Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое биодизельный двигатель

Биотопливо

Более 10 лет назад начались первые продажи биодизеля. Биодизель оказался абсолютно новым видом экологически чистого топлива, которое подходит для широкого применения в дизельных двигателях. Главными особенностями биодизеля стали дешевизна производства, экологичность и универсальность применения, так как биотопливо можно использовать отдельно или свободно смешивать его с обычным дизельным топливом в любой пропорции.

Сегодня около 50 стран мира на законодательном уровне закрепили производство топлива биологического типа. Такие возобновляемые источники энергии из сельскохозяйственного сырья используются в США, Японии, Китае, странах Европы и многих других.

Главным плюсом стала возможность производить биодизель из возобновляемого источника, чего нельзя сказать о нефти. Биодизелем можно заправлять практически все типы дизельных ДВС независимо от особенностей конструкции силового агрегата.

Как производят биодизельное топливо

По своей структуре биодизель представляет собой смесь метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот. В основном это метиловый эфир, образовавшийся в результате химической реакции — этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животных и кормовых).

Получение биодизеля стало альтернативой другим способам использования масла и жира в качестве моторного топлива. Ранее их напрямую заливали в бак, но из-за этого топливная система выходила из строя. Причин много: происходило неполное сгорание горючего, при смешивании со смазкой ухудшались смазочные свойства топлива, а из-за повышенной вязкости масла на форсунках, кольцах и поршнях появлялись отложения.

Поскольку биодизель получают из масла, возникает логичный вопрос, почему нельзя использовать в дизельном двигателе именно растительные масла. Такое действительно имело место во многих странах, но здесь не избежать ряд проблем. Масло сгорает не полностью, поэтому не может долго применяться в обычных двигателях с непосредственным впрыском.

Сырьем для биодизеля может выступать любое растительное масло или животный жир. Самым дешевым является рапсовое масло, поэтому его используют чаще всего. Кроме того, оно имеет максимальный выход биотоплива. Со 150 гектаров земли, засаженной рапсом, можно получить более 180 тонн масла, из которого получится 198 000 литров биодизеля. Рапс распространен в европейских странах. В США используют сою, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — канолу (разновидность рапса), в Индонезии — пальмовое масло.


Завод по производству биодизеля

Кроме рапсового применяются:

  • пальмовое,
  • арахисовое,
  • хлопковое,
  • касторовое,
  • подсолнечное,
  • кунжутное,
  • горчичное,
  • кукурузное масла.

В зависимости от сырья выделяют биотопливо трех поколений:

  • 1-го поколения — из сельскохозяйственных культур;
  • 2-го поколения — из жиросодержащих отходов;
  • 3-го поколения — из липидов микроводорослей.

В основе технологии производства биодизеля лежит процесс переэтерификации. Она происходит с применением определенного катализатора. Им выступает один из алкоголятов щелочных металлов — метилат натрия. Растительное масло — это сочетание триглицеридов (эфиров), соединенных с молекулой глицерина с трехтомным спиртом C3H8O3. Именно глицерин обеспечивает маслу вязкость. Для получения биотоплива этот глицерин нужно удалить, заместив спиртом. Такой процесс и называется этерификацией.

Таким образом, биодизель получают следующим способом:

  • В реакторных колоннах смешивают очищенное от механических примесей масло и щелочной катализатор (метиловый спирт). Соотношение метанола и масла варьируется в пределах от 1:4 до 1:20.
  • Производят нагрев смеси до 50-60 °C.
  • Дают смеси отстояться и охладиться, в результате чего она делится на 2 фракции: легкую — сложный эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56-85, у минерального дизтоплива всего 50-52) и хорошей воспламеняемостью, тяжелую — глицериновую фазу, выступающую побочным продуктом во многих сферах.
  • Метиловый эфир направляют на промывку, где подвергают дополнительной очистке от продуктов омыления, иначе топливо засорит фильтр и образует нагар и смолы в камере сгорания.
  • На последнем этапе выполняют сушку метиловых эфиров. Избавление от воды имеет важное значение, поскольку она создает условия для развития в биодизеле микроорганизмов.

В процессе отстаивания смеси в качестве тяжелой фракции образуется именно глицериновая фаза. До глицерина ее еще необходимо довести, отправив в блок отгонки метанола, иначе могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта из-за его повышенной щелочности и высокого содержания метанола.


Производство биодизеля

Судовой дизель: 4 причины подозрительно относиться к дизельному топливу

С каждым годом требования к количеству вредных выбросов в атмосферу становятся все строже, а поэтому в дизельном топливе увеличивается содержание добавок биотоплива. С одной стороны, забота об экологии это наше общее дело, однако такие изменения могут привести к потенциально ужасным последствиям для вашего новенького яхтенного двигателя.

В последнее время многие яхтсмены обращаются в сервисные центры с вопросами о вероятности возникновения критических проблем с двигателем в море, когда устранить поломку своими силами не представляется возможным. Такими вопросами задаются владельцы как традиционных, так и CR, HPCR судовых дизельных двигателей. Некоторые специалисты не видят причин для паники, так как на протяжении многих лет мы пользуемся аналогичными автомобильными системами и не наблюдаем никаких сложностей в их эксплуатации.

Читать еще:  Что такое двигатель сиди привод

Однако интересен тот факт, что центральной проблемой становится не электроника, а необычайно высокое давление внутри топливной системы в комбинации с частой сменой места заправки дизельного топлива. Миллионы HPCR двигателей устанавливаются в автомобилях, и поломки встречаются достаточно редко, так как топливо расходуется быстро и чаще всего автовладельцы заправляются уже на проверенных заправочных станциях. В этом плане моряки намного более уязвимы: заправка судна осуществляется в различных местах, не всегда известен уровень очистки дизельного топлива и его химические свойства, а еще некоторые яхтсмены частенько позволяют топливу находиться в баке месяцами, а иногда даже и годами.

Как же мы до этого дошли? Очень просто – постепенное уменьшение допустимого количества вредных выбросов в атмосферу в последние 20 лет заставляет изготовителей двигателей модернизировать их конструкцию. Не отстают и производители дизельного топлива, которые ищут более экологичные формулы. Однако быстрые темпы технологического прогресса иногда становятся причинами непредвиденных побочных эффектов, в результате которых уязвимыми становятся судовладельцы, а в особенности те, у кого установлены новые дизельные двигатели. Рассмотрим основные причины того, как именно дизельное топливо может сыграть с вами злую шутку.

1. Содержание в дизельном топливе биокомпонентов.

Сегодня страны Европейского Союза вводят стандарты содержания биодизеля в составе топлива: в настоящее время процент не должен быть меньше 7. Биодизель смешивается с обычным дизельным топливом в концентрации от 5(B5) до 20%(B20). Большинство производителей судовых дизелей гарантируют работу традиционных двигателей на дизеле с 20-процентным содержанием биодобавок, но для HPCR ограничивают содержание биодизеля 5 процентами.

У биодизеля есть значительные преимущества по сравнению с обычным дизельным топливом такие, как уменьшенное содержание загрязняющих атмосферу веществ и улучшенная смазывающая способность. Но есть и серьезные недостатки – это уменьшение эффективности работы и мощности, значительное сокращение срока хранения топлива, засорение системы при низкой температуре.

Биотопливо также обладает свойствами растворителя, которые способны испортить некоторые каучуковые детали старых двигателей или растворить загрязнения от дизельного топлива, что приведет к закоксовыванию элементов системы. Биодизель также содержит большее количество воды в своем составе, что способствует коррозии оборудования, и повышает риск закупорки форсунок.

2. Степень очистки дизельного топлива

В ответ на ужесточение стандартов, в эксплуатацию начали вводиться судовые дизели с топливной системой высокого давления, или HPCR. Давление традиционного двигателя редко превышает 350 бар, а давление внутри HPCR достигает 2700 бар. Для работы с таким давлением дизельный двигатель должен обладать необходимыми отверстиями, зазорами и допусками на механическую обработку. Жидкость под таким давлением вместе с микроскопическими твердыми частицами превращается в струю гидроабразивной резки. Поэтому результатом использования плохо очищенного топлива станет повреждение насоса и деталей инжектора. Для обычных (низкого давления) систем впрыска топлива критический размер частиц для начала абразивного износа составляет около 6-7 микрон. Для HPCR двигателя критический размер частиц составляет приблизительно 2-3 микрона. Абсолютная чистота топлива имеет большое значение для срока службы судового дизеля.

В 1998 году производители судовых дизелей разработали документ Worldwide Fuel Charter (WWFC), который определял минимально допустимую степень загрязнения дизельного топлива, и основывался на европейском стандарте ISO 4406. Но даже если топливо соответствует этому стандарту, типичный уровень загрязнения в топливных баках на первом этапе очистки был в 10 раз больше чем регламентировано ISO. На самом деле, для двигателей HPCR необходимо топливо с минимально допустимым загрязнением в сто раз ниже целевого показателя. На сегодняшний день это представляет собой довольно серьезную проблему для отрасли, так как при фильтрации топлива на нефтеперерабатывающих заводах не ведется учет содержания твердых частиц размером меньше 4х микрон, что критично для систем с высоким давлением. Кроме того, традиционные элементы топливного фильтра не подходят для систем HPCR.

3. Смазывающая способность топлива

В свое время дизельное топливо содержало до 40,000 частиц серы на миллион. Начиная с 1990х, допустимые выбросы оксида азота и твердых частиц и других соединений для транспортных средств постепенно снижались. Соединения серы образуют токсичные газы, выброс которых по современным топливным стандартам должен быть минимальным. Предельное содержание серы постоянно снижается и сейчас находится на уровне 10 частиц на миллион – такое топливо называется дизелем с ультра-низким содержанием серы (ULSD).

К сожалению, уменьшение количества серы в составе дизельного топлива снижает его смазывающую способность, что приводит к уменьшению срока службы деталей двигателя. Кроме того малосернистое топливо имеет меньший срок хранения и повышает вероятность образования парафинового воска при невысокой температуре. Парафин впоследствии забивает топливную систему и фильтры судового дизеля. Для восстановления утраченных свойств в ULSD топливо добавляют специальные присадки.

Читать еще:  Что такое эжектор в двигателе

4. Вода в топливе

Многие удивятся, ведь любой судовой дизель имеет системы фильтрации топлива от воды. Проблемы появляются при использовании ULSD топлива и биодизеля. Поверхностно-активное действие добавок малосернистого топлива и естественная поверхностная активность биодизеля позволяет воде без труда преодолеть первичные топливные фильтры, что влечет за собой неприятные последствия для судового двигателя.

Скорее всего, ситуация со временем улучшится. Изменения в требованиях к содержанию токсичных веществ в выхлопных газах, в частности требования Евро 7 к автомобильным дизелям, подтолкнут изготовителей судовых двигателей к проектированию и установке более эффективных систем фильтрации.

Тем не менее, потребуется некоторое время для внедрения новых технологий, а пока владельцам двигателей следует быть предельно внимательными к тому, что наливают в баки их судов топливные компании.

В Интернет-магазине Маринэк представлены судовые дизели Nanni: John Deere, Kubota, Toyota, спроектированные с учетом европейских экологических стандартов, а также надежные в эксплуатации с различными видами дизельного топлива.

Есть ли недостатки у биодизеля?

При всех своих плюсах биодизель имеет и недостатки. Это топливо более агрессивно к деталям двигателя, особенно резиновым. При низких температурах могут образоваться отложения в виде кристаллов воска, что ведёт к закупорке деталей. Кроме этого, в холодное время года эффективность такого вида топлива снижается. Также биодизель может разлагать лакокрасочное покрытие кузова автомобиля. Поэтому в случае, если на кузов автомобиля попадёт такое горючее, машину нужно тщательно помыть, немедленно удалив следы биодизеля.

Исследование биодизельного топлива с добавками пальмового масла и перекиси водорода

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Пальмовое масло по теплоте сгорания, стехиометрическому соотношению, цетановому числу наиболее близко к традиционному дизельному топливу. Однако повышенные кинематическая вязкость, температура застывания затрудняют его применение в чистом виде в дизельных двигателях. (Цель исследования) Изучить особенности горения: дизельного топлива с различными добавками пальмового масла (биодизельного топлива); чистого 100-процентного пальмового масла; биодизельного топлива с различными добавками пальмового масла и перекиси водорода, а также разработать метод управления процессом его горения. (Материалы и методы) Для определения времени задержки воспламенения выбрали методику кинетического моделирования процесса самовоспламенения биодизельного топлива в воздухе. Моделирование процесса самовоспламенения проводили в программном комплексе Chemical Workbench. В расчетах использовали модель адиабатической калориметрической бомбы. Для описания процесса самовоспламенения использовали универсальный кинетический механизм, который был верифицирован для расчета самовоспламенения суррогатов дизельного, биодизельного топлива, образования токсичных веществ и сажи в процессах горения. (Результаты и обсуждение) Показали, что добавки пальмового масла к дизельному топливу увеличивают задержку его самовоспламенения, особенно в области низких и средних температур – 750-950 кельвинов. Определили, что при добавке до 10 процентов пальмового масла время задержки воспламенения биодизельного топлива практически не отличается от показателя дизельного топлива – не более 5 процентов. Повышение добавки пальмового масла до 30 процентов и более заметно увеличивает задержку воспламенения топлива. При использовании в качестве топлива только пальмового масла задержка воспламенения в диапазоне температур 800-950 кельвинов возрастает в 2 раза. Рассчитали для каждого состава биодизельного топлива с различными добавками пальмового масла оптимальное количество перекиси водорода. (Выводы) Показали, как с помощью добавок перекиси водорода можно влиять на реакционную способность биодизельного топлива и тем самым регулировать время задержки его воспламенения.

Ключевые слова

Об авторах

Петр Платонович Ощепков, кандидат технических наук, доцент

Иван Александрович Заев, кандидат физико-математических наук

Сергей Владимирович Смирнов, кандидат технических наук, доцент

Антон Владиславович Бижаев, кандидат технических наук, ассистент

Список литературы

1. Прогноз развития энергетики мира и России 2016 / под ред. А.А. Макарова Л.М. Григорьева Т.А. Митровой. М.: ИНЭИ РАН при Правительстве РФ. 2016. 200 с.

2. Sanjid A. Impact of palm, mustard, waste cooking oil and calophyllum inophyllumbiofuels on performance and emission of CI engine. Renewable and sustainable energy reviews. 2013. N27. 664-682.

3. Шумилов К., Транспортная инфраструктура республики Нигерия // Зарубежное военное обозрение. 2004. N7. С. 18 22.

4. Марков В.А., Девянин С.Н., Зыков С.А., Гайдар С.М. Биотоплива для двигателей внутреннего сгорания. М.: НИЦ «Инженер» (Союз НИО). 2016. 292 с.

5. Loury M. Un nouveau carburant colonial possible. L’huile de palme methanolysee. France Energet. 1945. N11-12. 332.

6. Rashid M.M. Performance and emission characteristics of a diesel engine fueled with palm,jatropha and moringa oil methyl ester. Industrial crops and products. 2016. N79. 70-75.

7. Чибанда Э.К., Славуцкий В.М., Курапин А.В., Шкумат Е.А. Анализ возможностей использования пальмового масла как возобновляемого энергоресурса в качестве топлива для дизелей. Волгоград: Волгоградский государственный технический университет. 2016. С. 51-56.

Читать еще:  Yx 160cc двигатель характеристики

8. Mosarof M.H., Kalam M.A., Masjuki H.H., Ashraful A.M., Rashed M.M., Imdadul H.K., Monirul I.M. Implementation of Palm biodiesel based on economic aspects, performance, emission, and wear characteristics. Energy conversion and Management. 2015. N105. 617-629.

9. Ощепков П.П., Адедожа Адегбенро С. Альтернативное топливо для автотранспорта Нигерии на основе пальмового масла // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2017. Т. 18. N4. C. 437-444.

10. О’Брайен Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение. пер. с англ. СПб.: Профессия. 2007. 752 с.

11. Ranzi E., Frassoldati A., Stagni A., Pelucchi M., Cuoci A., Faravelli T. Reduced kinetic schemes of complex reaction systems: Fossil and biomass-derived transportation fuels. International Journal of Chemical Kinetics. 2014. Vol. 46. N9. 512-542.

12. Saggese Chiara, Frassoldati Alessio, Cuoci Alberto, Faravelli Tiziano, Ranzi Eliseo. A lumped approach to the kinetic modeling of pyrolysis and combustion of biodiesel fuels. Proceedings of the Combustion Institute. 2013. N34. 427-434.

13. Deminsky M., Chorkov V., Belov G., Cheshigin I., Knizhnik A., Shulakova E., Shulakov M., Iskandarova I., Alexandrov V., Petrusev A., Kirillov I., Strelkova M., Umanski S., Potapkin B. Chemical Workbench – integrated environment for materials science. Computational Materials Science. 2003. Vol. 28. Iss. 2. 169-178.

14. Ranzi E., Frassoldati A., Grana R., Cuoci A., Faravelli T., Kelley A.P., Law C.K. Hierarchical and comparative kinetic modeling of laminar flame speeds of hydrocarbon and oxygenated fuels. Progress in Energy and Combustion Science. 2012. N38(4). 468-501.

15. Faravelli T., Frassoldati A., Ranzi E. Kinetic modeling of the interactions between NO and hydrocarbons in the oxidation of hydrocarbons at low temperatures. Combustion and Flame. 2003. N132(1-2). 188-207.

16. Frassoldati A., Faravelli T. and Ranzi E. Kinetic modeling of the interactions between NO and hydrocarbons at high temperature. Combustion and Flame. 2003. N135. 97-112.

Для цитирования:

Ощепков П.П., Заев И.А., Смирнов С.В., Бижаев А.В. Исследование биодизельного топлива с добавками пальмового масла и перекиси водорода. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019;13(3):48-53. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2019-13-3-48-53

For citation:

Oshchepkov P.P., Zaev I.A., Smirnov S.V., Bizhaev A.V. Study of Biodiesel Fuel with Palm Oil and Hydrogen Peroxide Additives. Agricultural Machinery and Technologies. 2019;13(3):48-53. (In Russ.) https://doi.org/10.22314/2073-7599-2019-13-3-48-53


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества биотоплива связаны с его экологическими характеристиками. Оно относится к возобновляемым источникам энергии и позволяет снизить углеродный след от использования транспорта. Углерод, который в виде углекислого газа высвобождается при его сжигании, был поглощен из атмосферы лишь недавно, в процессе роста растений, из которых было изготовлено топливо, а не миллионы лет назад, как при использовании ископаемого топлива. И затем может снова быть поглощен растениями, то есть получается замкнутый цикл.

При сгорании биоэтанола не образуется никаких вредных соединений. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя.

В качестве недостатка биоэтанола называют более низкую, чем у бензина, теплотворную способность. Из-за этого повышается расход топлива.

Среди недостатков биодизеля, помимо загустевания при низких температурах, — нестабильное качество, обусловленное разнообразием используемого сырья. Кроме того, он не предназначен для длительного хранения, так как со временем портится. Расход биодизеля также несколько выше.

Производство биотоплив позволяет поддержать сельскохозяйственное производство там, где оно становится невыгодным из-за перепроизводства. Однако у этого есть обратная сторона: повышенный спрос на топливо может вызвать сокращение производства продовольствия и рост цен на него.

Впрочем, главным недостатком биотоплив остается их высокая себестоимость, поэтому без поддержки государства конкурировать с традиционными бензином и дизелем они не могут.

Электромобили и гибриды

Низкая стоимость электроэнергии давно привлекала автоконструкторов. Создание недорогого электромобиля с приемлемой дальностью пробега упирается в большой вес и недостаточную мощность существующих аккумуляторов. Технически установить электромотор на колесную пару или каждое отдельное колесо менее сложно.

Тем не менее, «чистые» электромобили уже выпускают концерны «БМВ» (компакт i3 и спорткар i3s), «Опель» с моделью Ampera-e, «Ситроен» с моделью E-Mehari. Полностью электрическим стал и кроссовер Jaguar I-Pace. Основными достоинствами электромобилей считаются экологическая чистота и бесшумность.

Среди применяемых аккумуляторов лидируют литий-ионные батареи, перспективны литий-фосфатные, гелевые АКБ. Временным выходом, до создания эффективных аккумуляторных батарей, стали гибридные конструкции, которые выпускают все ведущие автопроизводители. Сочетание бензинового мотора с несколькими электрическими двигателями стало основой конструкций таких неординарных моделей, как Outlander PHEV от «Мицубиши», кросс-купе «Ауди Q8», Порш Кайенн «E-Hybrid».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector