Екологічні та експлуатаційні характеристики палива моторного біологічного Е-85

Зростаючий інтерес до альтернативних видів палива обумовлений трьома істотними міркуваннями: альтернативні види палива дають менші викиди, які забруднюють повітря та сприяють глобальному потеплінню; більшість альтернативних видів палива виробляється з поновлюваної сировини; використання таких палив дозволяє державі підвищити енергетичну незалежність і безпеку.

Застосування різних кисневмісних добавок (спиртів, етерів) в якості антидетонаторів має ряд переваг. З різноманітних антидетонаторів найбільш ефективними, доступними та екологічно чистими являються спирти, зокрема, етиловий спирт. Добавки етанолу дозволяють у кілька разів знизити кількість викидів оксиду вуглецю та азоту, а також викиди канцерогенних сполук. Тобто для підвищення екологічної та енергетичної безпеки в Україні актуальною є проблема переведення автотранспортних засобів на використання етанольного моторного палива з власної поновлюваної сировини [1]. Маючи хіммотологічний досвід по створенню біобензинів, авторами була створена рецептура палива моторного біологічного Е-85 (ТУ У 24.6 – 35523958 – 001:2009 «Паливо моторне біологічне. Технічні умови»),  виходячи з сировинних умов України та враховуючи такі недоліки етанолу, як палива або компонента палива: корозійна активність, фазова нестабільність, низька теплота згоряння, більш висока теплота випаровування, низькі змащувальні властивості.

1. Корозійна активність етанолвмісного палива

Етанол агресивно впливає на цинк, латунь, свинець, алюміній, сталь, вкриту сплавом свинцю та олова, припій на свинцевій основі. Корозійний  вплив  бензинів призводить не лише до швидкого зношування трубопроводів, резервуарів, паливних баків, але й до забруднення бензинів продуктами корозії у вигляді механічних домішок.

Корозія може бути уповільнена або практично зупинена за рахунок  введення у середовище інгібіторів. Захисні інгібуючі плівки можуть виникати при введенні в бензин амінів, аміноспиртів, деяких кислот та нітросполук [2].

2. Фазова нестабільність етанолвмісного палива

Етанол змішуються з водою у будь-яких співвідношеннях, але присутність останньої в  спиртовмісному бензині є причиною фазового розділення. Проблема фазового розділення бензино-спиртових сумішей не знімається і при використанні абсолютованих етилових спиртів. В реальних умовах зберігання та транспортування бензино-спиртового палива неминуче його обводнення за рахунок потрапляння води в паливо в процесі зберігання, транспортування та експлуатації. В якості стабілізаторів бензино-спиртових сумішей пропонується  використовувати аліфатичні спирти С3-С12 нормальної та ізобудови, алкілацетати, етери та естери та їх алкілкарбонати, карбонові кислоти та суміші  наведених сполук. Ще одним варіантом вирішення проблеми дестабілізації бензино-спиртових сумішей є використання 2-фурилкарбінолу в якості стабілізатору. Перевагами даної речовини є те, що вона виробляється з фурфуролу, який, у свою чергу, одержується з рослинної сировини - стрижнів качанів кукурудзи або відходів переробки цукрової тростини.

Дослідження стабілізаційних властивостей 2-фурилкарбінолу проводилося на етиловому спирті концентрацією ω = 89,02 % мас. З даних, наведених на рис.1 можна зробити висновок, що при використанні 2-фурилкарбінолу в якості стабілізатору немає необхідності проводити абсолютизацію етилового спирту при його застосуванні в якості палива.

3. Більш  висока  теплота  випаровування етанолвмісного палива

Висока теплота випаровування  створює великі складності при запуску двигуна. Для етанолу нижня межа  випаровуваності становить мінус 15 °С. Нижче цієї температури парів палива  недостатньо для  утворення  суміші, яка  легко спалахує. Бензини, на відміну від спиртів, мають достатню випаровуваність, що забезпечує можливість запуску двигуна за досить низьких температур (мінус 22 °С) [3]. Покращення холодного пуску можливе за рахунок внесення конструкційних змін встановлення "блоку нагрівання", а також застосування палив відповідної якості і спеціальних пускових речовин. Найбільш простим і економічно вигідним для покращення холодного пуску вважається введення в паливо легколетючих компонентів: бутану, ізопентану, газового бензину, тиск насичених парів складає відповідно 350, 125 та 152 кПа. Однак з екологічної точки зору такий спосіб небажаний навіть взимку, адже в будь-який час це може призвести до утворення парових пробок в паливній системі. Практичну користь для швидкого пуску двигуна можуть дати пускові суміші, які вприскуються в лінію подачі палива за допомогою спеціальних приладів, чи з аерозольних балончиків на повітряний фільтр.

Додавання етилового спирту до бензину змінює багато його характеристик, у тому числі і тиск насичених парів палива (ТНП).На рис. 2 наведено залежність тиску насичених парів від вмісту етилового спирту в бензино-спиртовій композиції (кількість етилового спирту змінюється в межах від 5 до 50 % мас.). Згідно з вимогами ДСТУ 4063-2001 „Бензини автомобільні” тиск насичених парів бензину не повинен  перевищувати значення 79,9 кПа. З рис. 2 видно, що при додаванні етанолу в кількості до 6% тиск насичених парів бензину підвищується, але в той же час залишається в межах норми. З подальшим збільшенням концентрації спирту в бензині тиск насичених парів поступово знижується. Можливо, така поведінка палива пов’язана з тим, що при змішуванні спирту з вуглеводнями утворюється азеотроп, що має температуру кипіння близько 38°С і більш високий тиск насичених парів, ніж обидва компоненти, які його утворили. Тому, суміші з невеликою кількістю етанолу (близько 5-6 %) мають тиски, які  близькі до азеотропу. При подальшому збільшенні концентрації етилового спирту у суміші, тиск насичених парів поступово зменшується, намагаючись досягти  значення ТНП чистого етанолу [4].


Рис. 1. Залежність температури помутніння і дестабілізації бензино-спиртових сумішей від вмісту етанолу: 1 – температура  помутніння  суміші без добавки 2-карбінолу; 2 – температура дестабілізації суміші без добавки 2-фурилкарбінолу; 3 – температура помутніння суміші з добавкою 2-фурилкарбінолу; 4 – температура дестабілізації суміші з добавкою 2-фурилкарбінолу


Рис. 2. Залежність тиску насичених парів від вмісту спирту в бензино–спиртовій композиції

Для насичення палива моторного біологічного Е85 легкими фракціями нами було проведено пропускання пропан-

бутану через абсолютний етиловий спирт та паливо моторне біологічне Е-85. З таблиці 1 видно, що пропускання пропан-бутану через паливо Е-85 дозволяє підвищити значення ТНП з 26,4 до 110,8 кПа.

Таблиця 1 – Результати експерименту з пропускання пропан-бутану через абсолютний етиловий спирт та паливо моторне біологічне Е-85

 

ТНП, кПа

Спирт етиловий

18

Паливо моторне біологічне Е85

26,4

Спирт етиловий + пропан-бутан

80,64

Е – 85 + пропан-бутан

110,8

4. Низькі змащувальні властивості етанолвмісного палива

В автомобільних двигунах внутрішнього згоряння одним з найбільш вразливих, в плані зношення деталей, є прецизійні фрикційні спряження паливоподаючої апаратури. Роль змащувача таких деталей виконує паливо.

Інтерес викликає дослідження впливу нанорозмірних фулеренових добавок на мастильні властивості моторних палив. Літературних даних по цьому питанню не виявлено. Головна проблема таких досліджень пов’язана з недостатньою розчинністю нанорозмірних частинок фулеренів у мало в’язких рідинах. Так, розчинність фулерену С60 у бензинах і етанолі не перевищує сотих частин проценту по масі.


Рис.3. Концентраційні залежності впливу нанорозмірних карбонових кластерів (галогенопохідних фулерену)  на антизадирні властивості вуглеводневого та біоетанольного моторних палив

                 Нами було досліджено різні екзомодифіковані фулерени (азосполуки, метильовані, гідроксильовані і галогеновані  похідні фулерену С60) з підвищеною розчинністю у вуглеводневому паливі та перспективному моторному паливі на основі етилового спирту.

На рис. 3 представлені одержані нами концентраційні залежності впливу галогенованих похідних фулерену С60 на величину критичного навантаження до задиру (несуча здатність) ізооктану та етанольного моторного палива Е-85.

З рис. 3 видно, що для фулеренмісної  присадки найбільша антизадирна ефективність палив досягається при концентраціях у межах 0,02 - 0,05% мас.

5. Дослідження викидів відпрацьованих газів

Для порівняння енергоекологічних показників бензину Аи-95 та палива моторного біологічного Е85 нами були проведені порівняльні стендові випробування на двигуні внутрішнього згорання з іскровим запаленням. В таблиці 2 наведена порівняльна характеристика ККД та концентрації СО, СН та NOx у відпрацьованих газах автомобіля при роботі на різних паливах.

Таблиця 2 – Порівняльна характеристика ККД та концентрації СО, СН та NOx у відпрацьованих газах автомобіля при роботі на різних паливах

Ефективний ККД ηе

Концентрація СО у ВГ, %

Вміст СH у ВГ, млн-1

Вміст  NОх у ВГ, млн-1

,  – без регулювання;  – θ, регулювання за кутом випередження запалювання;  – τ, регулювання за подачею палива
Таким чином, на сьогодні вдалося створити паливо з високим вмістом етанолу, яке відповідає екологічним та експлуатаційним вимогам до моторного палива для сучасної техніки.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. В.С.Пилявский, Г.А.Ковтун, Е.В.Полункин, О.А.Гайдай. Улучшение смазывающих свойств этанольных моторных топлив // Катализ и нефтехимия. – 2009. - №17. – с.84 – 87
  2. Этиловый спирт в моторном топливе. Под ред. д.т.н. В.В.Макарова. М.: ООО «РАУ-Университет», 2005. – 184с.
  3. Гутаревич Ю.Ф. Етиловий  спирт  як  моторне  паливо // Автошляховик  України. - 1999. - № 1. - с.7 – 10.
  4. Даниленко Т.В. Разработка топливных композиций бензинов с добавлением алифатических спиртов: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.17.07: М., 2005. – 169с. – рус.
  5. Полункін Є.В., Зубенко С.О., Гайдай О.О., Струнгар А.В., Кузнєцова О.В. Вплив хімічного складу на тиск насиченої пари в паливах моторних біологічних // Вісник НАУ. – 2010. - №1. – с.258-261.

УДК 662.758.2
Гайдай О.О. Екологічні та експлуатаційні характеристики палива моторного біологічного Е-85 [Електронний ресурс]  / [Гайдай О.О., Зубенко С.О., Полункін Є.В., Пилявський В.С.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.308–310. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet