Диметиловый эфир — современное топливо для дизельных двигателей
Эфиры – производные спиртов, в молекулах которых атом водорода ОН-группы замещен на карбоновый радикал. Для эфиров характерна метамерия и изомерия углеводородной цепи.
Изомерия углеводородной цепи обусловлена ее разветвлением.
Метамерия – вид изомерии, при которой два и больше эфиров имеют аналогичную молекулярную формулу, но различную структуру молекул, обусловленную разными радикалами по обе стороны от кислородного «мостика». Например, молекулярной формуле С4Н10О отвечают три эфира:
— СН3-О-СН(СН3)2;
— СН3-О-С3Н7;
— С2Н5-О-С2Н5.
Эти вещества получают синтетическим путем, в том числе и диметиловый эфир. Формула этого соединения представлена двумя метиловыми радикалами, которые связаны между собой кислородным «мостиком».
Следует отметить, что в природе эфиры в свободном состоянии не встречаются. Диметиловый и метилэтиловый эфиры – газы. Следующие несколько представителей – жидкости, в то время как высшие эфиры – твердые вещества. Они очень плохо растворяются в воде, отлично в органических растворителях. Средние представители (дипропиловый, пропилэтиловый, диэтиловый) – превосходные органические растворители. Физические свойства указанных органических соединений изменяются в зависимости от молекулярной массы.
Диметиловый эфир: получение
Описываемое вещество хорошо растворяется в воде, этаноле, диэтиловом и дипропиловом эфирах. Этот эфир получают вследствие дегидратации метанола и как побочный продукт получения метанола из Н2 и СО. Используют в холодильных установках в качестве хладагента.
В ближайшем будущем дизельные двигатели будут переведены не на газ, а на диметиловый эфир. Такая реконструкция их обойдется гораздо дешевле по сравнению с переходом на природный газ. Лидирующими странами по производству подобных двигателей являются США, Россия и Япония.
В начале 21 века российское правительство приняло решение об использовании альтернативных видов топлива на автотранспорте. Диметиловый эфир используется на грузовых автомобилях. Такое кардинальное решение принято в связи с тем, что выбросы азотистых соединений от дизельных двигателей, установленных на грузовиках, превышают установленные нормы в несколько раз. Диметиловый эфир идеально подходит для данного типа двигателей, их практически не нужно реконструировать. Только за счет использования нового альтернативного вида топлива новые модернизированные двигателя достигли уровня экологичности евро-3.
Правительства многих стран мира уверены, что топливом будущего для дизельных двигателей будет диметиловый эфир. На сегодня это вещество получают в основном путем переработки природного газа. На первых этапах технологического процесса природный газ поддается реформингу, в результате чего получают синтез-газ. После этого он превращается в метиловый спирт. Далее метанол поддается дегидратации, в результате чего получают диметиловый эфир. Существует и другой метод синтеза указанного эфира – прямая конвертация синтез-газа в метанол.
Эфиры по сравнению с дизтопливом имеют свои преимущества и, конечно же, недостатки. В структуре молекулы эфира отсутствуют «углерод-углерод» связи. За счет значительного содержания кислорода обеспечивается хорошее распыление при впрыскивании эфира в среду с температурой выше t кипения самого вещества. Указанные характеристики улучшают сгорание топлива. За счет применения этого альтернативного топлива снижается уровень шума двигателя, при этом повышается его надежность.
К основным недостаткам данного эфира можно отнести меньшую теплоту сгорания и меньшую плотность. Все это приводит к увеличению расхода топлива. У этого вещества очень плохие смазывающие свойства.