Перспективні напрямки застосування метанолу
ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМКИ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТАНОЛУ
В останні роки в світі намітилася тенденція активного розвитку нових напрямків використання метанолу. До них відноситься технологія виробництва олефінів з метанолу, яка знайшла найбільше поширення в Китаї, зважаючи на обмеженість запасів традиційних видів сировини на тлі високого попиту. Також зростає попит на паливо на базі метанолу (біодизель і ДМЕ).
Саме останній напрям використання може бути перспективним вУкаіни. У зв'язку з цим, розглянемо цю проблему більш детально.
Паливо на базі метанолу
В даний час розробляється безліч технологій, які передбачають використання метанолу в якості палива для прямого спалювання і для паливних елементів, а також для отримання бензину.
Можливі напрямки використання метанолу в цьому напрямку такі:
- добавка до бензинів,
- сировина для виробництва інших енергоносіїв.
Просування технології конвертації метанолу в бензин або інші продукти, одержувані в даний здебільшого з нафти, може істотно підняти попит на нього. Теоретично, метанол здатний замістити принаймні 90% палива, використовуваного в дизельних установках на вантажівках, в залізничних локомотивах і кораблях. Він також є оптимальним паливом для гоночних автомобілів, оскільки головні вимоги до такого палива - енергоємність, продуктивність і безпеку. Абсолютними лідерами в області розвитку цього напрямку використання метанолу є США і Європа. Розглянемо перспективи використання метанолу в цій області вУкаіни.
Порівняння фізико-хімічних властивостей метанолу і бензинів
Метанол як моторне паливо має високу октанове число і низьку пожежонебезпека. На даний момент найбільшого поширення цей вид палива отримав в США. Вже багато років тут випускається найбільш поширена марка М-85 (85% суміш з бензином), а також М-100 (чистий метанол).
Питанням використання метанолу в якості палива в нашій країні приділяється підвищена увага ще з часів Л.А. Кастандова, який спеціально для вивчення цієї проблеми створив самостійний інститут «ГосНІІметанолпроект». Однак при використанні метанолу в якості палива виникає ряд проблем технічного характеру, пов'язаних з істотними відмінностями властивостей метанолу і бензинів.
Теплота згоряння метанолу в 2,24 рази менше, ніж у бензину. Метанол має більш високу приховану теплоту випаровування, низьку пружність пари, низьку температуру кипіння, підвищену гігроскопічність і підвищену схильність до утворення з деякими складовими бензину азеотропних сумішей, а також підвищену схильність до калильному спалюванню.
Крім цього, метанол має підвищеної корозійної агресивністю до металів і деяким пластмасам. Пари метанолу більш токсична парів бензину і викликають сильні отруєння при попаданні в організм людини, сліпоту і навіть летальний результат.
Таким чином, використання чистого метанолу в якості палива (паливо М-100) для двигунів внутрішнього згоряння вимагає суттєвої реконструкції двигуна транспортного засобу і обережності в поводженні.
Як позитивних властивостей метанолу можна вказати його високу детонаційну стійкість і більш високі швидкості згоряння топлівовоздушних сумішей. При цьому низька теплота згоряння не знижує потужних показників двигуна, так як їх визначальним фактором є не теплота згоряння палива, а теплота згоряння одиниці маси топлівообразующей суміші, яка у метаноловоздушних сумішей на 3-5% вище, ніж у бензинів. Варто сказати, що при цьому і метанолу потрібно в 2,3 рази більше.
Висока прихована теплота випаровування метанолу (в 3,66 рази вище, ніж у бензину) надає якісне вплив на процес сумішоутворення. В першу чергу, цей факт є причиною гірших пускових якостей холодного двигуна при низьких температурах. З іншого боку, це властивість метанолу веде до зменшення теплонапряженности деталей двигуна і збільшення вагового наповнення циліндрів свіжим зарядом, що сприяє збільшенню потужності двигуна.
Крім усього іншого, при використанні метанолу істотно нижче забруднення атмосфери, нижче нагарообразование на робочих поверхнях камери згоряння і менше закоксованность деталей циліндропоршневої групи.
Рівень викидів шкідливих речовин, при використанні в якості палива бензину, М-85 і М-100
Для використання метанолу в якості палива необхідно, щоб ціни на нього були прийнятні. Зараз на внутрішньому і світовому ринку спостерігаються вкрай високі ціни на метанол. Це не сприяє широкому його застосуванню в цій області.
Метанольні паливні елементи
Паливний елемент - це елемент, в якому окислювально-відновна реакція підтримується безперервною подачею реагентів (палива, напр. Водню, і окислювача, напр. Кисню) зі спеціальних резервуарів. Найважливіша складова частина електрохімічного генератора, що забезпечує пряме перетворення хімічної енергії в електричну. У метанольних паливних елементах паливом є метанол або розчин метанолу.
В останні роки паливні елементи отримали широкий розвиток в усьому світі. На сьогоднішній день існує величезна кількість систем, що базуються на різних технологіях. Однією з найпоширеніших технологій є DMFC (Direct methanol fuel cell) - технологія, заснована на прямому окисленні метанолу.
Крім цієї технології широко застосовуються PEMFC (Proton exchange membrane fuel cell) технологія і SOFC (Solid oxide fuel cell).
Одна з перших систем метанольних паливних елементів, Varta 140 W (1967 рік)
Розробкою метанольних паливних елементів зараз займаються кілька десятків компаній, серед яких Methanex, Statoil, Duracell, Hitachi, Toshiba, Samsung і ін. Таким чином, розробляються метанольні паливні елементи як для портативної техніки, так і для двигунів автомобілів. І там, і там досягнуті серйозні успіхи.
З одного боку, єдиним продуктом реакції метанолу з повітрям є вода. Найпозитивніший з точки зору екології факт. З іншого боку, виникає питання, де взяти таку кількість метанолу. Наприклад, при 10% -му впровадженні метанолу на Каліфорнійському ринку для забезпечення потреби необхідна безперервна робота 4-х великих заводів потужністю 2,5 тис. Тонн на добу 1. Таким чином, значимого застосування метанолу для транспорту чекати доведеться ще довго. При цьому ціна метанолу не сприяє його широті його використання.
1 Fitzpatrick T. Вплив нових технологій на собівартість отримання синтетичного метанолу. IMTOF-99, Denver, Colorado, USA
В даний час велика увага приділяється ДМЕ як перспективному моторного палива, палива для побутових потреб, сировини для теплоелектростанцій і т.д. Основною його перевагою є екологічність - при використанні ефіру, викиди в екологію шкідливих речовин знижується мінімум в 1,5 рази. ДМЕ зараз всерйоз розглядається як альтернатива дизельному паливу.
Технології виробництва ДМЕ освоєні вже давно. У СНД розробником цих технологій є НДІ «Хімтехнологія». На даний момент диметиловий ефір вУкаіни випускає всього одне підприємство - Новомосковський хімічний завод, в Москві встановлена тільки одна заправка, здатна заправляти ефіром, вона розташована на території філії «Західний» ГУП «Мосавтохолод». Але по ходу втілення в життя програми з переведення громадського та вантажного транспорту на використання ДМЕ як палива, ситуація зміниться.
ДМЕ вже на раз проходив випробування в якості моторного палива, підтверджуючи тим самим, доцільність такого його використання. Застосування ДМЕ в якості моторного палива дозволяє різко знизити рівень шуму, виключити викиди сажі і знизити викиди оксидів азоту.
Однак значна різниця у властивостях ДМЕ і дизельного палива (ДТ) викликає ряд специфічних проблем. Наприклад, з урахуванням більш низької щільності і теплотворної здатності для збереження потужності дизеля необхідні в 1,7-1,9 рази більші об'ємні циклові подачі. При проектуванні паливного насоса високого тиску доводиться враховувати, що в силу значно більшої стисливості ДМЕ необхідно збільшувати запас по об'ємної продуктивності на номінальному режимі в 2,4-2,7 рази і т.д.
Уже не раз проводилися випробування цього продукту, які показали хороші результати щодо технічних характеристик двигунів і низькою емісії диму. Діметоксіметан покращує здатність, що змазує дизельного палива і повністю змішується з цим паливом при всіх температурах.
Він виготовляється шляхом метоксилювання формальдегіду метанолом. Ця речовина є чудовим окислювачем дизельного палива, і його використання може стати одним з варіантів зменшення утворення диму від спалювання дизельного палива.
Можливості застосування метанолу в харчовій промисловості
Відомі процеси, в яких метанол застосовується в якості сировини для продуктів, пов'язаних з харчовою промисловістю. Зокрема, багатьом відома можливість його використання для синтезу протеїну (білково-вітамінного концентрату).
Цей процес був вперше освоєний в промисловому масштабі компанією «ICI» на початку 80-х років. Була досягнута потужність, рівна 50 тис. Тонн / рік. Однак отриманий протеїн не зміг конкурувати за ціною з соєвим білком, ціна на який завжди була невисокою.
Незабаром чекати скільки б то не було серйозного використання метанолу в цій сфері не доводиться. Ціна на метанол залишається високою, і вона, швидше за все, такий збережеться в найближчому майбутньому. Однак в разі різкого падіння попиту в традиційних для метанолу областях (або перевиробництва метанолу), харчова промисловість теоретично зможе стати однією з серйозних областей споживання метанолу.
Існують також варіанти застосування метанолу, що складаються в конденсації формальдегіду в цукор, що каталізує щелночноземельнимі металами. Однак продукт реакції є сумішшю оптичних ізомерів, з яких окремі є токсичними. Ця проблема може бути вирішувана з великими труднощами. Крім того, поки немає способів досягнення великих обсягів бажаних цукрів, як глюкоза. У зв'язку з цим усім, отримання цукру в промисловому обсязі з формальдегіду незабаром чекати також не доводиться.
У будь-якому випадку, давно освоєні технології реконструкції установок виробництв метанолу в установки для виробництва аміаку (в тому числі в СНД). Тому, в разі перевиробництва метанолу або різкому погіршенні ринкової кон'юнктури вони можуть бути застосовані.
C поточною ситуацією і прогнозом розвитку українського ринку метанолу можна познайомитися в звіті Академії кон'юнктури Промислових Ринків «Ринок метанолу вУкаіни».