Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №11

Журнал «Домашняя лаборатория»

Дальнейшее своё развитие транспортные газогенераторы получили во Франции, Германии и Швеции. Эти страны не имели своих запасов нефти и после второй мировой войны испытывали острую нехватку топлива. Поэтому очень большое значение в послевоенные годы специалисты французской и шведской автомобильной промышленности придавали использованию газового топлива. Наиболее практичным представлялось использование машин не с запасом сжатого или сжиженного газа на борту, а с газогенераторной установкой для газификации органического сырья (дерева, угля, торфа). Организация сети газонаполнительных станций требовала значительных капиталовложений, а производство высокопрочных баллонов для сжатого газа требовало применения легированных сталей, которые в то время были дефицитны. Отсутствие необходимой производственной базы сделало эти причины решающими и поставило в центр внимания создание мобильных транспортных газогенераторов.

Рис. 8. Автомобиль ГАЗ-42

с газогенератором.

Рис. 9. Урал-ЗиС 354. Наиболее известный советский газогенераторный автомобиль.

Забавно то, что автомобили и тракторы с транспортными газогенераторами до сих пор используются, хотя и являются редкостью. Есть самоделки, но в ходу и промышленно выпускаемые образцы газогенераторов.

Рис. 10. Современный газогенераторный грузовой автомобиль (Франция, 2005 г.)

Рис. 10. Прицепная газогенераторная установка типа «Имберт» фирмы VOLVO (Швеция, 2002 г.)

Несомненно, что с настройкой газогенератора на нужный выход придется повозится. Впрочем, управляющих параметров немного — это поток воздуха и его влажность. Необязательно сразу строить большой аппарат, для прикидочных экспериментов, можно сделать небольшой, такой как показанный на следующей фотографии.

Рис. 11. Мотовелосипед с самодельным газогенератором!!!

Что дальше? Дальше было бы неплохо провести синтез ФИШЕРА-ТРОПША. К сожалению, мне не удалось найти в Интернет готовую мини-технологию по конверсии генераторного (пиролизного) газа в жидкое топливо. Это не значит, что ее нет. Просто встретить «не пришлось». Нашлась технология по выработке метилового спирта из метана. Ранее уже упоминалось, что пиролизный газ содержит, как метан, так и уже готовые компоненты синтез-газа: водород и окись углерода. Выход же продуктов синтеза зависит, от применяемого катализатора, температуры, давления и соотношения водорода к окиси углерода. Можно попробовать самостоятельно состыковать процесс получения генераторного газа с процессом получения метанола.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА

По материалам автора-изобретателя Г.Вакса.

МЕТАНОЛ

Для улучшения антидетонационных свойств метанол стали использовать с 80-х годов прошлого века — в качестве 15 %-й добавки к бензинам низких сортов.

Краткие сведения о метаноле.

Метанол, метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, СН₃ОН — простейший алифатический спирт, бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим запах этилового спирта. Температура кипения +64,5 °C, температура замерзания — 97,8 °C, плотность — 792 г/л. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 6,7-36 % по объему. Октановое число больше 110. Температура воспламенения 467 °C, Теплота сгорания 24000 кдж/кг — меньше, чем у бензина (44000 кдж/кг), поэтому расход метанола (в литрах) будет выше примерно в два раза. Как топливо применяется в гоночных машинах, например в "Формуле-1".

МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ смешивается в любых концентрациях с водой, органическими растворителями и ЯДОВИТ, выпитые 30 миллилитров метанола могут быть СМЕРТЕЛЬНЫ, если не принять срочных мер! Пары также ядовиты!

Традиционно метанол получали возгонкой древесины. Но более перспективен способ получения метанола — из природного газа. В дальнейшем по мере совершенствования этой технологии возможны и другие источники сырья, например биомасса (навоз). Промышленные способы получения метилового спирта пока недостаточно эффективны для использования метанола в качества топлива, но в ближайшие десятилетия цена на нефть будет только подниматься и ситуация может изменится в пользу спиртового топлива (особенно при использовании автомобилей на топливных ячейках). Природный газ, как известно, почти на 100 % состоит из метана — СН₄. Ни в коем случае не надо его путать с баллонным газом пропанбутаном, последний является продуктом крекинга нефти и используется напрямую в качестве автомобильного топлива. Впрочем, это и делают многие автомобилисты, устанавливая соответствующее оборудование. А при использовании метанола никакого дополнительного оборудования не требуется. Используя метанол в качестве топлива, как можно существенно повысить мощность двигателя. Это достигается увеличением диаметра главных жиклеров или уменьшением количества

воздуха в топливной смеси.

Итак, о химии процесса получения метанола из природного газа.

Метан при неполном окислении превращается в окись углерода и водорода, реакция эта выглядит следующим образом:

2СН₄ + О₂ —> 2СО + 4Н₂+ 16,1 ккал.

Более простой технологически способ проходит по реакции конверсии метана с водяным паром:

СН₄ + Н₂О —> СО + 3Н₂ — 49 ккал.

В первом уравнении стоит +16,1 ккал. Это означает, что реакция идет с выделением тепла. Во втором — с поглощением. Тем не менее, мы остановимся на втором способе получения окиси углерода и водорода. При наличии этих двух компонентов уже можно напрямую синтезировать метанол. Реакция идет по следующей формуле:

СО + 2Н₂ <=> СН_ЗОН.

Сложность в том, что конечный продукт получается лишь при высоком давлении и высокой температуре (Р > 20 атм., Т = 350 градусов), но при наличии катализатора этот процесс смещается вправо и при низком давлении. Полученный метанол выводится из реакции охлаждением до конденсации, а не сконденсировавшие газы будем сжигать. При правильном сжигании остатков водорода и СО никаких вредных веществ не выделяется (отходы СО₂ и Н₂О — безвредны), так что никаких вытяжных устройств не требуется. Дальше метанол заливается через трубку, обязательно с герметизацией (!), в канистру. Как видите, химический процесс очень прост, он основывается на двух реакциях. Сложности есть только технологические и по мерам безопасности. Мы ведь имеем здесь дело с сильно горючими и ядовитыми веществами. Нужно опасаться как взрыва, так и утечки этих газов. Поэтому — необходимо строжайше соблюдать технологию и правила обращения, которые мы будем описывать. Для сборки установки нужно будет приобрести: лист нержавеющей стали (1 мм), трубку из "нержавейки" бесшовную, наружным диаметром 6–8 мм, толщиной стенок не менее 1 мм и длиной около 2 метров, компрессор от любого бытового холодильника (можно со свалок, но рабочий). Ну, и само собой разумеется, нужна будет аргоновая электросварка.

ТЕПЛООБМЕННИКИ

Теплообменники обычно состоят из трубок, окруженных охлаждающей средой. В обиходе их называют "змеевиками". Для жидкостей, теплопроводность которых велика, такой теплообменник может быть приемлем. Но с газами ситуация совершенно другая. Дело в том, что на небольших скоростях поток газа движется ламинарно и практически не обменивается теплом с окружающей средой. Посмотрите на дымок, поднимающийся от горящей сигареты. Эта стройная струйка дыма и есть ламинарный поток. Сам факт, что дымок поднимается вверх, говорит о его высокой температуре. А то, что он остается цельным прутком примерно на высоту до 20 сантиметров подъема, свидетельствует о сохранении им тепла. То есть на этом расстоянии даже при совсем малых скоростях поток газа не успевает охладиться, обменяться теплом с воздухом. Именно вследствие ламинарности потока газовые теплообменники приходится конструировать громоздкими. Внутри их трубок появляются "сквозняки", которые даже на десятках метров практически не дают теплообмена. Это хорошо известно тем, кто когда-либо гнал самогон. (Всякий опыт полезен!) Длинная, интенсивно охлаждаемая трубка, из неё вытекает конденсат, но при этом обязательно идет и пар. Значит, теплообмен недостаточно эффективен. Проблема, однако, имеет решение, и оно может быть несложным. Наполнить трубку, например, медным порошком (см. рис. 1). Для производительности 10 л/час теплообменник может быть длиной 600 мм, а для 3 л/час должно хватить и 200 мм, высота h — 20 мм. Размеры частиц могут варьироваться, оптимум где-то в пределах 0,5–1 мм. Учитывая задачи теплообмена, материалом корпуса могут быть и железо, и медь, и алюминий, материалом набивки — медь, алюминий, — что найдется.

Тогда вокруг каждой частички металла струйка газа будет образовывать завихрения. Тем самым сразу ликвидируются сквозняки, и поток становится турбулентным. Ну и одновременно увеличивается в огромной степени контакт газа с охлаждаемой поверхностью. Набитый в трубку порошок меди постоянно принимает или отдает тепло стенкам, и поскольку теплопроводность меди примерно в 100 тысяч раз выше теплопроводности газа, то газ сравнительно быстро примет температуру стенок, если мы будем их интенсивно охлаждать. Нужно учесть, что с уменьшением размеров частиц и увеличением их количества растет также и сопротивление газовому потоку. Поэтому вряд ли удастся использовать для теплообменника частицы мельче 0,5–1 мм. Проточную охлаждающую воду, конечно, целесообразно пропускать навстречу потоку газа. Это дает возможность в каждый точке теплообменника иметь свою определенную температуру. Поскольку тепловой контакт у нас близок к идеальному, температура на выходе конденсируемой жидкости будет равна температуре охлаждающей жидкости. Вот каков по идее обсуждаемый здесь теплообменник. Приведенный эскиз есть не что иное, как дистиллятор, он же самогонный аппарат, он же теплообменник. Производительность такого дистиллятора прикидочно 10 литров в час.