ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТАНОЛА И БУТАНОЛА В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ К БЕНЗИНОВОМУ ТОПЛИВУ, ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

Тахиров Султан Нураддин оглы
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
магистрант

Аннотация
В настоящее время проблема автотранспорта, рассматривается как одна из составной части всей экологической безопасности. Эко-проблемы, связанные с употреблением традиционного автомобильного топлива в двигателях различной конструкции, актуальны не только для Азербайджанской Республике, но и для широкого круга стран. Автотранспорт, воспроизводящий шум и загрязняющий природную атмосферу, рассматривается как один из влиятельных источников загрязнения природной окружающей среды в мега городах, заселенных пунктах, более того негативно влияет на здоровье людей.
Таким образом, в качестве жидкого топлива с экологической точки зрения мы выбрали именно автомобильное традиционное топливо, а точнее бензин и дизельное топливо.

Ключевые слова: , , , , , ,


Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Тахиров С.Н.о. Использование этанола и бутанола в качестве добавки к бензиновому топливу, для снижения выбросов в атмосферу // Современные научные исследования и инновации. 2022. № 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2022/01/97455 (дата обращения: 21.05.2024).

Воздействие моторного топлива на окружающую среду колоссально значительно, потому как, автотранспорт является один из основных потребителей энергии и сжигает массовое количество продуктов, полученных в результате переработки нефти. Выхлопные, отработанные газы автомобильного транспорта, являются источниками негативных процессов: загрязнение атмосферы вредными и токсичными газами, образование кислотных дождей, фотохимического смога, и конечно глобальное потепление, результатом которого является газы, образующие парниковый эффект. С другой стороны, выхлопные газы являются негативными для организма человека, которые при вдыхании больших концентраций могут вызвать неблагоприятные последствия для людей [1].

В ходе эксплуатации автомобилей различной категории, оснащённые двигателями внутреннего сгорания (ДВС), вредными источниками, загрязняющие биосферу являются: отработанные, моторные газы, газы из системы Кратера, испарение рабочей смеси из систем питания. В выхлопных газах автотранспорта, содержится некоторое количество токсичного свинца, который с различными солями металлов широкого диапазона, проникает в почву, в поверхностные водоёмы, в подземные воды, который позднее поглощается растительностью, которые употребляет человек повседневно. Загрязнения водоёмов, осуществляется в процессе выпадения кислотных дождей, причиной которых является вступлению в реакцию с водой оксидов азота и углекислого газа. Также, стоит отметить, что основная угроза, которая исходит от отработанных токсичных газов – это истощение озонового слоя, который защищает нашу планету от проникновения ультрафиолетовых лучей на Землю. Эти лучи, обладают способностью вызывать большое количество заболеваний. Углеводороды, вступая в реакцию с оксидами азота, образуют так называемый околоземный или тропосферный озон, который также в незначительных концентрациях негативно отражается на здоровье людей.

Поэтому, в связи с ужесточением экологических характеристик традиционного авто-топлива, реализуются различные проекты в Азербайджане и странах СНГ, основной целью которых является снижение содержания вредных веществ в бензине и дизельном топливе, перехода на качество, соответствующее Евро стандартам. Реальной целью является сокращение в топливе различных гетерогенных примесей: содержание полициклических ароматических углеводородов, бензола, являющиеся канцерогенными веществами; содержание серы, меркаптановых соединений; замена углеводородов ароматического ряда на некоторые кислородосодержащие присадки, алкилаты, изомеризаты. В 2011 году, в США были введены новые нормативы на содержание бензола до 0,95-0,97 % об, а уже с 2016 года в силу вступили новые ограничения на содержание бензола в автомобильном бензине до 0,63% об.

В современное время, основными компонентами авто-топлива, понижающие количество отработанных, выхлопных газов являются оксигенаты. Оксигенаты – присадки, обогащённые кислородом в своих молекулярных строениях. К ним относятся: спирты (этанол, бутанол, метанол); эфиры (МТБЭ, ЭТБЭ). При добавлении оксидосодержащих добавок в топливную моторную смесь в размере 9-15 % содержание угарного газа (СО), углеводородов, уменьшается в результате полного сгорания, за счёт наличие кислорода в топливной смеси. Содержание диоксида углерода увеличивается, так данный газ является продуктом полного сгорания. Используя МТБЭ, количество оксидов азота также увеличивается на незначительное количество, концентрации которых не несут негативные последствия [2].

Основное реальное исследование проводилось для сравнения состава выхлопных газов ДВС, при использовании чистого бензина и смеси традиционного топлива, содержащего в качестве добавки – 2% мас., этанола и бутанола.

Опыты проводились на четырёхцилиндровом, четырёхтактном двигателе с водяным охлаждением автомобиля. Состав выхлопных газов определяли с помощью газоанализатора Stargas/898 [3, 4].

Смесь, состоящая из бензина и биотопливных добавок в заданной концентрации, готовили перемешиванием на центрифуге при комнатной температуре в течение 8 часового рабочего дня лаборатории, каждые 2 часа по 10-15 минут.

Смесь, содержащую 2% добавки биотоплива тестировали на стабильность и устойчивость к фазовому расслоению. Исследование проводилось при следующих условиях: температура топлива – 600С, объем образца бензина – 300мл, относительная влажность – 50/55%, средняя температура внешней среды в лаборатории – 220С.

Исследования проводились в две стадии:

Образец готовили следующим образом: к чистому бензину, добавляли этанол 2% масс., исследовали стабильность полученной по фазовому разделению при температуре в диапазоне 25-300С. Состояние смеси контролировали визуально каждые 2 часа в течение 10 дней. Смесь бензина и бутанола исследовали по той же методике. Состав выхлопных газов контролировали по содержанию CO, HC, CO2, NOX. Механическое смешение смеси происходило непосредственно в топливном насосе. Состояние форсунки проверяли визуально, значительного сажевого осадка не наблюдалось.

При измерении химических компонентов выхлопных газов условия окружающей среды должны быть в следующих пределах:

  1. Температура окружающей среды – от минус 10 до 350С;
  2. Атмосферное давление – от 91,5 до 102,4 кПа (650-790 мм ртутного столба).

Предварительная подготовка к измерениям. Проверка системы, обеспечивающая сокращение токсичных выбросов автомобиля проводится визуально. В случае отсутствия фактической комплектации установленной производителем, измерения не проводятся. Перед измерением температура двигателя не должна быть меньше 600С, а также следует нагреть до заданной температуры, если рабочая температура масла и охлаждающей жидкости не соответствует требованиям, указанным в ремонтном инструктаже автомобиля [5, 6].

После нагревания двигателя автомобиль готовится для измерений в следующем порядке:

  1. Коробка передач скорости устанавливается на нейтральный режим;
  2. Автомобиль останавливают при помощи колодок стояночного тормоза и отключают двигатель;
  3. Устанавливаются сенсоры тахометра и датчика, определяющего температуру масла двигателя;
  4. Вводят пробоотборный зонд газоанализатора в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от наиболее заглубленной точки среза трубы.

Для определения количества монооксида углерода и углеводородов автомобильных средств при работе двигателя в нейтральном положении, измерения проводятся при минимальной (nмин) и повышенной (nпов) частоте вращения коленчатого вала, установленные производителем [7].

Измерение выхлопных газов транспортных средств, работающих на бензине:

  1. Коробка передач скорости автомобиля устанавливается на нейтральное положение;
  2. Автомобиль приостанавливается посредством тормозов;
  3. Двигатель отключается;
  4. Открывается капот агрегата, расположенного на двигателе;
  5. Устанавливается тахометр;
  6. Зонд газоанализатора берущий пробу, устанавливается в поперечном сечении газовой трубы до 300 мм в глубину, (при неисправности глушителя в виде деформации, глубина рассчитывается с короткой части поперечного сечения);
  7. Воздушная крышка карбюратора открывается полностью;
  8. Для определения количество оборотов мотора, на выходы аккумулятора устанавливаются специальные кабеля;
  9. Для измерения температуры и количества выхлопных газов на выходящую трубу глушителя устанавливают зонды, определяющие температуру и количество отработанных газов;
  10. Мотор заводится; частота вращения вала мотора повышается на n число оборотов и в этом режиме продолжает оставаться в рабочем состоянии не менее 15 секунд;
  11. Определяется минимальная частота вращения вала мотора и через 20 секунд минимум, измеряется количество оксида углерода и углеводородов;
  12. При n число оборотов вала мотора, определяется частота вращения вала и через 30 секунд минимум, измеряется количество оксида углерода и углеводородов;
  13. При минимальном количестве оборотов двигателя, полученные результаты отражаются на экране прибора и далее распечатываются на бумаге.

Методика измерения отработанных токсичных газов транспортных средств с системой нейтрализации. Перед началом измерений проверяются визуально и сбрасываются показания CO, CH, CO2 на газо-детекторе. Измерения осуществляются в нижеуказанном порядке:

  1. Заводится двигатель, нажимая на педаль управления, увеличиваем частоту вращения коленчатого вала до nпов и двигатель работает в этом режиме в течение 2-3 минут. Стоит отметить, при температуре окружающей среды ниже 00С 4-5 минут. После стабилизации параметров, определяется количество CO, CH.
  2. Далее обеспечиваем минимальную частоту коленчатого вала nмин и измеряем вновь количество оксида углерода и углеводородов. Проведение измерений при nмин должны проводится не позднее 30 сек после режима nпов.
  3. Перед началом измерений отработанных газов автомобилей с встроенной трехкомпонентной системой нейтрализации, необходимо осуществлять проверку этой системы по диагностическому индикатору, установленного на панели приборов [8].

Измерения выхлопных газов производились при помощи газоанализатора Stargas/898.

Измерения проводились в следующем порядке:

  1. Использование в качестве топлива чистого бензина марки АИ-92 без добавок;
  2. Топливная смесь бензина и этанола;
  3. Топливная смесь бензина и бутанола.

Результаты измерений записываются в том же порядке в нижеуказанной таблице 1.

Таблица 1 – Результаты экспериментальных измерений отработанных газов

Показатели результатов при использовании чистого бензина без применения добавок

CO (%)

CO2 (%)

HC(ppm)

O2 (%)

NOx (ppm)

0,030

14,14

26

1,49

0,1

Показатели результатов отработанных газов при использовании смеси бензина и этанола

0,0276

16,2

22,8

1,61

0,094

Показатели результатов выхлопных газов при использовании смеси бензина и н-бутанола

0,029

15,9

23,5

1,68

0,095

Показатели результатов при сравнении оксидосодержащих добавок представлены в следующей таблице 2.

Таблица 2 – Сравнение показателей выхлопных газов смеси бензина с добавкой этанола и смеси бензина с н-бутанолом

Сравнение показателей с использование чистого бензина и смесью бензина и этанола

CO

CO2

HC

O2

NO

Снизилось на 8%

Увеличилось на 14,4%

Снизилось на 13,2%

Увеличилось на 8,1%

Снизилось на 6 %

Сравнение показателей с использование чистого бензина и смесью бензина и н-бутанола

CO

CO2

HC

O2

NO

Снизилось на 3,5 %

Увеличилось на 12,4%

Снизилось на 9,6%

Увеличилось на 12,8%

Снизилось на 5 %

Выводы

Снижение выбросов СO, HC NO объясняется большим содержанием кислорода в топливной смеси за счет кислородосодержащих добавок, таких как этанол и бутанол, которые способствуют более полному сгоранию. Отсюда следует увеличение выбросов СO2 за счет полного сгорания образующегося оксида углерода CO [9].

Также стоит отметить, что на выхлопные газы автомобильных средств влияют целый ряд технических неисправностей самих транспортных средств.


Библиографический список
  1. Соломин В.А., Шабанов А.В., Шабанов А.А., Килюшник В.М., Младенский А.В. Анализ методов и средств экологического контроля выбросов вредных веществ отработавших газов автомобилей // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. — 2016. — № 4(30). — С. 82-89.
  2. Williams PRD. Risk-benefit analysis of ethanol fuel blends in the U.S. Int Sugar J 2004;106(1263):151–66.
  3. Da Silva MLB, Alvarez PJJ. Effects of ethanol versus MTBE on benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene natural attenuation in aquifer columns. J Environ., Eng—ASCE 2002;128(9):862–7.
  4. Г.С. Яицких, П.А. Вахрушин, К.Э.Колесников. – Сравнение экологических показателей всех видов авто-топлива – http://chemtech.ru/eshhe-raz-pro-gaz/.
  5. Tami, C. Bond Climate Science and Major Sources / C. Tami // U.S. EPA Region 9 –Black Carbon Symposium. – November 14, 2012.
  6. Данилов А.М. Применение присадок в топливах. М., Мир, 2005. – 288 с.
  7. Анализатор газов для контроля промышленных и транспортных выбросов, “STARGAS-898”. Общие технические условия – 2010 г.
  8. ГОСТ Р 51866-2002. Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия.
  9. Ложкин В.Н., Шкрабак В.С. Автомобильный транспорт как источник загрязнения окружающей природной среды. СПб.: Изд. НПК «Атмосфера», 2004. – 307с.


Все статьи автора «Aygun»


© 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:
  • Регистрация