Лекция 9. Биотоплива (1037684)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив всиловых установках споршневыми двигателямик.т.н. Зеленцов А.А.Москва, 2016Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДВопросы, рассматриваемые на лекцииВиды биотоплив, используемых в поршневых двигателях.Этанол как топливо для силовых установок с поршневымидвигателями.Особенности использования метанола в качестве моторноготоплива на транспортных установках с ПД.Моторные топлива на базе эфиров. Особенностииспользования диметилэфира.Примеры использования биотоплив на транспортныхустановках.2Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДВиды биотоплив, используемых в поршневыхдвигателяхБиотопливаЭтанол(этиловый спирт)Эфиры(ДМЭ, МЭРМ)Метанол(метиловый спирт)Рапсовое маслои топлива на егоосновеБиодизель3Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДКлассификация биотопливУпрощенная классификация биотоплив. R.C.Saxena, D.Seal, S.Kumar,H.B.Goyal, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, 1909 (2008)4Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биотоплива натранспортных установках5Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДСвойства этанола как топлива для силовых установокс поршневыми двигателямиЭтанол - одноатомный спирт с формулой C2H5OH (эмпирическаяформула C2H6O), второй представитель гомологическогоряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость.ОбщиеМодель молекулыэтанолаСистематическое наименованиеЭтанолХимическая формулаС2H5OHМолярная масса46.069 г/мольФизические свойстваСостояние (ст.

усл.)жидкостьПлотность0.7893 г/см³Термические свойстваОсновныесвойстваэтанолаТемпература плавления-114.3 °CТемпература кипения78.4 °CТемпература воспламенения35 °CТемпература самовоспламенения363 °CПределы взрываемости3,28 — 18,95 %Молярная теплоѐмкость (ст. усл.)1.197 Дж/(моль·К)Низшая теплота сгорания26,78 МДж/кг6Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДСпособы получения этанола из растительного сырьяОсновные способы получения этанола:1) Микробиологический (брожение) – спиртовое брожениеорганических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плодыи т. п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий.Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса,кукурузы, источником получения топливного спирта являетсявырабатываемый из тростника сахар-сырец и проч.КрахмалферментC6H12O6(глюкоза)(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6(целлюлоза)(глюкоза)C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO27Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДСпособы получения этанола из растительного сырьяОсновные способы получения этанола:2) Синтетический способ (гидратация этилена).Гидратацию можно вести по двум схемам:• прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, вкачестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесѐннуюна силикагель, активированный уголь или асбест:CH2= CH2 + H2O → C2H5OH•гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, споследующим его гидролизом (при температуре 80-90 °С и давлении3,5 МПа):CH2= CH2 + H2SO4 → CH3-CH2-OSO2OH (этилсерная кислота).CH3-CH2-OSO2OH + H2O → C2H5OH + H2SO4.Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.8Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДПромышленное производство этанола израстительного сырьяСхема производства биоэтанола из зерна9Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДМировое производство этанола (млн. л)Страна2004200520062007200820092010США13 36216 11719 94624 56534 77640 06845 360Бразилия15 07815 97816 97718 972,5824 464,9--Евросоюз---2 155,732773--Китай3 6433 7953 8451 837,081 897,18--Индия1 7461 6971 897199,58249,48--Франция827907948----Германия268430764----РоссияЮАР760415860389608387609-536-517-700-Великобритания400351279----Испания298298463----Таиланд279298352299,37339,4--Колумбия--279283,12299,37--Весь мир:40 71045 92750 98949 524,4265 527,05 7390085 90010Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биоэтанола натранспортных установкахИзучением возможности работы дизелей на спиртах занимаются многиефирмы: Ricardo (Англия); John Deere (США); Komatsu (Япония); Volkswagen, DaimlerBenz A.G., MWM, MAN (ФРГ) и др.В России также ведутся активные работы по использованию спиртов в дизелях:в МАДИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, МИИТе, ФНИКТИДе, НАМИ, КСХИ.Основные способы подачи спирта:наиболее распространенный способ - карбюрирование или впрыскспирта во впускную систему в сочетании с впрыском дизельноготоплива;впрыск спирта с помощью второй топливной системы иинициирование горения спирто-воздушной смеси запальной порциейДТ;расслоение заряда при внутреннем смесеобразовании и искровоезажигание;использование эмульсий и растворов с ДТ.11Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биоэтанола натранспортных установкахСмесь этанола с бензином обозначаетсябуквой Е. Цифрой у буквы Еобозначается процентное содержаниеэтанола.Смеси, содержащие более 20% этанола, требуют внесения изменений всистему зажигания автомобиля (многотопливные Flex-fuel двигатели).В США 1200 заправочных станций продают Е85(май 2007). Всего в США около 170 000заправочных станций.В Бразилии около 29 000 заправочных станцийпродают этанол.12Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биоэтанола натранспортных установкахТопливные смеси этанола:Е5, Е7, Е10 - смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов,соответственно), наиболее распространѐнные в наши дни. В этих случаях добавкаэтанола не только экономит бензин путѐм его замещения, но и позволяет удалитьвредную оксигенерирующую добавку МТБЭ.Е85 - смесь 85 % этанола и 15 % бензина. Стандартное топливо для «Flex-Fuel» ДВС,распространѐнных, в основном в Бразилии и США, и в меньшей степени - в другихстранах.

Из-за более низкой энергоплотности продаѐтся дешевле, чем бензин.Е95 - смесь 95 % этанола и 5 % топливной присадки. Компания Scania началаразрабатывать дизельный двигатель для автобуса, работающий на 95 % этаноле всередине 80-х годов. Создана программа испытаний городских автобусов сдвигателями, работающими на 95 % этаноле - BEST (BioEthanol for SustainableTransport).Е100 - формально 100 % этанол, однако в силу того, что этанол гигроскопичен,получение и использование этанола без остаточной концентрации воды невыгодно.Поэтому в большинстве случаев под Е100 подразумевают стандартную азеотропнуюсмесь этанола (96 % С2Н5ОН и 4 % воды (по весу); 96,5 % и 3,5 % в объѐмныхпроцентах).

Путѐм обычной дистилляции невозможно получить более высокуюконцентрацию этанола.13Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биоэтанола натранспортных установкахПреимущества:Недостатки: теплота сгорания спиртов оказывается ниже,чем у традиционных углеводородных топлив(как следствие, увеличение цикловой подачи в2,3-2,8 раза); низкая воспламеняемость спиртов (ЦЧ этанола= 8, ЦЧ метанола = 3); для обеспечения воспламеняемости низшихспиртов необходимо модифицировать системузажигания двигателя; высокая испаряемость (возможно образованиепаровых пробок в системе топливоподачи); высокая теплота испарения вызывает локальноепонижение температуры смеси в цилиндре на150-200 К; меньшая вязкость, как следствие изменениегеометрии факела распыла топлива, утечкичерез уплотнения, ухудшение условий смазкиплунжерной пары топливного насоса; повышенная коррозионная иэлектрокоррозионная активность,следовательно необходимо применятьспециальные коррозионностойкие материалы.14возобновляемость;обширная сырьевая база;замкнутый круговорот углекислого газа;относительно низкая стоимость получения;большее содержание кислорода в топливе, атакже его более стабильные характеристикиприводят к снижению дымности итоксичности ОГ; возможность полученияудовлетворительных мощностных иэкономических показателей работыдвигателя (в зависимости от настройкиТПА).Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биоэтанола натранспортных установкахУниверситет штата Висконсин (Мадисон, США, 1981 г.)Цель исследований: определение экономических и экологических показателей дизеля,работающего на этанолеОбъект испытаний: дизель (τ = 4, i = 4, Vh = 8.259 л) с турбонаддувомСхема экспериментальной установкидля исследования влияния добавкипарообразного метанола во впускнуюсистему дизеля на показатели егоработы:1 – воздушный манометр,2 – бак спиртового топлива,3 – фильтр,4 – водяной холодильник,5 – вентиль,6 – ротаметр,7 – подогреватель,8 – распылитель,9 – впускной коллектор,10 – двигатель,11 – турбокомпрессор15Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования биоэтанола натранспортных установкахУниверситет штата Висконсин (Мадисон, США, 1981 г.)Зависимость термического КПДηt и удельного эффективногорасхода ge ДТ (а) и этанола (б)от его относительной подачи вовпускной коллектор Cэт (отэнергии, выделенной этаноломQэт) при работе дизеля нарежимах с частотой вращения n= 2100 мин-1 и нагрузкой(эффективной мощностью Ne):1 – 84,7-96,9 кВт;2 – 55,7-56,6 кВт;3 – 27,6-28,0 кВт.16Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДПримеры использования биоэтанола на транспортныхустановкахFord C-MAX 1.8 FFVТип топлива: бензин / биоэтанолSaab 9-3 BioPower 1.8tТип топлива: бензин /биоэтанолЭффективные показатели:129 кВт / 265 НмE85 Ethanol-Capable 2009 BuickLucerneТип топлива: бензин / биоэтанол17Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДГосударственные программы применения этанола вкачестве топлива на транспортеСтранаБразилияВенесуэлаЕвросоюзКитайАргентинаТаиландКолумбияМанитоба, КанадаКанадаЯпонияИндияАвстралияНовая ЗеландияИндонезияФилиппиныТребования24%-я смесь этанол/бензин, 2%-е содержание этанола в дизельном топливепроизводить ежегодно 28 млрд литров этанола к 2012 году, 85%-я смесьэтанол/бензин (E85)10%-я смесь с бензином2 % в 2005, 5,75 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)производить ежегодно 3 млн тонн к 2010 году5%-я смесь к 2010 годуВ Бангкоке 10%-я смесь, 5%-я смесь по всей стране с 2007 года10%-я смесь в больших городах к сентябрю 2005 года10%-я смесь до конца 2005 года5%-я смесь с сентября 2010 годаразрешено 3%-е содержание этанола в бензине20 % биотоплив к 2017 году (этанол + биодизель)разрешено 10%-е содержание этанола в бензине5 % биотоплив к 2008 году (этанол + биодизель)10 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)5%-я смесь с бензином к 2008 году, 10 % смесь к 2010 годуИрландия5,75 % биотоплив к 2009 году (этанол + биодизель).

10 % биотоплив к 2020 годуДанияЧилиМексика10 % биотоплив к 2020 годуразрешено 2%-е содержание этанола в автомобильном топливе3,2 % биотоплив (этанол + биодизель) в автомобильном топливе к 2012 году.США18Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Использование биотоплив в силовыхустановках с ПДОсобенности использования метанола натранспортных установкахМетанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол,метилгидрат, гидроксид метила) - CH3OH, простейшийодноатомный спирт, бесцветная ядовитая жидкость.Метанол - это первый представитель гомологическогоряда одноатомных спиртов.Способы получения метанолаСовременный промышленный метод получения — каталитический синтез изоксида углерода (II) (CO) и водорода (2H2) при следующих условиях: температура - 250 °C, давление - 7МПа, катализатор - смесь ZnO и CuO.До промышленного освоения каталитического способа получения метанолполучали при сухой перегонке дерева (отсюда его название «древесный спирт»).

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций