o

l/

M

J]

Zale

żność ilości powstającego w wyniku spalania węglowodoru C

n

H

m

dwutlenku w

ęgla względem liczby cząsteczek węglowodoru oraz jego

molowego ciepła spalania od stosunku liczb atomów w

ęgla i wodoru

w cz

ąsteczce węglowodoru

8

Wymagania stawiane paliwom ze względu na ochronę
ś

rodowiska:

1. Zapewnienie silnikom jak największej sprawności ogólnej

w celu ochrony zasobów naturalnych i ograniczenia
globalnych emisji spowodowanych spalaniem paliw –
stosowania paliw o jak największej wartości opałowej.

2. Stosowanie paliw, umożliwiających zmniejszenie emisji

substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska.

Minimalizacja udziału w paliwach zanieczyszczeń i dodatków,
sprzyjających emisji substancji szkodliwych dla środowiska.

Odnawialność paliw, umożliwiająca cyrkulację węgla
w niewielkiej skali czasu.

9

3. Wymagania bezpieczeństwa użytkowania środków transportu

i silników.

Biodegradowalność paliw.

4. Zapewnienie silnikom dostatecznej trwałości – ograniczenie

powstawania produktów zużycia oraz produktów
odpadowych obsługi środków transportu.

5. Wytwarzanie i dystrybucja paliw powinny zapewnić jak

najmniejszą degradację środowiska.

10

Podstawowe problemy stosowania paliw silnikowych:

1. Ograniczenie emisji substancji szczególnie szkodliwych dla

środowiska, m.in. przez:

ograniczenie zawartości węglowodorów aromatycznych,

odpowiednie komponowanie paliw.

2. Ograniczenie zanieczyszczeń i dodatków, sprzyjających emisji

substancji szkodliwych dla środowiska, m.in.: związków
ołowiu (benzyny) i siarki (oleje napędowe i benzyny).

3. Spełnieniem przez paliwa innych funkcji niezbędnych

w eksploatacji silników przez zapewnienie odpowiednich
właściwości fizyko–chemicznych, m.in. przeciwkorozyjnych,
myjących, oddziałujących na przebieg procesów spalania itp.

11

Benzyny silnikowe

Benzyna silnikowa – mieszanina węglowodorów i innych
związków organicznych o temperaturze wrzenia (40 ÷ 200) ºC.

Tendencje:

Ograniczanie zawartości ołowiu do

0,013 g/dm

3

w dystrybucji.

0,005 g/dm

3

u producenta.

Ograniczenie zawartości siarki – ze względu na trwałość

i skuteczność reaktorów katalitycznych.

Ograniczanie zawartości węglowodorów aromatycznych

do 30%, w tym benzenu do 1%.

Zwiększanie zawartości izoalkanów – benzyny

reformowane.

12

Stosowanie dodatków zawierających tlen:

– Alkohole.

– Etery:

•

eter metylo–tert–butylowy – MTBE,

•

eter etylo–tert–butylowy – ETBE.

13

Oleje napędowe

Olej napędowy

–

mieszanina węglowodorów (od C

11

H

24

do

C

18

H

28

) i innych związków organicznych o temperaturze

wrzenia (150 ÷ 350) ºC.

Tendencje:

Ograniczenie zawartości siarki poniżej 50 ppm (w oleju

City Diesel 10 ppm = 0,001%).

Zmniejszenie gęstości i lepkości.

Zwiększanie liczby cetanowej.

Zmniejszenie zawartości węglowodorów aromatycznych.

Obniżenie temperatury końca destylacji.

14

Stosowanie dodatków zawierających tlen:

– Alkohole.

– Etery:

•

eter metylo–tert–butylowy – MTBE,

•

eter etylo–tert–butylowy – ETBE.

– Estry wyższych kwasów karboksylowych

(tłuszczowych).

15

Gazowe paliwa węglowodorowe

Skroplony gaz ziemny LNG (liquefied natural gas) –

przechowywany w temperaturze – 162 ºC i pod ciśnieniem
atmosferycznym.

Sprężony gaz ziemny CNG (compressed natural gas) –

przechowywany w temperaturze otoczenia i pod ciśnieniem
(16 ÷

÷

÷

÷ 25) MPa.

Skroplony gaz ropopochodny - mieszanina skroplonych

gazów, przede wszystkim: propanu i butanu LPG (liquefied
petroleum gas) – przechowywany w temperaturze otoczenia
i pod ciśnieniem (0,3 ÷

÷

÷

÷ 0,5) MPa.

16

Paliwa niekonwencjonalne (alternatywne)

Wodór.

Alkohole (metanol, etanol i wyższe alkohole) oraz ich

pochodne.

Oleje roślinne i ich pochodne, przede wszystkim estry

metylowe i etylowe.

Inne paliwa tzw. syntetyczne, takie jak: amoniak, eter

dimetylowy (DME), furany.

17

Wodór

Zasoby wodoru we wszechświecie – 90% masy
wszechświata!

Najpoważniejsze problemy:

Otrzymywanie wodoru na skalę przemysłową – ogniwa

fotoelektryczne o dostatecznie dużej sprawności.

Przechowywanie wodoru w pojeździe.

Przechowywanie wodoru w pojeździe:

W stanie gazowym sprężony wodór pod ciśnieniem 55 MPa

i w temperaturze otoczenia.

W stanie skroplonym pod ciśnieniem zbliżonym do

atmosferycznego w temperaturze – 253 °°°°C.

W postaci związków chemicznych z metalami (wodorków).

W postaci zaabsorbowanej na polimerach.

18

Wodór do silników ZI

Emisje drogowe w badaniach pojazdu z silnikiem zasilanym
wodorem niższe niż przy zasilaniu benzyną:

Emisja tlenku węgla o 97%.

Emisja węglowodorów o 99%.

Emisja tlenków azotu o 32%.

Zastosowanie wodoru w ogniwach paliwowych.

19

Postulat odnawialności paliw, tzn. skrócenia o wiele
rzędów wielkości czasu cyrkulacji nośników energii
(z poziomu milionów lat do kilku lat).

Podstawowe paliwa odnawialne:

Paliwa roślinne:

Alkohole (metanol, etanol, propanole, butanole i inne).

Wyższe kwasy karboksylowe (oleje roślinne) i ich pochodne
(przede wszystkim estry); estry olejów: rzepakowego
(RME, RŐME), palmowego (PME, PŐME), kokosowego,
słonecznikowego (SME).

Biogaz – pochodzący z procesów beztlenowego rozkładu

związków organicznych zawartych w biomasie.

20

Ekologiczne skutki zastosowania estrów olejów roślinnych
(jako paliw samoistnych oraz dodatków do paliw
konwencjonalnych):

Nieznaczne zmniejszenie emisji tlenku węgla

i węglowodorów.

Zwiększenie emisji tlenków azotu.

Zmniejszenie emisji cząstek stałych.

Zwiększenie emisji aldehydów.

Zmniejszenie emisji związków siarki.

Ograniczenie emisji dwutlenku węgla kopalnego

w zamkniętym cyklu powstawania i eksploatacji paliw.

Dobra biodegradowalność paliwa.

21

Ekologiczne skutki zastosowania bioetanolu (jako paliw
samoistnych oraz dodatków do paliw konwencjonalnych):

Znaczne zmniejszenie emisji tlenku węgla

i węglowodorów.

Zmniejszenie emisji tlenków azotu.

Znaczne zmniejszenie emisji cząstek stałych.

Zwiększenie emisji aldehydów.

Zmniejszenie emisji związków siarki.

Ograniczenie emisji dwutlenku węgla kopalnego

w zamkniętym cyklu powstawania i eksploatacji paliw.

Dobra biodegradowalność paliwa.