РОМАНЦОВА С.В., ПАШИНИН В.А. КОМПОЗИТНОЕ БИОТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ


РОМАНЦОВА С.В., ПАШИНИН В.А. КОМПОЗИТНОЕ БИОТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ


Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
// Современные научные исследования и инновации. 2012. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/03/10917 (дата обращения: 01.10.2017).

Преимущества биодизельного топлива (метиловых эфиров растительных масел, МЭРМ) перед нефтяным хорошо известны.

Во-первых, биодизельное топливо обладает лучшими экологическими характеристиками:

– оно практически не содержит серы и ароматических углеводородов;

– за счёт атомов кислорода, содержащихся в молекулах биодизельного топлива, достигается более полное сгорание топлива, т.е. происходит значительное уменьшение количества несгоревших углеводородов и сажи в отработанных газах; в т.ч. практически отсутствуют канцерогенные углеводороды ароматического ряда, например бенз-a-пирен.

Во-вторых, биодизельное топливо более безопасно при хранении и транспортировке, поскольку обладает высокой температурой вспышки и легко разлагается микроорганизмами при попадании в почву.

Ещё одно преимущество биодизельного топлива – высокие смазывающие свойства и цетановое число, что улучшает его эксплуатационные характеристики.

Основной проблемой широкого применения биодизельного топлива является отличие его физико-химических свойств от аналогичных характеристик нефтяного топлива. Одно из решений проблемы — использование смесевых топлив, получаемых при смешении МЭРМ с нефтяным дизельным топливом. Однако при этом остаются нерешёнными экологические проблемы.

Нами предлагается другой способ – создание композитного топлива путём добавки к биодизельному топливу предельных эфиров меньшей молекулярной массы.

Для создания композитного топлива можно использовать октиловый и изоамиловый эфиры масляной кислоты, гептиловый и нониловый эфиры валериановой кислоты, нониловый эфир капроновой кислоты.

Спирты, используемые для синтеза предельных компонентов композитного топлива можно получить при перегонке сивушных масел – отходов, образующихся при синтезе этилового спирта методом брожения.

Масляную кислоту можно получить из крахмала, сахара, глицерина при бактериальных процессах брожения. Валериановая кислота образуется наряду с другими жирными кислотами при окислении стеариновой кислоты и касторового масла; капроновая кислота – при маслянокислом брожении сахара.

В таблице приводятся значения физико-химических характеристик нефтяного дизельного топлива (ДТ), биодизельного топлива из рапсового масла (МЭРМ) и композитного топлива (КТ), состоящего из 50 % (об.) биодизельного топлива и 50 % (об.) смеси синтетических эфиров. Как видно из полученных данных, композитное топливо, в большей степени, чем биодизельное топливо, соответствует товарному нефтяному летнему дизельному топливу по большинству параметров.

Таблица 1 – Физико-химические характеристики различных видов топлива

Наименование показателя

ДТ

МЭРМ

Композитное топливо

1.

Плотность при 20 °С, кг/м3

820-860

883

864

2.

Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2

1,8-6,0

7,44

4,1

3.

Цетановое число

не менее 45

52

53

4.

Температура, °С:

Вспышки

Помутнения

Застывания

35-80

-1…-10

-10… -20

161

0

- 8

60

- 9

- 21

5.

Фракционный состав, °С

начало кипения

50 %

96 %

конец кипения

170-200

270-280

320-360

360-380

320

348

342

342

172

279

320

340

6.

Кислотное число, мг КОН/г

не более 0,2

мг КОН/100см3

0,50

0,22

7.

Зольность, %

не более 0,01

0,014

0,006

При этом сохраняется присущее биодизельному топливу высокое цетановое число, обеспечивающее более мягкую работу двигателя. Это позволяет использовать композитное топливо в существующих дизельных двигателях без дополнительной адаптации.

При работе двигателя на композитном топливе снижается дымность отработанных газов и содержание в них углеводородов и оксида углерода (II).

Исследованы физико-химические характеристики биодизельных топлив, полученных из разных растительных масел, и композитного топлива.

Зависимость плотности метиловых эфиров растительных масел от температуры (рис. 1) носит линейный характер. Такая же зависимость характерна и для растительных масел.

 

Рисунок 1. Экспериментальные зависимости плотности биотоплив и композитного топлива КТ 3 от температуры

Абсолютные значения плотности для биодизельного и композитного топлива, несколько отличаются, так как несколько отличается их состав, но угол наклона линий тренда практически одинаков. Зависимость плотности нефтяного дизельного топлива от температуры также представляет собой прямую линию с несколько большим углом наклона линии тренда (r = -t + 846).


Рисунок 2. Экспериментальные зависимости кинематической вязкости биотоплив и композитного топлива КТ 3 от температуры

Для описания зависимости кинематической вязкости как биодизельного, так и композитного топлива от температуры наиболее приемлема экспоненциальная функция. Та же зависимость характерна и для растительных масел. Однако соответствующую зависимость для товарного нефтяного дизельного топлива наилучшим образом отражает степенная функция. Таким образом, вязкостно-температурные свойства биодизельного и композитного топлив ближе к зависимостям, характерным для растительных масел, чем для нефтяного дизтоплива. Это связано с тем, что растительные масла, получаемые из них биотоплива и композитное топливо относятся к одному и тому же классу органических соединений – сложным эфирам, в то время как в состав дизельных топлив преимущественно входят предельные и непредельные углеводороды.

На кривых зависимости вязкости биодизельного топлива в аррениусовских координатах чётко виден перегиб при 303 К, что свидетельствует об его различной коллоидной структуре до и после этой температуры. Перегибы на графике для композитного топлива отсутствуют, это можно объяснить тем, что добавление предельных алифатических эфиров меньшей молекулярной массы стабилизирует коллоидную структуру топлива.

На рисунке 3 экспериментальные данные представлены в координатах вязкость – плотность, что даёт наглядное представление о существовании корреляционной зависимости между этими теплофизическими характеристиками для композитного и биодизельного топлива.


Рисунок 3. Регрессионные зависимости для биодизельного топлива

Наличие регрессионных зависимостей позволяет определять характеристики биодизельного и композитного топлива при различных температурах.



Все статьи автора «svromantsova»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: