Основные физико-химические свойства дизельного топлива и их влияние на работу дизеля
Основными свойствами дизельного топлива, применяемого в двигателях с воспламенением от сжатия, является его самовоспламеняемость (цетановое число), фракционный состав, вязкость, коксуемость, зольность и т. п.
Цетановое число — показатель, характеризующий самовоспламенение дизельного топлива в цилиндре дизеля. Цетановое число определяют на специальной одноцилиндровой малолитражной моторной установке типа ИТ9-3 (ГОСТ 3122-52). В качестве первичного эталона используют топливо, состоящее из смеси цетана и альфа-метилнафталина.
Цетан — чистый углеводород Ch4-(Ch3)14-Ch4 парафинового ряда, который обладает очень хорошими воспламенитель-ными свойствами и обеспечивает мягкость работы дизеля. Его цетановое число условно принято за 100 единиц.
Альфа-метилнафталин -ароматический углеводород (СцНю), трудно воспламеняющийся, имеет большой период задержки самовоспламенения.
Его цетановое число условно принято за нуль. Смешивая цетан с альфа-метилмафгалижш в разных пропорциях, получают эталонную топливную смесь с цетановыми числами от 0 до 100.
Склонность испытываемого дизельного топлива к воспламенению оценивают сравнением его с эталонным топливом. Так, например, если при испытании дизельного топлива воспламеняемость его оказалась равноценной эталонной смеси, состоящей из 45% цетана и 55% альфа-метилнафталина, значит, цетановое число испытываемого топлива равно 45. Следовательно, цетановым числом называется показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный такому процентному (по объему) содержанию цетана в смеси с альфа-метилнафталином, который по характеру сгорания, по самовоспламеняе, мости соответствует испытываемому топливу. От величины цетанового числа зависит жесткость работы дизеля и удельный расход топлива.
Применение топлива с низким цетановым числом приводит к увеличенному периоду задержки или запаздыванию самовоспламенения. В этом случае в камере сгорания накапливается большая масса топлива, которая затем мгновенно сгорает (взрывное горение). При этих условиях давление в цилиндре нарастает скачкообразно, происходит жест кая работа дизеля (слышится металлический стук), вследствие этого происходит большая нагрузка на коренные подшипники, повышается их износ и выход из строя.
На рис. 3 показана зависимость жесткости (нарастания давления) работы дизеля от величины цетанового числа топлива. Замеченный стук в дизеле тепловоза связан не только с низким цетановым числом дизельного топлива, но и может зависеть от уменьшения степени сжатия, понижения температуры воды в системеохлаж-дения и т. д. В зимнее время при пуске холодного дизеля также может наблюдаться работа дизеля со стуком, однако по мере прогрева дизеля стук в нем пропадает. Жесткая работа дизеля также может наблюдаться при большом опережении впрыска топлива, а при уменьшении опережения впрыска, наоборот, работа дизеля становится мягче.
При нормальном цетановом числе период запаздывания воспламенения топлива мал, оно воспламеняется сразу же при входе в камеру сгорания. Давление в цилиндре нарастает плавно, двигатель работает мягко, без стуков и процесс сгорания топлива в цилиндре идет нормально. Дизельное топливо с чрезвычайно высоким цетановым числом (выше 70-75) не успевает полностью перемешиваться с воздухом, в результате чего оно преждевременно воспламеняется в цилиндре дизеля. Сам процесс сгорания происходит при недостаточном количестве воздуха, вследствие чего топливо догорает на линии расширения; от этого падает экономичность дизеля, появляется дымный выхлоп, увеличивается нагарообразование и т. д.
Дизельное топливо, используемое на тепловозах железнодорожного транспорта, имеет цетановое число не ниже 40. Это обеспечивает нормальное сгорание топлива и мягкую работу дизеля. Проведенными работами на автотракторных дизелях установлено, что применение топлива с большим цетановым числом значительно уменьшает его удельный расход (рис. 4) и сокращает время на запуск дизеля. Так, например, при использовании топлива с цетановым числом 53 дизель можно запустить через 3 сек, а топлива с цетановым числом 38 — через 45-50 сек. Цетановое число зависит также от химического состава топлива, т. е. от соотношения в топливе основных групп углеводородов.
В табл. 4 приведено цетановое число некоторых углеводородов.
Таблица 4
Углеводороды | Химическая формула | Цетановое число |
Парафиновые | ||
Н-гексадекаи (цетан) . . | СівНзі | 100 |
Нафтеновые | ||
С40Н20 | 48 | |
Ароматические | ||
Альфа-метилнафталии . . | С10Н7СН3 | 0 |
Из табл. 4 видно, что самым высоким цетановым числом обладают парафиновые углеводороды, а самым низким — ароматические. Цетановое число, как правило, повышают путем введения в состав топлива специальных присадок, а также за счет улучшения технологии его изготовления.
Фракционный состав-показатель, характеризующий свойство топлива испаряться, т. е. переходить из жидкого состояния в газообразное при каких-то определенных температурах. Фракционный состав топлива определяют на специальной аппаратуре (рис. 5) следующим образом.
Рис. 5. Аппаратура для определения фракционного состава дизельного топлива: 1 — штатив; 2 — термометр; 3 -масляная трубка; 4 — холодильник; 5 — кожух; в — мерным цилиндр; 7 — горелка; 8 — защитный кожух; 9 — колба В стандартную колбу заливают 100 мл* испытываемого топлива и нагревают горелкой. Пары топлива по отводной трубке попадают в холодильник, где конденсируются и стекают в мерный цилиндр. Падение первой капли топлива из трубки холодильника в мерный цилиндр принимают за температуру начала перегонки топлива. Затем по мере перегонки отмечают по термометру температуру, при которой в мерном цилиндре собираетсяопределенный процент отгона топлива (50; 90; 98%) или же процент отгона топлива, соответствующий определенным температурам (290; 340; 370°С).
Дизельное топливо для двигателей тепловозов, выпускаемое по ГОСТ 10489-63, должно иметь следующий фракционный состав:
50% зимнего (ТЗ) и летнего топлива (ТЛ) перегоняется соответственно при температуре не свыше 275 и 290°С, а 98% зимнего и летнего топлива должно перегоняться соответственно при температуре не свыше 340 и 360°С. Чем ниже температура перегонки топлива (98%), тем меньше в нем фракций, которые трудно испаряются.
Для быстроходных тепловозных дизелей, где очень мало времени приходится на процессы смесеобразования и испарения, должно применяться топливо с меньшим содержанием фракций с высокой температурой кипения. Дизельное топливо утяжеленного фракционного состава ухудшает смесеобразование, медленно испаряется, в смеси остаются недоиспарившиеся капельки, в результате чего догорание топлива происходит во время такта расширения, сгорание получается неполным, наблюдается дымный выхлоп, повышается нагарообразование, закок-совывание форсунок, увеличивается расход топлива, не реализуется полная мощность дизеля.
Использование топлива с чрезмерно облегченным фракционным составом снижает цетановое число, уменьшает вязкость, увеличивает износ топливной аппаратуры. За счет быстрого испарения большого количества подготовленной смеси вызывается резкое нарастание давления в цилиндре и жесткая работа дизеля.
Вязкость — показатель, характеризующий внутреннее трение жидкости, т. е. трение, возникающее между молекулами жидкости (слоями) при их перемещении под действием внешней силы. Величина вязкости выражается в единицах динамической или кинематической вязкости и в условных единицах.
Динамической вязкостью, или коэффициентом внутреннего трения жидкости, называется сила сопротивления двух слоев жидкости площадью 1 см2, нахо дящихся на расстоянии 1 см друг от друга и перемещающихся один относительно другого под влиянием внешней силы в 1 дину со скоростью 1 см!сек.
Динамическая вязкость обозначается греческой буквой г] (эта) и выражается в системе единиц СГС (сантиметр-грамм-секунда) в честь французского ученого Ж- Пуазейля, в пуазах (сокращенно пз). Величина в 100 раз меньше пуаза называется сантипуазом (сокращенно спз). В единицах технической системы МКС (метр-килограмм-секунда) динамическая вязкость имеет размерность кг-сек1м2.
Существует следующее соотношение между динамической вязкостью, выраженной в системе СГС и МКС:
1 пз = 0,0102 кг сек/м2.
В настоящее время введена новая Международная система единиц -СИ. В этой системе за единицу силы принят ньютон (н), а за единицу динамической вязкости:
(1 «) (1 сек) : (1 м3).
Соотношения между новыми и старыми единицами вязкости следующие:
1 кг сек/м2 = 9,80665 м сек/м2=9,80665 кг сек/м2;
1 пз=1 дин сек! см2 = 0,1 н- сек/м2.
Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости данной жидкости к ее плотности при температуре определениягде V-кинематическая вязкость; — динамическая вязкость; (1 — плотность.
За единицу кинематической вязкости в системе СГС принят «стоке (ст)» (по имени английского ученого Дж. Стокса), а сотая часть называется сантистоксом (ест). Кинематическая вязкость в Международной системе единиц (СИ) измеряется квадратным метром на секунду и обозначается м2/сек. Для того чтобы реально представить себе величину вязкости в сантистоксах, следует иметь в виду, что вязкость дистиллированной воды при температуре плюс 20,2°С равна 1 ест. Если дизельное топливо поступает на тепловозы с вязкостью 3,5 ест при температуре плюс 20,2°С, то, следовательно, оно будетпочти в 3,5 раза медленнее, чем вода, вытекать через капиллярную трубку вискозиметра.
Динамическую и кинематическую вязкость определяют капиллярными вискозиметрами. Тип такого вискозиметра изображен на рис. 6. Он представляет собой У-об разную изогнутую стеклянную трубку с коленами А и Б. Колено А имеет два расширения, переходящие в капиллярную трубку 1. Между расширениями сделаны отметки а и б. В колене Б имеются отводной отросток 3 и расширенная емкость 2.
Для определения кинематической вязкости в вискозиметр путем засасывания вводят топливо и помещают его в ванну с жидкостью (глицерином, водой, прозрачным маслом и пр.). Температуру ванны доводят до 20±0,2°С (вязкость дизельного масла определяют при температуре 100°С). Засасывание топлива производят несколько выше деления а при помощи резинового шланга, надетого на отводную трубку вискозиметра, после чего измеряют (между отметками а и б) время истечения топлива через капиллярную трубку 1 и по формуле вычисляют его вязкость.
Условной вязкостью (ВУ) называется отношение истечения через калиброванное отверстие вискозиметра типа ВУ 200 мл топлива при определенной температуре ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре плюс 20°С. Величина этого отношения принимается за число условных градусов. Вязкость является очень важным эксплуатационным показателем качества дизельного топлива. От нее зависят процессы испарения и сгорания топлива, а также долговечность и надежная работа топливной аппаратуры.
В табл. 5 приведен удельный расход топлива в зависимости от вязкости для четырехтактного двигателя У,и = 145 (поданным проф. Лосикова).
Рис. 6. Капиллярный вп скозиметр для определе ния кинематической вязкости: 1 — капиллярная трубка; 2 -расширенная емкость; 3-огводной отросток Таблица 5
Вявкость условная при температуре 50°С | |||||
Показатели | 1,58 | 1,70 | 2,33 | 5,4 | 8,55 |
Удельный расход топлива в | 246 | 250 | 247 | 260 | 328 |
Дымность (условные единицы) . | 77 | 76 | 82 | 85,6 | 98 |
Дизельное топливо с малой вязкостью обладает плохими смазывающими свойствами. Так как смазкой для плунжеров топливного насоса служит само топливо, то при применении топлива с малой вязкостью будет происходить повышенный износ форсунок и плунжерных пар. С понижением вязкости уменьшается объемная подача топлива, увеличивается при этом подтекание через неплотности в прецизионных парах насосов и форсунок, что приводит к уменьшению производительности насоса высокого давления, снижению давления впрыска и падению мощности дизеля.
Дизельное топливо, применяемое для тепловозов, имеет следующие пределы вязкости в ест при температуре 20°С:
ГОСТ 4749-49 | Нижний предел | Верхний предел |
Летнее (ДЛ) .. | 3,5 | 8,0 |
Зимнее (713) .. | 3,5 | 6,0 |
ГОСТ 10489-63 | ||
Летнее (ТЛ) .. | 3,5 | 6,5 |
Зимнее(ТЗ) .. | 2,2 | 5,0 |
Практика эксплуатации тепловозных дизелей показывает, что указанные пределы вязкости дизельного топлива обеспечивают нормальное сгорание и удовлетворительную работу топливной аппаратуры.
Зольность. После сгорания дизельного топлива в цилиндрах двигателя в незначительных количествах может образоваться зола, наличие которой может вызватьувеличенный износ деталей цилиндро-поршневой группы дизеля. Кроме того, она способствует увеличению прочности нагара в системе дизеля. Для дизельного топлива, применяемого на тепловозах, зольность топлива допускается не более 0,02%.
Коксуемость. Коксуемостью дизельного топлива называется процент содержания в топливе кокса (углистого остатка), полученного нагреванием топлива при высокой температуре (800-900°С) без доступа воздуха. Коксуемость характеризует очистку нефтепродуктов от асфаль-тосмолистых веществ и является показателем, по которому косвенным образом можно судить о склонности топлива к нагарообразованию и закоксовыванию форсунок. Коксуемость дизельного топлива допускается в пределах 0,005-0,10%.
Наибольшее количество коксующихся продуктов находится в фракциях дизельного топлива, имеющих более высокую температуру кипения. Поэтому ГОСТом предусматривается определение коксуемости по 10%-ному остатку топлива, который получается при фракционной перегонке. В дизельном топливе для тепловозов коксуемость 10%-ного остатка должна составлять не более 0,5%.
Коррозийные свойства топлива. Коррозийность топлива характеризуется наличием в нем воды, кислот, щелочей и сернистых соединений, содержание которых в топливе ГОСТом и техническими условиями строго ограничено.
Во всех топливах не должно быть водорастворимых кислот (серной, соляной, азотной) и щелочей (едкое кали, едкий натр), так как эти вещества вызывают сильную коррозию металлов. Для определения содержания водорастворимых кислот и щелочей в топливе берут в делительную воронку 50 мл топлива и такое же количество дистиллированной воды, подогретой до температуры 70-80°С, тщательно их перемешивают (взбалтывают). Если в топливе имеются кислоты или щелочи, они растворяются в воде.
После отстаивания воду через краник спускают в две пробирки. В одну пробирку с водой добавляют в качестве индикатора две-три капли метилоранжа, а в другую — три-четыре капли фенолфталеина. Если метилоранж окрасит воду в красный цвет, то в топливе имеется кисло та. Если во второй пробирке после добавления фенолфталеина появится малиновая окраска, то в топливе есть щелочь. Если в топливе нет водорастворимых кислот и щелочей, то цвет воды в пробирках при введении индикаторов не меняется.
Дизельное топливо также испытывают на отсутствие в нем активных сернистых соединений (сероводорода, меркаптановых соединений, свободной серы), которые вызывают сильную коррозию металла. Для этого берут пластинку из электролитической меди стандартных размеров и погружают ее в топливо на 3 ч при температуре 50°С. Если пластинка покроется темным налетом или пятнами (черными, бурыми, серыми, коричневыми и т. п.), топливо бракуют. Кислотное число топлива определяется количеством миллиграммов едкого калия (КОН)*, потребного для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл топлива. В дизельном топливе для тепловозов кислотность допускается не более 5 мг КОН на 100 мл топлива.
Наличие в топливе органических кислот (нафтеновых и др.) в пределах норм особого вреда двигателям и таре, где хранится топливо, не приносит. Они почти не вызывают коррозии черных металлов, а с цветными металлами (в первую очередь со свинцом и цинком) дают лишь незначительную коррозию. Однако при содержании органических кислот выше норм, предусмотренных ГОСТом, возрастает коррозийная агрессивность топлива, что способствует увеличенному нагарообразованию в двигателе.
Сера. Дизельное топливо, изготовляемое из малосернистых нефтей по ГОСТ 4749-49, и гидроочищенное дизельное топливо из сернистых нефтей, содержит серы до 0,2%. Такое топливо называется малосернистым. Дизельное топливо, изготовляемое из восточных сернистых нефтей по ГОСТ 305-62, содержит серы до 1%. Такое топливо относится к сернистым.
Сернистые соединения, входящие в состав дизельного топлива, принято подразделять на активные и неактивные. Активные сернистые соединения (свободная сера, сероводород, меркаптаны) при контакте с металлом вызывают коррозию. Неактивные сернистые соединения
(сульфиды, дисульфиды и другие) при обычных условиях не вызывают коррозии металлов.. Эти кислоты вызывают сильную коррозию деталей цилиндро-поршневой группы дизеля.
Наибольшая конденсация и образование воды из продуктов сгорания могут происходить в период запуска и прогрева двигателя, а также при работе дизеля на малых оборотах и при понижении температуры охлаждающей воды.
Характерной особенностью эксплуатационной работы дизелей магистральных и маневровых тепловозов является их частая работа на режимах переменных нагрузок и холостом ходе, т. е. в тех условиях, при которых создаются наиболее благоприятные условия для коррозии, нагарообразования и лакоотложений. Поэтому в условиях эксплуатации при использовании в двигателях тепловозов сернистого топлива необходимо принимать меры для сокращения работы дизелей в холодном состоянии и с низкой температурой охлаждающей воды.
При опытном эксплуатационном применении в двигателях тепловозов ТЭЗ дизельного топлива с содержанием серы 0,8-1,0% и масла Д-11 (ГОСТ 5304-54) без присадки было установлено, что по сравнению с использованием малосернистого топлива (0,1-0,2%) увеличивается объем ремонта поршней в 4 раза, цилиндровых втулок в 1,5-2, поршневых колец в 1,2-2, коренных и шатунных вкладышей в 1,4-1,7 раза. Кроме того, увеличивается нагароотложение в каналах масляного охлаждения поршней, на продувочных и выпускных окнах цилиндровых гильз; повышается кислотность масла и т. д.
Для увеличения срока работы дизелей тепловозов в последние годы на железнодорожном транспорте проводился ряд исследований по снижению процентного содер-
кания серы в составе топлива (до 0,2-0,5%) и разработке, испытанию и применению в двигателях дизельного масла с эффективными присадками, нейтрализующими вредное влияние серы. В результате проведенных исследований был разработан и утвержден ГОСТ 10489-63 на топливо для тепловозных дизелей с содержанием серы до 0,5%.
Фактические смолы. Этот показатель характеризует эксплуатационные свойства дизельного топлива. Оценивается он количеством миллиграммов смол, содержащихся в 100 мл топлива. Смолы в топливе являются сложными продуктами окисления, полимеризации и конденсации непредельных углеводородов, а также других нестабильных соединений. Количество смол зависит от химического состава и качества очистки топлива при производстве.
В крекинг-продуктах их находится значительно больше, чем в соответствующих прямогонных топливах. Наличие смол в топливе увеличивает отложения и на-гарообразования в двигателях.
Кроме того, смолы способствуют закокшвыванию отверстий у форсунок.
При длительном хранении дизельного топлива с большим содержанием смол из него выделяются смолистые вещества, которые, перемешиваясь с водой, от-стоями, ржавчиной и свежим топливом, могут образовывать стойкую эмульсию. Попадание такой эмульсии в топливную систему тепловоза может привести к засорению топливных фильтров, к коррозии и ухудшению состояния плунжерных пар и даже к перебоям работы дизеля.
Характерными внешними признаками наличия смол в топливе является изменение цвета. Чем больше смол в топливе, тем оно становится темнее. По данным канд. хим. наук Н. С. Чурилина, увеличение содержания смол в дизельном топливе сопутствует увеличению его удельного веса, содержанию кокса, кислотности, вязкости и т. д На рис. 7 показано влияние содержания фактических смол на кислотность топлива. При наличии в топливе 200 мг фактических смол на 100 мл кислотность топлива возрастает до 7 мг КОН на 100 мл топлива, что значительно выше количества, предусмотренного техническиминормами на стандартное дизельное топливо. В технических условиях на дизельное топливо для транспортных дизелей содержание фактических смол на 100 мл установлено не более 40 мг для зимнего сорта топлива и не более 60 мг для летнего.
Рис. 7. Влияние содержания фактических смол на кислотность топлива Йодное число. Йодным числом дизельного топлива называется количество йода (в г), присоединившегося к 100 г топлива в определенных условиях, йодное число характеризует содержание в топливе непредельных углеводородов, которые способны осмоляться. Для топлива, применяемого в тепловозных дизелях, йодное число установлено на 100 г топлива не более 6.
Температура вспышки, помутнения и застываиия; Температурой вспышки называется та температура, при которой пары топлива образуют с воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки является показателем, гарантирующим пожарную безопасность при применении и хранении топлива.
Для двигателей тепловозов температура вспышки топлива имеет очень важное значение, так как в дизельном помещении тепловоза в летнее время года температура окружающего воздуха бывает от 60 до 70°С, в результате чего концентрируется большое количество паров топлива, которые при определенных условиях могут вызвать пожар.
По температуре вспышки косвенно можно судить о вязкости и фракционном составе топлива. Так, например, понижение против предусмотренной ГОСТом температуры вспышки дизельного топлива указывает на наличие керосиновых и бензиновых фракций, т. е. наиболее легких нефтепродуктов, которые при сгорании повышают жесткость работы дизеля.
Температурой помутнения называется та температура, при которой в топливе начинается выделение твердых углеводородов или микроскопических капелек воды. При таких условиях дизельное топливо из прозрачного становится мутным. Помутнение топлива является сигналом к закупорке топливных фильтров, а в дальнейшем и к прекращению подачи топлива. Летние сорта дизельного топлива имеют температуру помутнения минус 5°С, а зимние минус 25°С.
Температурой застывания топлива называется та температура, при которой налитое в пробирку топливо загустевает настолько, что уровень его остается неподвижным в течение 1 мин при наклоне пробирки на 45°. Температура застывания имеет важное эксплуатационное значение для оценки подвижности топлива при низких температурах окружающей среды. Зимнее дизельное топливо имеет температуру застывания минус 35-45°С, а летнее — минус 10°С.
Механические примеси и вода. По техническим условиям механические примеси и вода в дизельном топливе не допускаются. Однако в условиях эксплуатации топливо засоряется пылью, песком и т. д. Это явление наблюдается особенно в летнее время года в районах с сухим и жарким климатом, а также на складах топлива, где заправка тепловозов топливом и песком производится одновременно в непосредственной близости друг от друга.
Наличие механических примесей в топливе приводит к засорению фильтров, сопел форсунок, к усиленному износу плунжерных пар и даже к выходу их из строя. Исследованиями ЦНИИ МПС установлено, что 84% прецизионной (особо точной) поверхности плунжерных пар в дизелях 2Д100 бракуются в эксплуатации за счет абразивного взноса инородными твердыми частицами. Следовательно, долговечность и нормальная работа топливной аппаратуры в значительной степени зависят от чистоты топлива.
Для того чтобы предохранить дизельное топливо от загрязнения, оно перед подачей на тепловоз и в топливную систему проходит через целую систему фильтров. Так, например, при заправке тепловоза топливо проходит через сетчатые фильтры, вставленные в заправочный пистолет и горловины топливных баков. Кроме того, перед подачей в топливную аппаратуру оно дважды проходит через хлопчатобумажный фильтр грубой очистки, задерживающий попавшие механические примеси размером от 80 до 120 мк (микрон), и войлочный фильтр тонкой очистки, задерживающий частицы размером 20-25 мк.
Присутствие воды в дизельном топливе ухудшает процесс сгорания топлива и приводит к коррозии топливной аппаратуры (рис. 8). Большую опасность вода представляет в зимнее время, так как при пониженных температурах окружающей среды она превращается в лед, забивает топливные фильтры и в конечном счете приводит к перебоям подачи топлива. В летнее время вода из топлива выпадает в осадок на дно бака, и если ее не спускать, она может также привести к перебоям работы дизеля. Поэтому на период с 1 мая до 1 октября допускается в пунктах сдачи дизельного топлива марки ДЛ содержание «следов»1 воды. В зимних дизельных топливах содержание воды не допускается.
Систематический спуск из топливных баков отстоявшейся грязи и воды надо производить после стоянки тепловоза не менее 4-5 ч. При ремонтах топливные баки следует очищать и промывать чистым дизельным топливом.
Присутствие в топливе большого количества воды можно определить на глаз. Это делается так. Набирают топливо в бутылку и закрывают ее пробкой. Вода как более тяжелая будет оседать на дно бутылки в виде отдельного слоя. Незначительное количество воды и механических примесей можно обнаружить, если дизельное топливо в бутылке привести в быстрое вращательное движение, тогда частицы примеси и капли воды будут сразу заметны.
Удельный вес и плотность. Удельным весом нефтепродукта принято условно называть отношение веса определенного объема топлива, взятого при температуре плюс 20°С, к весу такого же объема воды, имеющей температуру ниже 4°С. Удельный вес топлива — 20 , имеет обозначение -у- (читается этотак: испытываемый нефтепродукт взят при температуре 20°С, а вода-при 4°С).
Вместо понятия удельный вес пользуются понятием плотность, которая измеряется массой тела, заключенной в единице его объема. Плотность имеет размерность г/см3 и обозначается греческой буквой Р (ро).
Плотность и удельный вес определяют при помощи нефтеденсиметра (ареометра). Для этого нефте-денсиметр (рис. 9) опускают в стеклянный цилиндр, куда залито испытываемое топливо, и отмечают на шкале 3 деление, до которого он погрузился. По верхнему краю мениска а-б ведут отсчет. Ввиду того что плотность топлива, как и всякой жидкости, зависит от температуры, то по шкапе 2 термометра определяют температуру топлива. Вес топлива определяется умножением удельного веса топлива на его объем. Если удельный вес топлива был определен при температуре выше или ниже 20°С, то его нужно привести к температуре 20° по формуле Г’4°-р4 + Т(<-20°), где р*и- плотность испытываемого топлива при температуре 20СС;
Р4 — плотность топлива, замеренная при температуре испытания Г; 7 — средняя температурная поправка плотности топлива, которая определяется по специальной таблице (для дизельного топлива плотностью 0,780-0,850 эта поправка равна 0,0008 — 0,0007). Пример. Предположим, что удельный вес дизельного топлива при температуре плюс 1б°С равен 0,850, а при температуре плюс 20°С его удельный вес будет меньше 0,850. Это уменьшение будет равно температурной поправке на ГС, умноженной на разницу температур между 16 и 20°С, т. е. будет равно 0,0007X4 = 0,028. Вычитая найденную поправку из удельного веса топлива при температуре плюс 16°С, получим удельный вес дизельного топлива при температуре плюс 20°С (0,850 — 0,028 = = 0,822). Если удельный вес замерен при температуре выше плюс 20°С, вычисленную температурную поправку нужно прибавить к замеренному удельному весу. При измерении количества дизельного топлива в баках или емкостях удельный вес следует определять при температуре замера.
⇐ | Общие сведения о топливе | | Г. Д. Меркурьев. Тепловозной бригаде о топливе и смазке | | Деповской контроль за качеством дизельного топлива | ⇒
Свойства и виды дизельного топлива – petrolcards.ru
Дизельное топливо (ДТ) – одно из наиболее популярных видов горючего, что используется для двигателей внутреннего сгорания. Оно более экономичное, чем бензин, к тому же стоит дешевле. Поэтому все больше автомобилей – не только грузовых, но и легковых, сегодня используют разные виды дизельных топлив. Какие характеристики у этого горючего и что надо знать, выбирая топливо, читайте далее.
Виды дизельного топлива
Качественно-количественный состав и физико-химические характеристики топлива для дизельных двигателей обуславливают его классификацию. Различают три основных марки ДТ:
- Л – летнее, используется преимущественно в теплый сезон, когда температура окружающей среды выше 0С;
- Е – межсезонное, которое может использоваться круглогодично, если температура окружающей среды не ниже -15С;
- З – зимнее, применяемое в холодное время года, когда температура воздуха выше -20С;
- А – арктическое, которое можно использовать в особо суровых условиях при температуре окружающего воздуха до -50С.
Эти виды топлива различаются между собой фракционным составом, вязкостью, плотностью, температурой испарения и застывания, а также иными характеристиками, о которых мы поговорим ниже.
Также существует подразделение топлива на экологические классы, что определяется содержанием соединений серы в выхлопе. Используемые у нас в стране классы – от К2 до К5 – соответствуют европейской маркировке. То есть топливо К4 – это Евро 4 и т.д.
Цетановое число дизельного топлива
Это основное свойство дизельного топлива, аналогичное октановому числу бензина. Цетановое число определяет воспламеняемость горючего. Чем оно выше, тем более качественным считается топливо, так как сгорает оно более равномерно и с низкой скоростью нарастания давления в двигателе. Это положительно сказывается на ходовых характеристиках авто, эксплуатационных свойствах и долговечности ДВС.
Но повышение цетанового числа сверх рекомендованного для конкретного двигателя может наоборот привести к возрастанию нагрузки на него и снижению характеристик, падению экономичности и повышению уровня дымности отработанных газов.
Цетановое число топлива определяется опытным путем как объемная доля количества цетана в смеси с альфа-изомером метилнафталина в топливе. Для сравнения используют эталонную смесь с известным содержанием цетана и метилнафталина. Этот показатель топлива напрямую зависит от углеводородного состава горючего и определяет мощность, экономические показатели работы двигателя. Цетановое число дизельного топлива связано линейной зависимостью с его температурой кипения.
У топлива для дизельных автомобилей, реализуемого на отечественном рынке показатель цетанового числа колеблется в пределах от 30 до 80. Для горючего, идущего на экспорт, а также иностранного ДТ применяют другой показатель – дизельный индекс, который может иметь значение от 20 до 80. Численно эти характеристики примерно соизмеримы.
Фракционный состав топлива
Этот показатель определяет качественно-количественный состав горючего, а также влияет и на цетановое число. Чем больше легких углеводородных фракций содержится в топливе, тем меньше кислорода необходимо для образования горючей смеси. Соответственно, тем быстрее топливо воспламеняется и тем полнее идет процесс его сгорания. Таким образом, ДТ, богатое легкими углеводородами, более экономично в использовании и имеет высокие экологические показатели.
Влияние фракционного состава у дизельного топлива не столь велико для двигателей с предкамерным и вихрекамерным смесеобразованием. А вот ходовые и экономические показатели ДВС с непосредственным впрыском в силу конструктивных особенностей сильно зависят от фракционного состава топлива.
Вязкость и плотность топлива
Это очень близкие физические показатели, находящиеся в прямой зависимости. Чем ниже вязкость топлива (и, соответственно, его плотность), тем лучше оно испаряется и распыляется, что способствует лучшему и более простому смесеобразованию. Наоборот, повышение плотности и вязкости горючего ведет к росту диаметра капель в топливной смеси, что негативно сказывается на качестве и препятствует полному сгоранию.
Но и слишком низкий показатель вязкости топлива имеет негативные последствия. Такое горючее, вследствие своей высокой текучести, просачивается между движущимися элементами топливной системы и не обеспечивает требуемого внутреннего давления, что снижает производительность насоса и увеличивает нагрузку на него.
Нормальной вязкостью дизельного топлива считается показатель в пределах 1,8-7,0 мм/с. Изменение вязкости в этих границах практически не сказывается на мощности, экономичности и долговечности дизельного мотора.
Чистота топлива
Этот качественный показатель определяется коэффициентом фильтруемости горючего. Для его измерения используют специализированные бумажные фильтры, через которые несколько раз пропускают порции топлива, измеряя время полной фильтрации. Чем меньше в ДТ примесей, тем быстрее оно фильтруется. Негативное влияние на свойства топлива оказывают содержащиеся в нем:
- Вода. Она может составлять 0,002-0,008% топлива по объему. Этот показатель считается нормальным и не влияет на характеристики горючего. Повышение его до 0,01% приводит к падению мощности, росту расхода топлива и снижению долговечности движущихся элементов.
- Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основными соединениями этого типа являются мыла нафтеновых кислот, которые повышают вязкость топлива и негативно сказываются на его эксплуатационных свойствах.
- Смолистые соединения. Они снижают цетановое число и препятствуют полному сгоранию топлива. Использование горючего с эфирными и смолистыми примесями влечет образование нагара на свечах и стенках цилиндров.
- Мелкодисперсные твердые примеси. В качественном топливе их содержание составляет не более 0,002-0,004%. Больший показатель – это потенциальная опасность повреждения движущихся элементов топливной системы.
Работа на дизельном топливе с большим количеством примесей – воды, грязи, ПАВ – снижает не только мощностные и экономические показатели, но и увеличивает износ основных элементов топливной системы.
Другие важные характеристики дизеля
Еще одно важное свойство ДТ – температура вспышки. Для дизельных двигателей (особенно, с непосредственным впрыском) очень важно, при какой температуре воспламеняются топливная смесь. Подбор оптимальной температуры способствует полному сгоранию дизельного горючего. Если же температура слишком низкая (или наоборот высокая), то некоторые составные вещества – в основном непредельные углеводороды – сгорают не полностью, образуя на поверхности цилиндров, свечах и других элементах двигателя нагар.
Не менее важны и низкотемпературные характеристики топлива, что определяет климатическую зону его использования. На этот показатель влияет углеводородный состав. Легкие фракции низкой плотности и высокой текучести замерзают (загустевают) при более низких температурах. Но производство таких топлив более затратно. Для снижения стоимости к топливу обычно добавляют так называемые депрессорные присадки – вещества, понижающие температуру застывания горючего. Такое топливо отличается меньшим расходом и повышенными мощностными характеристиками при низкой температуре окружающей среды. Кроме того, на таком горючем дизельные автомобили лучше и стабильнее работают, быстрее заводятся.
Еще немного о дизельном топливе
Как видим, качественные характеристики и состав топлива очень важны для работы топливной системы и общих характеристик двигателя в целом. В основном это касается мощности и расхода. Но даже если эти показатели не столь существенны для вас, следует помнить, что некачественным топливом очень просто загубить двигатель – в результате повышенной нагрузки и износа движущихся элементов.
Свойства ДМЭ — Лаборатория топливоподающих систем
Диметиловый эфир (ДМЭ) является простейшим эфиром и имеет фор- мулу состава СН3-О-СН3 (или С2Н6О). При нормальных атмосферных условиях ДМЭ находится в газообразном состоянии, но ожижается уже при давлении 0,53 МПа. ДМЭ не токсичен и не загрязняет окружающую сре- ду. В 1987 году был подписан Монреальский протокол, запрещающий про- изводство озоноразрушающих соединений. ДМЭ имеет нулевой потенциал озоноразрушения в атмосфере – ODP. В 1997 году разработан Киотский про- токол, направленный на ограничение парникового эффекта нашей планеты. ДМЭ имеет нулевой потенциал глобального потепления — GWP.
Из-за соединения двух метиловых радикалов Ch4 атомом кислорода и его большой доли (около 35%), при сгорании в дизеле практически не обра- зуются сажа. Но из-за содержания кислорода ДМЭ имеет низкую теплоту сгорания.
Диметиловый эфир может быть получен из любого углеводородного сырья (в том числе — из биомассы), но основным сырьем для производства ДМЭ в России является природный газ и его продукт окисления — синтез-газ . Природный газ (метан CH4) реагирует с кислородом и водяным паром с образованием монооксида СО и диоксида СО2 углерода по реакциям:
CH4 + 1,5 О2 -> CO + 2 H2O;
CH4 + H2О -> 3 H2 + СO;
CO + H2О -> CО2 + H2 .
При последующем каталитическом синтезе из СО и СО2 через промежуточное получение метанола CН3OН образуется ДМЭ (CH3OCH3):
3 H2 + СО2 -> CН3OН + 2 H2O;
H2О + СО -> H2 + СO2;
2 CH3OH -> CH3OCH3 + H2O.
Пока промышленное производство ДМЭ осуществляется исключительно на стационарных установках. Однако быстрый прогресс в технологии производства ДМЭ (в частности, снижение давления синтеза с 32 до 9 МПа, переход на низкотемпературный катализатор и т.д.) может привести к появлению компактных реакторов ДМЭ, которые можно будет разместить на борту транспортного средства. Работы в этом направлении проводятся рядом зарубежных фирм, в частности фирмой Volvo .
В последние годы все большее внимание исследователей привлекает использование ДМЭ в качестве экологически чистого топлива для дизелей. Исследованы его физико-химические свойства, процессы подачи, распыливания и сгорания, проведены безмоторные исследования систем подачи ДМЭ в дизель, экспериментальные исследования дизелей на ДМЭ и его смесях с другими топливами — жидкими (дизельное топливо, спирты, масла) и газообразными (природный газ, синтез-газ), оценены экологические качества дизелей, работающих на ДМЭ.
Применительно к разным процессам в ДВС актуальны свойства жидкого или газообразного ДМЭ, условий фазовых превращений, растворимости, химической активности и др.
В табл.1 приведены важнейшие для ДВС свойства ДМЭ, в частности, жидкого, дополненные для сравнения столбцом для традиционного дизельного топлива (ДТ). Некоторые из свойств требуют комментариев и конкретизации.
Таблица 1. Важнейшие физико-химические и моторные свойства ДМЭ и ДТ.
| Характеристика топлива | ДМЭ | ДТ |
| Молярная масса СnН1,8n | 46 | 190…220 |
| Содержание химических элементов массовое, %: — углерод | 52,2 | 86,6 |
| -водород | 13 | 13 |
| -кислород | 34,8 | 0,4 |
| Коэффициент сжимаемости истинный при 20 0С и 0,1 МПа, 1/Па | 157*10-11 | 67*10-11 |
| Плотность жидкой фазы при 20 0С, кг/м3 | 668 | 831…845 |
| Кинематическая вязкость (жидкость, 20 0С), мм2/с | 3 | 0,23 |
| Коэффициент поверхностного натяжения, Н/м | 0,0012 | 0,028 |
| Растворимость в воде при 20 0С, кг/м3 | 70 | — |
| Давление насыщенных паров при 20 0С, МПа | 0,53 | 0,0008 |
| Температура кипения (ожижения) при 0,1 МПа, 20 0С | -24,8 | 180…371 |
| Критическое давление/температура, МПа/К | 5,37/400 | — |
| Теплота парообразования при 20 0С, кДж/кг | 410 | 210…250 |
| Низшая теплотворная способность, МДж/кг | 28,84 | 42,5 |
| Запас энергии на борту автомобиля, МДж/л | 18,9 | 35,9 |
| Цетановое число | >55 | 40…55 |
| Стехиометрическое соотношение l0, кг/кг | 9,0 | 14,56 |
| Температура самовоспламенения, 0С | 235 | 240…310 |
| Выброс СО2 при полном сгорании, г/МДж | 67,5 | 74,2 |
Что такое дизельное топливо
Что такое дизельное топливо
W. Addy Majewski, Hannu Jääskeläinen
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Реферат : Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов, полученную путем перегонки сырой нефти. Важные свойства, которые используются для характеристики дизельного топлива, включают цетановое число (или цетановый индекс), летучесть топлива, плотность, вязкость, поведение при низких температурах и содержание серы.Характеристики дизельного топлива различаются для разных марок топлива и в разных странах.
Переработка сырой нефти
Начало нефтехимической промышленности относится к 1850-м годам. Первые современные нефтеперерабатывающие заводы были построены Игнацием Лукасевичем недалеко от Ясло, Польша (тогда под властью Австрии) в 1854–56 гг. [3410] . Очищенные продукты использовались в керосиновой лампе Лукасевича, а также в искусственном асфальте, машинном масле и смазках. Несколько лет спустя, в 1859 году, сырая нефть была обнаружена в Пенсильвании в Соединенных Штатах.Первым продуктом, очищенным из нефти в Пенсильвании, был также керосин, используемый в качестве лампового масла [1149] .
Поскольку только часть сырой нефти могла быть переработана в керосин, первые нефтеперерабатывающие заводы остались с большим количеством побочных нефтепродуктов. Эти побочные нефтепродукты привлекли внимание Рудольфа Дизеля, изобретателя поршневого двигателя с воспламенением от сжатия. Дизель, чья первая концепция двигателя была разработана для использования угольной пыли в качестве топлива, признала, что жидкие нефтепродукты могут быть более эффективным топливом, чем уголь.Двигатель был перепроектирован для работы на жидком топливе, в результате чего в 1895 году был создан успешный прототип. И двигатель, и топливо до сих пор носят название Diesel.
Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов с температурой кипения в диапазоне от 150 до 380 ° C, которые получают из нефти. Нефть состоит из углеводородов трех основных классов: (1) парафиновые, (2) нафтеновые (или циклопарафиновые) и (3) ароматические углеводороды. Ненасыщенные углеводороды (олефины) редко встречаются в сырой нефти.Следует отметить, что термины «парафиновый» и «нафтеновый» кажутся устаревшими; мы используем их, потому что они все еще распространены в нефтехимической промышленности. В современной химии соответствующие группы углеводородов называются алканами и циклоалканами .
Состав сырой нефти может варьироваться от жидких светлых коричневатых или зеленоватых нефтей низкой плотности до густых и черных масел, напоминающих расплавленную смолу. Тонкая нефть с низкой плотностью называется сырой нефтью с высокой плотностью, а толстая нефть с высокой плотностью — с низкой плотностью.Это соглашение, которое довольно сбивает с толку тех, кто не работает в нефтяной промышленности, объясняется использованием «плотности в градусах API», которая представляет собой свойство топлива, обратно пропорциональное его плотности, уравнение (5).
В процессе переработки сырая нефть превращается в транспортное топливо — бензин, реактивное топливо и дизельное топливо — и другие нефтепродукты, такие как сжиженный нефтяной газ (СНГ), топочное топливо, смазочное масло, воск и асфальт. Сырая нефть с высокой плотностью содержит больше легких продуктов, необходимых для производства транспортного топлива, и, как правило, имеет более низкое содержание серы.Современные процессы нефтепереработки также могут преобразовывать сырую нефть с низкой плотностью в более легкие продукты за счет дополнительных затрат на более сложное технологическое оборудование, большее количество этапов обработки и больше энергии.
Современные процессы нефтепереработки можно разделить на три основные категории:
- Разделение: Сырая нефть разделяется на компоненты на основе некоторых физических свойств. Наиболее распространенным процессом разделения является дистилляция, при которой компоненты сырой нефти разделяются на несколько потоков в зависимости от их температуры кипения.Процессы разделения не изменяют химическую структуру компонентов сырья.
- Конверсия: Эти процессы изменяют молекулярную структуру компонентов сырья. Наиболее распространенными процессами конверсии являются каталитический крекинг и гидрокрекинг, которые, как следует из названий, включают «крекинг» больших молекул на более мелкие.
- Обновление: Обычно используется в реформулированном топливе . для удаления соединений, присутствующих в следовых количествах, которые придают материалу некоторые нежелательные качества.Наиболее часто используемым процессом повышения качества дизельного топлива является гидроочистка, которая включает химические реакции с водородом.
Схема современного нефтеперерабатывающего завода с выделенными потоками дизельного топлива показана на Рисунке 1 [1149] . В колонне первичной дистилляции, работающей при атмосферном давлении, сырье сырой нефти разделяется на ряд потоков со все более высокой точкой кипения, которые называются продуктами прямой перегонки (например, дизельное топливо прямой перегонки ).Материал, который слишком тяжел для испарения при атмосферной перегонке, удаляется из нижней части колонны (так называемые «атмосферные кубовые остатки»). На большинстве нефтеперерабатывающих заводов атмосферный кубовый остаток дополнительно фракционируется второй перегонкой, проводимой в вакууме.
Рисунок 1 . Дизельные потоки на современном нефтеперерабатывающем заводе
AGO — газойль атмосферный; ВГО — вакуумный газойль; HCO — мазут тяжелого цикла
(любезно предоставлено Chevron)
Количество и качество потоков, отводимых при перегонке, зависит от химического состава сырой нефти.Сырая нефть также дает пропорции бензина, дизельного топлива, мазута и других продуктов, которые обычно отличаются от структуры спроса на продукты на определенных рынках. Единственный способ сбалансировать структуру производства нефтеперерабатывающих заводов с требованиями рынка — это последующие конверсионные процессы. В этих процессах преобразования большие молекулы углеводородов разбиваются на более мелкие под воздействием тепла, давления или катализаторов. Нефтеперерабатывающие заводы используют термический крекинг (висбрекинг и коксование), каталитический крекинг и гидрокрекинг (также использующий катализатор, но проводимый под высоким давлением водорода) для увеличения выхода желаемых продуктов за счет крекинга нежелательных тяжелых фракций.Конечные продукты получают путем смешения продуктов конверсии (компонентов крекинга) с потоками первичной перегонки.
И для смешанных, и для прямогонных продуктов может потребоваться различная степень облагораживания для снижения содержания серы, азота и других соединений. В ряде процессов, называемых гидрообработка , используется водород с подходящим катализатором для улучшения нефтеперерабатывающих потоков. Гидроочистка может варьироваться от мягких условий гидроочистки , при которой удаляются реакционноспособные соединения, такие как олефины и некоторые соединения серы и азота, до более жестких условий гидроочистки , которая насыщает ароматические кольца и удаляет почти все соединения серы и азота.
Как видно из рисунка 1, дизельное топливо, используемое в автомобильном транспорте, представляет собой дистиллятное топливо , то есть оно не содержит (некрекированных) остаточных фракций. Нефтяные остатки содержатся в топочном масле, а также в судовом топливе (также известном как бункерное топливо). Эти продукты обычно имеют свойства, сильно отличающиеся от свойств дистиллятного дизельного топлива.
###
Производство биодизеля из различного сырья и их влияние на свойства топлива | Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии
Абстрактные
Биодизель, представляющий собой новое, возобновляемое и биологическое альтернативное дизельное топливо, привлекает все больше внимания во всем мире из-за потребностей в энергии и экологической сознательности.Биодизель обычно производится из пищевых растительных масел с использованием процесса переэтерификации. Использование пищевых растительных масел экономически нецелесообразно, так как они дороже дизельного топлива. Поэтому говорят, что основным препятствием для коммерциализации биодизеля является его высокая стоимость. Отходы кулинарных масел, ресторанных жиров, мыла и животных жиров являются потенциальным сырьем для производства биодизеля, позволяющим снизить стоимость биодизеля. Однако для производства топливного биодизеля характеристики сырья очень важны на начальном этапе исследований и производства, поскольку свойства топлива в основном зависят от свойств сырья.В этой обзорной статье представлено как производство биодизеля из различного сырья, так и их влияние на свойства топлива.
JIMB 2008: BioEnergy — специальный выпуск.
Введение
Доля автомобилей с дизельным двигателем в общем количестве автомобилей быстро растет. Кроме того, дизельные двигатели широко используются и в промышленной сфере [71]. Таким образом, дизельное топливо имеет самую большую долю использования среди моторных топлив, получаемых из нефти, и это соотношение постоянно увеличивается с каждым днем.Однако большинство стран импортируют свою нефть и нефтепродукты, поскольку мировые запасы нефти находятся в определенных регионах мира, таких как Ближний Восток и Средняя Азия.
Если задуматься об ограниченных источниках энергии, увеличивающемся количестве использования дизельного топлива и доле дизельных двигателей в загрязнении атмосферы [13], важность и необходимость альтернативного дизельного топлива, доступного на внутреннем рынке, возобновляемого и экологически чистого, становится очевидным. ясно понял.
Использование растительных масел в качестве топлива для дизельных двигателей
Если учесть, что Рудольф Дизель впервые использовал свой двигатель с арахисовым маслом на Парижской выставке 1900 года, становится очевидным, что использование растительных масел в качестве дизельного топлива так же старо, как и дизельный двигатель. Растительные масла использовались в качестве дизельного топлива в 1930-х и 1940-х годах, но, как правило, в чрезвычайных условиях, таких как Вторая мировая война [37]. Хотя сначала были получены положительные результаты, при увеличении продолжительности использования наблюдался ряд серьезных проблем с двигателем, таких как варка наконечников форсунок, осаждение камеры сгорания, ухудшение смазочного масла и, как следствие, заедание поршневых колец, полимеризация и окисление растительных масел [ 54, 77].От использования растительных масел в качестве дизельного топлива отказались из-за этих плохих результатов, а также из-за наличия недорогого дизельного топлива, полученного из нефти. Однако в результате нефтяного кризиса 1970 года исследования растительных масел для дизельных двигателей возобновились. В проведенных экспериментах упомянутые выше проблемы наблюдались еще раз, но на этот раз они были более серьезными, поскольку современные дизельные двигатели имеют топливные системы с прямым впрыском (DI), которые более чувствительны к качеству топлива и распылению, чем системы с прямым впрыском (IDI). [16, 56, 65, 76].Основные причины этих проблем с двигателем — высокая вязкость и низкая летучесть растительных масел. Вязкость растительных масел намного выше вязкости обычного нефтяного дизельного топлива. Высокая вязкость растительных масел обусловлена их молекулярной массой и химической структурой. Молекулярная масса дизельного топлива меньше, чем у любого растительного масла [18, 28]. Химическая структура растительных масел значительно отличается от дизельного топлива. Таким образом, будет полезно понять химическую структуру масел, которые являются сырьем для производства биодизеля.
Химическая структура масел и жиров
Основная составляющая масел и жиров — триглицериды, которые составляют около 90–98% от общей массы [71]. На рисунке 1 показана химическая структура молекулы триглицерида, где R 1 , R 2 и R 3 представляют собой радикалы жирных кислот.
Рис. 1
Химическая структура молекулы триглицерида
Рис. 1
Химическая структура молекулы триглицерида
Триглицериды состоят из трех жирных кислот (R – COOH) и одного глицерина [C 3 H 5 (OH) 3 ].В молекуле триглицерида вес глицерина составляет около 41 г, тогда как вес радикалов жирных кислот находится в диапазоне от 650 до 790 г. Таким образом, понятно, что радикалы жирных кислот составляют большинство реактивных групп в молекуле триглицерида, и они сильно влияют на характеристики масел и жиров. Таким образом, очевидна важность всестороннего исследования жирных кислот, составляющих около 94–96% (мас. / Мас.) Молекулы триглицерида. Химическая структура молекулы свободной жирной кислоты представлена на рис.2.
Рис. 2
Рис. 2
Жирные кислоты различаются по длине углеродной цепи и количеству двойных связей (уровень ненасыщенности) и показаны двумя цифрами. Первый представляет количество атомов углерода в цепи жирной кислоты, а второй показывает количество двойных связей. Например, C18: 3 (линоленовая кислота) означает, что эта жирная кислота имеет 18 атомов углерода и 3 двойные связи. Общие жирные кислоты, которые присутствуют в молекуле триглицерида, показаны в таблице 1. Физические и химические топливные свойства биодизеля в основном зависят от распределения жирных кислот в триглицериде, используемом в производстве.Распределение жирных кислот в некоторых видах сырья, обычно используемых в производстве биодизеля, показано в таблице 2.
Химическая структура обычных жирных кислот
| Жирная кислота . | Химическая структура . |
|---|---|
| Миристин (14: 0) | CH 3 (CH 2 ) 12 COOH |
| Пальмитиновый (16: 0) | CH 3 (CH 3 (CH 3 ) 14 COOH |
| Стеариновая кислота (18: 0) | CH 3 (CH 2 ) 16 COOH |
| Олеиновая кислота (18: 1) | CH 3 3 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линолевая (18: 2) | CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линоленовая (18: 3) | CH 3 CH 2 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Арахидический (20: 0) | CH 3 (CH 2 ) 18 COOH |
| Behenic (22: 0) | CH 3 (CH 2 ) 20 COOH |
| Erucic (22: 1) | CH 3 (CH 2 ) = 7 CH (CH 2 ) 11 COOH |
| Жирная кислота . | Химическая структура . |
|---|---|
| Миристин (14: 0) | CH 3 (CH 2 ) 12 COOH |
| Пальмитиновый (16: 0) | CH 3 (CH 3 (CH 3 ) 14 COOH |
| Стеариновая кислота (18: 0) | CH 3 (CH 2 ) 16 COOH |
| Олеиновая кислота (18: 1) | CH 3 3 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линолевая (18: 2) | CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линоленовая (18: 3) | CH 3 CH 2 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Арахидический (20: 0) | CH 3 (CH 2 ) 18 COOH |
| Behenic (22: 0) | CH 3 (CH 2 ) 20 COOH |
| Erucic (22: 1) | CH 3 (CH 2 ) = 7 CH (CH 2 ) 11 COOH |
Химическая структура обычных жирных кислот
| Жирная кислота . | Химическая структура . |
|---|---|
| Миристин (14: 0) | CH 3 (CH 2 ) 12 COOH |
| Пальмитиновый (16: 0) | CH 3 (CH 3 (CH 3 ) 14 COOH |
| Стеариновая кислота (18: 0) | CH 3 (CH 2 ) 16 COOH |
| Олеиновая кислота (18: 1) | CH 3 3 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линолевая (18: 2) | CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линоленовая (18: 3) | CH 3 CH 2 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Арахидический (20: 0) | CH 3 (CH 2 ) 18 COOH |
| Behenic (22: 0) | CH 3 (CH 2 ) 20 COOH |
| Erucic (22: 1) | CH 3 (CH 2 ) = 7 CH (CH 2 ) 11 COOH |
| Жирная кислота . | Химическая структура . |
|---|---|
| Миристин (14: 0) | CH 3 (CH 2 ) 12 COOH |
| Пальмитиновый (16: 0) | CH 3 (CH 3 (CH 3 ) 14 COOH |
| Стеариновая кислота (18: 0) | CH 3 (CH 2 ) 16 COOH |
| Олеиновая кислота (18: 1) | CH 3 3 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линолевая (18: 2) | CH 3 (CH 2 ) 4 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Линоленовая (18: 3) | CH 3 CH 2 CH = CHCH 2 CH = CHCH 2 CH = CH (CH 2 ) 7 COOH |
| Арахидический (20: 0) | CH 3 (CH 2 ) 18 COOH |
| Behenic (22: 0) | CH 3 (CH 2 ) 20 COOH |
| Erucic (22: 1) | CH 3 (CH 2 ) = 7 CH (CH 2 ) 11 COOH |
Распределение жирных кислот в некоторых видах биодизельного сырья
| Сырье . | Жирные кислоты (% по массе) . | Уровень насыщения (%) . | Номер ссылки . | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 14: 0 . | 16: 0 . | 16: 1 . | 18: 0 . | 18: 1 . | 18: 2 . | 18: 3 . | ||||||||||||||
| Подсолнечник | — | 6.08 | — | 3,26 | 16,93 | 73,73 | — | 9,34 | [28] | |||||||||||
| Рапс | — | 3,414 | 3,414 | 3,414 | 4,34 | [28] | ||||||||||||||
| Соя | — | 10,58 | — | 4,76 | 22,52 | 52,34 | 8,19 | 15.34 | [10] | |||||||||||
| Сои сои | — | 17,2 | — | 4,4 | 15,7 | 55,6 | 7,1 | ∼17 | — | 12 | — | — | 53 | 33 | 1 | ∼12 | [3] | |||
| Талловый | 3–6 | –25 | 37–43 | 2–3 | — | 47–63 | [44, 48] | |||||||||||||
| Лард | 1-2 | 28–30 | — | 12–18 | 4–50 | 7–13 | — | 41–50 | [44, 48] | |||||||||||
| Желтая смазка | 2.43 | 23,24 | 3,79 | 12,96 | 44,32 | 6,97 | 0,67 | 38,63 | [10] | |||||||||||
| Коричневая смазка | ||||||||||||||||||||
| 0,82 | 37,03 | [10] | ||||||||||||||||||
| Сырье . | Жирные кислоты (% по массе) . | Уровень насыщения (%) . | Номер ссылки . | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 14: 0 . | 16: 0 . | 16: 1 . | 18: 0 . | 18: 1 . | 18: 2 . | 18: 3 . | |||||||||||
| Подсолнечник | — | 6,08 | — | 3.26 | 16,93 | 73,73 | — | 9,34 | [28] | ||||||||
| Рапс | — | 3,49 | — | 0,8144 | 0,8144 | 0,814 | 28] | ||||||||||
| Соя | — | 10,58 | — | 4,76 | 22,52 | 52,34 | 8,19 | 15,34 | 148 | — | 4,4 | 15,7 | 55,6 | 7,1 | ∼17 | [30] | |
| Отработанное масло для жарки | — | 12 | — | — | — | 1 | ∼12 | [3] | |||||||||
| Сало | 3–6 | 24–32 | — | 20–25 | 37–43 | 2–3 | [44, 48] | ||||||||||
| Сало | 1–2 | 28–30 | — | 12–18 | 4–50 | 7–13 | — | 41– 50 | [44, 48] | ||||||||
| Желтая смазка | 2.43 | 23,24 | 3,79 | 12,96 | 44,32 | 6,97 | 0,67 | 38,63 | [10] | ||||||||
| Коричневая смазка | |||||||||||||||||
| 0.82 | 37.03 | [10] | |||||||||||||||
Распределение жирных кислот в некоторых биодизельных сырьях
| Сырье . | Жирные кислоты (% по массе) . | Уровень насыщения (%) . | Номер ссылки . | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 14: 0 . | 16: 0 . | 16: 1 . | 18: 0 . | 18: 1 . | 18: 2 . | 18: 3 . | ||||||||||||||
| Подсолнечник | — | 6.08 | — | 3,26 | 16,93 | 73,73 | — | 9,34 | [28] | |||||||||||
| Рапс | — | 3,414 | 3,414 | 3,414 | 4,34 | [28] | ||||||||||||||
| Соя | — | 10,58 | — | 4,76 | 22,52 | 52,34 | 8,19 | 15.34 | [10] | |||||||||||
| Сои сои | — | 17,2 | — | 4,4 | 15,7 | 55,6 | 7,1 | ∼17 | — | 12 | — | — | 53 | 33 | 1 | ∼12 | [3] | |||
| Талловый | 3–6 | –25 | 37–43 | 2–3 | — | 47–63 | [44, 48] | |||||||||||||
| Лард | 1-2 | 28–30 | — | 12–18 | 4–50 | 7–13 | — | 41–50 | [44, 48] | |||||||||||
| Желтая смазка | 2.43 | 23,24 | 3,79 | 12,96 | 44,32 | 6,97 | 0,67 | 38,63 | [10] | |||||||||||
| Коричневая смазка | ||||||||||||||||||||
| 0,82 | 37,03 | [10] | ||||||||||||||||||
| Сырье . | Жирные кислоты (% по массе) . | Уровень насыщения (%) . | Номер ссылки . | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 14: 0 . | 16: 0 . | 16: 1 . | 18: 0 . | 18: 1 . | 18: 2 . | 18: 3 . | |||||||||||
| Подсолнечник | — | 6,08 | — | 3.26 | 16,93 | 73,73 | — | 9,34 | [28] | ||||||||
| Рапс | — | 3,49 | — | 0,8144 | 0,8144 | 0,814 | 28] | ||||||||||
| Соя | — | 10,58 | — | 4,76 | 22,52 | 52,34 | 8,19 | 15,34 | 148 | — | 4,4 | 15,7 | 55,6 | 7,1 | ∼17 | [30] | |
| Отработанное масло для жарки | — | 12 | — | — | — | 1 | ∼12 | [3] | |||||||||
| Сало | 3–6 | 24–32 | — | 20–25 | 37–43 | 2–3 | [44, 48] | ||||||||||
| Сало | 1–2 | 28–30 | — | 12–18 | 4–50 | 7–13 | — | 41– 50 | [44, 48] | ||||||||
| Желтая смазка | 2.43 | 23,24 | 3,79 | 12,96 | 44,32 | 6,97 | 0,67 | 38,63 | [10] | ||||||||
| Коричневая смазка | |||||||||||||||||
| 0,82 | 37,03 | [10] | |||||||||||||||
Что такое биодизель? Его производство и превосходства над дизельным топливом
Биодизель определяется как алкиловые моноэфиры жирных кислот, полученные из возобновляемого сырья, такого как растительные масла, животные жиры и т. Д.Для решения проблемы высокой вязкости триглицеридов используются четыре химических процесса: разбавление, микроэмульсификация, пиролиз (термический крекинг) и переэтерификация [67]. Среди этих четырех способов наиболее предпочтительным является переэтерификация. Переэтерификация — это процесс преобразования сложного эфира, который расщепляет триглицериды; то есть берет глицерин триглицерида и заменяет его алкильным радикалом используемого спирта. Благодаря переэтерификации высокая вязкость снижается до значения, близкого к значению дизельного топлива, при этом сохраняется цетановое число и теплотворная способность.Как видно на фиг. 3, три моля спирта используются на моль триглицерида для стехиометрической реакции переэтерификации. В результате этой реакции образуются три моля алкилмоноэфира жирных кислот (биодизель) и моль глицерина, который является побочным продуктом этой реакции. Хотя теоретическое молярное соотношение составляет 3: 1, молярное соотношение 6: 1 обычно используется для точного завершения реакции [25, 53, 71].
Рис. 3
Стехиометрическая реакция переэтерификации
Рис. 3
Стехиометрическая реакция переэтерификации
В реакции переэтерификации катализатор используется для увеличения скорости реакции и улучшения характеристик получаемого топлива.Среди катализаторов, используемых для переэтерификации, щелочные катализаторы (NaOH, KOH, NaOCH 3 и т. Д.) Наиболее предпочтительны по сравнению с кислотными (H 2 SO 4 , HCl и т. Д.) И липазой (биологической). катализаторы, поскольку они работают быстрее, и для проведения реакции достаточно меньшего количества катализатора. Биодизельное топливо, произведенное с использованием щелочного катализатора, не вызывает коррозии металлических частей двигателя. Более того, переэтерификация, катализируемая кислотой, требует большего соотношения спиртов, чем реакции, катализируемые щелочью [8, 24, 49, 70, 79].В результате всех этих положительных свойств щелочных катализаторов большая часть реакции переэтерификации проходит с одним из них.
Биодизель — это биоразлагаемое, нетоксичное, почти не содержащее серы и неароматическое экологически чистое альтернативное дизельное топливо. Когда дизельный двигатель работает на биодизеле, выбросы выхлопных газов снижаются; примерно 20% CO, 30% HC, 40% твердых частиц (PM) и 50% выбросов сажи по сравнению с дизельным топливом. В отличие от этих уменьшений, его эмиссия NO x увеличивается примерно на 10–15% [13, 29, 41, 57, 60].Однако проблема с высоким содержанием NO x может быть преодолена путем замедления времени впрыска [59]. Смазочные свойства биодизеля намного лучше, чем у дизельного топлива, особенно дизельного топлива с низким содержанием серы. Небольшого количества присадки к биодизелю, даже всего 1%, достаточно для значительного улучшения смазывающей способности обычного дизельного топлива [26, 34].
Производство биодизеля в промышленных масштабах в Европе и США
В Европе коммерческое использование биодизеля началось после 1980 года [83].Его использование значительно увеличилось, особенно за последние несколько лет. Производство биодизеля в Европейском союзе (ЕС) увеличилось примерно более чем в 2,5 раза за последние 3 года, увеличившись с 1,9 миллиона тонн в 2004 году до 4,9 миллиона тонн в 2006 году [21]. В этом увеличении очень важен эффект директивы, продвигающей использование биотоплива на транспорте, изданной Европейской комиссией в 2003 году. Эта директива (2003/30) установила две ориентировочные цели для стран-членов ЕС: 2% проникновения биотоплива к декабрю 2005 г. и 5.75% к декабрю 2010 г. [6]. В ЕС 82% всего производства биотоплива составляет биодизель [21]. Годовые объемы производства биодизеля в ЕС и США можно увидеть в Таблице 3. Эти объемы показывают, что ЕС является мировым лидером как по производству биодизеля, так и по мощностям. В 2006 году ЕС произвел около 77% биодизеля, производимого во всем мире. США — второй по величине производитель биодизеля в мире [6, 19, 21].
Годовое производство биодизеля в ЕС и США составляет
| Год . | Объемы производства биодизеля (млн тонн) . | Номер ссылки . | |
|---|---|---|---|
| ЕС . | США . | ||
| 2004 | 1,90 | 0,10 | [6, 62] |
| 2005 | 3,20 | 0,25 | [21, 55, 6240] | [21, 55, 6240] | [21, 62] |
| Год . | Объемы производства биодизеля (млн тонн) . | Номер ссылки . | |
|---|---|---|---|
| ЕС . | США . | ||
| 2004 | 1,90 | 0,10 | [6, 62] |
| 2005 | 3,20 | 0,25 | [21, 55, 6240] | [21, 55, 6240] | [21, 62] |
Годовое производство биодизеля в ЕС и США
| Год . | Объемы производства биодизеля (млн тонн) . | Номер ссылки . | |
|---|---|---|---|
| ЕС . | США . | ||
| 2004 | 1,90 | 0,10 | [6, 62] |
| 2005 | 3,20 | 0,25 | [21, 55, 6240] | [21, 55, 6240] | [21, 62] |
| Год . | Объемы производства биодизеля (млн тонн) . | Номер ссылки . | |
|---|---|---|---|
| ЕС . | США . | ||
| 2004 | 1,90 | 0,10 | [6, 62] |
| 2005 | 3,20 | 0,25 | [21, 55, 6240] | [21, 55, 6240] | [21, 62] |
Экономическая оценка биодизеля на основе исходного сырья
Биодизель в настоящее время производится из высококачественных пищевых растительных масел (в США — соевого масла; в Европе — рапсового масла) с использованием метанола и щелочного катализатора.Конечная стоимость биодизеля в основном зависит от цены на сырье. Высокая стоимость пищевых масел приводит к увеличению стоимости биодизеля и препятствует его использованию, даже если они имеют некоторые преимущества, упомянутые выше. К сожалению, экономическая ситуация с биодизелем ухудшилась из-за роста цен на растительное масло в последние годы. В середине 1990-х годов стоимость исходного сырья составляла 60–75% от общей стоимости биодизельного топлива [40], но сегодня около 85% затрат на производство приходится на затраты на сырье [31, 83]. .Чтобы исследовать зависимость стоимости производства биодизеля от стоимости исходного сырья, Haas et al. [31] провели исследование. Это исследование показало линейную зависимость между ними, с изменением стоимости продукта на 0,020 доллара США / л на изменение стоимости масла на 0,022 доллара США / кг. Это означает, что соотношение между массой вводимого сырья и массовым выпуском биодизеля составляет примерно 1: 1.
Чтобы стать экономически жизнеспособным альтернативным топливом и выжить на рынке, биодизель должен экономически конкурировать с дизельным топливом.Однако стоимость сырья для биодизеля уже превышает окончательную стоимость дизельного топлива. В настоящее время стоимость единицы биодизеля в 1,5–3,0 раза выше, чем у дизельного топлива, полученного из нефти, в зависимости от сырья [19, 82, 83].
Чтобы сделать биодизель экономически подходящим топливом и повысить его товарность, необходимо снизить его высокую стоимость. Недорогое и прибыльное биодизельное топливо можно производить из недорогого сырья, такого как отработанные масла для жарки, животные жиры, соапстоки и смазки [10, 61, 82].Снижение затрат на сырье, конечно, положительно скажется на безубыточной цене биодизеля. Таким образом, огромная разница между ценами на биодизель и дизельное топливо может быть снижена до приемлемого значения. В литературе есть несколько исследований по учету затрат на биодизель из различного сырья. Некоторые из них представлены в Таблице 4.
Некоторые исследования экономической оценки биодизеля на основе исходного сырья
| Тип сырья . | Цена на биодизельное топливо (долл. США / л) . | Год . | ссылку . | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Соя, рапс, подсолнечник, рапс | 0,54–0,62 | 1999 | [5] | |||||
| Смазка отработанная | 0,34–0,42 | 1999 | 0,34–0,42 | 0,428 | 2001 | [9] | ||
| Желтая смазка | 0.324 | 2001 | [9] | |||||
| Коричневая смазка | 0,246 | 2001 | [9] | |||||
| канола | 0,72 | 2003 | 0,72 | 2003 | 9013 9013 9013 масло | 0,54–0,74 | 2003 | [82, 83] |
| Соя | 0,53 | 2005 | [31] | |||||
| Съедобный и несъедобный говяжий жир | 2006 | [64] |
| Тип сырья . | Цена на биодизельное топливо (долл. США / л) . | Год . | ссылку . | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Соя, рапс, подсолнечник, рапс | 0,54–0,62 | 1999 | [5] | ||||
| Смазка отработанная | 0,34–0,42 | 1999 | 0,34–0,42 | 0.428 | 2001 | [9] | |
| Желтая смазка | 0,324 | 2001 | [9] | ||||
| Коричневая смазка | 0,246 | 2001 | 2003 | [82, 83] | |||
| Отработанное кулинарное масло | 0,54–0,74 | 2003 | [82, 83] | ||||
| Соя | 0,53 | 2005 [ | ] | ||||
| Пищевой и несъедобный говяжий жир | 0.22–0,63 | 2006 | [64] |
Некоторые исследования экономической оценки биодизеля на основе исходного сырья
| Тип сырья . | Цена на биодизельное топливо (долл. США / л) . | Год . | ссылку . | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Соя, рапс, подсолнечник, рапс | 0,54–0,62 | 1999 | [5] | ||||
| Отработанная смазка | 0.34–0,42 | 1999 | [5] | ||||
| Соя | 0,428 | 2001 | [9] | ||||
| Желтая смазка | 0,324 | 2001 | 2001 | [9] | 0,246 | 2001 | [9] |
| Канола | 0,72 | 2003 | [82, 83] | ||||
| Отработанное кулинарное масло | 0,54–014,72 | ||||||
| Соя | 0.53 | 2005 | [31] | ||||
| Съедобный и несъедобный говяжий жир | 0,22–0,63 | 2006 | [64] |
| Тип сырья . | Цена на биодизельное топливо (долл. США / л) . | Год . | ссылку . | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Соя, рапс, подсолнечник, рапс | 0,54–0,62 | 1999 | [5] | ||||
| Отработанная смазка | 0.34–0,42 | 1999 | [5] | ||||
| Соя | 0,428 | 2001 | [9] | ||||
| Желтая смазка | 0,324 | 2001 | 2001 | [9] | 0,246 | 2001 | [9] |
| Канола | 0,72 | 2003 | [82, 83] | ||||
| Отработанное кулинарное масло | 0,54–014,72 | ||||||
| Соя | 0.53 | 2005 | [31] | ||||
| Съедобный и несъедобный говяжий жир | 0,22–0,63 | 2006 | [64] |
Недорогое сырье
Сырье с высоким содержанием свободных жирных кислот
Как упоминалось ранее, основным препятствием для коммерциализации биодизеля является его высокая стоимость. Однако использованные масла для жарки, соапсток, желтые и коричневые смазки являются потенциальным сырьем для производства биодизеля, что снижает его стоимость.Отработанные масла и жиры для жарки в настоящее время собираются на крупных предприятиях пищевой промышленности и в сфере обслуживания, где они перерабатываются и используются в основном в кормах для животных. Soapstock — это побочный продукт рафинирования пищевого масла, который значительно дешевле рафинированных пищевых масел. Его рыночная стоимость составляет примерно одну пятую от цен на сырое растительное масло [30]. Топленые животные жиры и отработанные масла для жарки с уровнем свободных жирных кислот (СЖК) менее 15% известны как желтая смазка. Если уровень FFA превышает 15%, она называется коричневой смазкой.Это сырье привлекательно своей невысокой стоимостью. Однако их реакции переэтерификации намного сложнее по сравнению с реакциями высококачественных пищевых масел. Как правило, они содержат большое количество FFA и воды, которые не могут быть преобразованы в биодизельное топливо с использованием щелочного катализатора. Отработанные смазки обычно содержат от 10 до 25% свободных жирных кислот. В летние месяцы уровни FFA животных жиров и жиров увеличиваются, как показано на рис. 4. Эти высокие уровни FFA связаны с быстрой деградацией туш животных в жаркую погоду [7].
