авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Владимира Даля И.П. ВАСИЛЬЕВ ВЛИЯНИЕ ТОПЛИВ ...»

-- [ Страница 3 ] --

В некоторых случаях, когда реакцию, по экономическим соображени ям, выполняют с недостатком катализатора после реакции выполняется титрование. Это необходимо, чтобы определить количество катализатора для добавления [17].

Ка тализа тор Метанол (ще лочь) Раст ительное масло Смесь мета нола с ка тализа тором Реакция этерификации Добавка Нейтрализ ация кисл оты щел очи Фаза разделе ния Биодизель Глицерин Неочищенный Неочищенный гл ицерин биодизел ь Нейтрализация Ректификация Отогнанный От гонка Отгонка мета нола метанола метанола Очистка К онтрол ь глицерин качества Очищенный Биодизел ь глицерин Рис. 3. 12. Полная схема получения БТ 3.1.2. Соотношение реагентов при получении БТ Существует варьирование реагентов при получении БТ, которые объ ясняются различными технологическими особенностями. Для наглядности предлагается содержание реагентов до (рис. 3.13) и после (рис. 3.14) реак ции получения БТ из работы [16].

Рис. 3.13. Состав реагентов до приготовления БТ Рис. 3.14. Состав реагентов после приготовления БТ Процентное соотношение РМ и БТ до и после реакции одинаковое – 86%. До реакции количество спирта в смеси составляет 12%, после реакции 4%. Избыток спирта приводит к ускорению реакции, но это требует допол нительных затрат на удаление спирта из смеси. Объем катализатора до ре акции составляет около 1%. После реакции получается 9 % глицерина.

В работе [18] используются соотношения реагентов при получении БТ из рапса, приведенные в табл. 3.1.

Таблица 3. Соотношение реагентов при получении БТ из РапМ до и после реакции До До До После После Реагенты реакции, реакции, реакции, реакции, реакции, см кг % кг % РапМ 356 386,9 87, Метанол 44 55,6 10, КОН 6,5 1, Диметиловые эфиры 300 73, жирных кислот Глицерин 106,5 26, Сумма 406,5 100 406,5 По технологии, используемой в работе [16], по сравнению с техноло гией из работы [17] снижено содержания спирта, но повышено содержание щелочи.

В работе [11] при получении БТ рекомендуется на 82,8 частей жира использовать 16,6 частей метанола и 0,6 частей NaOH.

В работе [19] к 91 части масла добавляется 9 частей метанола и полу чают 91 часть БТ и 9 частей глицерина.

В общем можно считать, что при использовании в качестве спирта ме танола соотношение реагентов находится в следующем диапазоне: на частей растительного масло добавляется от 10 до 20 частей метанола, а ко личество щелочи составляет от 0,8 до 1,6 частей.

3.1.3. Установки для получения БТ из растительного масла Обычно для отладки какого-либо химического процесса начинаются исследования с лабораторной установки. Затем по теории подобия перено сятся результаты на установки большего размера.

На рис. 3.15 представлена лабораторная установка для получения БТ объемом 500 см3.

Рис. 3.15. Схема лабораторной установки для приготовления БТ :

1 – штатив;

2 – электромотор;

3 – мешалка;

4 – двугорлая колба;

5 – делительная воронка;

6 – термометр;

7 – термостат Установка состоит из штатива 1, на котором фиксируется электродви гатель 2, который приводит во вращение мешалку 3, погруженную в дву горлую колбу 4. В этом же горле расположена делительная воронка 5 с рас творами NaОН и спирта. Через второе горло помещен в колбу термометр 6.

Сама колба помешается в термостат 7.

РМ в колбе при помешивании подогревается до температуры 70 90оС.

По достижению такой температуры небольшими порциями подается из де лительной воронки смесь метанола со щелочью (в течение первого часа), обеспечивая постоянное перемешивание в течение 2 часов.

Протекание реакции фиксировалось автором визуально. При добавке катализатора и относительно малой скорости перемешивания наблюдается образование белых капель, от которых вниз растут «усы». По мере увеличе ния подачи катализатора наверху масла начинают образовываться коржи белого цвета – глицерин. При увеличении скорости перемешивания данная картина сглаживается и образуется однородная масса с более твердой фа зой в центре колбы. При этом наблюдается обволакивание лопастей глице рином.

Затем прореагировавший раствор необходимо поместить в делитель ную воронку, дать отстояться и удалить глицерин из нижней части раство ра. БТ промыть водой, чтобы убрать водорастворимые соединения. При перемешивании БТ с водой необходимо быть осторожным, поскольку ин тенсивное перемешивание, например в реакторе, может привести к образо ванию эмульсии, которая может долго не расслаиваться. Затем с помощью вакуумного насоса перегнать получившееся БТ.

На рис. 3.16 представлена традиционная промышленная схема полу чения БТ [20].

К вакуумному Серная Этанол Масло Вода насосу кислота Колонна для Насос обезвоживания Теплообменник Насос спирта Реактор Подогрев для конденсации смеси спирта Глицериновая Промывочная Биодизель вода вода Рис. 3.16. Схема получения БТ (дискретный способ) В данной работе приведена схема получения БТ из РМ, этанола и в качестве катализатора используется серная кислота.

Для данной реакции необходимо использование обезвоженного эта нола, для чего предусмотрена колонна, заполненная водопоглощающим веществом, например цеолитом, через который пропускается необезвожен ный этанол. В реактор подают РМ, этанол и серную кислоту. При этом объем спирта в два раза превышает объем растительного масла, а содержа ние серной кислоты составляет от 0,3 до 3% от массы РМ. Смесь в реакто ре перемешивают и подогревают до температуры кипения спирта в течение 8–12 часов. Спирт отгоняют из реактора и направляют либо в емкость со спиртом, либо снова в реактор. После окончания реакции и расслаивания удаляют глицерин из смеси, а БТ промывается водой 2–3 раза до получе ния нейтральной реакции.

В работе [12] отмечается, что использование кислоты для реакции эте рификации не является оптимальным. Так, количество спирта составляет 200% по отношению к объему масла. В то же время при использовании ме танола его необходимо около 12% от объема смеси. Необходимо достаточ но длительное время для протекания реакции, около 12 часов, а при ис пользовании метанола это время реакции может быть ограничено 1–2 часа ми.

В настоящее время во всем мире в основном применяются в качестве реагентов метанол и щелочь. Более производительным является процесс непрерывного получения БТ, схема которого приведена на рис. 3.17.

РМ через нагреватель, фильтр и насос поступает в расходомер и в смеситель. Одновременно в нескольких емкостях приготавливается смесь метанола со щелочью, которые также подаются через расходомеры в сме ситель. На смеситель и на насос, расположенный после смесителя, прихо дится функция по перемешиванию реагентов, для ускорения реакции. За тем прореагировавшая смесь поступает последовательно в разделительные колонны, в которых происходит разделение смеси на БТ и глицерин. Гли церин удаляют из нижней части колонны. В данной схеме необходимо по добрать объемы аппаратуры, чтобы обеспечить непрерывный процесс по лучения БТ. В схемах данного типа лимитирующей стадией должна быть производительность смесителя, при которой обеспечивается полная реак ция этерификации.

Здесь предпочтительно использование различных типов специальных диспергаторов и интеграторов, устройств, которые облегчают разрыв меж молекулярных связей.

Используется для этих целей ультразвук. С его помощью время реак ция может быть уменьшено с 1–5 часов до 15 минут, а процесс сепарации вместо 5–10 часов может быть выполнен за 15 минут. При этом регенери руется от 50 до 60 % катализатора. Стоимость использования такой систе мы составляет от 0,2 до 1,5 центов на литр получаемого БТ.

Использования данной системы может быть выполнено как по дис кретной, так и по непрерывной схемам.

3.1.4. Суперкритическая технология Впервые такая технология была реализована в Японии. В качестве ре актора служил цилиндр объемом 5 мл, который был помещен в расплав ленный металл. При этой технологии используют большое количество спирта в пропорции 42:1 к РМ [21]. Схема технологии приведена на рис.

3.18.

Катали затор М етан ол ( щело чь) Растительн ое масл о Смесь метан ола Смесь метано ла П од огревател ь с катал изатор ом с катали затор ом Фи льтр Н асо с Р асх од омер Р асход омер Насос С меси тел ь Насос Разд елител ь Р аздели тель Разд елитель смеси смеси смеси Биоди зель Био дизель Глицер ин Рис. 3.17. Схема получения БТ (непрерывный способ) Биод изель Метанол Растител ьное масло Суп ер кр итичсский Метан ол р еактор Глиц ер ин Рис. 3.18. Схема суперкритической технологии В этих условиях температура находится в диапазоне 350–400оС, дав ление 8 МПа. Время реакции около 3–5 минут. После реакции необходимо быстрое охлаждение продуктов реакции во избежание их распада. К пре имуществам технологии относится:

• небольшое время протекания реакции;

• отсутствие необходимости в катализаторе.

К недостаткам возможно отнести:

• необходимость специального дорогостоящего оборудования;

• большие энергозатраты.

В настоящее время уже используются промышленные установки для производства БТ по такой технологии, например на ЧП «Химпоставщик»

(г. Северодонецк, Луганская обл.). Процесс проходит при температуре 300оС и давлении 30 МПа. В настоящее время производится отладка техно логического процесса для обеспечения европейских норм DIN 14214.

Сравнительные характеристики БТ марки БИО ЭСТ и БИО ЭСТ «П», полученных по данной технологии, приведены в табл. 3.2.

Общим недостатком данных схем является использование гомогенно го катализа, что требует удаления продуктов катализа после окончания ре акции. Это стимулирует разработка гетерогенных катализаторов.

Так, институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины ведет работы по созданию твердых кислотных и щелочных катализаторов, кото рые легко отделяются от продуктов реакции и не создают проблемы с отхо дами. Это позволило бы многократно использовать такой катализатор [22].

Таблица 3. Характеристики БИО ЭСТ «П» с нормами EN ДТ по БТ EN БИО ЭСТ Характеристики БИО ЭСТ «П» ДСТУ оп. №115 (Европа) 3868– 844 884 0,891 – 20, кг/м – 887 0,86–0, 15, кг/м 5,3 7,3 10,6 – 20, мм2/с – 4,73 3,5– мм2/с, 78 173 150 120 min зт t о всп, С 42700 37200 37200 – Q н, кДж/кг Цетановое число 45 51 52 51 min Йодное число, г 6 129,5 110 120 max I2/100 г Содержание воды, нет 300 нет 500 max мг/кг Содержание фосфо- – 9 8 10 max ра, мг/кг Кислотное число, мг 0,46 До 1 0,5 max КОН/г Содержание метано- 0 0,05 0,2 max ла, % масс.

Содержание эфира, 96,5 96,5 min % масс.

Содержание свобод- 0,04** 0,02 max ного глицерина Содержание моно- Норма* 0,93** 0,8 max глицеридов, % масс.

Содержание дигли- Превышение* 0,6** 0,2 max церидов, % масс.

Содержание тригли- 0,14** 0,2 max церидов, % масс.

Общий глицерин, % 0,38** 0,25 max масс.

–12 –3 t пом, оС –24 –5 – о t заст, С *по результатам анализов в Польше.

** результаты анализов ASG Analytik–Service Gesellschaft mbH (Германия).

Предложены новые способы получения БТ из природных РМ. На пример, проф. Akin A. N. (Университет Косаели, Турция) предлагает ис пользовать в качестве катализатора этерификации гетерогенные системы – липазу, иммобилизованную на гидротальките или цеолитах [23].

В работе итальянских исследователей также используются энзимы для гетерогенного катализа БТ [24].

Группа проф. Gandia L.M (Университет Наварры, Испания) разраба тывает синтез БТ в присутствии гетерогенных катализаторов – нанесен ных на Al2O3 и SiO2 гидроксидов щелочных металлов [25].

К сожалению, пока гетерогенные катализаторы нестабильны и обла дают меньшей активностью, чем их гомогенные аналоги. Тем не менее это направление имеет перспективу для промышленного применения в буду щем.

3.2. Физико-химические характеристики Хотя за рубежом широко используется в дизелях БТ, но в странах СНГ наблюдается некоторая настороженность к использованию чистого БТ. В то же время смесь БТ с ДТ воспринимается более привлекательно.

Поэтому целью этих исследований было определение влияния добавки БТ в ДТ на характеристики смесей и показатели двигателя [26, 27].

Испытания проводились двумя сериями с содержанием БТ от 10 до 50 об. % и от 50 до 100 об. %.

В табл. 3.3 представлены характеристики смеси БТ усредненного со зт става и ДТ (плотность, вязкость и t всп определялись экспериментально) и результаты испытаний.

С увеличением добавки БТ в ДТ происходит повышение плотности, вязкости и температуры вспышки в закрытом тигле.

Следует учитывать возможные изменения характеристик БТ, которые могут повлиять на показатели двигателя. Они могут быть вызваны отличия ми по месту выращивания масличных культур, использования различных сортов, применения удобрений, климатическими условиями и зависеть от срока хранения. Для оценки влияния срока хранения на КПД двигателя БТ ( БИО ЭСТ ) в течение 30 месяцев периодически испытывалось в при мерно одинаковых условиях на дизеле Ч8,5/11 (рис. 3.19).

Согласно приведенной зависимости с увеличением срока хранения БТ КПД дизеля падает.

Таблица 3. Физико–химические характеристики смесей с и результаты испытаний дизеля Смесь : (% об.) Показатели 100:0 90:10 80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90 0: Состав топлива 0,77 0,780 0,790 0,80 0,810 0,820 0,830 0,840 0,850 0,860 0, С Н 0,12 0,121 0,121 0,122 0,122 0,123 0,124 0,124 0,125 0,125 0, О 0,11 0,099 0,089 0,078 0,068 0,057 0,046 0,036 0,025 0,015 0, С/Н 6,42 6,47 6,52 6,57 6,62 6,67 6,72 6,76 6,81 6,86 6,, кмоль возд/кг топлива 0,432 0,438 0,445 0,448 0,451 0,457 0,463 0,470 0,476 0,482 0,, кг воздуха/кг топлива 12,62 12,81 12,99 13,17 13,35 13,54 13,72 13,90 14,09 14,27 14, 0,327 0,329 0,330 0,331 0,332 0,333 0,335 0,336 0,338 0,339 0, 3 0,885 0,878 0,873 0,868 0,862 0,858 0,852 0,847 0,842 0,835 0,, г/см 7,62 6,84 6,46 6,04 5,64 5,04 4,98 4,69 4,38 4,22, мм2/с 173 – 110 100 90 90 90 85 85 80, оС, кДж/кг 37200 37750 38300 38850 39400 39950 40500 41050 41600 42150, кДж/л 32920 33172 33424 33676 33928 34180 34432 34684 34936 35188 Результаты испытаний дизеля при мощности =1,94 кВт и =10o до 0,239 – – – – 0,236 0,235 0,239 0,237 0,235 0,, оС 357 – – – – 336 331 327 335 337, оС 587 – – – – 546 540 511 506 499, чнм 507 – – – – 444 433 – 420 417 Рис. 3.19. Изменение КПД дизеля в зависимости от времени хранения БТ 3.2.1. Температура помутнения и застывания БТ Одним из сдерживающих факторов использования БТ как всесезонно го являются высокие t пом и t заст БТ. Они определяются характеристиками метиловых эфиров жирных кислот, входящих в состав БТ. Значения точек плавления и кипения различных эфиров жирных кислот из работы [28] при ведены в табл. 3.4.

Таблица 3. Точки плавления и кипения метиловых эфиров жирных кислот РМ Точка Точка Названия Символ плавления, оС кипения, оС м. э. лауриновой к-ты С 12:0 +5,2 + м. э. миристиновой к-ты С 14:0 +19 + м. э. пальмитиновой к-ты С 16:0 +30 + м. э. стеариновой к-ты С 18:0 +39,1 + м. э. олеиновой к-ты С 18:1 –19,9 + м. э. линолевой к-ты С 18:2 –35 + м. э. линоленовой к-ты С 18:3 –46 + м. э. эруковой к-ты С 22:1 –1,2 +222* *при давлении 666 Па.

Ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую точку плавле ния, что влияет на температуру t пом и t заст.

В табл. 3.5 приведены характеристики БТ из разных масел и получен ных по различным технологиям.

Таблица 3. Сравнение температур помутнения и застывания различных топлив ИН Топливо t пом, оСt заст, БТ растительного происхождения МЭСМ ( БИО ЭСТ ) –2 –3 1, МЭРМ (08.07) –3 – МЭРМ (11.07) 0 – МЭПМ (04.06) –1 – МЭПМ (11.06) –2 – МЭПМ (02.07) –3 – МЭПМ (11.07) –2 –– МЭПМ (обесцвеченное) –9 – МЭМРР +13 0 1, Смесь метанола с БТ –3 – CH 3OH : БИО ЭСТ –0,3:99, –3 – CH 3OH : БИО ЭСТ –10: – – CH 3OH : БИО ЭСТ –15: БТ животного происхождения МЭГЖ +13 +11 0, МЭЖЖ +17 + ДТ ДТ «Л» –3 – ДТ «Л» Евро –7 – –16 – ДТ «З»

При исследованиях использовались МЭГЖ производства завода УКРБУДМАШ (г. Полтава) и МЭЖЖ производства «БИОДИЗЕЛЬ– ЛУГАНСК» [29].

Следует отметить высокие t пом и t заст метиловых эфиров из живот ных жиров, что ограничивает их применение в европейской полосе по кли матическим условиям. Добавки метанола в БТ ( БИО ЭСТ ) практически не снижают эти величины.

Можно отметить общую тенденцию: с увеличением содержания на сыщенных кислот ( ИН снижается) повышаются значения t пом и t заст. Эти температуры в пределах одного вида масла могут отличаться, причем это зависит от глубины очистки масла.

Одним из средств борьбы с этим недостатком является использование специальных присадок. Экспериментальные результаты исследований по применению депрессорной присадки ОFI 1010 при содержании 1 см3 в 200 см3 МЭРМ представлены в табл. 3.6.

Таблица 3. Влияние депрессорной присадки ОFI 1010 на свойства БТ МЭРМ с Изменение, МЭРМ Характеристики о С ОFI –8 –11 t пом, оС Температура фильтруемости, оС –10 –18 –14 –30 t заст, оС Исследования показали, что при использовании присадки t пом гра ничная температура фильтруемости и t заст снижаются соответственно на 3, 8 и 16оС.

Влияние другой депрессорной присадки (производство ЧП «Химпо ставщик») приведено в табл. 3.7.

Таблица 3. Влияние депрессорной присадки на свойства БТ БИО ЭСТ БИО ЭСТ «З» Изменение, Характеристики о С «Л» 0,6 % масс. депрессор –2 –6 t пом, оС –3 –13 t заст, оС Влияние этих двух присадок примерно одного порядка. Необходимо продолжать работу над присадками в БТ, обеспечивающими снижение зна чений этих температур.

3.3. Результаты испытаний Испытания всех топлив проводились на вихрекамерном дизельном двигателе 2Ч8,5/11 со штифтовым распылителем в одном испытательном цикле, при переводе на работу на одном цилиндре (рис. 1.1).

Учитывая, что в большинстве случаев двигатели работают не на но минальном режиме, для испытаний был выбран частичный режим при n =1000 об/мин и N e =1,94 кВт. Температура воды до двигателя – 60–65 оС, после двигателя – 82–86 оС, температура масла – 57–61 оС, расход воздуха через двигатель – 15,9–16 м3/ч, – 1,94–2,04.

Представляло интерес сравнить КПД двигателя в одном испытатель ном цикле при работе на ДТ и разных БТ украинского производства [30, 31].

Учитывая, что за рубежом используется БТ, соответствующее стан дарту, результаты его испытаний близки к величине, к которой необходимо стремиться. Так, в работе [1] использования БТ из СМ привело к улучше нию КПД дизеля на 6,5 %. В работе [32] эта величина при испытаниях двигателя F2L511 (2Ч10/10,5) на МЭРМ составила 4,1 %.

По мере приближения КПД БТ к этому значению возможно судить об их совершенстве.

При испытаниях использовались МЭРМ, МЭПМ и МЭСМ. В табл.

3.8 представлены характеристики этих БТ.

Таблица 3. Характеристики топлив 20, кг/м3 зт 20, мм2/с t всп, оС №№ Топливо ДТ «Л»

1 844 5,3 МЭСМ – 2 886 7,9 МЭСМ – 3 882 6,9 МЭРМ 4 881 6,4 МЭПМ – 5 885 8 МЭПМ – 6 888 9,6 МЭПМ – 7 891 11,2 зт Анализ характеристик БТ по t всп говорит о том, что только одно топ ливо удовлетворяет требованиям (по стандарту эта величина должна пре вышать 120оС).

На данный момент времени использование того или иного топлива оп ределяется экономической целесообразностью, например стоимостью од ного кВт·ч (табл. 3.9).

Таблица 3. Изменение стоимости одного кВт·ч для БТ по отношение к стоимости одного кВт ч при работе двигателя на ДТ Расход Стоимость Стоимость Изменение стои КПД, Топливо топлива, топлива, 1 кВт·ч, мости 1 кВт ч, % кг/ч евро/кг евро % ДТ «Л» 0,686 0,238 0,655 0,225 – МЭСМ – 1 0,763 0,246 0,564 0,215 +4, МЭСМ – 2 0,751 0,25 0,589 0,221 +1, МЭРМ 0,779 0,241 0,567 0,221 +1, МЭПМ – 1 0,822 0,229 0,564 0,232 –3, МЭПМ – 2 0,788 0,238 0,565 0,223 +0, МЭПМ – 3 0,828 0,227 0,602 0,249 –10, Из табл. 3.9 следует, что по экономическому критерию наиболее вы годно использовать МЭСМ – 1, МЭРМ и МЭСМ – 2. Важным является не только КПД двигателя, но и стоимость БТ. Высокий КПД двигателя мо жет быть нивелирован большой стоимостью БТ на его получение. Опреде ляющее значение имеет стоимость ДТ.

В настоящее время БТ, изготавливаемые в Украине, не отвечают это му стандарту. По косвенной оценке из шести БТ только два по КПД дви гателя приближаются к показателям зарубежного БТ.

При исследованиях также была применена методика оценки качества БТ, которая заключалась в испытании в одном испытательном цикле опытного БТ (Б–100) и стандартного БТ, которое полностью удовлетво ряет требованиям стандарта. Опытное БТ было предоставлено заводом «УКРБУДМАШ» (г. Полтава).

Сравнительные результаты испытаний приведены в табл. 3.10.

Таблица 3. Сравнительные результаты испытаний БТ Отличие Стандартное БТ Показатели Б–100 Отличие, % с вероятностью 0, КПД, % 0,24 0,24 0 нет 309 301 2,6 есть Tог, оС 563 595 5,7 есть Tкс, оС 1,94 1,93 0,5 нет 654 525 20 есть NO x, % CO, чнм 268 222 17 – Опытное БТ полностью соответствует экономическому показателю двигателя при работе на стандартном БТ. Это предполагает высокое каче ство опытного БТ, которое в любом случае необходимо проверить на со ответствие стандарту.

Для уменьшения уровня выбросов NO x возможно использовать регу лировку по. С этой целью была снята зависимость изменения КПД дви гателя по при работе двигателя на БТ и ДТ (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Изменение КПД двигателя при работе на БТ и ДТ от Характер изменения КПД двигателя позволяет рекомендовать уменьшение угла опережения впрыскивания как способ снижения выделе ния NO x при работе на БТ при сохранении лучшей экономичности, чем при работе на ДТ.

3.3.1. БТ в смеси с ДТ С ростом концентрации БТ в смеси с ДТ КПД двигателя улучшает ся (табл. 3.1), при этом снижается дымность, но растет уровень выделения NO x. Следует отметить, что уже 5% добавка БТ в ДТ влияет на характе ристики дизеля (табл. 3.11).

Таблица 3. Характеристики ДТ, БИО ЭСТ : ДТ –5:95 и БИО ЭСТ Топлива Характеристики ДТ БИО ЭСТ : ДТ –5:95 БИО ЭСТ 0,831 0,835 0, 20, г/см 3,9 4,2 7, 20, мм2/с 42700 42408 Q н, кДж/кг 80 80 зт t всп, оС При сравнении характеристик ДТ «Л» и смеси БИО ЭСТ : ДТ –5: выявлено, что плотность и вязкость смеси повышается при сохранении зт одинаковой t всп.

Сравнительные результаты испытаний указанных топлив приведены в табл. 3.12.

Таблица 3. Результаты испытаний ДТ и смеси БИО ЭСТ:ДТ–5: ДТ БИО ЭСТ : ДТ –5:95 БИО ЭСТ Показатели прив g 360 353,2, г/(кВт ч) e КПД, % 0,234 0,239 0, 289 288 Tог, оС 637 640 Tкс, оС 2,1 2,16 2, 693 840 NO x, чнм CO, % 0,036 0,0194 0, CH, % 0,24 0,22 0, Уже 5 % об. добавка БТ в ДТ по сравнению с ДТ улучшает КПД дизеля примерно на 1,9%. При использовании 100 % об. БТ КПД дизеля улучшается на 6,7 %. По экологическим показателям выявлено, что при снижении выбросов CO и CH наблюдается рост NO x.

Ориентировочно добавка БТ к ДТ на КПД двигателя влияет соглас но зависимости, приведенной на рис. 3.21.

Рис. 3.21. Изменение КПД дизеля Ч 8,5/11 от содержания БТ в ДТ С увеличением содержания БТ в смеси КПД дизеля растет. При этом следует учитывать возможные отличия по характеристикам БТ и условиям смесеобразования в различных КС.

3.3.2. БТ топливо в смеси с метанолом Весьма привлекательным является использование метанола в качестве топлива для дизелей. Это объясняется наличием сырья, отлаженного про изводства и относительной дешевизной метанола.

Если для бензиновых двигателей использование метанола как добавки к бензину (15 %) не представляет проблемы, то при использовании метано ла в дизелях возникают трудности. Основная причина это то, что ДТ без специальных присадок не смешивается с метанолом, что исключает его по дачу в смеси с ДТ в КC.

Существует несколько способов использования метанола в дизеле:

• непосредственная подача во впускной патрубок;

• подача продуктов конверсии метанола ( CO и H 2 ) во впускной патрубок после реактора (термического или термокаталитического);

• подача непосредственно в КC.

Автором были проведены испытания дизеля 2Ч8,5/11 при подаче ме танола непосредственно во впускной патрубок. Уже при небольшой кон центрации метанола (отношение метанола к дизельному топливу 0,6 % масс.) наблюдалось увеличение жесткости работы и ухудшение КПД дви гателя на 11%. При этом средняя температура в камере сгорания снизилась с 477 до 216оС, что объясняется высокой теплотой парообразования мета нола.

По второму способу известен положительный опыт работы промыш ленного транспорта [33].

Так, в 80-е годы МИИТ совместно с Алма-Атинским институтом ин женеров железнодорожного транспорта были проведены испытания дизеля изотермического подвижного состава железнодорожного транспорта при работе на смеси ДТ с продуктами каталитического разложения метанола, изопропилового и изобутилового спиртов. В качестве объекта испытаний использовался четырехтактный шестицилиндровый турбонаддувный ди зель марки 6ЧН12/14 (номинальная мощность 85 кВт, при числе оборотов коленчатого вала 1500 об/мин).

При исследованиях спирт из отдельной емкости поступал сначала в испаритель, обогреваемый теплом OГ, а затем в каталитический реактор, где разлагался на составляющие (для метанола на водород и окись углеро да, для других спиртов – с примесью простейших углеводородов) и вводил ся во впускной тракт перед турбокомпрессором.

Испытания проводились при работе двигателя с добавками 10, 30 и 50% продуктов разложения метанола (табл. 3.13).

Таблица 3. Результаты испытаний спиртов на дизеле 6ЧН12/ Величина Нагрузка двигателя, % Показатель добавки, 25 50 75 % Увеличение расхода топливной 10 2,7 2,7 2 смеси при различных добавках ме- 30 8,3 12,9 15,3 12, танола по массе, % 50 25 23 27,3 23, Уменьшение расхода дизельного 10 5,6 7,4 7,3 8, топлива при различных добавках 30 11,3 13,9 14 16, метанола по массе % 50 18,3 20,4 21,3 Как и следовало ожидать, добавка к ДТ энергоносителя с меньшей теплотой сгорания увеличила расход топливной смеси. Однако не в том от ношении, в каком уменьшилась ее расчетная Q н. Последнее объясняется эффектом утилизации теплоты и улучшением организации процесса сгора ния, увеличением его термического и индикаторного КПД, уменьшением индикаторного расхода энергоносителя. Жесткость работы сохранялась при первоначальном незначительном увеличении скорости нарастания давле ния и неизменном положении точки максимального давления по углу по ворота коленчатого вала. Концентрация сажи при добавлении 50% метано ла снизилась в 3 раза, расход ДТ в среднем на 20%, в 3–4 раза CH при не котором росте CO. Выбросы NO x, по мнению авторов, не изменились.

Хотя были получены положительные результаты, но широкого рас пространения этот способ не получил, вероятно, из-за сложности реализа ции и трудности регулировок.

Автором были проведены испытания термохимического реактора ( ТХР ), не содержащего катализатор, предоставленного институтом техни ческой теплофизики НАН Украины. Схема установки ТХР на стенде с ди зелем 2Ч 8,5/11 представлена на рис.3.22.

2 3 5 6 7 8 Сж ат ый воздух Т Т Т На газовый отбор Т ОГ ОГ ДВС Т Т Рис. 3.22. Принципиальная схема работы ТХР на дизеле 2Ч8,5/11:

1 – компрессор;

2 – бачок со спиртом;

3 – регулировочный кран;

4 – реометр;

5 – ТХР ;

6 – кран;

7 – газоотборный кран;

8 – стеклянная трубка (сепаратор);

9 – впускной патрубок двигателя: T1 – термопара в выпускном патрубке дизеля;

Т2 – термопара до ТХР ;

Т3 – термопара после ТХР ;

Т4 – термопара на поверхности ТХР ;

Т5 – термопара на выходе из ТХР ;

Т6 – термопара в вихревой головке двигателя Стенд с дизелем оснащен нагревателем OГ, который обеспечивает подогрев OГ в ТХР как минимум до 400оС, что обеспечивает протекание реакции конверсии, о чем свидетельствует анализ продуктов конверсии, по результатам которого выделение CO превысило 10%.

Сравнение показателей двигателя при подаче воды и водотопливной смеси выявили следующее. Если при подаче воды ухудшение расхода топ лива составляет 12,9 %, то при подаче водотопливной смеси – 3,1 %. Учи тывая, что при этом происходит снижение выделения NO x на 34,4 %, дан ное предложение возможно рассматривать как средство борьбы с вредными выбросами OГ. Но оно требует оптимизации температурного состояния ТХР и концентрации добавки.

Третий способ требует усложнения топливной аппаратуры. Это объ ясняется тем, что метанол имеет низкое ЦЧ (меньше 5), по сравнению с ЦЧ ДТ (45–50), что затрудняет его самовоспламенение в КC дизеля.

Данные испытания поводились в Кировском СХИ на базе дизеля с воздуш ным охлаждением 2Ч 10,5/12 (Д–21А1) трактора Т–25А [34, 35].

Для его реализации необходимо использование двухтопливной систе мы (рис. 3.23).

3 1 Рис. 3.23. Схема двухтопливной системы топливоподачи в цилиндр дизеля (основное топливо – метанол, запальное топливо – ДТ ):

1 – топливный бак для ДТ ;

2 – топливопровод для ДТ ;

3 – топливный насос для подачи ДТ ;

4 – форсунка для подачи ДТ ;

5 – цилиндр дизеля;

6 – топливный бак для метанола;

7 – топливопровод для метанола;

8 – топливный насос для метанола;

9 – форсунка для подачи метанола По этой схеме метанол подается топливным насосом УТН–5А через штатную форсунку. Для подачи запальной порции ДТ в цилиндр дизеля смонтирован второй топливный насос УТН – 5А, который подает топливо через штифтовый распылитель ФШ6 – 225. Это позволяет при соответст вующей разнице установочных углов опережения впрыскивания дизельно го топлива и метанола подавать метанол в факел распыленного дизельного топлива и способствует лучшей организации воспламенения метанола в ци линдре.

При работе на метаноле с воспламенением от запальной порции ДТ снижается максимальное давление сгорания и жесткость процесса сгора ния. Это объясняется тем, что метанол впрыскивается в уже горящий факел запального топлива и воспламеняется сразу же при соприкосновении с ним, сгорая постепенно по мере впрыскивания и поступления в цилиндр.

Для нормальной работы двигателя необходимо подавать не менее 10% запальной дозы топлива. Это позволяет обеспечить экономию 80% ДТ.

При этом наблюдается снижение NO x в 3,25 раза и сажи на 38%.

В Германии разработано несколько способов реализации данных про цессов [36] (рис. 3.24). Способ D предопределяет использование однодыр чатого распылителя для подачи метанола. При этом в относительно глубо кой камере сгорания обеспечивается высокая степень закрутки воздушного потока. Способ Z обеспечивает подачу метанола через центрально распо ложенный многодырчатый распылитель при закрутке воздушного потока.

В данном случае обеспечивается снижение максимального давления сгора ния, NO x, CO и CH.

Дизельное топливо М етанол Дизельное А Метанол топливо А Дизельное Закрутка Метанол топливо воздуха D-способ Z-способ Рис. 3.24. Схемы способов подачи метанола в камеру сгорания дизеля (D-способ и Z-способ) Предлагается еще один способ подачи метанола в КC при использо вании серийной топливной аппаратуры в смеси с БТ [37].

Метанол используется при производстве БТ и он до определенной концентрации растворяется в БТ. Обычно для определения содержания метанола в смеси с БТ используется хроматографический способом. Но этот способ не для всех доступен. Поэтому был предложен способ опреде зт ления содержания метанола по t всп согласно графику, приведенному на рис. 3.25 [38].

t всп, оС 1 СН3ОН, % об.

0 0,2 0,4 0,6 0, Рис. 3.25. Температура вспышки смеси БТ с метанолом от содержания метанола Были проведены исследования по определению максимальной кон центрации метанола в БТ без наличия расслоения.

Также были проведены испытания при подаче метанола во впускной патрубок и при подаче метанола в камеру сгорания в смеси с БТ. Начало расслоения оценивалось визуально по появлению границы раздела фаз. Ис следования выявили, что расслоение смесей метанола с БТ наступает при 25 (% об.) метанола, при содержании 20 (% об.) метанола расслоение на ступает примерно через 30 дней.

В работе [35, с. 151] отмечается, что содержание метанола в метаноло дизельной эмульсии не должно превышать 25 % об. с целью обеспечения нормальной долговечности работы двигателя.

Следует отметить, что должен использоваться обезвоженный метанол и учитываться, что со временем происходит поглощение влаги из атмосфе ры, что приводит к расслоению смесей. Характеристики смесей и результа ты испытаний представлены в табл. 3.14.

Замеренное значение 20 метанола, равное 1,84 мм2/с, отличается от справочного значения, равного 0,754 мм2/с [39], что объясняется использо ванием метанола разной чистоты.

Таблица 3. Физико-химические характеристики смесей метанола с БТ и результаты испытаний на дизеле Метанол: БИО ЭСТ Показатели 100:0 20:80 15:85 10:90 5:95 1:99 0,5:99,5 0,4:99,6 0: Состав топлива:

С 0,375 0,691 0,711 0,731 0,750 0,766 0,768 0,768 0, Н 0,125 0,121 0,121 0,121 0,120 0,120 0,120 0,120 0, О 0,5 0,188 0,169 0,149 0,130 0,114 0,112 0,112 0, С/Н 3 5,71 5,89 6,06 6,24 6,38 6,4 6,4 6, кг воздуха/кг топ лива 6,522 11,40 11,71 12,01 12,32 12,56 12,59 12,60 12, L o, кмоль возд/кг топлива 0,223 0,390 0,401 0,411 0,422 0,430 0,431 0,431 0, l o, кг воздуха/кг топлива 6,52 11,40 11,71 12,01 12,32 12,56 12,59 12,60 12, 0,395 0,334 0,332 0,331 0,329 0,327 0,327 0,327 0, 20, г/см3 0,79 0,863 0,870 0,875 0,879 0,882 0,883 0,881 0, 20, мм /с 1,84 4,13 4,53 5,16 5,92 6,94 7,09 7,16 7, зт t о 8 – – – – 40 55 61 всп, С Q н, кДж/кг 19700 34004 34816 35619 36414 37043 37122 37137 Результаты испытаний дизеля при N e =1,94 кВт и =19o до ВМТ КПД – – 0,236 0,236 – 0,232 – 0,234 0, Tог, оС – – 289 300 – 298 – 297 Tкс, оС – – 521 489 – 528 – 533 NO x, чнм 747 676 765 804 При исследованиях использовался выпускаемый в промышленных масштабах метанол производства ОАО «АЗОТ» (г. Северодонецк).

зт t всп метанола принималась равной 8оС согласно справочным данным [40, с. 105]. Для остальных соотношений смеси эта характеристика опреде лялась экспериментально.

Встречаются другие значения этой характеристики. Так, в работе [41, с. 23] она равна 11оС, в работе [42] – 15,6оС.

Возможно также предположить, что данные отличия объясняются ис пользованием разной аппаратуры и метанола различной чистоты.

С увеличением добавки метанола происходит уменьшение 20 и 20 и зт снижается t всп.

Двигатель нормально работал при концентрации метанола в смеси с БТ, равной 15 об. %. Эксплуатация автомобиля с дизельным двигателем на смеси такого состава в летний период не вызвала нареканий на тяговые ха рактеристики двигателя.

Была выявлена следующая общая тенденция: с ростом концентрации метанола в смеси с БТ по сравнению с БТ КПД двигателя ухудшается, но при этом снижается уровень вредных выбросов с OГ. При добавке 10 % об. метанола NO x снижаются до 30 % и дымность до 40 %. Уменьшение NO x возможно объяснить снижением локальных температур, что опреде ляется высокой температурой испарения метанола. Это подтверждает сни жением Tкс.

Следует отметить, что при использовании этого способа возникают проблемы при переводе двигателя после работы на этой смеси на ДТ, по скольку в фильтре происходит смешивание смеси с ДТ и наблюдается рас слоение, что ведет к остановке двигателя. Перед такой заменой необходимо полностью слить смесь из топливной системы двигателя.

3.4. Стандарты на БТ Одним из главных условий нормальной эксплуатации двигателя при работе на БТ является его хорошее качество, которое определяется выпол нением условий стандарта. Если за рубежом уже существуют стандарты на БТ, например, в Европе EN 14214:2003, то в Украине принят только отрас левой стандарт [43]. Сравнение этих стандартов приведено в табл. 3.15.

Данные стандарты полностью идентичны, но выполнение стандарта на БТ в Украине сдерживается отсутствием соответствующей измерительной аппаратуры, например, по определению содержания моно-, ди- и триглице ридов [44]. А имеющаяся аппаратура не сертифицирована на выполнение таких анализов. Поэтому столкнувшись с задачей оценки качества БТ ( БИО ЭСТ ), предназначенного для испытаний, обратились к ASG Analytik–Service Gesellschaft mbH (Германия, juergen.bernath@asg– analytik.de), которое сертифицировано в Немецком аккредационном совете для выполнения анализов по ТРП. В табл. 3.16 представлены необходи мые объемы для анализов и их стоимость.

Таблица 3. Стандарты на БТ Украины и Европы СОУ 24.14–37– EN Характеристики 561:2007 (Европа) Плотность 15, кг/м3 860–900 860– Кинематическая вязкость 40, мм2/с 3,5–5 3,5– Т–ра вспышки в закрытом тигле,оС 120 min 120 min Цетановое число 51 min 51 min Йодное число, м I2/100 г 120 max 120 max Содержание воды, мг/кг 500 max 500 max Содержание фосфора, мг/кг 10 max 10 max Кислотное число, мг КОН/г 0,5 max 0,5 max Содержание метанола, % масс. 0,2 max 0,2 max Содержание эфира, % масс. 96,5 min 96,5 min Содержание свободного глицерина, % 0,02 max 0,02 max масс.

Содержание моноглицеридов, % масс. 0,8 max 0,8 max Содержание диглицеридов, % масс. 0,2 max 0,2 max Содержание триглицеридов, % масс. 0,2 max 0,2 max Общий глицерин, % масс. 0,25 max 0,25 max Таблица 3. Объемы проб БТ и стоимость анализов в ASG Analytik–Service Gesellschaft mbH Объем на Характеристика Стандарт Евро анализ, мл 1 2 3 Содержание эфиров жирных ки- DIN EN 14103 40 слот Плотность, 15оС DIN EN ISO 12185 10 Кинематическая вязкость, 40оС DIN EN 3104 20 Температура вспышки в закры- DIN EN ISO 3679 25 том тигле Температура граничной фильт- DIN EN 116 35 рации Содержание серы DIN EN ISO 20884 33 Коксуемость 10 % остатка DIN EN ISO 10370 45 Цетановое число IP 498 95 Зольность ISO 3987 15 Содержание воды DIN EN ISO 12937 32 Содержание механических при- DIN EN 12662 45 месей Продолжение табл. 3. 1 2 3 Испытание на медной пластинке DIN EN ISO 2160 25 (3 ч при 50 оС) Стабильность к окислению при DIN EN 14112 45 110оС Кислотное число DIN EN 14104 30 Йодное число DIN EN 14111 30 Содержание метиловых эфиров DIN EN 14103 40 линоленовой кислоты Содержание метанола DIN EN 14110 40 Содержание свободного глицери на Содержание моноглицерина Содержание диглицерина DIN EN 14105 Содержание триглицерина Общее содержание глицерина Содержание фосфора DIN EN 14107 20 Содержание щелочных металлов E DIN EN 14538 40 (Na+K) Содержание щелочноземельных E DIN EN 14538 40 металлов (Сa+Mg) Общая стоимость полного анализа 610 Минимум 1 л по стандарту DIN EN Такие же анализы могут быть выполнены и для РапМ как топлива согласно E DIN 51606, и они представлены в разделе 4.5.

3.5. Перечень производителей БТ Перечень производителей БТ в Украине был определен по результатам поиска в Интернете и в результате личных контактов.

В Украине в основном приготавливаются БТ из ПМ, РапМ, СМ. В табл. 3.17 представлен перечень производителей БТ.

Для приобретения высококачественного БТ представляло интерес оп ределить зарубежных производителей. Учитывая, что серийно выпускается и контролируется качество БТ в Германии, обратились за консультацией в «Інститут економічних досліджень і політичних консультацій. Українсько німецький аграрний діалог» (Директор Dr. Strubenhoff H. W. вул. Рейтарсь ка, 8/5–А, м. Київ, 01034). Институт любезно предоставил перечень немец ких фирм, выпускающие БТ (табл. 3.18).

Таблица 3. Перечень производителей БТ и оборудования для его производства в Украине № Организация Адрес, контактные данные 1 Національний науковий центр «Ін- м. Глеваха, ститут механізації та електрифікації Київська обл.

сільського господарства»

2 ЧП «Химпоставщик» ул. Силикатная, 10, г. Северодонецк, Луганская обл., 3 Завод УКРБУДМАШ ул. Садовского, Полтава, 4 Завод по изготовлению БТ г. Херсон 5 НП «ЛК Експорт Імпорт» г. Харьков, Солоницевка 6 «БИОДИЗЕЛЬ–ЛУГАНСК» пер. Лермонтова, пгт. Марковка, Луганская обл.

7 агрофирма «Заря» Белокуракинский р-н, Луганская обл.

8 ЧП Биодизель Днепр пр. Кирова, 50д, г. Днепропетровск, 9 Biodieseldnepr ул. Ленинградская, г. Днепропетровск, 10 ЕвроТех Биодизель г. Кагарлык, ул. Независимости 9, Киевская обл., 11 ЗАО Дон–Трэйд, ЗАО Турченко Д. К., Донецк, ул. Куприна, 117, 12 ООО Биодизель Крым Дан Тихомиров, 9–й километр, Московского ш., станция Битумная, Симферополь, Таблица 3. Перечень предприятий в Германии, выпускающих БТ № Название предприятия 1 1 EOP European Oil Products Biodiesel AG;

16928 Am Hnengrab 9;

Pritzwalk;

tel. Vorwahl: 033986;

Produktionskapazitaet: 132500 t/jahr;

Internet: www.eopbiodieselag.de;

Bengt Korupp;

E–Mail: korupp@eopag.de;

Mobil: +49 (0) 162 / 943 95 2 ADM Oelmhle Hamburg AG ;

Werk Hamburg;

Nippoldstr. 117;

Hamburg;

tel. Vorwahl: 040;

Produktionskapazitaet: 500000 t/jahr;

Telefon: 7 51 94–0;

Internet: www.admworld.com 3 Natur Energie West;

45772 Marl;

Produktionskapazitaet: 240000 t/jahr;

Betreiber: NEW Natural Energy West GmbH Продолжение табл. 3. 1 4 VERBIO Diesel Bitterfeld GmbH & Co. KG;

06749 Bitterfeld;

tel. Vorwahl: 03493;

Produktionskapazitaet: 200000 t/jahr;

Telefon: 03493/747–40;

Fax: 03493/747–69;

Internet: www.verbio.de 5 Neckermann Renewabeles Wittenberg GmbH;

06886 Lutherstadt Wittenberg;

tel.

Vorwahl: 03491;

Produktionskapazitaet: 200000 t/jahr;

Telefon: 03491 / 420098 – 0;

Fax: 03491 / 420098 – 6 Biodieselanlage Schwarzheide;

01987 Schwarzheide;

Produktionskapazitaet: t/jahr;

Betreiber: BIOPETROL INDUSTRIES GmbH – Werk Schwarzheide;

Internet: www.biopetrol–ind.de 7 Marina Biodiesel GmbH & Co. KG;

25541 Brunsbttel;

Produktionskapazitaet: 150000 t/jahr;

Internet: www.marina–biodiesel.de 8 Campa Biodiesel GmbH & Co. KG;

97199 Ochsenfurt;

Produktionskapazitaet: 130000 t/jahr;

Internet: www.campa–biodiesel.de 9 RBE Rheinische BioEster GmbH;

41460 Neuss;

tel. Vorwahl: 0 21 31;

Produktionskapazitaet: 100000 t/jahr;

Betreiber: RBE Rheinische BioEster GmbH & Co. KG 10 ecoMotion GmbH – Werk Lnen;

44536 Lnen;

tel. Vorwahl: 02306;

Produktionskapazitaet: 100000 t/jahr;

Internet: www.ecomotion–gmbh.de 11 Biodiesel Wittenberge GmbH;

19322 Wittenberge;

tel. Vorwahl: 03877;

Produktionskapazitaet: 90000 t/jahr;

Internet: www.biodiesl–wittenberge.de 12 Petrotec GmbH;

46354 Sdlohn;

Produktionskapazitaet: 85000 t/jahr;

Internet: www.petrotec.de 13 Bio–lwerk Magdeburg GmbH;

39126 Magdeburg;

Produktionskapazitaet: 75000 t/jahr 14 Biodieselanlage Halle;

06118 Halle (Saale);

tel. Vorwahl: 0345;

Produktionskapazitaet: 57000 t/jahr;

Betreiber: JCN Neckermann–Biodiesel GmbH;

Internet: www.jcn–biodiesel.de 15 ECODASA AG;

39288 Burg;

Produktionskapazitaet: 50000 t/jahr;

Telefon: 03921 / 72 65 50 ;

Fax: 03921 / 63 59 59;

Internet: www.ecodasa.de 16 IFBI Hessen GmbH;

34260 Kaufungen;

Produktionskapazitaet: 50000 t/jahr;

Internet: www.ifbi–hessen.de 17 Thringer Methylesterwerke GmbH & Co.;

07570 Harth–Pllnitz;

Produktionskapazitaet: 45000 t/jahr;

Betreiber: Thringer Methylesterwerke GmbH & Co. KG;

Internet: www.tme–biodiesel.de 18 Ulrich Biodiesel GmbH;

34260 Kaufungen;

Produktionskapazitaet: 45000 t/jahr;

Betreiber: Ullrich Biodiesel GmbH;

Internet: www.ullrich–gruppe.de 19 Rapsveredelung Vorpommern Gmbh & Co. KG;

17139 Malchin Produktionskapazitaet: 40000 t/jahr;

Betreiber: Rapsveredelung Vorpommern GmbH & Co. KG;

Internet: www.biodiesel–malchin.de 20 Emerald Biodiesel Neubrandenburg GmbH;

17034 Neubrandenburg;

tel. Vorwahl: 0395;

Produktionskapazitaet: 40000 t/jahr Продолжение табл. 3. 1 21 Biokraftstoff Nord AG;

29365 Sprakensehl–Bokel;

tel. Vorwahl: 05837;

Produktionskapazitaet: 35000 t/jahr;

Telefon: 05837/14095–0;

Fax: 05837/14095– 22 BDK Biodiesel GmbH Kyritz;

16866 Kyritz;

tel. Vorwahl: 033971;

Produktionskapazitaet: 35000 t/jahr;

Internet: www.bdk–kyritz.de 23 Nehlsen Neue Energien GmbH & Co. KG;

18507 Grimmen;

tel. Vorwahl: 038326;

Produktionskapazitaet: 33500 t/jahr;

Betreiber: Nehlsen Neue Energien GmbH;

Internet: www.nehlsen.com 24 BioWerk Sohland GmbH;

02689 Sohland a. d. Spree;

tel. Vorwahl: 035936;

Produktionskapazitaet: 25000 t/jahr;

Internet: www.biowerk–sohland.de 25 Kartoffelverwertungsgesellschaft Cordes & Stoltenburg GmbH & Co. KG;

Schleswig;

Produktionskapazitaet: 15000 t/jahr 26 ecoMotion GmbH – Werk Malchin;

17139 Malchin;

Produktionskapazitaet: t/jahr;

Internet: www.ecomotion–gmbh.de 27 GHP Biodiesel GmbH & Co. KG – Werk Oranienburg;

16515 Oranienburg;

Produktionskapazitaet: 10000 t/jahr;

Internet: www.ghp–biodiesel.de 28 HHV Hallertauer Hopfen–Veredlungsgesellschaft;

84048 Mainburg;

tel.

Vorwahl: 08751;

Produktionskapazitaet: 8000 t/jahr;

Betreiber: Hallertauer Hopfen–Veredlungsgesellschaft 29 LPV Landwirtschaftliche Produktions–Verarbeitungs GmbH;

99947 Henningsleben;

tel. Vorwahl: 0 36 03;

Produktionskapazitaet: 6000 t/jahr;

Internet: www.lpv–biodiesel.de 30 Delitzscher Rapsl GmbH & Co. KG;

04509 Wiedemar;

Produktionskapazitaet: t/jahr;

Telefon: 034207/43884;

Internet: www.delitzscher–rapsoel.de 31 BioWerk Kleisthhe GmbH;

17337 Uckerland;

Produktionskapazitaet: 5300 t/jahr 32 BKK Biodiesel GmbH;

07407 Rudolstadt;

Produktionskapazitaet: 4000 t/jahr Internet: www.bkk–biodiesel.de 33 Verwertungsgenossenschaft Biokraftstoffe;

08541 Grofriesen;

Produktionskapazitaet: 2000 t/jahr;

Betreiber: Vogtland Kraftstoff GmbH 34 Cargill GmbH;

65926 Frankfurt am Main;

Produktionskapazitaet: 250000 t/jahr;

Internet: www.cargill.de 35 DBD Deutsche Biodiesel GmbH & Co. KG;

16225 Eberswalde–Finow tel. Vorwahl: 03334;

Produktionskapazitaet: 250000 t/jahr;

Internet: www.dbd– biodiesel.de 36 KL Biodiesel Llsdorf GmbH & Co. KG;

53853 Niederkassel–Llsdorf;

Produktionskapazitaet: 120000 t/jahr 37 S.A.B. Sachsen–Anhaltinische Biodieselwerke GmbH & Co. KG;

06254 Ktschlitz;

tel. Vorwahl: 034638;

Produktionskapazitaet: 110000 t/jahr;

Telefon: 034638/360–310;

Fax: 034638/360– Продолжение табл. 3. 1 38 Mannheim Biofuel GmbH;

68169 Mannheim;

tel. Vorwahl: 0621;

Produktionskapazitaet: 100000 t/jahr;

Internet: www.bunge–deutschland.de 39 Sdstrke GmbH;

86529 Schrobenhausen;

tel. Vorwahl: 08252;

Produktionskapazitaet: 100000 t/jahr;

Internet: www.suedstaerke.de 40 Petrotec AG;

26725 Emden;

tel. Vorwahl: 04921;

Produktionskapazitaet: t/jahr;

Telefon: 04924/;

Internet: www.petrotec.de 41 Emerald Biodiesel Ebeleben GmbH;

99713 Ebeleben;

tel. Vorwahl: 036020;

Produktionskapazitaet: 88000 t/jahr 42 ECANOL Lubmin GmbH & Co. Premicon Biotreibstoffe KG;

17507 Lubmin;

Produktionskapazitaet: 60000 t/jahr;

Internet: www.ecanol.de;

43 Biowerk Oberlausitz GmbH;

Am Gewerbering 5 ;

02689 Sohland a. d. Spree;

tel.

Vorwahl: 035936;

Produktionskapazitaet: 50000 t/jahr4 Telefon: 035936 / 339960;

Fax: 035936 / 339969 ;

Internet: www.biowerk–sohland.de 44 GHP Biodiesel GmbH & Co. KG – Werk Neumarkt;

92318 Neumarkt i.d. Opf.;

Produktionskapazitaet: 25000 t/jahr;

Internet: www.ghp–biodiesel.de Учитывая, что некоторые фирмы могли закрыться или прекратить вы пуск БТ, после дополнительной консультации в Германии была определе на организация (№1), которая продолжает выпускать БТ.

Выводы Использования реакции этерификации является доступным способом получения БТ. При этом следует отметить, что в зависимости от степени отработки технологии получают БТ с разной глубиной переработки, что сказывается на его качестве.

Для получения БТ возможно использовать серную кислоту и этанол, но для ускорения процесса обычно более широко используют метанол и щелочь (KOH или NaOH), обычно KOH как более дешевый реагент.

В общем, можно считать, что при использовании в качестве спирта метанола соотношение реагентов находится в следующем диапазоне: на частей растительного масло добавляется от 10 до 20 частей метанола, а ко личество щелочи составляет от 0,8 до 1,6 частей.

Последовательность получения БТ из РМ сводится к следующему:

• очистка масла (фильтрование частиц из РМ не больше 5 мкм, ра финирование, отбеливание);

• обезвоживание спирта;

• смешивание спирта с катализатором (щелочью);

• перемешивание смеси спирта с катализатором и РМ при темпера туре около 80оС в течение 1–2 часов;

• оценка глубины протекания реакции этерификации жирных кислот способом титрования;

• при недостаточной глубине переработки жирных кислот добавка смеси спирта с катализатором и продолжение реакции;

• осуществление разделения БТ и глицерина;

• вакуумирование БТ с целью удаления метанола;

• промывка БТ водой;

• вакуумная перегонка биодизеля;


• удаление спирта из глицерина и его очистка.

Существуют различные схемы аппаратного обеспечения получения БТ : в одном большом реакторе или в нескольких небольших. В конечном счете это определяется экономической целесообразностью и обработанно стью технологии. Более прогрессивным считается непрерывное получение.

Но в каждом случае необходимо иметь доведенный технологический про цесс.

При использовании БТ по сравнению с ДТ улучшается КПД двига теля, снижается дымность, но растут выбросы NO x, которые возможно со кратить путем уменьшения.

При использовании смесей БТ с ДТ уже 5% добавка может повлиять на снижение дымности OГ и улучшение экономичности.

Остается проблемой получение всесезонных БТ. Необходимо про должить работы по поиску высокоэффективных присадок по снижению температуры помутнения и застывания.

Желательно производителям биодизельного топлива ориентироваться на зарубежный стандарт EN 14214, что позволит не только получать каче ственное БТ, но и в перспективе обеспечить экспорт этого топлива за ру беж.

В настоящее время БТ, изготавливаемое в Украине, не отвечают это му стандарту. По косвенной оценке из шести БТ только два по КПД дви гателя приближаются к показателям зарубежного БТ. При использовании БТ необходимо ориентироваться на экономический критерий, например, на стоимость одного кВт ч. В противном случае использование БТ будет экономически невыгодно по сравнению с традиционным ДТ.

Возможно предположить, что полученные отличия вызваны разными составами масел и технологиями получения БТ. Поэтому желательно срав нить показатели двигателя при работе на БТ, изготовленных из одного масла по разным технологиям и из разных масел по одной технологии.

Литература к главе 1. Werner Korbitz. Status and Development of Biodiesel Production and Projects in Europe // SAE Techn. Pap. Ser. – 1995. – № 952768. – pp. 249–254.

2. Craig L. Chase, Charles L. Peterson, Gary Lowe, Paul Mann, Jeffrey A. Smith, Nor man Y. Kado. A 322,000 kilometer (200,000 mile) Over the Road Test with HySEE Biodiesel in a Heavy Duty Truck // SAE Techn. Pap. Ser.– 2000. – № 2000-01-2647.

– pp. 1–22.

3. Матиевский Д.Д., Кулманаков С.П., Лебедев С.В., Шашев А.В. Применение то плива на основе рапсового масла в дизелях / Ползуновский вестник. Барнаул (Россия) – 2006. – № 4. – С. 118–127.

4. Bannikov M. G., Tyrlovoy S. I., Vasilev I. P., Chattha A. J. Investigation of character istics of a fuel injection pump of a diesel engine fuelled with viscous vegetable oil– diesel oil blends // Proc. Instn. Mech. Engrs. Part D. Journal of Automobile Engineer ing, 2006. – vol. 270.– № 6. – pp. 787–792.

5. Марченко А.П., Минак А.Ф., Семенов В.Г., Линьков О.Ю., Шпаковский В.В., Обозный С.В. Расчетно-экспериментальные исследования по оценке влияния подогрева альтернативных топлив на показатели работы дизеля // Вестник На ционального технического университета «ХПИ», Двигатели внутреннего сго рания. - Харьков: 2005. – № 1. – С.8–17.

6. Осетров О.О. Поліпшення техніко-економічних показників дизеля 4Ч12/14, що працює на біопаливах: Автореф. дис...к–та тех. наук: 05.05.03 / Нац. техн. ун–т «Харьківский політех. ін–т». – Харьків, 2005. – 20 с.

7. Dietrich W., Schnbeck A. Das MWM – Zndstrahl – Alkohol – Brennverfahren // MTZ. – 1982. – v. 43. –№ 12. – S. 583–588.

8. Марченко А.П., Семенов В.Г., Сукачев И.И., Линьков О.Ю. Расчетное исследо вание особенностей процесса дизеля СМД–31 при его работе на традиционном дизельном топливе и метиловых эфирах рапсового масла // Авиационно–косми ческая техника и технология: сб. научн. трудов. Вып. 19. Тепловые двигатели и энергоустановки. – Харьков: Гос. аэрокосмический ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2000. – С. 155–157.

9. Кейтс М. Техника липидологии. Выделение, анализ и идентификация липидов:

Пер. с анг. – М.: Мир, 1975. – 437 с.

10. Спиричев В.Б. Жиры // Краткая химическая энциклопедия. – М.: 1963. – Т. 2. – С. 62–68.

11. Тютюнников Б.Н. Химия жиров. – М.: Пищевая промышленность, 1966.– 632 с.

12. Котельников Б.П., Погромская В.А. Разработка и испытание метиловых эфиров рапсового масла в качестве альтернативного дизельного топлива // Хімічна про мисловість України. – 2000. – №4. – С. 72–76.

13. Семенов В.Г. Биодизель. Физико-химические показатели и эколого– экономические характеристики работы дизельного двигателя. – Харьков: На циональный технический университет «Харьковский политехнический инсти тут», 2002. – 186 с.

14. Lotko Wincenty Studium zastosowa paliw alternatywnych w silnikach o zaponie samoczynnym. – Radom: Politechnika Radomska, 2000. – 228 s.

15. Харченко Л.Н. Использование метода газожидкостной хроматографии для мас совых анализов жирнокислотного состава масла // Методы биохимических ис следований в селекции масличных культур. Сборник научных трудов. – Красно дар: ВНИИМК, 1973. – С. 16–31.

16. Kyle Althoff, Cole Ehmke, Allan W. Gray. Economic Analysis of Alternative Indiana State Legislation on Biodiesel // Center for Food and Agricultural Business Depart ment of Agricultural Economics. –Submitted to the Indiana Soybean Board in com pletion of funded project number OFH63. Revised July 2003. Purdue University, pp.

1–119.

17. http://attra.ncat.org/attra–pub/PDF/biodiesel.pdf // David Ryan P.E. Biodiesel – A Primer. NCAT – Energy Specialist.– September 2004. – p. 14.

18. Frckowiak P. Technika i technologia produkcji na ma skal biopaliwa rzepakowego do silnikw z zaponem samoczynnym // 5th International scientific conference on combustion engines KONSSPAL’ 2002 «ALTERNATIVE FEEDING OF DIESEL ENGINES PROBLEMS OF MAINTENANCE OF POWER UNITS». – Tadeusz Kociuszko Military Academy, Wrocaw (Poland). 14 – 15 May 2002. – Р.

55–64.

19. Steve Howell. U. S. Biodiesel Standards – An Update of Current Activities // SAE Techn. Pap. Ser.– 1997. – № 971687. – P. 203– 08.

20. Пат. 69710 А Україна, МКИ С 10 L 1/18. Спосіб одержання альтернативного дизельного палива / Гладкий Ф.Ф., Мельник О.М., Марченко А.П., Чумак О.П., Мінак А.Ф., Марков К.В., Попов О.О., Ліньков О.Ю., Осетров О.О. (UA);

– № 20031110522;

Заявлено 21.11.2003;

Опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9. – 3 с.

21. Производство и применение биодизеля: справочное пособие / А.Р. Аблаев, Ф.М. Гумеров, И.Ф. Левин, О.А. Матвеева, Т.Н. Митусова, В.Г. Намакштан ский, В.Г. Семенов, Д.В. Хайбуллин, Р.С. Яруллин. – М.: АПК и ППРО, 2006. – 80 с.

22. Стрелко В. Биодизель – актуальная идея столетней давности.

hppt://www.biodisel.com.ua2006/01/21.

23. Yagiz F., Kazan D., Akin A. N. Biodiesel production from waste oils by using lipase immobilized on hydrotalcite and zeolites //

Abstract

XVII International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR-17). Post-Symposium «Catalytic Processing of Renewable Sources: Fuel, Energy, Chemicals» Athens – Crete (Greece), May 15 19, 2006. pp. 262 – 264.

24. Macario А., Giordano G., Setti L., Parise A., Perri E., Campelo J.M., Luna D. Prepa ration and characterization of heterogeneous enzymatic catalyst for biodiesel produc tion // Abstract XVII International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR-17). Post-Symposium «Catalytic Processing of Renewable Sources: Fuel, Energy, Chemicals» Athens–Crete (Greece), May 15-19, 2006. pp.

664–667.

25. Arzamendi G., Campo I., Arguiсarena E., Montes M., Gandia L.M. Synthesis of bio diesel with heterogeneous catalysts: NaOH supported on alumina and silica// Abstract XVII International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR-17). Post Symposium «Catalytic Processing of Renewable Sources: Fuel, Energy, Chemicals»

Athens-Crete (Greece), May 15-19, 2006. pp. 265–268.

26. Васильев И.П. Результаты испытаний в дизельном двигателе смесей топлив рас тительного происхождения // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2007. – № 2. – С. 3–11.

27. Васильев И.П. Перспективы использования топлив растительного происхожде ния в Украине // Ползуновский вестник. Барнаул (Россия) – 2006. – № 4. – С. 39– 42.

28. Krahl J., Munack A. and Bockey D. Property Demands on Future Biodiesel // Landbauforschung Vlkenrode. – 2007. – 4 (57). S. 415–418.

29. Трачук О. Горючее из свиного и говяжьего жира будет стоить в два раза дешев ле обычной солярки // Факты и аргументы. – 2008. – № 72 (2595). – С. 5.

30. Семенов В.Г., Васильев И.П. Сравнение экономических и экологических пока зателей дизеля при работе на биодизельных топливах разных сортов // Сборник научных трудов по материалам Международной конференции Двигатель–2007, посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н. Э. Баумана / Под редакцией Н.А. Иващенко, В.Н. Костюкова, А.П. Науменко, Л.В. Грехова. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – С. 338–343.

31. Семенов В.Г., Васильєв І.П., Петренко О.О. Порівняльний аналіз показників ви хорокамерного дизеля під час роботи на біодизельному пальному українського виробництва // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2007. – № 4. – С.

140–146.

32. Смайлис В., Сенчила В., Берейшене К. Моторные испытания РМЭ на высоко оборотном дизеле воздушного охлаждения // Двигателестроение. – 2005. – № (222). – С. 45–49.

33. Малов Р.В., Олейников Ю.П. Возможности экономии дизельного топлива // Же лезнодорожный транспорт. – 1983. – № 4.– C. 34–36.

34. Лиханов В.А., Попов В.М. Работа дизеля на метаноле с двойной системой топ ливоподачи // Двигателестроение. – 1986. – № 8. – C. 47–50, 63.

35. Лиханов В.А. Снижение токсичности и улучшение эксплуатационных показате лей тракторных дизелей путем применения метанола. – Киров: Вятская ГСХА, 2001. – 212 с.

36. Pischinger F., Havenith C., Finsterwalder G. Methanol–Dierekteinspritzung bei Fahrzeugdieselmotoren // ATZ. – 1976. – 81.– № 6. – S. 271–275.

37. Васильев И.П. Результаты испытаний в дизельном двигателе смесей топлив рас тительного происхождения // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2007. – № 2. – С. 3–11.

38. Патент на корисну модель 28809 Україна, C 11 С 3/00. Спосіб визначення вміс ту метанолу / Васильєв І. П., Худояров Д. Г.;


Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля (UA). – № u 200708388;

Заявлено 20.07.07;

Опубл. 25.12.07. Бюл. №21.

39. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8–е, перераб. / Под ред.

А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1983. – 232 с.

40. Смаль Ф.В., Арсенов Е.Е. Перспективные топлива для автомобилей. – М.:

Транспорт, 1979. – 151 с.

41. Снижение токсичности и улучшение эксплуатационных показателей трактор ных дизелей путем применения метанола. – Киров: Вятская ГСХА, 2001. – с.

42. Фросин В.Н. Метиловый спирт // БСЭ. – 3-е изд. – М.: Изд-во Советская энцик лопедия. – 1974. – Т. 16. – С. 161.

43. СОУ 24.14–37–561:2007. Ефіри метилові жирних кислот для дизельних двигу нів. Вимоги і методи оцінки. Введ. 13.03.07. – К.: Мінагрополітики України, 2007. – 14 с.

44. EN 14105:2003 Europsche Norm. Erzeignisse aus pflazlichen und tierischen Fetten und len Fettsure-(FAME)-Bestimmung des Gehaltes an freiem Gesamtglycerin und Mono- Di- und Triglyceriden (Referenzmethode) – April 2003. –Management Zetrum: rue de Stassart, 36, B-1050 Brssel, 2003. – S. 18.

Глава РАСТИТЕЛЬНЫЕ МАСЛА И ИХ СМЕСИ С ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ 4.1. Сравнительные характеристики масел В настоящее время ведутся интенсивные исследования возможности использования как РМ, так и смесей РМ с ДТ в дизелях.

В связи с этим около 50 организаций из разных стран, независимо от уровня развития, такие как США, Германия, Малайзия, Филиппины, Зим бабве занимаются исследованиями в данном направлении [1]. В табл. 4. приведены масла, которые исследуются в качестве топлив различными ор ганизациями.

В этих работах участвуют такие известные фирмы, как Institut Francais du Ptrol (Франция), British Petroleum, Perkins Engines Ltd (Великобрита ния), Allis Chalmers, Caterpillar Tractor Company (США) и другие.

Следует отметить интерес к этой проблеме фирм, производящих сель хозтехнику, а именно Caterpillar Tractor Company (США), Caterpillar do Brasil (Бразилия), John Deere (США), Yanmar Diesel Engine Company (Япо ния), Agricultural Engineering Centre, Glenfield (Австралия), Deutz AG (Гер мания).

Из табл. 4.1 следует, что как добавки к различным топливам ( ДТ, ке росину, бутанолу, этанолу, бензину) исследуется широкий спектр масел:

рапсовое, подсолнечное, кукурузное, льняное, хлопковое, пальмовое, коко совое и т. д. Появляются сообщения о новых масличных культурах, масла из которых исследуются на предмет использования в двигателях.

Применяются эти топлива в двигателях грузовиков, тракторов и авто мобилей. Мощность этих двигателей находится в диапазоне от 4 до кВт, время наработки на разных смесях составило от 3 до 1000 часов. И на первом этапе применения масел как топлив будет использование их смесей с ДТ [2].

Таблица 4. Топлива с содержанием или продуктов их переработки Топливо, %,% Не определено Подсолнечное Хлопковое Рапсовое Соевое Пальмовое Кокосовое Арахисовое Кукурузное Льняное Касторовое Обычное № Бутанол Этанол Керосин Бензин БТ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Council for Scientific and Industrial Research (CSIR) (ЮАР) + + Department of Agriculture and Fisheries (DAF) (ЮАР) 20 80 80 + + Institute of Agricultural Engineering (Зимбабве) + + + + + + + 50 + Saskatchewan Research Council (Канада) + + Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Alabama, University of (in Huntsville) (США) + + 50 33 California, University of (at Davis) (США) 100 100 100 50 50 50 + 50 + 50 + Caterpillar Tractor Company (США) 30 + + Perkins Engines Ltd (Великобритания) + + + + + + John Deere (США) 100 100 50 50 Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Georgia School of Technology (GST) (США) + + + Georgia, University of (США) + Idaho, University of (США) 25 50 75 25 50 75 International Harvester Company (США) 50 Louisiana State University (США) 10–60 90– McCutcheon’s Midwest Products (США) + + Michigan, University of (Dearborn) (США) + + Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 North Dakota State University (США) 50 Ohio State University (США) + + 40 20 Southwest Research Institute (SwRI) (США) 20–80 80– 20–80 80– 50 Caterpillar do Brasil (Бразилия) Centro Tecnico Aerospacial (Бразилия) + + Instituto Nacional de Tecnologia (INT) (Бразилия) + + Ministerio da Industria e do Comercio (MIC) (Бразилия) 20 Toyota (Бразилия) + + Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Volkswagen do Brasil (Бразилия) + 30 Indian Institute of Science, Bangalore (Индия) Indian Institute of Technology, Madras (Индия) 80 50 Yanmar Diesel Engine Company (Япония) 20 30 20 National Power Corporation (Малайзия) + Centre for Non–Conventional Energy (Ministry of Energy) (Филиппины) 70 Panteranco (Филиппины) 30 40 Philippines Armed Forces (Филиппины) + Philippines, University of (Филиппины) + + Agricultural Engineering Centre, Werribee (Victorian Department of Agriculture) (Австралия) + Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Agricultural Engineering Centre, Glenfield (N.S.W. Department of Agriculture) (Австралия) + + + + + + + Footscray Institute of Technology, Victoria (Австралия) + + + James Cook University of North Qeensland (Австралия) + 80 + + State Energy Commission, Western Australia (Австралия) 25–75 75– 90–70 10– Victorian Gas and Fuel Corporation (Австралия) + University of the South Pacific (Фиджи) + Auckland, University of (Новая Зеландия) + Lincoln University – Canterbury (Новая Зеландия) Продолжение табл. 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Massey University (Новая Зеландия) Ricardo Consulting Engineers plc (Великобритания) + Otago Polytechnic (Новая Зеландия) 80 Bundesversuchs – und Prfungsanstalt fr Landwirtschaftliche Machinen und Gerte (BVPA) – Wieselburg (Federal Experimental and Testing Institute for Agricultural Machines and Equipment) (Австрия) + + + + Institut Francais du Petrole (Франция) + Aachen University (Германия) + Elsbett – Konstruktion (Elko) – Hilpolstein (Германия) National Machinery Testing Institute, Uppsala (Швеция) 33 50 75 British Petroleum (Великобритания) + + Lucas CAV Ltd (Великобритания) + + Наибольшего успеха в этом направлении достигла Германия, которая имеет сеть заправочных станций с РапМ и для которого принят стандарт на РапМ как топливо E DIN 51605.

Пионером в этой области была фирма «Elsbett» (Германия), которая использовала для этой цели двигатель со специальной формой КC. В на стоящее время из-за экономических трудностей фирма прекратила выпуск этих двигателей, но разработала мероприятия по переводу некоторых су ществующих двигателей на работу на РМ.

Мероприятия направлены на усовершенствование топливной системы, которая снабжается высокопроизводительным топливоподкачивающим на сосом, высокоэффективным фильтром, подогревателем масла (топлива) и управляющим блоком. Разработаны системы, которые предназначены как для работы только на РМ, так и двухтопливные, которые предусматрива ют работу как на ДТ, так и на РМ. Особенностью второй системы являет ся то, что перед работой необходимо прогреть двигатель на ДТ, а затем автоматика переключает двигатель на работу на РМ.

4.1.1. Температура вспышки и самовоспламенения зт В табл. 4.2 представлены t всп и t самв РМ и для сравнения другие го рючие вещества [3, 4, 5].

Таблица 4. зт t всп, t самв и для различных веществ Температуры зт t всп, оС t самв, оС Вещество 1 2 ДТ «З» 48 [3, c. 88] 240 [3, c. 88] ДТ «Л» (автотракторное) 71 [3, c. 88] 310 [3, c. 88] Керосин тракторный 27 [3, c. 124] 250 [3, c. 124] ПМ :

Сырое II сорт 229 [3, c. 155] 370 [3, c. 155] Рафинированное II сорт 227 [3, c. 155] 380 [3, c. 155] ПМ 196 [4, c. 36] ПМ 320 [4, c. 37] Олеиновая кислота 184 [3, c. 191] 280 [3, c. 191] СМ 318 [4, c. 37] Кислоты соевого масла 240 [5, c. 620] Продолжение табл. 4. 1 2 Баррас (живица) 86 [5, c. 183] Живица сосновая 42–44 [3, c. 531] 340 [5, c. 531] Живица лиственничная 262 [5, c. 530] Ск 34 [5, c. 232] 300 [5, c. 232] РапМ 308–318 [4, c. 36] РапМ 224 [4, c. 37] Хлопковое масло: 316 [4, c. 37] Сырое I сорт 240 [3, c. 155] 380 [3, c. 355] Рафин II сорт 233 [3, c. 155] 370 [3, c. Конопляное 229 [3, c. 410] 410 [3, c. 154] КасМ 220 [3, c. 154] 460 [3, c. 154] Метанол 8 [5, c. 102] 436 [3, c. 102] Этанол 13 [3, c. 297] 365 [3, c. 297] Диметиловый эфир СН3ОСН3 350 [3, c. 91] Диэтиловый эфир С2Н5ОС2Н2 –41 [3, c. 104] 164 [3, c. 104] –41 [5, c. 511] 180 [5, c. 511] зт Следует отметить высокие t всп масел и низкие Ск, которые переме шиваются между собой. Открываются возможности по подбору смесей с заданными величинами по этой характеристике.

4.1.2. Температура помутнения и застывания Для масел важной эксплуатационной характеристикой является t пом, но еще важнее температура кристаллизации, когда кристаллы забивают фильтры и трубопроводы и блокируют поступление топлива.

Для их определения используются стандарты [6, 7]. Для определения этих характеристик исследовались промышленно выпускаемые РМ (табл.

4.3).

Следует отметить, что не все значения t заст масел попадают в указан ный в справочнике диапазон, например, РапМ и ГМ. Поэтому желатель но определять t заст экспериментально.

t заст зависит от места произрастания масличных культур. Масличные культуры, которые произрастают в южных широтах, имеют масла с боль шим содержанием насыщенных кислот, t заст которых выше. Так, t заст пальмового масла плюс 41оС. Масличные культуры, которые произрастают в северных широтах, имеют масла с большим содержанием ненасыщенных кислот, t заст которых существенно ниже [9].

Таблица 4. t пом и t заст различных промышленно выпускаемых РМ t заст, оС t пом, Масло Дата выпуска, изготовитель о С Изм.

[8] Изг. 15.12.04, (62630, Харківська обл., Ве- –12 –22 – РапМ р ликобурлуцький р-н, смт Приколотне, вул. – Леніна, 45, ЗАТ «Приколотнянський ОЕЗ») РР Изг. 01.06, (Пакистан) +2 –11 – Изг. 23.02.05, (74800, Херсонська обл., –15 – ПМ р м. Каховка, вул. Козацька, 3, ЗАТ «Чумак») – – Изг. 15.12.04, (70601, Запорізька обл., –10 – ПМ нер м. Пологи, вул. Ломоносова, 36, ЗАТ «По логівський олійноекстракційний завод») Изг. 18.11.04, (Россия, 347140, Ростовская –14 –24 – ГМ нер обл, ст. Облиевская, ООО «Пищепромсер вис») Изг. 05.04.04, ТОВ «Вiадук–Р» (м. Севас- –7 –10 – СМ р тополь ) – ТУ 15.4–20732998–001– Изг. 05.04.04, ВАТ «Дніпровский крох- –10 –12 – КМ р мальнопатоковий комбінат» (51650, Дніп- – ропетровска обл., Верхньодніпровський р-н., с.м.т. Дніпровське) ДТ «Л» 11.04 Лисичанский НПЗ (г. Лисичанск, Луган- –12 – ская обл.) – ДТ «З» 12.05 – Таким примером может служить РР, местом произрастания которого являются южные страны, в частности Пакистан. Так, у него t пом составляет плюс 2оС.

Такая же закономерность наблюдается при продвижении масличной культуры с запада на восток.

4.1.3. Изменение плотности масел от температуры Для практического использования и моделирования процессов смесе образования и сгорания в КС двигателей представляет интерес изменение плотности и вязкости масел от температуры. Такие исследования были про ведены автором и представлены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Изменение плотности масел от температуры Изменение плотности от температуры хорошо описывается линейным уравнением. Наибольшую плотность имеет КасМ p, наименьшую – РапМ р. Табл. 4.4 составлена по уменьшению плотности масел.

Таблица 4. Уравнения, описывающие изменения плотности масел от температуры в диапазоне от 20оС до 80оС Плотность при 20оС, г/см Масло Уравнение R y = -0,00069 x + 0, 0,96 0, КасМ p y = -0,00064 x + 0, 0,924 0, PPнер y = -0,0006 x + 0, 0,921 0, СМ р y = -0,00064 x + 0, 0,917 0, ПМ р y = -0,00059 x + 0, 0,916 0, ПМ нер y = -0,00063 x + 0, 0,916 0, СМ р y = -0,00063 x + 0, 0,914 0, ГМ нер y = -0,00059 x + 0, 0,913 0, РапМ р В таблице R 2 – величина достоверности аппроксимации.

При этом исходили из рекомендаций, предложенных в работе [10]. В ней указывается, что на практике можно считать, что величины достаточно связаны, если R 0,7 ( R 2 0,49) или R 0,6 ( R 2 0,36). Однако можно сделать заключение о наличии связи и при меньших значениях R, если это заключение можно подкрепить физическими соображениями.

Следует отметить, что плотность ПМ р выше, чем ПМ нер, что объяс няется воздействием процесса рафинирования. Свойства масел отличаются в зависимости от сорта, места произрастания, способа получения, поэтому необходимо определение этих характеристик в каждом отдельном случае.

Данные результаты возможно использовать как ориентировочные.

4.1.4. Изменение вязкости масел от температуры Изменение вязкости от температуры достаточно хорошо описывается степенным уравнением (рис. 4.2).

Наибольшую вязкость имеет PPнер, наименьшую – РапМ р Табл. 4. составлена по уменьшению вязкости масел.

Таблица 4. Уравнения, описывающие изменение вязкости масел от температуры в диапазоне от 20оС до 80оС Масло Уравнение R 20, мм/с2 40, мм/с 114 39,6 0, y = 10947 x 1, PPнер 89,5 34,4 0, y = 5577,2 x 1, СМ нер 84,8 33 0, y = 49838 x 1, РапМ р 79,4 32,3 0, y = 3899,2 x 1, КМ р 72,7 31,1 0, y = 4022,7 x 1, ГМ нер 72,4 29,6 0, y = 3477,9 x 1, ПМ р Следует отметить, что некоторые характеристики одинаковых масел не совпадают с данными из табл. 2.1. Это объясняется тем, что свойства ма сел отличаются в зависимости от сорта, климатических условий, места про израстания, способа получения, поэтому желательно определение этих ха рактеристик в каждом отдельном случае. Данные результаты возможно ис пользовать как ориентировочные. Значения вязкости при 20 и 40 оС приве дены согласно уравнениям из табл. 4.5.

Такие зависимости получены и для смеси PPнер с ДТ, значения кото рых приведены в табл. 4.6.

Изменение вязкости от температуры представлено на рис. 4.3.

Таблица 4. Уравнения, описывающие изменение вязкости смесей PPнер с ДТ от температуры в диапазоне от 20оС до 80оС ДТ, % об. Уравнение PPнер, % об. R 20, мм/с2 40, мм/с 0 100 4,6 2,6 0, y = 53,1 x 0, 10 90 6,4 3,5 0, y = 85,71 x 0, 30 70 9,5 5 0, y = 161,1 x 0, 50 50 19 9 0, y = 479,9 x 1, 70 30 38,6 15,8 y = 1808,3 x 1,28 0, 90 10 76,3 29,4 y = 4695,1 x 1,37 0, 100 0 114 39,6 0, y = 10947 x 1, Рис. 4.2. Изменение вязкости масел от температуры Рис. 4.3. Зависимость изменения вязкостей смесей масла РРнер с ДТ от температуры На рис. 4.4 представлена зависимость изменения вязкости от темпера туры для БТ ( БИО ЭСТ ) по уравнению y = 106,1 x 0,85 и для ДТ по урав нению y = 53,1 x 0,81.

Рис. 4.4. Изменение вязкости от температуры для БТ ( БИО ЭСТ ) и ДТ 4.1.5. Корреляционные зависимости между характеристиками Учитывая наличие разных характеристик масел, представляло интерес выявить корреляционные зависимости между ними. Данные исследования были выполнены Technologie- und Forderzentrum (TFZ) в Германии.

Использовались РапМ, полученные из разных сортов рапса и с раз личных маслобоен [11].

Для исследований были использованы характеристики от 20 до проб РапМ, выполненных ASG Analytik–Service Gesellschaft mbH. Следует отметить трудоемкость данной работы, если только ориентировочная стои мость анализов составила около 12000 евро.

Ниже предоставлены графики разных зависимостей и комментарии к ним.

Зависимость между стабильностью к окислению и кислотным числом масел представлена на рис. 4.5 [11, с. 156].

Рис. 4.5. Зависимость между стабильностью к окислению и кислотным числом Наблюдается надежная корреляция и чем выше кислотное число, тем меньше стабильность к окислению.

Зависимость между стабильностью к окислению и йодным числом масел представлена на рис. 4.6 [11, с. 157].

Рис. 4.6. Зависимость между стабильностью к окислению и йодным числом Наблюдается надежная корреляция и чем выше йодное число, тем меньше стабильность к окислению.

Зависимость между содержанием воды в масле и теплотой сгорания масел представлена на рис. 4.7 [11, с. 160].

Рис. 4.7. Зависимость между содержанием воды в масле и теплотой сгорания С увеличением содержания воды в масле теплота сгорания уменьша ется. Для определения теплоты сгорания используется калориметрия. На веска топлива помещается в объем с двойными стенками, которые запол нены водой. Навеска поджигается, и выделившаяся теплота фиксируется по величине максимального повышения температуры воды в калориметре по главному периоду кривой калориметрического опыта [12].

При сгорании влага, которая находится в топливе, испаряется. Но теп лота, которая затрачена на испарение этой влаги фиксируется в калоримет ре. Это не учитывает особенности процесса, проходящие в цилиндре дви гателя. При использовании этого топлива в КC эта теплота удаляется с OГ, что ухудшает КПД двигателя. В калориметре может быть зафикси рован другой механизм воздействия. Часть массы сгораемого топлива за меняется на несгораемую часть – воду. Поэтому теплота сгорания падает.

Фосфор является каталитическим ядом для нейтрализаторов [13]. По этому интерес представляет определение источников поступления фосфора в масло. Существует надежная корреляция между содержанием фосфора и кальция в масле рис. 4.8.

Возможно предположить, что с уменьшением использования удобре ний с содержанием кальция содержание фосфора также уменьшится.

Рис. 4.8. Зависимость между содержанием фосфора и кальция в масле Вышеприведенные зависимости сведены в табл. 4.7.

Таблица 4. Аппроксимирующие уравнения и R для характеристик масел Характеристика Характеристика R Аппроксимирующее уравнение (x) (y) y = 2,8 ln(x) + 6, Кислотное Стабильность к 0, число окислению Йодное Стабильность к 0, y = 0,0038 x 2 + 7,531 x 28, число окислению y = 1670 x + Содержание 0, Qн воды – y = 0,551 x + 0, Кальций Фосфор 0, Представляет интерес рассмотреть другие зависимости между харак теристиками масел, хотя они не имеют надежной корреляции в силу, воз можно, недостаточного количества или низкой точности замеров.

Например, зависимость между содержанием воды в масле и кислот ным числом. Вода в масле предполагает гидролитическое расщепления триглицеридов и, таким образом, появление свободных жирных кислот.

Следовательно, содержание воды соотносится с кислотным числом и явля ется мерой содержания свободных жирных кислот, что можно объяснить реакцией гидролиза. С увеличением содержания воды в масле возрастает кислотное число [11, с. 159]. Хотя эта зависимость в данных исследовани ях слабо выявлена (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Зависимость между содержанием воды в масле и кислотным числом зт Зависимость между содержанием воды в масле и t всп представлена на рис. 4.10 [11, с. 161].

зт t всп Рис. 4.10. Зависимость между содержанием воды в масле и зт Возможно предположить, что вода в масле влияет на t всп. Но это ни зт велируется из-за особенностей определения этой величины в приборе. t всп масла около 230оС, а вода начинает испаряться уже до 100оС. И до дости зт жения t всп масла основная часть воды испаряется. Но на графике эта, хотя и слабая, зависимость зафиксирована. В цилиндре двигателя вода в масле зт должна приводить к повышению t всп.

Зависимость между содержанием воды в масле и кинематической вяз костью представлена на рис. 4.11 [11, с. 164].

Рис. 4.11. Зависимость между содержанием воды в масле и кинематической вязкостью При анализах использовались РапМ различного происхождения и специально приготовленные смеси РапМ с водой. Возможно предполо жить слабую корреляцию между содержанием воды в масле и кинематиче ской вязкостью, которая заключается в снижении вязкости масла с увели чением содержания воды.

Как для фосфора, так и для серы (каталитических ядов) характерен их переход в масло из твердых частиц семени во время отжима [11, с. 167].

При этом с увеличением азотных удобрений концентрация серы в маслах возрастает [14, с. 89].



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.