Автореферат (1172992)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 502.6:622.692.4ГРИГОРЬЕВА ЕКАТЕРИНА ВИКТОРОВНАИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БИОЭТАНОЛЬНОГО ТОПЛИВАЕ30 НА ОСНОВЕ НИЗКООКТАНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХФРАКЦИЙ05.17.07 – Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 20192Работа выполнена в Акционерном обществе «Всероссийский научноисследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»)Научный руководитель:Ершов Михаил Александровичкандидат технических наук,Акционерное общество «Всероссийский научноисследовательский институт по переработкенефти», начальник отдела топливОфициальные оппоненты: Чудиновских Алексей Леонидовичдоктор технических наук,Акционерное общество фирма «НАМИ-ХИМ»,генеральный директорМалова Ольга Васильевнакандидат химических наук,Федеральноегосударственноебюджетноеучреждение науки Объединенный институтвысоких температур Российской академии наук,старший научный сотрудникВедущая организация:Федеральноегосударственноебюджетноеучреждение «Национальный исследовательскийцентр«Курчатовскийинститут»(НИЦ«Курчатовский институт»)Защита состоится 12 декабря 2019 г.
в 1400 в ауд. 541 на заседаниидиссертационного совета Д 212.200.04 при РГУ нефти и газа имени И. М.Губкина по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д. 65, корп. 1.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеРГУ нефти и газа имени И. М. Губкина и на сайтеhttps://www.gubkin.ru/diss2/files/Dissertation_Grigoreva_EV.pdf.Автореферат разослан «___» октября 2019 г.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 212.200.04,доктор химических наукЕ.С. Бобкова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы: Экология ужесточает требования ко всемотраслям экономики.
В транспортном секторе на сегодняшний день основнаязадача заключается в радикальном снижении выбросов СО2. Государствалидеры по числу автомобилей – США, Китай, страны ЕС ежегодноужесточают нормы по удельным выбросам СО2 для всех видов транспортныхсредств, что вызывает необходимость как кардинального роста ихэкономичности, так и применения новых экологически чистых видов топлива.Повышение экономичности двигателей внутреннего сгорания сискровым воспламенением происходит за счёт увеличения степени сжатия ииспользования технологий прямого впрыска и турбонаддува.
Внедрениеуказанных технологий вызывает необходимость ужесточения требований кдетонационной стойкости автомобильного бензина.Для производства бензинов с высокой детонационной стойкостьюприменяются октаноповышающие кислородсодержащие компоненты(оксигенаты), среди которых наиболее распространен биоэтанол – в 2018 годув мире его было произведено 80 млн тонн. Жизненный цикл получениябиоэтанола из возобновляемой растительной биомассы сопровождаетсяснижением количества CО2 в атмосфере, а процесс его сгорания в двигателе –уменьшением содержания вредных веществ (СО, СН) в отработавших газах посравнению с нефтяным бензином.
Таким образом, биоэтанол относится кэкологически чистым высокооктановым компонентам бензина.Основной объём потребляемого в мире биоэтанола используется в видедобавки 5-10 % об. (топлива Е5-Е10) в бензин, применяемый в автомобилях сбензиновыми двигателями без модификаций. Но у такого бензина имеютсяпроблемы с фазовой стабильностью при отрицательных температурах, чтоособенно актуально для климата России.
Имеется практика использованияэфиров на основе этанола в качестве оксигенатов, однако пока такиетехнологии затратны. Биоэтанол также используется для выпускавысокоэтанольного топлива Е85 (50-85 % об.). Однако потенциал такихвысокооктановых топлив расходуется впустую ввиду отсутствияавтотранспорта, рассчитанного на высокое октановое число такого топлива(более 100 единиц по исследовательскому методу).Перспективным направлением является разработка среднеэтанольноготоплива с содержанием этилового спирта 20-40 % (топливо Е30), котороелишено проблемы фазовой нестабильности и потенциально можетприменяться на автомобильной технике без модификаций.
При этом благодарявысокой антидетонационной эффективности этанола, топливо Е30 может бытьполучено на основе низкооктановых фракций, что существенно улучшаетэкономику производства такого топлива.4В связи с этим, актуальной задачей является разработка биоэтанольноготоплива Е30 на основе дешёвых низкооктановых углеводородных фракций иисследование его физико-химических и эксплуатационных характеристик сцелью оценки возможности его применения на современной автомобильнойтехнике.Степень проработанности темы: В научно-технической литературешироко освещён вопрос применения этанола в качестве оксигената при егонебольших концентрациях в бензине (5-15 % об.) и при высоких (50-85 % об.),подробно описаны свойства таких топлив и проведены многочисленныеисследования по оценке их влияния на работу двигателей.
Несмотря наактуальность разработки и чёткое понимание перспективности использованиясреднеэтанольных топлив (условно называемые Е30) в литературе, в том числезарубежной, не представлены комплексные исследования по оценке влиянияэтанола в средней концентрации (20-40 % об.) на физико-химические иэксплуатационные свойства низкооктановых углеводородных фракцийпроцессов нефтепереработки, что в результате позволяет получать топлива, неуступающие, а по некоторым показателям превосходящие, стандартныеавтомобильные бензины, которые могут применяться на существующейавтомобильной технике без её модификации.Цель работы: Разработка биоэтанольного топлива Е30 на основенизкооктановых углеводородных фракций.Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующиеосновные задачи: провести анализ и выбор оптимальных базовых низкооктановыхкомпонентов для биоэтанольного топлива Е30; исследовать влияние этанола на детонационную стойкость ипоказатели испаряемости базовых низкооктановых углеводородных фракцийи индивидуальных углеводородов, и их смесей, входящих в состав бензина; разработать технические требования (ТТ) к качеству биоэтанольноготоплива Е30; разработать оптимальные топливные композиции биоэтанольноготоплива Е30; провести испытания опытных образцов биоэтанольного топлива Е30на соответствие техническим требованиям; провести моторно-стендовые испытания и испытания по воздействиюна резины опытных образцов биоэтанольного топлива Е30; оценить экономическую эффективность производства и применениябиоэтанольного топлива Е30.Научная новизна работы:5 впервые получены результаты исследований влияния этанола приконцентрации 5-85 % мас.
на изменение детонационной стойкостинизкооктановых углеводородных фракций и низкооктановых смесейиндивидуальных углеводородов различных групп, входящих в состав бензина,и установлено, что антидетонационная эффективность этанола внизкооктановых фракциях возрастает в ряду: олефины < нафтены < ароматика< парафины < изопарафины по исследовательскому методу и достигаетмаксимума в концентрации 10-30 % мас.; впервые получены результаты системных исследований влиянияэтанола во всём диапазоне концентраций на изменение давления насыщенныхпаров (ДНП) индивидуальных углеводородов различных групп, входящих всостав бензина, на основе которых разработана эмпирическая модель расчётаДНП среднеэтанольных топлив по результатам хроматографического анализауглеводородного состава; полученырезультатымоторно-стендовыхиспытанийэксплуатационных и экологических характеристик биоэтанольного топливаЕ30 на основе бензина гидрокрекинга в сравнении с автомобильнымибензинами АИ-95-К5 по ГОСТ 32513 и АИ-95-Е10 (10 % об.
этанола) поевропейскому стандарту ЕН 228.Теоретическая значимость работы: показано, что антидетонационная эффективность этанола достигаетмаксимума и не снижается в концентрации 10-30 % мас. в исследованныхнизкооктановых фракциях, что, вероятно, обусловлено особенностямигорения пар углеводород-этанол, с образованием промежуточных соединений,подавляющих радикальный механизм окисления и вносящих дополнительныйвклад в повышение октанового числа; рассчитаны граничные значения антидетонационной эффективностиэтанола при концентрации 20-40 % мас.
в низкооктановых углеводородныхфракциях, выраженные в октановых числах смешения этанола: ОЧИсм = 130156, ОЧМсм = 108-133.Практическая значимость работы: разработаны технические требования к качеству и технологическийрегламент получения опытных образцов биоэтанольного топлива Е30,предложена схема организации производства данного вида топлива; разработана эмпирическая модель расчёта ДНП среднеэтанольныхтоплив по результатам хроматографического анализа углеводородногосостава; установленавозможностьпримененияразработанногобиоэтанольного топлива Е30 с улучшенными экологическими свойствами на6автомобильной технике на основании проведённых моторно-стендовыхиспытаний и испытаний по воздействию на резины; рассчитаны лимитная и фактическая стоимости биоэтанольноготоплива Е30 с учётом его теплотворной способности и реального расхода приработе на автомобильной технике по сравнению с бензином АИ-95-К5.Методология и методы исследования основывались на анализеотечественной и зарубежной научно-технической литературы, посвящённойэтанольным топливам и мировым стандартам ведущих государствпроизводителей автомобильных бензинов, позволяющих вовлекатьповышенное содержание оксигенатов.Изучениефизико-химическихиэксплуатационныхсвойствразработанного биоэтанольного топлива Е30 осуществлялось стандартнымиметодами испытаний (ГОСТ, АСТМ Д, СТО и пр.), приведёнными втехнических требованиях, на базе лабораторий АО «ВНИИ НП».
Моторностендовые испытания топлив были проведены на базе лаборатории кафедрыДВС и ЭСА ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Исследования совместимостибиоэтанольного топлива Е30 с резинотехническими изделиями былипроведены в производственных лабораториях совместно с ПАО«Балаковорезинотехника».Положения, выносимые на защиту:1. Зависимость влияния этанола при концентрации 5-85 % мас. наизменение детонационной стойкости низкооктановых углеводородныхфракций (бензина гидрокрекинга и прямогонного бензина) и низкооктановыхсмесей индивидуальных углеводородов различных групп, входящих в составбензина.2. Зависимость влияния этанола во всём диапазоне концентраций наизменение давления насыщенных паров индивидуальных углеводородовразличных групп, входящих в состав бензина, на основе которых разработанаэмпирическая модель расчёта ДНП среднеэтанольных топлив по результатамхроматографического анализа углеводородного состава.3.
Технические требования к качеству биоэтанольного топлива Е30.4. Результаты моторно-стендовых испытаний эксплуатационных иэкологических характеристик и испытаний по воздействию на резиныопытных образцов биоэтанольного топлива Е30 в сравнении с автомобильнымбензином марки АИ-95-К5 по ГОСТ 32513 и АИ-95-Е10 (10 % об. этанола) поевропейскому стандарту ЕН 228.Степень достоверности результатов подтверждена систематическимхарактером исследования, необходимым объёмом результатов экспериментов,полученных в лабораторных условиях с применением современного7оборудования и с использованием аттестованных методик, а также высокойсходимостью результатов исследований.Апробация работы.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