Рис. 4
Изменение уровня FFA животного жира в течение года [7]
Рис. 4
Изменение уровня FFA животного жира в течение года [7]
Производство биодизеля от низкозатратное сырье
Когда СЖК реагируют с щелочным катализатором, как показано на рис. 5, они вызывают образование мыла и воды, что снижает выход сложного эфира и препятствует разделению сложного эфира, глицерина и промывной воды. Кроме того, образование мыла увеличивает вязкость и вызывает образование геля [10, 25, 30, 53, 80].Если концентрация FFA в сырье выше уровня 0,5%, щелочной катализатор не следует использовать при переэтерификации из-за образования мыла [2, 10, 22, 36, 46, 49, 51, 80]. Тем не менее в литературе есть работы, в которых утверждается, что щелочной катализатор можно использовать при переэтерификации до уровня FFA 5% [27]. Когда сырье с высоким содержанием FFA переэтерифицируется, следует использовать кислотные катализаторы, которые более устойчивы к FFA [36, 46, 49]. Кислотные катализаторы слишком медленны для преобразования триглицеридов в биодизельное топливо, но они достаточно быстры, чтобы преобразовать FFA в сложные эфиры.
Рис. 5
Рис. 5
Процесс, катализируемый кислотой, называется предварительной обработкой. Эта реакция является реакцией этерификации, а не реакцией изменения сложного эфира. В результате предварительной обработки СЖК превращаются в сложные моноэфиры, как показано на рис. 6. Молярное соотношение спирта и количество катализатора, которое будет использоваться в реакции предварительной обработки, рассчитываются в соответствии с начальным содержанием СЖК в сырье [10]. Основным препятствием для предварительной обработки является образование воды. Когда СЖК реагируют со спиртом, вода также образуется вместе с моноэфирами и ингибирует превращение СЖК в сложные эфиры [8, 10, 25, 51, 68, 70].Влияние воды на реакцию показано на рис. 7. Еще одним важным моментом для производства биодизеля из этого сырья является низкая скорость реакции. Спирт, используемый для реакции, имеет низкую скорость диспергирования в сырье. Поэтому необходимо использовать больше спирта и интенсивно перемешивать смесь [47, 50, 52].
Рис. 6
Рис. 6
Рис. 7
Влияние воды на реакцию [8]
Рис. 7
Влияние воды на реакцию [8]
В промышленности большая часть Производство биодизельного топлива из сырья с высоким содержанием FFA осуществляется с использованием реакции, катализируемой щелочью, которая описана выше.Однако в литературе есть некоторые работы, в которых утверждается, что традиционная реакция, катализируемая щелочью, с использованием отработанного сырья не улучшит стоимость единицы биодизельного топлива из-за добавления установки предварительной обработки для снижения количества свободных жирных кислот в сырье. Для производства биодизеля из дешевого сырья существует несколько альтернативных методов, помимо процесса, катализируемого щелочами.
Одним из этих альтернативных методов является процесс сверхкритической переэтерификации. Преимущества этого метода: (1) Не требуется использование катализатора в реакции.Поэтому после производственного процесса отделение катализатора и омыленных продуктов от топлива не требуется [14, 17, 32, 75]. (2) Этерификация FFA в сырье и переэтерификация триглицеридов происходят одновременно. Следовательно, продолжительность реакции значительно короче, чем у традиционной реакции переэтерификации [17, 69]. Однако есть некоторые исследования, в которых для получения высокого выхода продукта используются более длительные реакции от 15 до 45 минут [32, 78]. (3) Сверхкритическая реакция нечувствительна ни к FFA, ни к воде.Таким образом, в этом процессе можно использовать сырье низкого качества [32, 42, 75]. Поскольку сверхкритический метод имеет некоторые преимущества, он также имеет некоторые недостатки, которые следует принимать во внимание: (1) этот метод требует высокого молярного отношения спирта к сырью, такого как 40–42: 1 [17, 32, 69]. (2) Поскольку для этого требуется высокое давление реакции, такое как 35-40 МПа, и температура реакции, как правило, выше 300 ° C, в процессе потребуется большое количество энергии. Это вызовет высокие эксплуатационные расходы и увеличит окончательную цену биодизеля.(3) Если параметры реакции превышают оптимальный уровень, будут происходить побочные реакции, такие как реакции термического разложения и реакции дегидрирования метиловых эфиров ненасыщенных жирных кислот, которые приведут к падению выхода [32, 69].
При переработке сырья с высоким содержанием свободных жирных кислот одним из альтернативных способов является также переэтерификация, катализируемая кислотой. Кислотно-катализируемый процесс нечувствителен к содержанию свободных жирных кислот в смоле и поэтому не требует реакции предварительной обработки. Это благоприятное свойство кислотных катализаторов делает процесс, катализируемый кислотой, с использованием дешевого сырья с высоким содержанием FFA менее сложным, чем традиционный процесс, катализируемый щелочью, с использованием этого сырья.Однако для этого процесса требуется больше спирта и реакторы большего размера. Кроме того, присутствие кислотного катализатора в реакции требует использования материалов из нержавеющей стали из-за ее коррозионных свойств. Сумма этих двух негативных факторов приводит к увеличению стоимости оборудования. Из-за этих проблем, связанных с кислотными катализаторами, до настоящего времени не сообщалось ни о каких коммерческих биодизельных установках, использующих процесс с кислотным катализом [82].
Топливные свойства биодизеля, полученного из высококачественных масел и недорогого сырья
Некоторые спецификации введены в действие для стандартизации качества биодизельного топлива во всем мире (в США — ASTM D 6751; в Европе — EN 14214).Посредством этих упомянутых стандартов, показанных в таблицах 5 и 6, соответственно, обеспечивается как безопасность пользователей, так и возможность производства биодизеля из различного сырья, на всякий случай, если эти спецификации обеспечиваются. Производители дизельных двигателей одобряют использование биодизеля при условии, что оно соответствует этим стандартам. В конце реакции переэтерификации может быть достигнуто разделение фаз глицерина, но все характеристики, определенные в стандартах, должны быть измерены, чтобы определить, соответствует ли полученный сложноэфирный продукт топливному качеству или нет.При условии соблюдения этих стандартных показателей биодизельное топливо может производиться либо из высококачественных растительных масел, либо из недорогого сырья низкого качества. В таблицах 7 и 8 показаны некоторые критические свойства различных растительных масел, обычно используемых в производстве биодизельного топлива, и некоторых видов биодизельного (метилового эфира) топлива, полученного из растительных масел и дешевого сырья, соответственно. В этом разделе сравниваются топливные свойства сложных алкилмоноэфиров жирных кислот.
Американские стандартные спецификации для биодизеля (ASTM D-6751)
| Свойство . | Метод испытаний . | Пределы . | Агрегат . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Кинематическая вязкость (при 40 ° C) | D 445 | 1,9–6,0 | мм 2 / с | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Цетановое число | D 613 | 47 мин | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура вспышки (в закрытом тигле) | D 93 | 130,0 мин | ° C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Точка помутнения | D 2500 | Отчет | ° C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Вода и осадок | 0.050 макс. | Объем (%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сульфатная зола | D 874 | макс. 0,020 | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сера | D 5453 | 0,05 макс. | Коррозия медной ленты | D 130 | № 3 макс. | — | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Остаток углерода (100% проба) | D 4530 | макс. 0,050 | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кислотное число | 0.80 макс | Мг КОН / г | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Свободный глицерин | D 6584 | 0,020 макс | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Общий глицерин | D 6584 | 14 0,240 макс | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Содержание фосфора | D 4951 | 0,001 макс. | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура перегонки (восстановление 90%) | D 1160 | 360 макс. . | Метод испытаний . | Пределы . | Агрегат . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кинематическая вязкость (при 40 ° C) | D 445 | 1,9–6,0 | мм 2 / с | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Цетановое число | D 613 | 47 мин | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура вспышки (в закрытом тигле) | D 93 | 130,0 мин | ° C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Точка помутнения | D 2500 | Отчет | ° C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Вода и осадок | 0.050 макс. | Объем (%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сульфатная зола | D 874 | макс. 0,020 | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сера | D 5453 | 0,05 макс. | Коррозия медной ленты | D 130 | № 3 макс. | — | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Остаток углерода (100% проба) | D 4530 | макс. 0,050 | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кислотное число | 0.80 max | Mg KOH / g | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Свободный глицерин | D 6584 | 0,020 max | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Общий глицерин | D 6584 | 14 0,240 макс | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Содержание фосфора | D 4951 | 0,001 макс. | Масса (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура перегонки (восстановление 90%) | D 1160 | 360 макс. биодизель (ASTM D-6751)
Тип растительного масла | Род. вязкость (мм 2 / с, при 40 ° C) . | Плотность (г / см³, при 21 ° C) . | Цетановое число . | Температура вспышки (° C) . | Температура помутнения (° C) . | Температура застывания (° C) . | Список литературы . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Соя | 33,1 | 0,914 | 38,1 | 254 | −3.9 | −12,2 | [18, 28] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рапс | 37,3 | 0,912 | 37,5 | 246 | −3,9 | −31,7 | 34,4 | 0,916 | 36,7 | 274 | 7,2 | −15,0 | [18, 28] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кукуруза | 35,1 | 0,910 | 37,5 | 37,5 | −40,0 | [18, 28] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сафлор | 31,6 | 0,914 | 36,7 | 246 | −3,9 | −31,7 | 33,7 | 0,915 | 33,7 | 234 | 1,7 | −15,0 | [18, 28] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Арахис | 40,0 | 0,903 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 34,68 | −6,7 | [18, 28] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сало | 51,2 | 0,920 | 40,2 | 201 | — | — | [4] | 8 9013 | 9026 | 9026 тип | . Род. вязкость (мм 2 / с, при 40 ° C) | . Плотность (г / см³, при 21 ° C) | . Цетановое число | . Температура вспышки (° C) | . Температура помутнения (° C) | . Температура застывания (° C) | . Список литературы | . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Соя | 33,1 | 0,914 | 38,1 | 254 | −3,9 | −12,2 | [18, 28] | −3,9 | −31,7 | [18, 28] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Подсолнечник | 34.4 | 0,916 | 36,7 | 274 | 7,2 | −15,0 | [18, 28] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кукуруза | 35,1 | 0,910 | 37,5 | 2740 37,5 | 2740 | [18, 28] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сафлор | 31,6 | 0,914 | 36,7 | 246 | −3,9 | −31,7 | [18, 28] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Хлопок.7 | 0,915 | 33,7 | 234 | 1,7 | −15,0 | [18, 28] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Арахис | 40,0 | 0,903 | 0 34,6 12143 | 0 34,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сало | 51,2 | 0,920 | 40,2 | 201 | — | — | [4] |
Дизельное топливо с различными свойствами дизельного топлива и биодата.
| Топливо . | Род. вязкость (мм 2 / с, при 40 ° C) . | Плотность (г / см³, при 21 ° C) . | Цетановое число . | Температура вспышки (° C) . | Температура помутнения (° C) . | Температура застывания (° C) . | Список литературы . |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Дизельное топливо | 2,0–4,5 | 0,820–0,860 | 51,0 | 55 | −18 | −25 | [11, 29, 43, 53] | 4.08 | 0,884 | 50,9 | 131 | −0,5 | −4 | [29, 30] |
| сложный метиловый эфир рапса | 4,83 | 0,882 | 52,9 −10,8 | [1, 29] | |||
| метиловый эфир подсолнечника | 4,60 | 0,880 | 49,0 | 183 | 1 | −7 | [29, 71] | 5.00 | 0,877 | 58,8 | 150 | 12 | 9 | [4, 29, 81] |
| Желтая смазка метиловый эфир | 5,16 | 0,873 | 62,6 | [11, 23] | |||
| Метиловый эфир соапстока | 4,30 | 0,885 | 51,3 | 169 | 6 | — | [30] |
| Род. вязкость (мм 2 / с, при 40 ° C) . | Плотность (г / см³, при 21 ° C) . | Цетановое число . | Температура вспышки (° C) . | Температура помутнения (° C) . | Температура застывания (° C) . | Список литературы . | |
| Дизельное топливо | 2,0–4,5 | 0,820–0,860 | 51,0 | 55 | −18 | −25 | [11, 29, 43, 53] | 4.08 | 0,884 | 50,9 | 131 | −0,5 | −4 | [29, 30] |
| сложный метиловый эфир рапса | 4,83 | 0,882 | 52,9 −10,8 | [1, 29] | |||
| метиловый эфир подсолнечника | 4,60 | 0,880 | 49,0 | 183 | 1 | −7 | [29, 71] | 5.00 | 0,877 | 58,8 | 150 | 12 | 9 | [4, 29, 81] |
| Желтая смазка метиловый эфир | 5,16 | 0,873 | 62,6 | [11, 23] | |||
| Метиловый эфир соапстока | 4,30 | 0,885 | 51,3 | 169 | 6 Некоторые | — | [30] |
| Топливо . | Род. вязкость (мм 2 / с, при 40 ° C) . | Плотность (г / см³, при 21 ° C) . | Цетановое число . | Температура вспышки (° C) . | Температура помутнения (° C) . | Температура застывания (° C) . | Список литературы . |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Дизельное топливо | 2,0–4,5 | 0,820–0,860 | 51,0 | 55 | −18 | −25 | [11, 29, 43, 53] | 4.08 | 0,884 | 50,9 | 131 | −0,5 | −4 | [29, 30] |
| сложный метиловый эфир рапса | 4,83 | 0,882 | 52,9 −10,8 | [1, 29] | |||
| метиловый эфир подсолнечника | 4,60 | 0,880 | 49,0 | 183 | 1 | −7 | [29, 71] | 5.00 | 0,877 | 58,8 | 150 | 12 | 9 | [4, 29, 81] |
| Желтая смазка метиловый эфир | 5,16 | 0,873 | 62,6 | [11, 23] | |||
| Метиловый эфир соапстока | 4,30 | 0,885 | 51,3 | 169 | 6 | — | [30] |
| Род. вязкость (мм 2 / с, при 40 ° C) . | Плотность (г / см³, при 21 ° C) . | Цетановое число . | Температура вспышки (° C) . | Температура помутнения (° C) . | Температура застывания (° C) . | Список литературы . | |
| Дизельное топливо | 2,0–4,5 | 0,820–0,860 | 51,0 | 55 | −18 | −25 | [11, 29, 43, 53] | 4.08 | 0,884 | 50,9 | 131 | −0,5 | −4 | [29, 30] |
| сложный метиловый эфир рапса | 4,83 | 0,882 | 52,9 −10,8 | [1, 29] | |||
| метиловый эфир подсолнечника | 4,60 | 0,880 | 49,0 | 183 | 1 | −7 | [29, 71] | 5.00 | 0,877 | 58,8 | 150 | 12 | 9 | [4, 29, 81] |
| Желтая консистентная смазка метиловый эфир | 5,16 | 0,873 | 62,6 | [11, 23] | |||
| Метиловый эфир соапстока | 4,30 | 0,885 | 51,3 | 169 | 6 | — | [30] |
| Свойство | Метод испытаний | ASTM D 975 (ископаемое дизельное топливо) | ASTM D 6751 (Биодизель, B100) | ||
| Температура вспышки (в ° C) | D14 52 мин. min | ||||
| Вода и отложения | D 2709 | 0.05 макс% об. | 0,05 макс.% Об. | ||
| Кинематическая вязкость при 40 ° C | D 445 | 1,3 — 4,1 мм 2 / с | 1,9 — 6,0 мм 2 / с | ||
| Сульфатная зола | D 874 — | 0,02 макс.% Масс. | |||
| Зола | D 482 | 0,01 макс.% Масс. | — | ||
| Сера | D 5453 | 0.05 макс.% Масс. | — | ||
| Сера | D 2622/129 | — | 0,05 макс.% Масс. | ||
| Коррозия медной ленты | D 130 | Макс. № 3 | Макс. № 3 | ||
| Цетановое число | D613 | 40 мин. | 47 мин. | 35 макс% об. | — |
| Углеродный остаток | D 4530 | — | 0,05 макс.% Массы | ||
| Углеродный остаток | D 524 | 0,35 макс. (Рециркуляция 90% объема) | D 1160 | 282 ° C мин. — 338 ° C макс. | — |
Биодизельное топливо привлекает все большее внимание во всем мире в качестве компонента смеси или прямой замены дизельного топлива в двигателе автомобиля .Биодизельное топливо содержит сложные эфиры алкиловых жирных кислот (длина цепи C 14 — C 22 ) и короткоцепочечных спиртов, в первую очередь метанола или этанола. [1, 3, 22 и 44] химически биодизель можно определить как топливо, состоящее из моно-алкильных эфиров длинноцепочечных жирных кислот, полученных из возобновляемых источников энергии, таких как растительное масло, животный жир и т. Д. Биодизель обозначается как B100, и он должен соответствовать требованиям (Американского общества испытаний и материалов) стандартов ASTM D 6751 и стандартов (Европейские страны) EN 14214.Тепловые, физические и химические свойства биодизеля будут влиять на поток сгорания и поведение при хранении [1, 42 и 43].
2. Обзор литературы
Обзор литературы, сделанный на основе научных работ последних двух десятилетий на основе термических, физических и химических свойств. Обзор литературы дал по свойствам:
2.1. Термогравиметрический анализ (ТГА) как тепловое свойство
Термогравиметрический анализ (ТГА) является полезным методом для характеристики термостабильности и определения конверсии биодизельных продуктов [5].Анализ ТГА — это быстрый и недорогой метод, который можно использовать для определения точки кипения сложных эфиров и мониторинга реакции переэтерификации. Термический анализ также представляет собой совокупность методов исследований, в которых физические или химические свойства вещества, смеси веществ и / или продуктов реакции или смесей продуктов реакции измеряются как функция температуры или времени. В общем, молекулы ископаемого дизельного топлива разной длины обладают разными свойствами и поведением.Более длинные цепочки молекул имеют более высокие температуры кипения [23].
Термогравиметрический анализ (ТГА) показывает термическое разложение материалов. По оси ординат взята масса жидкости, как и у большинства исследователей, а по оси абсцисс — температура. Поскольку температура увеличивается в минуту непрерывно и постоянно в присутствии контролируемой атмосферы (может быть азот, кислород, аргон, воздух и т. Д.). С повышением температуры и одновременно с этим вещество теряет вес за счет разложения [8].Обычно при анализе ТГА температура постоянно увеличивается на 5, 10, 15 ° C в минуту, пока не достигнет 600 ° C. Обычно при анализе ТГА требуются два типа калибровки: первая — это температура, а вторая — калибровка веса. Калибровка температуры полезна для экспериментов ТГА, в которых важна точная температура перехода. Для проведения калибровки веса ТГА используются образцы 1 мг, 100 мг и 200 мг, поставляемые комплектом прибора ТГА. Согласно литературным данным, методологию TGA использовали Rashid et al.для оценки процесса переэтерификации производства биодизельного топлива Jatropha. Андраде и др. использовали анализ ТГА для оценки производства биодизеля из нефти бурити. Результаты показывают, что биодизель и его смеси показывают только одну стадию потери массы, которая была вызвана улетучиванием различных жирных кислот, присутствующих в биодизеле.
Сатьянараяна и Муралидхаран внедрили методологию TGA для измерения температуры начала улетучивания различных масел. Масло было низколетучим по сравнению с биодизельным топливом.Было обнаружено, что кокосовый биодизель более летуч, чем каучук и пальмовый биодизель. Термогравиметрический анализ Метод ТГА применяется Патилом и соавт. определение термической стабильности биодизельного топлива для варки путем измерения изменений его физико-химических свойств, выраженных как изменение веса в зависимости от повышения температуры. Используемый температурный диапазон составлял от 25 до 600 ° C. Масса отработанного биодизельного топлива для варки начинает уменьшаться примерно после 125-130 ° C, и этот этап был связан с испарением биодизеля, а второй этап начал уменьшаться при 232 ° C, и это может быть связано с некоторым количеством отработанного кулинарного масла. это не было переэтерифицировано.Литературные работы показывают, что ТГА полезен для оценки термической стабильности биодизеля [12].
2.2. Плотность как физическое свойство
Плотность материала или жидкости определяется как его масса на единицу объема. Многие исследователи предпочитают безразмерный термин удельный вес, который определяется как отношение плотности вещества к плотности эталонного вещества (обычно воды) [32, 38 и 44]. Плотность биодизельного топлива, ископаемого дизельного топлива и их смесей можно измерить с помощью стандарта ASTM D 941 или в соответствии с европейскими стандартами методов испытаний EN ISO 3675 и EN ISO 12185.Большинство исследователей использовали плотномер, пикнометр и ареометр Antonpaar для измерения плотности при комнатной температуре или заявленной температуре, то есть 15 ° C [3,4].
По данным различных исследований, (средняя) плотность 25 исследованных метиловых эфиров, опять же за исключением клещевины, колеблется от 870,8 до 891,5 кг / м 3 , при этом общее среднее значение составляет 880,2 кг / м 3 (т. Е. Почти На 5% выше, чем соответствующая ценность ископаемого дизельного топлива). Плотность увеличивается с уменьшением длины цепи метиловых эфиров и с увеличением ненасыщенности [14].Плотность может влиять на расход топлива, поскольку топливо, вводимое в камеру сгорания, определяется объемно [1,21]. Биодизельное топливо, как правило, характеризуется более высокой плотностью, чем обычное ископаемое дизельное топливо, что означает, что объемные топливные насосы будут впрыскивать большую массу биодизеля, чем ископаемое дизельное топливо [1, 38, 39 и 44].
Поскольку поток регулируется по объему, ожидаемое снижение пиковой мощности для двигателей, использующих B100, всего на 5-7% меньше, чем у ископаемого дизельного топлива, потому что больше (г / мл) будет течь и испаряться более эффективно при установленном дросселе (объеме) [16,30].Следует отметить, что биодизельное топливо производит более чем в три раза больше энергии, чем такое же количество ископаемого топлива. Более высокий удельный вес и плотность биодизеля по сравнению с ископаемым дизельным топливом означает, что на дорогах смеси биодизеля обычно получают путем разбрызгивания биодизельного топлива поверх обычного дизельного топлива или ископаемого топлива. Биодизель имеет среднюю плотность, т.е. плотность сырой нефти на 12% выше, чем у ископаемого дизельного топлива [1, 26 и 29].
На самом деле утверждалось, что существует корреляция между плотностью и выбросами NOx, при этом более низкая плотность способствует более низкому уровню NOx, хотя другие исследователи не подтвердили такую однозначную тенденцию [36, 39 и 40].Тат и Герпен экспериментально измерили удельный вес 20%, 50%, 75% и 100% биодизеля сои в зависимости от температуры в температурном диапазоне от температуры кристаллизации до 100 ° C, используя стандартный метод ареометра [28,35]. Результаты показывают, что биодизель и его смеси демонстрируют поведение в зависимости от температуры. Они разработали уравнение линейной регрессии первой степени в соответствии с уравнением 1.
(1)
Где SG — удельный вес смешанного биодизеля, T — температура в ° C, а a и b — константы, которые зависят от процентного содержания биодизеля. и дизельные смеси.Тейт и др. также сообщили об аналогичном линейном уравнении для трех различных биодизелей, а именно биодизельного топлива из масла канолы, биодизельного топлива из соевого масла и биодизельного топлива из рыбьего жира. Эти уравнения были разработаны на основе полученных данных, которые были доступны в диапазоне 20-300 ° C. Тейт и др. также предположил, что уравнение 2 можно использовать для определения удельного веса различных смесей биодизельного топлива при стандартной температуре. В этом уравнении считается, что удельный вес смеси пропорционален массовым долям компонентов.
(2)
Где смесь SG — удельный вес смеси, SG i — удельный вес компонента i, M i — массовая доля компонента i. Альптекин и Канакчи провели экспериментальные испытания различных биодизелей, состоящих из соевого масла, отработанного пальмового масла, масла подсолнечника, кукурузного масла, масла канолы и семян хлопка. Они предложили эмпирическое уравнение первой степени, которое может связать плотность смеси биодизеля с процентным содержанием используемого биодизеля, показанным уравнением 3.
(3)
Где D — плотность (г / см 3 ), A и B — константы, которые меняются в зависимости от типа биодизеля, а x — фракция биодизеля.
2.3. Вязкость как физическое свойство
Кинематическая вязкость — основная причина, по которой биодизель используется в качестве альтернативного топлива вместо чистых растительных масел или животных жиров [17]. Вязкость — это мера внутреннего жидкостного трения или сопротивления масла течению, которое имеет тенденцию противодействовать любому динамическому изменению движения жидкости.Кинематическая вязкость биодизеля, дизельного топлива и их смесей может быть измерена с помощью стандарта ASTM D 445 или в соответствии с европейскими стандартами методов испытаний EN ISO 3104 и EN ISO 3105 [15] .
Диапазоны вязкости указаны в соответствии со стандартом ASTM D445 от 3,5 до 5,0 мм 2 / с и в соответствии со стандартами EN ISO 3104, 05 от 1,9 до 6,0 мм 2 / с [33]. Большинство исследователей использовали вискозиметр Редвуда, кинематический вискозиметр Setavis и трубку вискозиметра Canon-Fenske размера No.75, 100, используемые в ванне вискозиметра для измерения вязкости [38, 42 и 43]. Кинематическая вязкость была определена при 40 ° C путем умножения постоянной трубки вискозиметра на экспериментальное время истечения, которое представляет собой время, в течение которого известный объем жидкости, текущей под действием силы тяжести, проходит через калиброванную стеклянную капиллярную трубку вискозиметра.
Кинематическая вязкость = Калибровочная константа (мм 2 / с 2 ) x среднее время потока (с) в мм 2 / с (4)
Сырые растительные масла имеют высокую вязкость (на порядок выше чем приемлемые значения для дизельного топлива), что означает, что их нельзя безопасно использовать в качестве топлива в двигателе с воспламенением от сжатия, по крайней мере, без предварительного нагрева (вязкость уменьшается экспоненциально с повышением температуры), и только для относительно небольших соотношений компонентов смеси [44].Неочищенное растительное масло имеет более высокую вязкость, чем биодизельное топливо, а биодизельное топливо имеет более высокую вязкость, чем ископаемое дизельное топливо, сырое растительное масло имеет вязкость в 10-17 раз выше, чем у биодизеля [4,14].
На кинематическую вязкость FAME влияют некоторые структурные особенности, такие как длина цепи, степень ненасыщенности, ориентация двойной связи и тип группы сложноэфирных головок. Такие факторы, как большая длина цепи и большая группа сложноэфирных головок, приводят к увеличению кинематической вязкости [32].Увеличение степени ненасыщенности приводит к уменьшению кинематической вязкости, и по мере увеличения температуры масла его вязкость уменьшается, и поэтому оно может течь легче. Ориентация двойной связи также влияет на кинематическую вязкость [26,32].
Вязкость — важнейшее свойство смазочного масла, так как она влияет на скорость износа компонентов двигателя. Относительно более высокая вязкость биодизеля помогает эффективно закупорить зазор между поршневыми кольцами и гильзой цилиндра, тем самым уменьшая удар из-за потерь и разбавление смазочного масла топливом [17-18,21].В дизельном двигателе более высокая вязкость приводит к менее точной работе топливных форсунок и к ухудшению распыления топливной спреи, увеличению среднего диаметра по Заутеру капель топлива и времени разрыва струи; эта неэффективность преувеличивается при холодном пуске.
Из-за большого молекулярного размера триглицеридов, составляющих около 98% растительных масел, вязкость выше, а летучесть ниже, чем у ископаемого дизельного топлива [1,31]. Тормозная мощность двигателя, работающего с растительными маслами или смесями, варьируется в диапазоне от + 10% до -18% по сравнению с двигателями, работающими на ископаемом дизельном топливе в аналогичных условиях эксплуатации.Однако, согласно большинству отчетов, наблюдается снижение мощности от 2% до 18%. Возможные проблемы:
• Более высокая вязкость мешает процессу впрыска и приводит к плохому распылению, что, в свою очередь, приводит к неэффективному смешиванию воздуха и топлива, что способствует неполному сгоранию.
• Это также приводит к тому, что некоторое количество растительного масла остается несгоревшим и проникает в картер двигателя, что может вызвать потерю мощности [1,24,38].
В литературе показано, что вязкость биодизеля можно оценить по хорошо известным законам смешивания, таким как законы Грюна-Ниссана и Катти-Чаудхари, которые первоначально были предложены Аррехенисом.Этот закон представлен в математической форме в уравнении 5.
(5)
Где — кинематическая вязкость (мм 2 / с) смеси, — кинематические вязкости компонентов 1 и 2 и — масса или объемные доли компонентов 1 и 2. Альптекин и Канакчи исследовали изменение вязкости в зависимости от различных процентных соотношений смесей биодизеля. Тест проводился при 40 ° C для широкого ряда биодизелей, таких как биодизельное топливо из отработанного пальмового масла, биодизельное топливо из подсолнечного масла, биодизельное топливо из соевого масла, биодизельное топливо из кукурузного масла, биодизельное топливо из хлопкового масла и коммерческое дизельное топливо.Они разработали эмпирическое уравнение второй степени для расчета вязкости смешанного биодизеля, взяв долю биодизеля в смеси в качестве основных параметров в уравнении 6.
(6)
Где — кинематическая вязкость биодизеля (мм 2 / s), A, B и C — коэффициенты, а x — доля биодизеля. В этом уравнении оценочное значение можно сравнить с фактическими значениями для точности уравнения.
Риази и Аль-Ктайби разработали уравнение 7 для оценки вязкости жидких углеводородов и нефтяных смесей при различных температурах на основе их значения показателя преломления (I).Однако в этой модели уравнение требует значений молекулярной массы, удельного веса, температуры точки кипения и показателя преломления соединений в качестве входных параметров.
(7)
Где µ — динамическая вязкость (сП), A и B — константы, специфичные для каждого компонента, а I — показатель преломления.
Тат и Герпен предложили модифицированное уравнение для определения вязкости биодизеля при различных температурах в уравнении 8.
(8)
Где, A, B и C — константы, T — температура в K, — кинематическая вязкость (мм 2 / с).
Наконец, исходя из приведенного выше уравнения 8, Pegg et al. разработал уравнение 9 для расчета динамической вязкости B100 как функции температуры в диапазоне температур 277 — 573 K.
(9)
Где, — динамическая вязкость (мПа · с) и A (216,66) и B (2
Принимая во внимание углеродное число, Krisnangkura et al. предложили различные уравнения 10 и 11 для определения вязкости биодизелей с длинной короткой углеродной структурой при различных температурах.
(10)
(11)
Где, и — кинематические вязкости биодизелей с числом атомов углерода от 12 до 18 и от 6 до 12 соответственно, в мм 2 / с, T — температура в K, а z — углеродное число. В приведенных выше уравнениях 10 и 11 количество атомов углерода является необходимым априори, что ограничивает использование уравнений [41].
2.4. Йодное число как химическое свойство
Йодное число масла определяется как количество граммов йода, которое вступает в реакцию со 100 граммами масел.Йод является мерой ненасыщенности жиров и масел и, следовательно, их способности окисляться. Масло обрабатывают избытком раствора монохлорида йода в ледяной уксусной кислоте. Количество абсорбированного йода определяется обратным титрованием стандартным раствором тиосульфата натрия. Йодное число указывает на качество высыхания масла, олифы имеют более высокое йодное число [20,40]. Йодное число имеет реальное значение при исследовании жирных масел, поскольку большинство жирных масел имеют собственное характерное йодное число.Твердые жиры обладают йодным числом менее 50, тогда как высыхающие масла обладают йодным числом более 140, в то время как йодное число невысыхающих и полусыхающих масел колеблется от 50 до 140. Йодное число жирных кислот может варьироваться в различных диапазонах и может варьироваться в зависимости от к различной массе масла или жиров. Некоторые значения приведены в таблице, из которой мы взяли в расчет массу масла или жиров [27, 34 и 37].
Таблица 2. Ожидаемое йодное число по массе нефти [13,40].
| Диапазон йодного значения | Образец масла в (г) |
| <20 | 1,0 г |
| от 21 до 60 | от 0,25 до 0,50 г |
| > 100 | от 0,10 до 0,15 г |
The Sukumar et al. изучили йодное число и сопоставили йодное число с массой различных метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК).Наконец, результаты показали, что значение 0,978 R 2 означает, что различный состав FAME действительно влияет на йодное число. Уравнение 12 показывает уравнение йодного числа.
(12)
Где, IV — йодное число, P — пальмитиновая, S — стеариновая, O — олеиновая, L — линолевая, а LL — леноленовая кислота из FAMEs
3. Результаты и обсуждение
3.1. Термогравиметрический анализ как термическое свойство
Фракции, содержащие меньше углерода и испаряющиеся быстрее всего.Можно видеть, что по мере увеличения процентного содержания фракций биодизеля в смесях ископаемого дизельного топлива, температура испарения смесей увеличивается, обычно было замечено, что ископаемое дизельное топливо испаряется примерно при температуре 253 ° C, и происходит огромная потеря веса ископаемого топлива. дизель на данный момент. В анализе ТГА цифра 1, которая показывает информацию о различных смесях биодизеля при разных температурах, поскольку процентное содержание биодизеля в смесях увеличивается, одновременно повышается его точка кипения.Тест ТГА проводится поэтапно, когда температура делится на этапы, то есть от комнатной температуры 32 ° C до 150 ° C, от 151 ° C до 450 ° C и от 450 ° C до 600 ° C. Между этими диапазонами температур наблюдалась потеря веса в процентах.
Рис. 1. TGA биодизеля по сравнению с дизельными смесями.
3.2. Плотность как физическое свойство
Плотность увеличивается с увеличением процентного содержания биодизеля в смесях. С повышением температуры плотность смесей биодизеля и дизельного топлива уменьшается.Итак, из литературы видно, что плотность зависит от температуры. На рисунке 2 показана информация о температуре и плотности для различных видов биодизеля и их смесей.
3.3. Вязкость как физическое свойство
Вязкость любого биодизельного топлива увеличивается по мере увеличения процентного содержания биодизеля в биодизельных и дизельных смесях. На рисунке 3 представлена информация о кинематической вязкости для различных биодизелей и их смесей. Как и у плотности, вязкость также увеличивается с увеличением процентного содержания биодизеля в смесях.С повышением температуры вязкость уменьшается. На рисунке 4 показана информация по мере увеличения температуры, вязкость уменьшается, первоначально при комнатной температуре вязкость максимальна, а при высокой температуре вязкость минимальна.
Рис. 2. Температура в зависимости от плотности.
Рис. 3. Зависимость фракций биодизеля от кинематической вязкости.
Рис. 4. Зависимость температуры от кинематической вязкости.
3.4. Йодное число как химическое свойство
Йодное число масла определяется как количество граммов йода, которое вступает в реакцию со 100 граммами масел. Йод является мерой ненасыщенности жиров и масел и, следовательно, их способности окисляться. Согласно уравнению 12, которое показывает, что МЭЖК действительно влияют на йодное число. На рисунке 5 показано определенное и прогнозируемое йодное число, которые ближе друг к другу для различных видов биодизельного топлива и их смесей.
Рис. 5. Определенный и прогнозируемый IV для различного биодизельного топлива.
4. Выводы
Целью этого исследования было охарактеризовать термические, физические и химические свойства различных видов биодизельного топлива при смешивании с ископаемым дизельным топливом.
• Термогравиметрический анализ показал интервалы перегонки топлива для различного биодизельного топлива, когда оно смешано с ископаемым дизельным топливом, биодизель имеет более высокую температуру кипения по сравнению с ископаемым дизельным топливом, поскольку процентное содержание любого биодизеля увеличивается в смесях, его точка кипения увеличивается и это может вызвать неполное сгорание в двигателе с образованием отложений.Но биодизель более безопасен по сравнению с ископаемым дизельным топливом из-за более высокой температуры испарения.
• Четко видно, что, насколько известно авторам, не существует уравнения, связывающего плотность и вязкость смеси биодизеля, фракцию биодизеля и температуру. Каждое уравнение, которое дает разные значения плотности или удельного веса и вязкости для разных биодизельных и дизельных смесей. Таким образом, не существует универсального уравнения для различных смесей биодизеля и дизельного топлива для оценки этих физических свойств.
• Было обнаружено, что химическое значение йодного числа, которое оценивается по весу различных метиловых эфиров жирных кислот для различных биодизельных и дизельных смесей, что дает сильную корреляцию между ними.
Ссылки
- Агарвал, А. К., и Раджаманохаран, К. (2009). Экспериментальные исследования характеристик и выбросов масла Karanja и его смесей в одноцилиндровом сельскохозяйственном дизельном двигателе. Прикладная энергия , 86 (1), 106-112.
- Али, М. А., Сайид, М. А., Рой, Р. К., Йесмин, С., и Хан, А. М. (2008). Сравнительное исследование характеристик масел из семян и питательного состава семян различных сортов табака (Nicotiana tabacum L.), выращиваемых в Бангладеш. Азиатский журнал биохимии , 3 (4), 203-212.
- Альптекин Э. и Чанакчи М. (2008). Определение плотности и вязкости смеси биодизель – дизельное топливо. Возобновляемая энергия , 33 (12), 2623-2630.
- Ананд К., Шарма Р. П. и Мехта П. С. (2011). Комплексный подход к оценке теплофизических свойств биодизельного топлива. Прикладная теплотехника , 31 (2), 235-242.
- Андраде, Р. Д. А., Поззебом, Э., Фариа, Э. А., Дантас Филью, Ф., Суарес, П. А. З., & до Прадо, А. Г. С. (2011). Температурное поведение смесей дизельное топливо / биодизель и биодизель, полученный из Buriti Oil-DOI: 10.4025 / actascitechnol. v34i2. 12797. Acta Scientiarum.Технологии , 34 (2), 243-248.
- Барнвал, Б. К., и Шарма, М. П. (2005). Перспективы производства биодизеля из растительных масел в Индии. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии , 9 (4), 363-378.
- Белло, Э. И., и Оту, Ф. (2012). Влияние смешивания на свойства биодизельного топлива. Журнал новых тенденций в инженерии и прикладных науках , 3 (3), 556-562.
- Бика, м., Cernaianu, C., & Tutunea, D. (2009). Термогравиметрический анализ различных смесей биодизеля рапса и петродизеля.
- Бобаде, С. Н., и Хьяде, В. Б. (2012). Детальное исследование свойств Pongamia Pinnata (Karanja) для производства биотоплива. Исследовательский журнал химических наук ISSN , 2231 , 606X.
- Демирбас А. (2008). Новое жидкое биотопливо из растительных масел путем каталитического пиролиза. Энергетическое образование, наука и технологии , 21 (1-2), 1-59.
- Демирбас А. (2009). Прогресс и последние тенденции в области биодизельного топлива. Преобразование энергии и управление , 50 (1), 14-34.
- Двиведи, Г., и Шарма, М. П. (2016). Экспериментальное исследование термостабильности биодизеля Pongamia с помощью термогравиметрического анализа. Египетский журнал нефти , 25 (1), 33-38.
- Управление по безопасности пищевых продуктов и стандартам Индии (FSSAI, 2012). Руководство по методам анализа пищевых продуктов (масла и жиров), Министерство здравоохранения и благополучия семьи , Правительство Индии, Нью-Дели.
- Гиакумис, Э. Г. (2013). Статистическое исследование физических и химических свойств биодизеля и их корреляции со степенью ненасыщенности. Возобновляемая энергия , 50 , 858-878.
- Гитте, Б. М., Сирадж, С., и Дхармадхикари, Х. М. (2013, октябрь). Рабочие характеристики и характеристики выбросов дизельного двигателя, работающего на биодизеле и его смесях: обзор. В Международный журнал инженерных исследований и технологий (Vol.2, № 10 (октябрь-2013)). Публикации ESRSA.
- Гопалакришнан, К. В., и Рао, П. С. (1996). Использование непищевых растительных масел в качестве альтернативного топлива в дизельных двигателях. Отчет о проекте DNES, лаборатория ICE, Индийский технологический институт Мадрас-36 .
- Гупта, А. К., и Гупта, А. К. (2004). Производство биодизеля из нефти Каранджи. Журнал научных и промышленных исследований , 63 (1), 39-47.
- Гупта, А., Шарма, С.К., и Тоор, А. П. (2007). Эмпирическая корреляция в прогнозировании вязкости рафинированных растительных масел. Индийский журнал химической технологии , 14 (6), 642.
- Хансен, А.С., и Кирицис, Д.С. (2010). Характеристики биотоплива и стандарты возобновляемого топлива. Биомасса для биотоплива: стратегии для мировой промышленности , 1-26.
- Генрих П., Манфред В. и Йозеф Р. (1999, август). Технические характеристики метиловых эфиров растительных масел с высоким йодным числом.В 4-я Конференция Америки по биомассе. БЛТ Визельбург .
- Хоссейн, А. К., и Дэвис, П. А. (2010). Растительные масла в качестве топлива для двигателей с воспламенением от сжатия: технический обзор и анализ жизненного цикла. Возобновляемая энергия , 35 (1), 1-13.
- Хуанг Д., Чжоу Х. и Линь Л. (2012). Биодизель: альтернатива обычному топливу. Энергетические процедуры , 16 , 1874–1885.
- Джайн, С., и Шарма, М.П. (2012). Применение термогравиметрического анализа термостабильности биодизеля Jatropha curcas. Топливо , 93 , 252-257.
- Джиндал С., Нандвана Б. П. и Ратхор Н. С. (2010). Сравнительная оценка сгорания, производительности и выбросов метилового эфира ятрофы и метилового эфира каранджа в дизельном двигателе с прямым впрыском. Energy & Fuels , 24 (3), 1565-1572.
- Кесари В. и Ранган Л. (2010).Развитие Pongamia pinnata в качестве альтернативы биотопливу — текущее состояние и масштабы плантаций в Индии. Журнал растениеводства и биотехнологии , 13 (3), 127-137.
- Узел, Г. (2002). Показатели структуры в химии ФА. Насколько актуально йодное число ?. Журнал Американского общества химиков-нефтяников , 79 (9), 847-854.
- Кириакидис, Н. Б., и Кацилулис, Т. (2000). Расчет йодного числа на основе измерений метиловых эфиров жирных кислот некоторых масел: сравнение с соответствующим методом Американского общества химиков-нефтехимиков. Журнал Американского общества химиков-нефтяников , 77 (12), 1235-1238.
- Леунг Д. Ю., Ву X. и Люн М. К. Х. (2010). Обзор производства биодизеля с использованием каталитической переэтерификации. Приложенная энергия , 87 (4), 1083-1095.
- Линь, Л., Цуньшань, З., Виттайападунг, С., Сянцян, С., Миндун, Д. (2011). Возможности и проблемы для биодизельного топлива. Прикладная энергия , 88 (4), 1020-1031.
- Матур Ю. Б., Пуния М. П. и Джетху А. С. (2011). Экономика, методы составления и свойства биодизеля: обзор. Универсальный журнал экологических исследований и технологий , 1 (2), 124-134.
- Милади, С., Джаррая, Р., и Дамак, М. (2008). Липидный состав и антиоксидантная активность семян Daucus maritimus. Журнал прикладных наук , 8 (24), 4689-4693.
- Мозер, Б.Р. (2011). Производство биодизеля, свойства и сырье. В Biofuels (стр. 285-347). Springer Нью-Йорк.
- Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) Инновации для нашего энергетического будущего (2009 г.), Руководство по обращению с биодизелем и его использованию, четвертое издание. Исправлено в январе 2009 г .; NREL / TP — 540-43672 .
- Падхи, С. К., и Сингх, Р. К. (2011). Непищевые масла как потенциальный источник для производства биодизеля в Индии: обзор. Журнал химических и фармацевтических исследований , 3 (2), 39-49.
- Падхи, С. К., и Сингх, Р. К. (2010). «Непищевые масла как потенциальный источник для производства биодизеля в Индии: обзор». Журнал химических и фармацевтических исследований. J. Chem , 2 (5), 599-608.
- Рао П. В. (2011). Влияние свойств метилового эфира Каранджи на сгорание и выбросы NOx дизельного двигателя. Журнал нефтяных технологий и альтернативных видов топлива , 2 (5), 63-75.
- Сангван, С., Рао, Д. В., и Шарма, Р. А. (2010). Обзор Pongamia Pinnata (L.) Pierre: отличное универсальное зернобобовое растение. Природа и наука , 8 (11), 130-139.
- Сайед Сирадж Р., Гитте Б. М., Джоши С. Д. и Дхармадхикари Х. М. (2013, октябрь). Характеристика биодизеля: обзор. В International Journal of Engineering Research and Technology (Vol. 2, No. 10 (October-2013)). Публикации ESRSA.
- Сайед Сирадж, Р., Джоши, С. Д., и Дхармадхикари, Х. М. Влияние индивидуальных физико-химических свойств метилового эфира масла каранджи (КОМ) и его статистическая корреляция с высшей теплотворной способностью. В International Journal of Research in Engineering and Technology (Vol. 2, No. 12 (Dec. 2013)).
- Сайед Сирадж, Р., Уттарвар, Л., Пейдж, С., Сурьяванши Р., Влияние кислотного и йодного числа метилового эфира масла каранджи (КОМ) и его статистическая корреляция с высшей теплотворной способностью. В International Journal of Research in Engineering and Technology (Vol.2, № 11 (ноябрь 2013 г.)).
- Сингх Р. К. и Падхи С. К. (2009). Характеристика масла ятрофы для приготовления биодизельного топлива. Натуральное сияние , 8 (2), 127-132.
- Сиварамакришнан К. и Равикумар П. (2011). Определение высшей теплотворной способности биодизелей. Международный журнал инженерных наук и технологий (IJEST) , 3 (11), 7981-7987.
- Шиварамакришнан, К., и Равикумар, П. (2012). Определение цетанового числа биодизеля и его влияние на физические свойства. Журнал инженерных и прикладных наук ARPN , 7 (2), 205-211.
- Тесфа, Б., Мишра, Р., Гу, Ф., и Паулс, Н. (2010). Модели прогнозирования плотности и вязкости биодизельного топлива и их влияния на систему подачи топлива в двигателях CI. Возобновляемая энергия , 35 (12), 2752-2760.
Физико-химические свойства и вязкостно-температурная характеристика…: Ingenta Connect
Специфические физико-химические свойства масла jatropha curcas (особенно вязкость) являются важным ограничивающим фактором того, что масло jatropha curcas применялось в дизельных двигателях. Таким образом, изучение физико-химических свойств масла ятрофы куркас и вязкостно-температурных характеристик
очень важен для практического применения масла ятрофы куркас и имеет важное руководящее значение. Были проанализированы физико-химические свойства масла ятрофы куркас и измерена вязкость при различных температурах в различных реагентах с помощью вращающегося вискозиметра для изучения.
вязкостно-температурные свойства масла ятрофы.Результаты показали, что физико-химические свойства масла jatropha curcas несколько отличаются от свойств обычного дизельного топлива, но масло jatropha curcas может быть топливом для дизельного двигателя. Кроме того, с повышением температуры вязкость
Масло jatropha curcas постепенно уменьшалось, и при 150 оно могло достигнуть уровня дизельного топлива при комнатной температуре (20), поэтому предварительно нагретое масло jatropha curcas можно было использовать непосредственно в качестве топлива для дизельного двигателя. В частности, вязкость смешанного реагента (массовая доля 20% масла ятрофы куркас и
смеси дизельного топлива на 80%) больше подходят для практического применения.
Нет ссылок на эту статью.
Нет дополнительных данных.
Нет статьи СМИ
Без показателей
Ключевые слова:
мазут;
масло jatrapha curcas;
смеси;
физико-химические свойства;
вязкость;
вязкостно-температурная характеристика
Тип документа: Исследовательская статья
Дата публикации:
1 мая 2010 г.
Подробнее об этой публикации?
Transations Китайского общества сельскохозяйственной инженерии (TCSAE), основанного в 1985 году, спонсируется Китайским химическим обществом.TCSAE был проиндексирован EI Compendex, CAB Inti, CSA. TCSAE посвящен сообщению об академических разработках в области сельскохозяйственной инженерии в основном в Китае и некоторых разработках из-за рубежа. Основными темами, которые мы рассматриваем, являются следующие: комплексные исследования, сельскохозяйственное оборудование и механизация, инженерия почвы и воды, сельскохозяйственная информация и электрические технологии, биоэкологическая и энергетическая инженерия в сельском хозяйстве, инженерия консолидации и восстановления земель, инженерия переработки сельскохозяйственной продукции.
- Редакция журнала
- Ingenta Connect не несет ответственности за содержание или доступность внешних веб-сайтов.
Химия дизельного топлива
- Дизельное топливо — это жидкое топливо, которое производится из побочного продукта нефти. Первоначально предполагалось, что дизельное топливо представляет собой угольную пыль, но в 1895 году Рудольф Дизель обнаружил использование побочных продуктов нефти в качестве жидкого топлива в дизельных двигателях. Общеизвестными примерами дизельных двигателей могут быть школьные автобусы, строительные машины и общественные автобусы.Он также используется в грузовиках, поездах, лодках, военной технике и даже в генераторах. Военным нравится использовать дизельное топливо, потому что оно менее воспламеняющееся и менее склонно к остановке, в отличие от бензиновых двигателей. Дизели также более способны создавать более высокие значения крутящего момента, чем бензиновые двигатели.
- Я решил изучать химию дизельного топлива, потому что дизельное топливо имеет большое влияние на Америку. Почти все строительные, военные и ключевые транспортные средства работают на дизельном топливе, на самом деле около 94% грузов приходится на дизельное топливо.Они более экономичны и обладают непревзойденной надежностью. Еще я очень интересуюсь дизелями.
- Дизельное топливо — это то, что на самом деле используется в моей повседневной жизни. Потому что это то, что меня глубоко интересует, и я лично владею дизелем, поэтому я каждый день вожу автомобиль, работающий на дизельном топливе. Я также люблю проводить исследования и узнавать больше о дизельном топливе и работать над своим грузовиком.
Состав …
- Сырая нефть
- Углеводороды (водород и кислород)
- Парафины (примерно 75%)
- Атомы углерода, которые связываются, образуя цепочки, подобные молекулам.
- N-парафины
- Изопарафины
- В диапазоне от C10h32 до C20h52
- Атомы углерода, которые связываются, образуя цепочки, подобные молекулам.
- Ароматические соединения (примерно 25%)
- Подобно нафтенам, создается кольцевая структура, но они соединены ароматическими (двойными) связями , вместо одинарных облигаций.
- C10H8 — C20h44
- Парафины (примерно 75%)
- Углеводороды (водород и кислород)
- Сера
- Азот
Основные химические вещества, соединения и компоненты
- Парафины
- Есть два вида парафинов: N (нормальные) парафины и изопарафины .N-парафины имеют атомы углерода, которые образуют цепочечные молекулы. Изопарафины похожи на N-парафины, за исключением того, что у них есть ответвления или ответвления атомов углерода от цепи. Впервые он был коммерчески произведен в 1867 году. Парафиновый воск известен своим бесцветным или белым внешним видом в твердом состоянии; однако, когда это жидкость, она становится большей частью полупрозрачной. Его температура плавления колеблется от 120 до 150 ° F. Однако существует не только один тип парафинового воска, распространенными типами парафинов в дизельном топливе являются: декан, н-пентадекан, метилтетрадекан, эйкозан и метилнонадекан.Поскольку парафины имеют прямую молекулярную структуру, парафины являются основной причиной, по которой дизельное топливо в конечном итоге начинает переходить в твердое состояние, процесс, известный как гелеобразование, является большой проблемой для дизельных двигателей. При 32 ° F парафин в топливе начнет мутить топливо, а при температуре от 15 до 10 ° F он начнет «гелеобразоваться», и дизельный двигатель не сможет работать. Керосин можно добавить в топливо заранее, что снизит вязкость топлива и сделает его гораздо менее склонным к гелеобразованию.
- Ароматические углеводороды
- Ароматические углеводороды образуют кольцевую структуру с некоторыми из своих атомов углерода.Ароматические углеводородные кольца состоят из 6 атомов углерода. В их кольцевой структуре чередуются одинарные и двойные связи. Другой тип ароматического углеводорода — полициклический ароматический углеводород. Полициклические ароматические соединения просто представляют собой ароматические соединения с двумя или более ароматическими кольцами. Самым простым из всех ароматических соединений является бензол с химическим составом C6H6. Название происходит от того, что соединения ароматических углеводородов обладают очень сильным ароматом. Ароматические соединения используются для разжижения соединений на основе масел или жиров, что объясняет, почему керосин и другие соединения могут быть добавлены в дизельное топливо для изменения вязкости дизельного топлива, что снижает его склонность к гелеобразованию.Обычные соединения, обнаруженные в дизельном топливе: нафталин, тетралин, антрацен и тетрадецилбензол.
Роль химии
Ни один из компонентов дизельного топлива не производится индивидуально. Дизельное топливо можно рассматривать как нечто естественное, поскольку оно добывается из земли (нефть), но конечный продукт, дизельное топливо, является продуктом, созданным руками человека. Сырая нефть, добываемая из земли, помещается в дистилляционную колонну, затем масло нагревается до температуры более 400 ° C.Это начинает процесс, известный как разделение, который разделяет различные компоненты с разной температурой кипения. По мере того, как вы поднимаетесь в дистилляционную колонну, температура кипения становится ниже, а процесс очистки становится более утомительным. Дизельное топливо создается в нижнем конце башни, затем идет керосин, бензин, бутан и пропан. Эти соединения затем собираются дистилляционной пластиной, которая удаляет это соединение и хранит его в резервуаре для хранения. Химия играет большую роль в этом процессе, поскольку ученым необходимо знать химический состав каждой смеси (напр.сколько атомов водорода и углерода в каждом соединении), которое разделяется при каждой точке кипения. Им нужно знать, где в башне поставить тарелки для перегонки, чтобы эффективно и рационально собирать каждое соединение.
Предпосылки исследования
Самыми очевидными отличиями дизеля являются его физические свойства. Дизельное топливо иногда называют «дизельным топливом», поскольку оно маслянистое, имеет другой запах, тяжелее и более маслянистое, испаряется намного медленнее, чем бензин, и имеет более высокую температуру плавления в диапазоне от 200 до 380 ° C. .Химически дизельное топливо содержит больше атомов углерода, чем бензин. Бензин обычно C9h30, а дизель C12h33.
- Как это сделано?
- Сырая нефть помещается в дистилляционную колонну, а затем жидкость нагревается до температуры более 400 ° C.
- Как только жидкость начинает нагреваться, различные цепочки атомов водорода и углерода (углеводороды) начинают разделяться.
- Дизельное топливо начинает выходить при температуре от 200 ° C до 380 ° C. Который собирается на пластинах для перегонки и сливается в резервуар для хранения дизельного топлива.
- Почему дизель?
- Дизельное топливо дешевле производить из-за менее тщательной очистки при его производстве.
- Однако дизельное топливо сейчас дороже из-за спроса.
- Дизельное топливо также дает более высокую удельную энергию, чем бензин.
- На 14% больше энергии, чем у бензина по объему.
- Дизельные двигатели в среднем на 20–30% эффективнее бензиновых.
- Дизельное топливо дешевле производить из-за менее тщательной очистки при его производстве.
Ресурсы
- https: // www.dieselnet.com/tech/fuel_diesel.php
- Немного истории дизельного топлива, способов очистки, свойств дизельного топлива и того, что такое топливо.
- http://www.eia.gov/Energyexplained/index.cfm?page=diesel_use
- Для чего используется дизельное топливо.
- Грузовики
- Военная техника
- Транспорт
- Генераторы
- Для чего используется дизельное топливо.
- http://auto.howstuffworks.com/diesel3.htm
- Свойства дизельного топлива по сравнению с бензином.
- Эффективность
- Физические свойства
- Химические свойства
- Свойства дизельного топлива по сравнению с бензином.
- http://www.kendrickoil.com/how-is-diesel-fuel-made-from-crude-oil/
- Процесс производства дизельного топлива и из чего он сделан.
- Сырая нефть
- Процесс перегонки
- Процесс производства дизельного топлива и из чего он сделан.
- http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Diesel
- Химические свойства и состав дизельного топлива.
- https: // www.chevron.com/-/media/chevron/operations/documents/diesel-fuel-tech-review.pdf
- Подробные химические свойства и состав дизельного топлива. (p36)
- https://chembloggreen1.wordpress.com / page / 2/
- Летучесть, вязкость, эффективность дизельного топлива
- https://www.britannica.com/science/paraffin-wax
- Что такое парафиновый воск, температура кипения, свойства, как его получают.
- http://fuelandfriction.com/trucking-pro/how-prevent-diesel-fuel-gelling/
- Причины гелеобразования дизельного топлива и способы их устранения.
- http://study.com/academy/lesson/aromatic-hydrocarbons-definition-examples-uses.html
- Ароматические вещества, что они собой представляют, как они используются и что они делают.
Об авторе
Рассел Шиллер — ученик средней школы, глубоко увлеченный дизелями. Он также интересуется химией, разбирает вещи и узнает что-то внутри и снаружи. Он хочет продолжить свой путь в мире дизельного топлива, но хочет поступить в Технологический институт Монтаны, чтобы получить степень бакалавра в области материаловедения или металлургического машиностроения.
Что такое дизельное топливо и как дизельное топливо производится из сырой нефти на нефтеперерабатывающем заводе
«Что такое дизельное топливо?» это вопрос с двумя ответами, один очень короткий, а другой очень длинный. Короткий ответ — углеводороды. Углеводороды, как следует из названия, представляют собой молекулы, состоящие из связей между атомами водорода и углерода. Углеводороды являются компонентами любого ископаемого топлива и биотоплива, что делает их ценными. Углеводороды — это молекулы ископаемого топлива и биотоплива, которые воспламеняются, сгорают, горят, взрываются и т. Д.
На молекулярном уровне ископаемое топливо — это просто углеводороды и загрязнители. Биотопливо — это углеводороды на элементном уровне. Итак, дизельное топливо — это просто комбинация разных углеводородов. Именно смесь углеводородов — соотношение различных углеводородов — делает дизельное топливо уникальным ископаемым топливом.
Более важным, чем спрашивать, что находится в дизельном топливе, является вопрос, какие углеводороды содержатся в дизельном топливе и в каком сочетании.
Классы углеводородов определяют типы ископаемого топлива и биотоплива
Так же, как существуют разные виды ископаемого топлива и биотоплива, существуют разные категории, классы и типы углеводородов.Категории, классы и типы углеводородов определяют тип топлива — дизельное топливо, бензин, природный газ, керосин и т. Д., А также различные типы биотоплива.
Есть две категории углеводородов ископаемого топлива: насыщенные и ненасыщенные. И есть четыре типа углеводородных классов, два в насыщенной категории и два в ненасыщенной категории. В техническом документе Chevron.com Diesel Fuels Technical Review выделяются четыре класса: «Есть четыре основных класса углеводородов: парафины, нафтены, олефины и ароматические углеводороды.Каждый класс — это семейство отдельных углеводородных молекул, которые имеют общую структурную особенность, но различаются по размеру (количеству атомов углерода) или геометрии. Классы также различаются соотношением атомов водорода и углерода и тем, как атомы углерода связаны друг с другом ».
Олефины, также известные как алкены, и ароматические углеводороды являются ненасыщенными углеводородами. Алканы — единственные насыщенные углеводороды, которые естественным образом встречаются в сырой нефти.
Характеристики классов углеводородов
Большие молекулы углеводородов и длинные и сложные цепи молекул углеводородов приравниваются к большей плотности топлива.Плотность топлива — это количество энергии в каждом объеме топлива, например количество энергии в галлоне или литре дизельного топлива. Легкие виды топлива, такие как бензин и газовые топлива — природный газ (метан), пропан и т. Д. — состоят из небольших молекул углеводородов и коротких цепочек молекул. В результате легкое топливо имеет низкую плотность энергии.
Крупные углеводороды и длинные цепочки молекул углеводородов составляют большинство углеводородов в тяжелом топливе, таком как дизельное топливо, дизельное топливо и бункерное топливо (остаточная нефть).Это связано с тем, что большие молекулы углеводородов и цепочки молекул имеют высокую плотность энергии. Помимо размера и длины углеводородных молекул, соотношение углерода и водорода играет роль в плотности. Количество атомов углерода по отношению к атомам водорода определяет вес и плотность топлива. Чем больше количество атомов углерода или меньше атомов водорода в соотношении углерода к водороду в молекуле, тем более плотным по энергии является топливо.
Углеводороды с высоким отношением водорода к углероду легче углеводородов с более высоким отношением углерода к водороду.Причина в том, что водород — самый легкий элемент на Земле. Отсюда следует причина того, что ископаемые виды топлива в газовом состоянии, такие как пропан и природный газ (метан), которые имеют высокое содержание водорода в углерод, чрезвычайно легкие. На противоположном конце спектра толстые и тяжелые ископаемые виды топлива, такие как дизельное топливо и мазут, имеют высокое содержание углерода.
Чем выше отношение углерода к водороду, тем выше плотность топлива.
Углеводороды и плотность топлива
Плотность энергии влияет на все, от расхода топлива и выбросов до срока службы двигателя.Расход топлива, выбросы — загрязнение — и износ двигателя зависят от размера молекулы углеводорода и длины цепи молекулы углеводорода.
Чем выше отношение углерода к водороду, тем больше энергии в топливе и тем чище топливо горит. Например, плотность энергии галлона бензина значительно меньше плотности энергии галлона дизельного топлива. «Дизель и бензин имеют примерно одинаковую энергию на единицу массы (меньшая теплотворная способность, около 41 МДж / кг). Плотность дизельного топлива составляет около 833 кг / м3 по сравнению с 740 кг / м3 у бензина.Это дает дизельное топливо примерно на 13% большей удельной энергии на единицу объема », — сообщает StackExchange.com.
В результате — по крайней мере частично — дизельные двигатели на 25-35 процентов более экономичны, чем их аналоги с бензиновыми двигателями, и служат в два-три раза дольше.
Четыре класса углеводородов
Опять же, существует только четыре класса углеводородов: парафины, нафтены, олефины и ароматические углеводороды. Поскольку существует только четыре класса углеводородов, это означает, что углеводороды в ископаемом топливе попадают в один из четырех классов.Однако в дизельном топливе, как и во всех других типах ископаемого топлива, есть сотни различных типов углеводородов.
Один только дизель
содержит более 500 различных типов углеводородов. И многие углеводороды в дизельном топливе также присутствуют в бензине и других ископаемых видах топлива. В то время как ископаемое топливо имеет общие углеводороды, ископаемое топливо разделяется на соотношение больших и малых молекул углеводородов. В каждом ископаемом топливе есть формула углеводородной смеси.
Аналогичным образом существует углеводородная формула для дизельного топлива.
Категории и классы углеводородов в дизельном топливе
Четыре класса углеводородов попадают в одну из двух категорий. Независимо от того, к какому из четырех классов попадает углеводород, углеводород является либо насыщенным, либо ненасыщенным углеводородом. Отношение насыщенных углеводородов к ненасыщенным углеводородам варьируется в дизельном топливе.
Но соотношение обычно составляет около четырех насыщенных углеводородов на каждый ненасыщенный углеводород.
Что касается классов углеводородов, углеводороды в дизельном топливе подпадают под одну из трех категорий: парафины, ароматические углеводороды и нафтены. Олефины очень редко встречаются в дизельном топливе, потому что они необычны в сырой нефти. «Олефины редко встречаются в сырой нефти; они образуются в результате определенных процессов нефтепереработки ». Как поясняет отдел перспективных моторных топлив Energy Technology Network, «дизельное топливо состоит в основном из парафинов, ароматических углеводородов и нафтенов. Дизельное топливо содержит углеводороды примерно с 12-20 атомами углерода, а диапазон кипения составляет от 170 до 360 ° C.”
Что такое насыщенные углеводороды — алканы —
Насыщенные углеводороды составляют большую часть углеводородов в дизельном топливе. Около 75 процентов углеводородов в дизельном топливе — это насыщенные углеводороды. Подобно тому, как существуют разные типы углеводородов, существуют разные типы насыщенных углеводородов или алканов.
Различные виды алканов — предельные углеводороды — имеют разное количество атомов водорода и углерода. И разные алканы имеют разное соотношение водорода и углерода.В дизельном топливе есть два типа алканов: парафины и нафтены. «Парафины и нафтены классифицируются как насыщенные углеводороды, потому что к ним нельзя добавлять водород без разрушения углеродной основы».
Парафиновые углеводороды
Нормальные парафины представляют собой одноцепочечные молекулы. Основа состоит из атомов углерода. К атомам углерода присоединены от одного до трех атомов водорода. «Нормальные парафины имеют атомы углерода, связанные с образованием цепочечных молекул, причем каждый углерод — за исключением концевых — связан с двумя другими, по одному с каждой стороны.«Но, сродни тому факту, что существуют разные ископаемые виды топлива, потому что существуют разные типы углеводородов — насыщенные и ненасыщенные, — существуют разные виды парафинов. Помимо нормальных парафинов есть еще изопарафины.
Изопарафиновые углеводороды
Изопарафины имеют ту же углеродную основу, что и нормальные парафины. Однако в дополнение к основной цепи из атомов углерода изопарафины имеют углеродные ответвления. Подразумевается, что разные парафиновые углеводороды могут иметь такое же количество атомов углерода и водорода в цепи, но другую структуру.
«Изопарафины имеют похожую углеродную основу, но у них также есть один или несколько атомов углерода, ответвляющихся от основной цепи. Нормальный декан и 2,4-диметилоктан имеют одинаковую химическую формулу C10h32, но разные химические и физические свойства. Подобные соединения с той же химической формулой, но с другим расположением атомов называются структурными изомерами ».
Циклоалкановые углеводороды (нафтены)
В дополнение к одноцепочечным молекулам и цепным молекулам с разветвлениями парафиновые углеводороды также превращаются в цепи, в которых два конца соединяются, образуя петлю.Парафиновые углеводороды, которые замкнуты, представляют собой циклоалкана или нафтенов .
И каждый тип алкана может иметь большое количество различных типов.
«При стандартных условиях температуры и давления (STP) первые четыре члена ряда алканов (метан, этан, пропан и бутан) находятся в газообразной форме, а соединения, начиная с C5h22 (пентан) и заканчивая н-гептадеканом (C17h46 ) являются жидкостями (составляют большую долю углеводородов, содержащихся в жидком топливе (например,g., бензин, реактивное топливо и дизельное топливо), тогда как н-октадекан (C18h48) или более тяжелые соединения существуют изолированно в виде парафиноподобных твердых веществ на STP. Эти более тяжелые парафины растворимы в более легких парафинах или других углеводородах и могут быть обнаружены в дизельном топливе и жидком топливе. Парафины от C1 до C40 обычно появляются в сырой нефти (более тяжелые алканы в жидком растворе, а не в виде твердых частиц) и составляют до 20% от объема сырой нефти ».
Остальные компоненты дизельного топлива — ароматические углеводороды, непредельные углеводороды.
Какие ненасыщенные углеводороды — ароматические углеводороды — содержатся в дизельном топливе
Ароматические углеводороды — это непредельные углеводороды. Ароматические углеводороды представляют собой неалканы в дизельном топливе. «Дизельное топливо имеет содержание ароматических углеводородов в диапазоне от 15 до 37% по объему». Есть три типа ароматических углеводородов: моноароматические, диароматические и триароматические. В то время как в дизельном топливе есть сотни конкретных типов ароматических углеводородов, только полдюжины составляют основную часть современного дизельного топлива.
Наиболее распространенные ароматические углеводороды в дизельном топливе:
- Бензол
- Толуол или метилбензол
- м-ксилол или 1,3-диметилбензол
- Этилбензол
- Пропилбензол
- Изопропилбензол
Преимущества и недостатки ароматических углеводородов
Ароматические углеводороды играют решающую роль в двух важных качествах дизельного топлива. Во-первых, чем больше количество ароматических углеводородов, тем выше вязкость. Итак, чем больше ароматических углеводородов в дизельном топливе, тем он более жидкий.Кроме того, ароматические углеводороды представляют собой летучие углеводороды, что означает, что ароматические углеводороды помогают при запуске дизельного двигателя в холодную погоду. Причем, чем больше ароматических углеводородов, тем выше цетановое число дизельного топлива. Но у ароматических углеводородов есть и недостатки, особенно в отношении окружающей среды.
Ароматические углеводороды при сжигании производят более грязные выбросы, чем алканы. «Ароматические углеводороды могут приводить к образованию канцерогенных соединений в выхлопных газах, таких как бензол и полиароматические соединения. Олефины в бензине могут приводить к увеличению концентрации реактивных олефинов в выхлопных газах, некоторые из которых являются канцерогенными, токсичными или могут увеличивать озонообразование.”
Хорошие и плохие углеводороды в дизельном топливе
Дизельное топливо не является «чистым» топливом, согласно традиционным защитникам окружающей среды. Причина в твердых частицах и смоге, связанных с сжиганием дизельного топлива. Однако черный дым, производимый дизельными двигателями, мало чем отличается от дыма от труб, вулканов и лесных пожаров. Уродливый черный дым, который производили дизельные двигатели прошлого, был просто несгоревшими углеводородами.
Вероятно, самые опасные выбросы от двигателей внутреннего сгорания — это невидимые газы, содержащиеся в выбросах.Окись углерода, например, вырабатывается дизельными двигателями в очень малых количествах. С другой стороны, бензиновые двигатели производят значительные количества.
Есть одна причина — преобладание одного углеводорода над другим, — которая отделяет дизельное топливо от других ископаемых видов топлива: нафтенов. «Нафтены — это класс циклических алифатических углеводородов или просто циклоалканов». Просто нафтены — это алканы, которые замкнуты. Это означает, что нафтены богаты энергией и чрезвычайно плотны. Что еще более важно, выбросы нафтенов не токсичны.
Хотя все ископаемые виды топлива содержат большое количество парафинов (алканов) и ароматических углеводородов, не все ископаемые топлива содержат большое количество нафтенов. Вместо нафтенов третьим компонентом легкого топлива, такого как бензин, и ископаемого топлива в газовом состоянии, являются алкены. Алкены токсичны. Итак, на фундаментальном уровне дизельное топливо отличается от бензина и других видов легкого газового топлива, поскольку оно содержит нафтены, ценные, нетоксичные выбросы, производящие углеводороды.
Дизельные углеводороды в сравнении с другими ископаемыми видами топлива
К счастью, «чистые» углеводороды — это те же самые углеводороды, которые обладают высокой плотностью энергии.Точно так же те углеводороды, которые токсичны для людей и наносят ущерб атмосфере и окружающей среде, также являются энергонеплотными. Хотя у дизельного топлива есть проблемы с выбросами, эти проблемы не связаны с углеводородами. Хотя сера в обычном дизельном топливе токсична, дизельное топливо с низким содержанием серы значительно меньше загрязняет окружающую среду, чем бензин.
Дизель имеет более высокое содержание алкана, чем бензин, и более низкое содержание ароматических углеводородов. Кроме того, бензин имеет высокое содержание алкенов. Алкены производят токсичные выбросы.Дизельное топливо содержит не алкены, а нафтены, форму алканов. Алканы — это самый чистый класс углеводородов с точки зрения выбросов. Кроме того, нафтены имеют самую высокую удельную энергию из всех углеводородов.
Что касается выбросов углеводородов, дизельное топливо является самым чистым ископаемым топливом.
.