АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ В АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ. - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ В АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ.

Огурцов С.Ю. 1, Никулин С.В. 1
1Курганский институт железнодорожного транспорта филиал Уральского государственного университета путей сообщения.
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Автомобильный транспорт самая массовая отрасль, которая давно заняла и прочно удерживает ведущие позиции в транспортном комплексе страны. С этим видом транспорта мы встречаемся и имеем тесное взаимодействие каждый день. Каждый из нас пользуется общественным транспортом, а большинство имеет ещё и личный. Любому автолюбителю хочется чтобы его машина прослужила как можно дольше. Для этого необходимо хорошее техническое обслуживание, а так же использование качественного топлива. Эффективность и надежность эксплуатации различных не только от конструктивных и технологических особенностей, но и в автомобилей зависит значительной степени от того, насколько удачно подобраны к ним топливо.

Общая информация о бензине

Бензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры).

В зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и авиационные.

Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их эксплуатационные и физико-химические свойства. Современные авиационные или автомобильные бензины должны удовлетворять ряду требований, обеспечивающих надежную и экономичную работу двигателя, и требованиям эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах; иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, без детонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава или свойств при длительном хранении и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резинотехнические изделия, резервуары, и др.

В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Автомобильные бензины

По составу автомобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов; прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического крекинга или гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, ароматизации термического крекинга, висбрекинга, замедленного коксования. Компонентный состав бензина зависит, в основном, от его марки и определяется набором технологических установок на нефтеперерабатывающем заводе.

Базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов являются обычно бензины каталитического риформинга и каталитического крекинга. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины(Олефины-высокореакционноспособные соединения), поэтому они высокостабильны при хранении. Однако повышенное содержание в них ароматических углеводородов (до 70%) с экологической точки зрения является лимитирующим фактором. К их недостаткам также относится неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям.

Бензины каталитического крекинга (высокотемпературная переработка нефти, как правило, продуктов меньшей молекулярной массы)характеризуются низкой массовой долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90-93 единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 30-40 %, олефиновых - 25-35 %. В их составе практически отсутствуют диеновые углеводороды, поэтому они обладают относительно высокой химической стабильностью (индукционный период 800-900 мин.). По сравнению с бензинами каталитического риформинга для бензинов каталитического крекинга характерно более равномерное распределение детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для производства автомобильных бензинов целесообразно использовать смесь компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.

Бензины таких термических процессов, как термический крекинг, замедленное коксование имеют низкую детонационную стойкость или химическую стабильность, высокое содержание серы и используются только для получения низкооктановых бензинов в ограниченных количествах.

При производстве высокооктановых бензинов используются изооктан, алкилбензин, толуол и изопентан . Алкилат (алкилбензин) - широкая бензиновая фракция, состоящая практически полностью из изопарафиновых углеводородов; имеет октановое число 90-95 по моторному методу.

Для достижения требуемого уровня детонационных свойств этилированных бензинов к ним добавляют этиловую жидкость. Этиловая жидкость - смесь тетраэтилсвинца с выносителями (галогенпроизводные соединения). Бензины, в которые добавлена этиловая жидкость, называют этилированными. В целях обеспечения безопасности в обращении и маркировки этилированные бензины должны быть окрашены. Алкилсвинцовые антидетонаторы так же, как и продукты их сгорания, высоко токсичны. Помимо высокой токсичности применение этилированных бензинов препятствовало широкому использованию на автомобилях катализаторов дожига отработавших газов, так как продукты сгорания свинца отравляют катализатор. В связи с этим с 1 июля 2003 года согласно законопроекту, принятому Госдумой РФ, в России запрещаются производство и оборот этилированного бензина. В качестве альтернативы алкилсвинцовым антидетонаторам для повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов в России допущены и используются при производстве бензинов органические соединения марганца, ароматические амины, железа. Широкое распространение в России и за рубежом при производстве высокооктановых бензинов получил метил-третбутиловый эфир (МТБЭ). МТБЭ имеет октановые числа смешения: 115-135 по исследовательскому методу и 98-110 по моторному.

К бензинам вторичных процессов, содержащим непредельные углеводороды, для их стабилизации и обеспечения требований по индукционному периоду разрешается добавлять антиокислители Агидол-1 (ионол - 2,6-дитрет.бутил-4-метилфенол) и Агидол-12 (раствор ионола).

Свойства бензинов

Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять ряду требований и, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и требованиям эксплуатации:

в последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.

Альтернативные топлива

иметь хорошие антидетонационные характеристики;

не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия;

иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя;

иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах и др.

Под альтернативным топливом понимают химическое топливо частично или полностью ненефтяного происхождения, характеризующееся целевым производством на основе нетрадиционных видов сырья. По физико-химическим свойствам и условиям хранения в транспортных средствах альтернативные топлива можно разделить на три группы:

1. Не нефтяные топлива, существенно отличающиеся по физико-химическим и эксплуатационным свойствам от жидких нефтяных топлив (спиртовые топлива: метанол, этанол и их смеси с высшими спиртами;

2. Топлива на нефтяной основе с добавками не нефтяного происхождения (спирты, эфиры, растительные масла), которые по эксплуатационным свойствам близки к нефтяным дистиллятам.

3. Синтетические жидкие топлива, близкие по свойствам к традиционным нефтяным топливам, получаемые при переработке жидкого, газообразного или твердого сырья (тяжелые нефти, природные битумы, уголь, горючие сланцы, продукты прямого синтеза из СО и Н2).

газообразные топлива: природный сжатый и сжиженный газ, сжиженный нефтяной газ, аммиак, водород, генераторный и другие искусственные газы).

При использовании топлив последних двух групп возникают незначительные изменения, а в ряде случаев сохраняются технико-эксплуатационные характеристики автомобилей. Целесообразность применения этих топлив определяется ресурсной базой и технико-эксплуатационными показателями производства топлив.

При использовании топлив первой группы необходимо модифицировать двигатели и создавать специальные бортовые системы хранения топлив. Эффективность применения этих топлив определяется технико-экономическими показателями производства топлив или транспортных средств.

Для сравнения различных видов топлива по теплоте сгорания используются единицы условного топлива, выраженные в угольном или нефтяном эквиваленте.

1 т условного топлива в угольном эквиваленте (сокращенно - ТУ т. в уг.экв.) соответствует теплоте сгорания 1 т антрацита, равной 7 млн ккал или 27,91*103 МДж.

1 т условного топлива в нефтяном эквиваленте (сокращенно - ТУ т неф.экв.) соответствует теплоте сгорания 1 т углеводородного топлива, равной 10 млн ккал или 41,87*103 МДж.

Затраты энергии на производство всех видов альтернативных топлив за исключением электричества, выше, чем на бензин или нефть.

В затратах энергии учтена добыча, переработка и транспортировка сырья, а также производство и распределение топлива.

Синтетические спирты

Все большее развитие получает синтез искусственного жидкого топлива, приближающегося по качеству к топливам нефтяного происхождения. Из отходов лесного хозяйства, природного газа, известняка, угля получают метиловый спирт — метанол, а из свеклы, зерновых культур ,сахарного тростника вырабатывают этиловый спирт — этанол. Выпуск в нашей стране синтетического спирта метанола достиг в 1998 г. 44 млн т.

Наиболее перспективным сырьем для расширения производства метанола являются уголь ,природный газ и нефтяные остатки.

Для производства 1 т синтетического топлива необходимо большое количество угля —от 3 до 6 т, поэтому оно пока еще дороже бензина в 1,5...2 раза.

Метанол и этанол, используемые в качестве топлива для автомобильных двигателей, характеризуются высоким октановым числом, меньшей по сравнению с бензином теплотворной способностью, высокой скрытой теплотой испарения, низкими упругостью паров и температурой кипения. Кроме того, метанол как автомобильное топливо обусловливает рост мощности а еще КПД двигателя, снижение теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы, закоксовывания и нагарообразования. Также при использовании метанола (при том же уровне концентрации оксида углерода, что и при работе двигателя на бензине) наблюдается уменьшение в 1,5-2 раза содержания оксида азота и в 1,3-1,7 раза — углеводородов в отработавших газах. Однако для повседневного использования метанола в качестве автомобильного топлива необходимы конструктивные изменения топливной аппаратуры двигателя и в какой-то мере самого автомобиля. Поэтому в настоящее время метанол лучше использовать в качестве добавки к бензину. Установлено, что добавка 3-5 % метанола обеспечивает экономию 2,5 % бензина при сохранении мощности двигателя, его динамических и экономических показателей, а также уровня токсичности выхлопных газов. При этом допустимо использовать бензин с несколько меньшим октановым числом или заменять этилированный бензин на неэтилированный.

Применение бензометанольной смеси (с добавкой 15 % метанола и 7 % стабилизатора — изобутилового спирта) позволяет повысить на 6 % динамические качества автомобиля и на 3-5 % его мощность, одновременно уменьшить выброс оксида азота на 30—35 % и углеводородов на 20 %, а также получить экономию бензина до 14 %.

При использовании бензометанольной смеси М15 устойчивость запуска холодного двигателя обеспечивается при температуре воздуха –26 С.

Максимально допустимая концентрация паров метанола в воздухе рабочей зоны двигателя значительно выше, чем при использовании таких антидетонаторов, как ТЭС и ТМС, и составляет 5 мг/м3.

В целом, применение метанола как добавки к бензину, улучшающей ряд его эксплуатационных свойств, рассматривается как реальный фактор увеличения ресурсов автомобильного топлива.

Реальное улучшение эксплуатационных свойств дизельного топлива при добавлении спирта сопоставимо с улучшением свойств бензина, т.е. низкая температура самовоспламенения (низкое цетановое число) не исключает использования метанола и этанола в качестве добавки к дизельному топливу (при условии конструктивного изменения двигателя) в количестве, не превышающем 15-20 %.

Биодизельное топливо

Совсем недавно была получена информация о том, что на Кубе свою работу начал новый завод по производству биодизельного топлива. Это единственный завод, который может превратить семена кустарника ятрофа в источник энергии, при чем экологически чистый источник. По словам директора областного Центра прикладных технологий Жозе Сотолонго семена этого кустарника очень богаты нефтью. И потреблять их в пищу крайне опасно. Но еще с древних времен их использовали для лечения кишечных паразитов и уменьшения лихорадки, но делали это в очень малых дозах. В противном случае можно вызвать не самую лучшую реакцию организма.

В настоящее время для получения биотоплива и средства для органической очистки котлов широко используются масличные культуры, которые вполне пригодны для употребления в пищу. С запуском нового завода можно сократить использования этих культур. В чем же преимущество производства топлива из семян ятрофы? Дело в том, что это растение можно вырастить даже в тех районах, где совершенно не развито сельское хозяйство, а значит, где угодно.

Из полученной информации стало известно, что финансировали появление нового завода само Кубинское правительство при поддержке Швейцарского Агентства по Развитию и Сотрудничеству в провинции Гуантанамо, которая находится в восточной части острова. Этот завод способен производить более ста тонн биодизельного топлива каждый год.

Для того чтобы завод начал свою работу, было посажено примерно сто тридцать гектаров ятрофы. То количество топлива, которое получено уже на сегодняшний день, нашло свое применения в сельскохозяйственном регионе для работы техники.

Но это не единственное достижение кубинцев для сохранения экологии. Они уже начали применять сахарный тростник и древесную биомассу для получения электричества. Но пока значительная часть энергии вырабатывается за счет топлива, которое поступает в страну из Венесуэлы. Но чтобы постоянно не зависеть от импорта, правительство Кубы поставило цель до конца этого десятилетия увеличить объемы производства энергии за счет за счет собственных достижений.

Список литературы

Бескаравайный М.И. Устройство Автомобиля / Видное: Эксмо, 200 – 64 с.

Гейко Ю.Н. АвтоМир / Гейко Ю.Н // Всё об авто для начинающих и профи – 2005 - №8

ДэсХаммиллПодвеска & Тормоза / England: Veloce Publishing Pic, 1999 – 96с.

Джерихов В. Б Автомобильные эксплуатационные материалы. Лабораторный практикум/ В. Б. Джерихов, О. М. Суворов, А. В. Соловьёв - Санкт-Петербург: Издательский комплекс СПбГАСУ, 2007- 73 с.

Луканцев А.Р. Как самостоятельно проверить качество бензина (http://www.azlk-team.ru/)

Опасность и вред поддельного бензина для автомобиля (http://www.eurodisel.ru/danger_benzin.html)

Научно-исследовательская работа Анализ качества бензина в бытовых условиях(https://infourok.ru/nauchnoissledovatelskaya-rabota-analiz-kachestva-benzina-v-bitovih-usloviyah-1786585.html)

Эффективность использования альтернативных топлив автотранспортом(https://studopedia.su/10_105738_effektivnost-ispolzovaniya-alternativnih-topliv-avtotransportom.html)

Гуреев А.А. Автомобильные бензины / Москва: Феникс, 1996 – 444с.

Кисмалина Н.А. Сельскохозяйственный практикум / Кисмалина Н.А. // Двойной стандарт – 2010 - №1

ГОСТ 2084-77 Бензины автомобильные. Технические требования; введ. 01.01.79 – Москва: ИПК Издательство стандартов, 2000 . – 5с.

ГОСТ 2084-77 Бензиновые Автомобили. Гарантии изготовителя; введ. 01.01.79 – Москва: ИПК Издательство стандартов, 2000 . – 5с.

Медведев М. Зачем платить больше //5 колесо –М.: Шанс - 2011 - № 4 – 106с.

Просмотров работы: 65