CC BY
67Бортовой генератор синтез-газа для ДВС с искровым зажиганием
С.Ф. Перетрухин,
главный конструктор, директор научно-производственного комплекса РФЯЦ ВНИИЭФ, к.т.н., О.Ф. Бризицкий,
заместитель главного конструктора РФЯЦ ВНИИЭФ,
B.А. Кириллов,
заведующий лабораторией Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, д.т.н., Н.А. Кузин,
старший научный сотрудник Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, к.х.н.,
C.И. Козлов,
главный научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ», д.т.н.
Приведен обзор современного состояния перспектив применения обедненных топливовоздушных смесей с добавками водорода и синтез-газа для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Сделано сравнение различных вариантов хранения водорода на борту транспортных средств. Приведены результаты испытания автомобиля, работающего на природном газе с добавками синтез-газа, в стендовых условиях, на беговых барабанах и в дорожных условиях. Дана оценка перспектив применения разрабатываемой технологии для создания энергоэффективных экологически чистых двигателей.
Ключевые слова: бортовой генератор, синтез-газ, углеводородные топлива, природный газ, эмиссия, автомобиль, стендовые и дорожные испытания.
On-board synthesis gas generator for spark vehicle applications
S.F. Peretruchin, O.F. Brizitski, V.A. Kirillov, N.A. Kuzin, S.I. Kozlov
An overview of the current status and perspectives of lean fuel-air mixtures enriched with hydrogen or synthesis gas additives for internal combustion engine (ICE) applications is presented. Comparative analysis of on-board hydrogen supply systems (cylinder, liquefied, generated from borohydrides or by water electrolysis) is performed. An approach based on air conversion of a part of primary fuel into synthesis gas and the use of the produced gas as an additive to primary fuel was proved most promising. For this purpose, a number of catalysts for natural gas (used as fuel) conversion to synthesis gas were developed. A compact under-cowling mounted synthesis gas generator was designed together with its control unit adjusted with ICE control system. A vehicle equipped with synthesis gas generator and fuelled by natural gas with synthesis gas additives was tested on bench, chassis dyno-rollers and road. Potentials of the proposed technology for the development of energy-efficient ecologically conscious engines are analyzed.
Keywords: on-board generator, synthesis gas, hydrocarbon fuel, natural gas, emission, vehicle, bench and road testing.
В настоящее время проблема снижения токсичности отработавших газов и выбросов двуокиси углерода транспортными двигателями [1] решается организацией в двигателях с искровым зажиганием послойного смесеобразования для работы на обедненных смесях (коэффициент избытка воздуха а > 1) и установкой в выпускной системе дорогостоящих трехкомпонентных катализаторов на основе платиноидов [2]. Надо отметить, что обеднение топливных смесей традиционными способами возможно для значений а < 1,25^1,35 из-за проблем обеспечения устойчивого зажигания топлива в двигателе, особенно на режимах малых нагрузок и холостого хода. В городском цикле движения именно на этих режимах автомобильные двигатели работают до 85 % времени [3]. Применение же каталитических нейтрализаторов отработавших газов далеко не самое рациональное решение, так как направлено на борьбу со следствиями принципиальных недостатков сжигания топлива в двигателях. Нейтрализаторы ухудшают показатели двигателя из-за увеличения противодавления на выпуске. Кроме того, установка каталитических систем увеличивает стоимость автомобиля примерно на 1 тыс. долл. США.
Устранение отмеченных недостатков организации рабочего процесса на бедных смесях в двигателях с искровым зажиганием возможно посредством использования, в частности, в качестве универсального энергоносителя для транспортных двигателей водорода. Однако его использование на транспорте предопределяет необходимость создания с нуля инфраструктуры по хранению, транспортировке, заправке водородом, а также эффективного его применения в энергетических установках транспортных машин, что потребует огромных капиталовложений. Например, потребности автотранспорта среднего города в водородном топливе оцениваются в 3^105 т/год (~ 33^109 нм3). Энергозатраты на производство такого количества водорода электролизом воды составят (1,3^1,6)^1010 кВт^ч, а требуемые мощности (около 2 млн кВт)
эквивалентны строительству 9-10 АЭС типа «Малахит» или двух ВВЭР-1000. При этом потребуются капиталовложения более 3 млрд долл. США. Эти огромные затраты очевидны, так как водород является вторичным энергоносителем, а не топливом, и использоваться он должен более рационально, чем природные энергоносители.
В настоящее время созданы экспериментальные бортовые системы хранения сжатого газообразного водорода при давлении до 35 МПа в бесшовных толстостенных баллонах с многослойными стенками из низкоуглеродистых нержавеющих сталей. Масса баллона достигает 33 кг на 1 кг водорода. Такие системы хранения обеспечивают автомобилю пробег около 200 км. Для увеличения запаса хода до 500 км необходимо повысить давление в баллонах до 70 МПа, что весьма проблематично, так как для обеспечения требований безопасности необходимо, чтобы баллон выдерживал ударное давление, по крайней мере, вдвое превышающее рабочее давление газа. Кроме того, даже самые современные баллонные системы с использованием композитных и стекловолоконных материалов имеют в сравнении со стандартной системой хранения на борту бензина в 2-3 раза большие массовые и габаритные показатели при меньшем запасе хранимого топлива.
При сжижении водорода его объем уменьшается в 700 раз. Но для хранения жидкого водорода требуется создать криогенные системы. Одной из проблем при создании криогенных систем хранения водорода в жидком состоянии является то, что в таком виде он находится в узком интервале температур: от точки кипения 20 К до точки замерзания 17 К. Если температура поднимается выше точки кипения, водород переходит из жидкого состояния в газообразное, ниже точки замерзания - переходит в твердое состояние.
Перспективы развития бортовых криогенных систем связываются с созданием легких композитных баллонов с массовым содержанием водорода до 8-10 %. Пока же технологии производства и эксплуатации
криогенных систем хранения водорода остаются весьма сложными и дорогостоящими.
Теоретически привлекательной кажется возможность создания систем хранения водорода на борту транспортной машины, основанных на адсорбции водорода гидридами металлов (магния, железотитановых сплавов и др.). Однако гидриды хранят водород с небольшой плотностью энергии на единицу массы, а процессы их заправки идут недопустимо медленно. Извлекают водород из гидрида методом гидролиза и термической диссоциации при температуре от 150 до 300 °С. Чтобы избежать больших затрат энергии, нужно добиться высвобождения водорода при температурах около 80 °С. Исследования в этой области только начинаются.
Следует обратить особое внимание на оценку массогабаритных и стоимостных показателей металло-гидридных систем хранения водорода. Массовое содержание доступного водорода в низкотемпературных металлогидридных средах составляет 1-2 %. Поэтому бортовая система хранения водорода для обеспечения хода на одной заправке в 500 км по массогабаритным показателям приближается к грузоподъемности автомобиля, а в контейнере для доставки водорода на АЗС массой 20 т будет содержаться не более 400 кг доступного водорода, что по теплоте сгорания эквивалентно 1,2 т бензина. Для транспортировки 1 т водорода потребуется контейнер, содержащий не менее 50 т поглощающего сплава, который с учетом массы системы теплообменников и конструкционных элементов будет весить около 75-100 т. Кроме того, стоимость только металлогидрида в таком контейнере составит 1,5-2,5 млн долл. США (стоимость поглощающих сплавов находится на уровне 30-50 долл./кг), а стоимость контейнера будет в 1,5-2 раза выше - 3-5 млн. долл. США!
Поскольку количество циклов зарядки-разрядки для современных сплавов-поглотителей до их деградации составляет приблизительно 103 на 1 т транспортируемого водорода, потери поглощающей способности эквивалентны стоимости примерно
50 кг сплава, то есть 1,5-2,5 тыс. долл. США. Это превышает стоимость 1 т водорода, полученного электролизом воды даже за счет электроэнергии АЭС. Очевидно, что затраты на транспортировку 1 т водорода в метал-логидридных контейнерах с учетом полных энергозатрат и амортизационных отчислений будут непомерно высокими, и практическая реализация теоретически привлекательной идеи в обозримом будущем нецелесообразна, хотя есть определенные перспективы, связанные с новыми поглотителями (фулерены, нанотруб-ки) с содержанием водорода более 10% [3].
Таким образом, существующие системы хранения водорода пока неприемлемы для широкого использования на транспорте. Проблемой остается также изменение свойств металла в водородной среде за счет насыщения его поверхностного слоя водородом и наступления так называемой водородной хрупкости.
Что же касается эффективного использования водорода в транспортных двигателях, то современные ДВС могут быть адаптированы для работы на водороде, а физико-химические свойства водородо-воздушных смесей позволяют организовать рабочий процесс двигателей на очень бедных смесях (а > 3), что существенно снизит выбросы оксидов азота. Первые работы в этой области были проведены еще в 70-80 гг. прошлого столетия.
В то же время конвертирование ДВС с искровым зажиганием для работы на водороде приводит к уменьшению эффективной мощности из-за снижения коэффициента наполнения, возникновению обратных вспышек на нагрузках, близких к максимальным, необходимости применять систему рециркуляции отработавших газов для подавления детонационных явлений в камере сгорания и др. Поэтому необходимо создавать специальные конструкции транспортных двигателей, в которых могут быть реализованы преимущества этого вида топлива. Например, увеличение степени сжатия, работа двигателя во всем диапазоне нагрузок на бедных смесях и, как следствие, снижение потерь на газообмен,
улучшение топливной экономичности и др.
Водород можно использовать и в современных транспортных двигателях в качестве улучшающей добавки к обычному углеводородному топливу, хотя и такое решение не является принципиально новым [4-6]. В этом случае доля водорода в топливной смеси составляет всего 5-10%. Такое количество водорода, а точнее синтез-газа (многокомпонентные гетерогенные продукты конверсии, основу которых составляют водород и монооксид углерода), можно вырабатывать на борту в специальном топливном процессоре методом парциального окисления основного топлива. Работы, проведенные в этом направлении РФЯЦ ВНИИЭФ и Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, показали, что использование синтез-газа, полученного на борту автомобиля, приводит к снижению выбросов СО и NOХ практически до уровня норм «Евро-4» без применения нейтрализаторов с одновременным увеличением КПД на 20-40 % на режимах малых нагрузок и холостом ходу. При этом наилучшие результаты получены при использовании в качестве основного топлива природного газа.
Аналогичные экспериментальные данные получены в США - на автомобиле с двигателем рабочим объемом 5,75 л, оснащенным генератором синтез-газа, расход бензина уменьшился на 26 % [7]. Однако разработка не нашла практического применения в связи с низким ресурсом катализаторов.
Для создания экономичных и экологически чистых двигателей за счет получения синтез-газа на борту транспортного средства и использования его в качестве добавки к основному топливу необходимо решить следующие основные задачи:
■ создать новые катализаторы конверсии углеводородных топлив в синтез-газ с ресурсом работы не менее 10 тыс. ч;
■ разработать интегрированные в конструкцию двигателя бортовые генераторы синтез-газа;
■ разработать комплексную микропроцессорную систему управления
двигателем и бортовым генератором синтез-газа;
■ провести отработку технологии при стендовых и дорожных испытаниях.
Настоящая работа обобщает результаты наших, ранее проведенных, исследований [8-10] и продолжает цикл публикаций по данной проблеме.
Разработка катализаторов конверсии топлив
Разнообразие химического состава углеводородных топлив, применяемых в транспортных двигателях, предопределяет необходимость выбора наиболее рациональных процессов конверсии для каждого вида топлива. Например, если в качестве топлива используется природный газ, то наиболее предпочтительным процессом конверсии является парциальное окисление на никельсодержащих катализаторах. Для бензинов, дизельных и смесевых топлив при решении проблемы подачи водяного пара в бортовой генератор синтез-газа предпочтительна автотермическая конверсия с рециркуляцией отработавших газов. Несмотря на различия в условиях работы катализаторов для конверсии различных углеводородных топлив, можно сформулировать общие требования к их свойствам, выделяющим эти катализаторы в особую группу, принципиально отличную
от существующих промышленных вариантов. Важнейшие из этих требований следующие:
■ высокая термическая стабильность и стойкость к образованию окалины катализатора и носителя;
■ теплопроводность слоя катализатора на уровне 1-5 Вт/мЖ;
■ ресурс катализатора не менее 10 тыс. ч;
■ соответствие коэффициентов теплового расширения материала носителя и каталитически активного слоя;
■ хорошая адгезия слоя катализатора к поверхности носителя;
■ высокая механическая прочность и гибкость;
■ возможность использования катализатора в качестве конструкционных элементов реактора синтез-газа;
■ разработка катализаторов на основе плоских и гофрированных лент, позволяющих создавать различные конструкционные варианты каталитически активных структур, например, монолитные блоки, радиальные и планарные реакционные зоны генераторов синтез-газа;
■ создание катализаторов универсального состава для конверсии различных видов топлив в синтез-газ.
Реакция парциального окисления природного газа экзотермична.
Рис. 1. Внешний вид плоских и гофрированных каталитических лент и образца монолитного катализатора
Исследования показали, что для предотвращения локального перегрева катализатора и обеспечения механической прочности конструкции целесообразно применение металлических носителей, например, на основе сеток и металлопористых материалов, выполненных в виде плоских или гофрированных лент (размеры гофра от 1,0 до 2,5 мм), толщиной не более 1 мм с нанесением катализатора с каждой стороны ленты. Наиболее перспективны никелевые катализаторы, армированные сеткой из нержавеющей стали, и никелевые катализаторы, нанесенные на ленточный пористый никель. В институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН созданы экспериментальные образцы никелевых катализаторов (рис. 1) конверсии углеводородов, армированные сеткой [11, 12], и отработаны элементы технологии их изготовления, создана также опытная партия для их дальнейшего использования в бортовых генераторах.
Эксперименты на бензиновых двигателях
Первые эксперименты по применению водорода и синтез-газа для решения проблемы снижения эмиссии СО2 при одновременном снижении токсичности отработавших газов без применения трехкомпонентных нейтрализаторов проведены РФЯЦ ВНИИЭФ совместно с Институтом катализа им. Г.К. Борескова и ОАО «АвтоВАЗ» на моторном стенде То-льяттинского государственного университета (ТГУ) в 2004 г. [9]. Эксперименты проводились на двигателе ВАЗ 21102 с добавками чистого водорода к бензино-воздушной смеси. Эксперименты показали возможность снижения эмиссии вредных веществ без специальной обработки выпускных газов: NOx - до 0,033 г/км, СО2 - до 77 г/км при расходе бензина 3,3 л/100 км. При этом для обеспечения 500 км пробега автомобиля по смешанному европейскому циклу требовалось 90 л водорода, хранимого в баллонах под давлением 40 МПа. Дальнейшие эксперименты проводились с добавкой синтез-газа вместо водорода. Двигатель работал на бензине, а синтез-газ
получали парциальным окислением природного газа в экспериментальном генераторе (рис. 2). На основании полученных данных был сделан вывод о том, что добавки синтез-газа расширяют диапазон устойчивой работы двигателя в сторону обеднения топливной смеси. Так, если на бензине рациональное значение коэффициента избытка воздуха а = 1,1, а предел устойчивой работы ограничивается величиной а = 1,3-1,35, то при добавках синтез-газа рациональное а = 1,6-1,7 и устойчивая работа двигателя возможна до а = 2,0. Таким образом, при добавках синтез-газа возможна 45%-ная экономия бензина.
Впоследствии более детальные исследования для определения влияния добавок синтез-газа на эмиссию вредных выбросов были проведены в 2008 г. на моторных стендах ОАО «Заволжский моторный завод» на двигателе ЗМЗ-40522.10. При
проведении этих экспериментов двигатель был оборудован системой микропроцессорного управления (МПСУ), разработанной ООО «Газмо-тор-Р» [8] и позволяющей согласовывать режимы работы генератора и двигателя. Результаты этих экспериментов (табл. 1) подтвердили ранее полученные данные на двигателе ВАЗ 21102.
Таким образом добавки водорода или синтез-газа к бензино-воздушной смеси - эффективное средство организации устойчивого рабочего процесса на бедных смесях транспортного двигателя с искровым зажиганием во всем диапазоне рабочих режимов. Однако практическая реализация данного способа имеет смысл только в случае получения синтез-газа из бензина на борту транспортного средства, поскольку все остальные варианты сопряжены с необходимостью иметь на борту два вида топлива. Как нам представляется, эта проблема
Таблица 1
Эффективность применения добавок синтез-газа к бензино-воздушной смеси для двигателя ЗМЗ-40522.10
Частота вращения Кратность снижения выбросов, раз Снижение расхода
вала двигателя, мин-1 СО СН+NOx топлива, %
1088 13,6 13 16,7
1861 19,2 215 12,5
2886 6,5 36 15,8
3694 7,5 6,9 4,3
Таблица 2
Результаты стендовых испытаний генератора синтез-газа
Расход СН4 Расход воздуха Т Т2 И2 И ^4 ^2 N2
м3/ч °С Массовая доля, %
1 3 850 735 21,86 7,53 9,17 7,81 53,63
2 5,8 881 786 34,09 17,07 2,25 1,95 44,64
3 8,7 855 792 34,58 17,44 2,25 1,95 44,64
4 11,6 832 831 34,54 17,65 1,2 1,81 44,8
5 14,5 757 894 34,4 17,63 1,06 1,8 45,11
6 17,4 750 962 34,23 17,72 1,07 1,77 45,21
6,5 17,55 709 906 34,68 17,65 2,26 1,77 43,64
решаемая, но потребует разработки катализатора, устойчивого к образованию сажи, что связано в основном со сложным составом бензина и прежде всего наличием ароматических веществ. Тем не менее, с учетом большого автопарка бензиновых автомобилей к проблеме создания бензинового генератора синтез-газа необходимо будет вернуться после решения ряда технических проблем, связанных с отработкой режимов работы и системы управления генератором синтез-газа на природном газе, устанавливаемым на борту транспортного средства.
Эксперименты на газовых двигателях
Отработка технологии получения и применения добавок синтез-газа к основному топливу проводилась на стендах ОАО «Заволжский моторный завод» с газовой модификацией двигателя ЗМЗ-40522.10 (рис. 3). Для этих целей в РФЯЦ ВНИИЭФ был разработан и испытан бортовой генератор производительностью 5-30 м3/ч синтез-газа с использованием блочных никелевых катализаторов (см. рис. 1). Габаритные размеры генератора синтез-газа - диаметр 160 мм, длина 320 мм, масса 9 кг (см. рис. 2).
При испытаниях контролировались расходы природного газа, воздуха и охлаждающей жидкости, перепад давления, температуры на входе в слой катализатора Т1 и на выходе из него Т2, состав синтез-газа на выходе (табл. 2). Отрабатывался и режим запуска генератора с целью его минимизации по времени. После включения зажигания время выхода
генератора синтез-газа на режим конверсии составило 11 с - разогрев катализатора до температуры 600 °С при расходе природного газа 0,5 м3/ч, воздуха - 5,2 м3/ч (а = 1). На режиме конверсии температура синтез-газа на выходе из генератора находилась в диапазоне 150-200°С, при этом расход охлаждающей воды не превышал 100 л/ч.
Данные испытаний двигателя на стендах ОАО «Заволжский моторный завод» с генератором синтез-газа (табл. 3) показывают следующее:
■ устойчивое зажигание бедных смесей на рабочих режимах при значениях а > (1,4^1,56);
■ сокращение расхода природного газа на 2-13% в сравнении с расходом при а = 1,0;
■ сокращение массовых выбросов окиси углерода на 60-93 %, окислов азота на 55-98 % в сравнении со стехиометрическим составом смеси;
■ увеличение массового выброса углеводородов.
После испытаний на стенде двигатель с генератором синтез-газа был смонтирован в моторном отсеке автомобиля ГАЗ-2310 «Соболь» [8]. Генератор синтез-газа был установлен на левом крыле автомобиля и охлаждался от системы охлаждения двигателя. Синтез-газ из генератора через гибкий металлический шланг подавался за дроссель двигателя. Испытания автомобиля на беговых барабанах на стендах ОАО «Заволжский моторный завод» и параллельно ФГУП «НАМИ» подтвердили устойчивость работы
двигателя во всем диапазоне рабочих режимов с а = (1,5^2,1). При этом коэффициент замещения природного газа синтез-газом составил 80 % при скорости автомобиля 40 км/ч, 70 % - при скорости 50 км/ч и 30 % - при скорости 60 км/ч.
Для проведения дорожных испытаний в реальных условиях эксплуатации автомобили ГАЗ-2310 «Соболь» (рис. 4) и «Баргузин», оборудованные бортовыми генераторами синтез-газа, приняли участие в автопробегах «голубой коридор», организованных ОАО «Газпром» по маршрутам Санкт-Петербург - Москва и Москва - Сочи в 2008 и 2009 гг. (табл. 4).
Из таблицы следует, что добавки синтез-газа к основному топливу значительно снижают эмиссию СО, СН, NOx и СО2 и обеспечивают суммарное уменьшение расхода топлива. Примечательно, что все приведенные выше результаты получены на «неоптимизированном» к газовому топливу двигателе, и это открывает большие перспективы для данной технологии.
Таблица 3
Результаты стендовых испытаний газового двигателя ЗМЗ-40522.10 с добавками синтез-газа
п, мин-1 884 2369 1861 2886 2661 1887 3241 2396 2367 3694 3624
Мк ,Нм 3,8 56,6 39,1 14,9 30,7 14,7 83,9 82,6 5,5 116,5 7,0
При подаче в генератор синтез-газа 3,0 м3/ч воздуха, 0,75 м3/ч (0,54 кг/ч) метана
а 1,7 1,58 1,59 1,63 1,7 1,59 1,46 1,45 1,69 1,41 1,55
газ кг/ч 1,2 5,0 2,9 3,6 4,0 2,3 8,4 5,9 2,5 12,4 4,0
А 0,45 0,108 0,186 0,15 0,18 0,23 0,108 0,09 0,21 0,04 0,108
СО г/кВт^ч 171 181 70 258 174 150 119 111 19 84 126
%* 17 -73 -84 -42 -68 -41 -99 -85 -85 -95 -67
СН г/кВт^ч 31 463 84 327 303 141 421 183 195 195 157
%* -6 774 140 1158 766 292 373 181 748 62 614
г/кВт^ч 0,1 26 2,9 1,0 1,8 1,5 400 204 0,7 329 11
%* -86 -91 -95 -99 -99 -85 -68 -58 -97 -84 -85
При подаче в генератор синтез-газа 5,0 м3/ч воздуха, 1,25 м3/ч (0,90 кг/ч) метана
а 1,7 1,63 1,63 1,68 1,73 1,68 1,46 1,48 1,71 1,43 1,63
Йгаз кг/ч 1,2 4,9 2,8 3,5 3,9 2,1 8,3 5,8 2,5 12,,3 3,8
А 0,75 0,183 0,32 0,26 0,23 0,42 0,108 0,155 0,36 0,07 0,236
СО г/кВтч 171 232 136 320 218 154 179 96 272 85 137
%* 17 -66 -69 -28 -60 -40 -83 -87 -24 -95 -65
СН г/кВтч 31 292 107 234 164 69 327 112 129 137 106
%* -6 451 206 800 369 92 267 72 461 14 382
г/кВт^ч 0,1 10 4,2 0,5 0,5 1,1 317 89 0,4 296 3,1
%* -86 -94 -93 -99 -89 -64 -78 -94 -84 -94 -94
* - в сравнении с природным газом без добавок синтез-газа (а = 1) А - доля природного газа, подаваемого на конверсию (кг/ч)
В результате проведенных экспе- обедненной смеси или с рециркуляци-риментов показано следующее: ей отработавших газов, что приводит к ■ ДВС возможно перевести в са- экономии топлива на 12-25 % и значимый экономичный режим работы - на тельному снижению вредных выбросов;
Таблица 4
Результаты пробега автомобилей по маршрутам «голубой коридор»
Эмиссия (г/км) и расход топлива (л; м3) на 100 км пробега Топливо Нормы евростандартов
Бензин Природный газ Природный газ с добавками синтез-газа «Евро-3» «Евро-4»
СО 1,56 1,92 0,81 5,22 2,27
СН 0,16 0,16 0,045 0,29 0,16
NOx 0,97 0,47 0,107 0,21 0,11
СО2 308,0 232,7 200,4 - -
Расход топлива 11,5 10,5 8-9 - -
■ устраняются основные недостатки существующих водородных технологий, так как не требуется многомиллиардных вложений в создание инфраструктуры централизованного производства, хранения и транспортировки водорода, радикально повышается безопасность, поскольку водород производится непосредственно на месте потребления и используется без хранения;
■ значительно улучшаются условия запуска ДВС в зимнее время за счет комплексного воздействия подогретых теплоносителя и водород-содержащего топлива;
■ появляется возможность использования в качестве топлива дополнительного сырья в виде некондиционных газов, в том числе попутного нефтяного газа и биогаза;
■ предложенная технология является начальной стадией крупномасштабных работ по созданию энергоэффективных двигателей, следующим этапом развития которой будет использование потенциала отработавших газов с реализацией смешанной воздушно-пароуглекис-лотной конверсии для дальнейшего повышения эффективности использования топлив в энергоустановках и транспортных средствах; технология имеет перспективы ее применения для газотурбинных двигателей и двигателей с внешним подводом тепла.
Необходимо отметить приоритет российской науки. За рубежом попытки разработать компактный топливный процессор для производства водорода из углеводородного топлива на борту автомобиля пока не увенчались успехом. На последних
автосалонах и выставках по водородной энергетике таких автомобилей представлено не было, только несколько фирм представили автомобильные топливные процессоры для метанола, но, как известно, инфраструктуры заправки метанолом, как и водородом, пока не существует. Как показали результаты последней выставки Globa 2010, состоявшейся в Ванкувере (Канада) в марте 2010 г., фирма Ме$1ро11 прекратила работы по применению гайтанового
топлива (смесь 20 % водорода и 80 % природного газа) в связи с опасностью хранения водорода на борту и невозможностью его оптимального использования в зависимости от режимов работы двигателя. Этот факт также свидетельствует в пользу перспективности разработки, предлагаемой авторами настоящей статьи.
Работы выполнены в соответствии с Государственными контрактами № 02.526.11.6005 и 02.527.11.0003 и проектом № 2904.
Литература
1. Пронин Е.Н. Роль ОАО «Газпром» в развитии российского рынка КПГ, Материалы VI Международной конференции GasSUF-2008, Москва. - 2008 г. - C. 11-15.
2. Claire-Noelle Millet, Romain Chedotal, Patrick Da Costa. Synthesis gas bench study of a 4-way catalytic converter :Catalytic oxidation, NOx storage/reduction and impact soot loading and regeneration, Applied Catalysis B: Environmental 90 339-346. - 2009.
3. Козлов С.И., Фатеев В.Н. Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы, М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ». - 2009. - 518 с.
4. Смаль Ф.В., Арсенов Е.Е. Перспективные топлива для автомобилей // Транспорт.
- 1979.
5. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей, Киев, Наукова думка. - 1984. - 143 с.
6. Мищенко А.И., Белогуб А.В., Савицкий В.Д. и др. Применение водорода для двигателей автомобильного транспорта. Сборник статей, вып. 8. Атомно-водородная энергетика и технология, М.: Энергоиздат. - 1988. - С. 11-136.
7. SAE Pap, 1975. - № 750027. - Р. 1-13.
8. Бурцев Н.В., Бризицкий О.Ф., Кириллов В.А. и др. Применение методов адаптивного управления при разработке микропроцессорной системы управления многотопливным ДВС с использованием синтез-газа. Вестник НГУ, сер, Информационные технологии.
- 2009, т, 7, в, 2. - С. 62-73.
9. Бризицкий О.Ф., Терентьев В.Я., Христолюбов А.П., Золотарский И.А., Кириллов В.А., Собянин В.А., Садыков В.А., Мирзоев Г.К., Сорокин А.И. Разработка компактных устройств для получения синтез-газа из углеводородного топлива на борту автомобиля в целях повышения топливной экономичности и экологических характеристик автомобилей // Альтернативная техника и экология. - 2004. - № 11.
10. Певнев Н.Г., Кириллов В.А., Бризицкий О.Ф., Бурцев В.А. Перспективы использования газобаллонных автомобилей с бортовым генератором синтез-газа // Транспорт на альтернативном топливе. - 2010. - № 3(15). - С. 40-45.
11. Сабирова З.А., Данилова М.М., Зайковский В.И. и др. Никелевые катализаторы на основе пористого никеля для реакции паровой конверсии метана в cинтез-газ // Кинетика и катализ. - 2008. - Т. 49, № 3. - С. 449-456.
12. Киреенков В.В., Кузин Н.А., Кириллов В.А. и др. Катализатор, способ его приготовления и способ получения синтез-газа, Патент РФ № 2320408, БИ, № 9 от 27.03.2008.
