Автореферат (1172992), страница 3
Текст из файла (страница 3)
удается повысить теплоту сгорания с 28,4 до29,6 МДж/л, при этом объёмная доля ароматических углеводородов непревышает 20 % об. Максимально возможная доля толуола составляет 15 %мас., что также позволяет повысить теплоту сгорания до 29,6 МДж/л.Совместное использование в максимальной концентрации ММА (1,3 % мас.)и толуола позволило значительно повысить низшую объёмную теплотусгорания топлива – до 30,0 МДж/л, что на 7 % ниже теплоты сгоранияавтомобильного бензина АИ-95-К5 по ГОСТ 32513.Установлена также возможность вовлечения в состав Е30 фракции 150225 оС гидрокрекинга в концентрации до 10 % мас. без ухудшения физикохимических и эксплуатационных характеристик топлива. На практике этоможет позволить увеличить глубину отбора базового компонента приотсутствии на НПЗ выпуска реактивного топлива.В результате исследований влияния СМ и ЭАФ на характеристикибиоэтанольного топлива Е30 было отмечено, что их добавление негативносказывается на его антидетонационных характеристиках.
Однако подбороптимального состава базовой углеводородной фракции и доли биоэтанолапозволяет вовлекать СМ и ЭАФ в балансовых соотношениях, не снижаякачества топлива Е30.14Исследовано влияние содержания воды на изменение фазовойстабильности топлива Е30. В результате исследований установлено, что дляудовлетворения норме ТТ по температуре помутнения не ниже минус 30 °С,критическое содержание воды в топливе Е30 не должно превышать 1,0 % мас.(рисунок 5), что требует использования только абсолютированногобиоэтанола, и не позволяет вовлекать в состав топлива обводнённый спирт поГОСТ 33782 с содержанием воды не более 7,5 % мас.40Рисунок5–ЗависимостьТ, °Стемпературы помутнения образцовII20топлива Е30 от содержания воды (IIIII– 23,0 % мас., II – 30,0 % мас., III –035,0 % мас.
этанола)-20В главе 4 разработаныоптимальные составы и наработанывода, % мас.-60опытные образцы биоэтанольного0,51,01,52,0 топлива Е30: Е30-1, Е30-2, Е30-3,Е30-4, проведены их испытания на соответствие ТТ (таблица 3). Показано, чтовсе образцы удовлетворяют разработанным требованиям, обладаютнеобходимыми антидетонационными характеристиками, низким содержаниемолефиновых и ароматических углеводородов, бензола, серы, и фазовойстабильностью.Для достижения защитных свойств в состав топлив были введеныантикоррозионные присадки различного состава на основе аминопроизводныхв количестве, рекомендованном производителями, для присадки А – 12 мг/л,Б – 350 мг/л. На рисунке 6 приведены фотографии стальных стержней дляобразцов Е30-3 по Е30-4 после испытаний по методу ВНИИ НП по СТО11605031-006 с присадкой и без присадки.-40Рисунок 6 – Внешний видстальныхстержнейпослеиспытания на коррозию привоздействии топлива Е30 (1 –Е30-3 без присадки, 2 – Е30-3 с350 мг/л присадки Б, 3 – Е30-4без присадки, Е30-4 с 12 мг/лприсадки А)123415Таблица 2 – Состав и результаты испытаний опытных образцов топлива Е30Содержание, % мас.№Наименование компонентап/пЕ30-1 Е30-2 Е30-3 Е30-41 Тяжёлый бензин гидрокрекинга43,0 45,02 Лёгкий бензин гидрокрекинга12,0 13,03 Нафта гидрокрекинга65,051,34 Риформат15,05 Толуол10,0 18,06 Фракция 150-225 оС гидрокрекинга5,07 Биоэтанол35,0 30,0 32,0 21,08 Монометиланилин (ММА)1,39 Сивушные масла0,410 Эфироальдегидная фракция3,011 Присадка А, мг/л3501212 Присадка Б, мг/л12350№ ПоказательНорма Е30-1 Е30-2 Е30-3 Е30-41 ОЧИ95,6 95,2 95,1 95,3≥95,0≥85,085,2 85,1 85,0 85,2 ОЧМ2 Внешний видЧистый и прозрачный3 Плотность при 15 ºС, кг/м3720-775 742,3 759,5 765,0 771,54 Содержание этанола, % об.20,0-40,0 32,8 28,8 29,0 20,45 Содержание метанола, % об.≤0,5Отс.6 Содержание кислорода, % мас.≤15,012,1 11,0 10,47,37 Содержание углеводородов, % об.≤10,01,41,41,51,3 олефиновых≤20,06,513,5 14,3 17,1 ароматических8 Содержание бензола, % об.≤1,00,40,70,60,69 Содержание ММА, % об.≤1,0Отс.10 Содержание серы, мг/кг≤10,07,26,46,65,9311 Концентрация железа, мг/дмОтс.Отс.12 Концентрация марганца, мг/дм3Отс.Отс.313 Концентрация свинца, мг/дмОтс.Отс.14 ДНП, кПа35-100 47,3 42,0 37,3 39,815 Фракционный состав:15,0-52,0 26,5 23,1 23,5 23,0 И70, °С≥75,096,0 95,0 95,5 92,0 И150, °С≤215153,1185,4 156,5 185,2 конец кипения, °С≤2,00,60,90,80,9 остаток в колбе, % об.16 Индукционный период, мин≥360≥36017 Концентрация смол, мг/100см3≤201111 непромытых растворителем≤50100 промытых растворителем18 Концентрация меди, мг/л≤0,070,05 0,04 0,05 0,0319 Концентрация кислот, %≤0,005 0,004 0,003 0,004 0,00220 Концентрация водородных ионов,6,5-9,06,77,17,27,5pHe21 Концентрация неорг.
хлоридов, мг/кг≤1,00,70,60,60,422 Коррозия медной пластинки, классКласс 1Класс 123 Коррозия стального стержня, баллы≤1000024 Температура помутнения, °С≤- 30<-60 <-60 <-60 <-6025 Массовая доля воды, %,не норм. 0,20,10,10,4опр.26 Низшая теплота сгорания, МДж/л28,5 29,1 29,0 30,1обязМетодыиспытанийГОСТ Р 52947ГОСТ Р 52946ВизуальноГОСТ Р 51069ГОСТ Р 53199ГОСТ Р ЕН 13132ГОСТ Р 52714(метод Б)ГОСТ Р 54323ГОСТ Р 53203ГОСТ Р 52530ГОСТ Р 51925ГОСТ Р ЕН 237ГОСТ Р ЕН 13016-1ГОСТ 2177ГОСТ Р 52068ГОСТ 1567ГОСТ Р 54276АСТМ Д 1613ГОСТ Р 54267ГОСТ Р 54277ГОСТ 6321СТО 11605031-006ГОСТ 5066АСТМ Е 1064ГОСТ 2126116Таким образом, показано, что добавление рассматриваемыхантикоррозионных присадок в рекомендуемых концентрациях достаточно дляобеспечения необходимых защитных свойств по отношению к воздействию наметаллы.Образцы Е30-3 и Е30-4 (Е30-I, Е30-II согласно разработаннойтехнической документации) были выбраны для проведения моторностендовых испытаний, а также для оценки воздействия топлива Е30 нарезинотехнические изделия, применяемые в топливных системахсовременных автомобилей.Моторные испытания выполнены на стенде, разработанном в ФГАОУВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)» (г.
Челябинск),представляющимим собой четырёхцилиндровый четырёхтактный бензиновыйдвигатель 4Ч8,2/7,11 (от автомобиля Лада Приора) с впрыском бензина вовпускной коллектор, с измерительной аппаратурой и нагрузочнымустройством. При проведении испытаний в качестве образцов сравненияиспользованы: бензин марки АИ-95-К5 по ГОСТ 32513 с 12 % об. МТБЭ, ибензин АИ-95-Е10, соответствующий европейскому стандарту на бензин ЕН228 для автомобилей Евро-6 с 10 % об.
этанола. Оценивались показателиэффективности, топливной экономичности и токсичности отработавших газовдвигателя (ОГ).На рисунке 7 приведены зависимости изменения часового и удельногоэффективного расхода топлива по нагрузочной характеристике ихарактеристике холостого хода.Установлено (таблица 3), что средний прирост, как часового, так иудельного эффективного расхода для биоэтанольного топлива Е30 непревышает 5 %, что позволяет утверждать о возможности его использования вавтомобилях без увеличения производительности топливной системы.Таблица 3 – Средние изменения показателей экономичности при работе натопливе Е30 в сравнении со стандартными бензинамиПоказательЧасовой расход (Gт), л/ч по нагрузочной характеристике по характеристике холостого ходаУдельный эффективный расход (ge),мл/(кВт∙ч)Удельная низшая теплота сгорания, МДж/лСреднее отклонение, %Е30-3Е30-4ототототАИ-95-К5 АИ-95-Е10 АИ-95-К5 АИ-95-Е10+4,9+3,9+4,7+2,1+0,6+5,7+0,4+3,9+5,0+4,5+0,3-0,1-8,8-7,1-4,1-2,2Двигатели 4Ч8,2/7,1 и аналогичных конструкций установлены более чем на 28 % автомобилей, проданныхв России в период с 2011 по 2015 гг.117511AИ-95-K5AИ-95-E10Е30-3E30-44837625а40,20,30,40,50,60,71800410680AИ-95-K5AИ-95-E10Е30-3E30-4620ge, мл/(кВт*ч)5605002500320039004600АИ-95-К5E30-4400390440380б11100ge,, мл/(кВт∙ч)Gт, л/ч9GТ, л/ч10АИ-95-К5АИ-95-Е10Е30-3E30-4в0,20,30,40,50,60,7Среднее эффективное давление, МПаг3801800220026003000Частота вращения коленчатого вала,минˉ ¹Рисунок 7 – Изменение расхода топлива, а – часового расхода понагрузочной характеристике; б – часового расхода по характеристикехолостого хода; в – удельного эффективного расхода по нагрузочнойхарактеристике; г – удельного эффективного расхода по частичнойскоростной характеристикеБыла также оценена токсичность ОГ (без каталитическогонейтрализатора), которая для бензиновых двигателей определяетсяконцентрациями монооксида углерода (СО), несгоревших углеводородов (СН)и оксидов азота (NOx).На рисунке 8 приведена зависимость изменения концентраций CO, СHи NOx при работе двигателя на испытуемых топливах по нагрузочнойхарактеристике и характеристике холостого хода, а в таблице 4 приведенырассчитанные по экспериментальным данным средние отклоненияпоказателей токсичности отработавших газов для испытуемых образцов Е303 и Е30-4 в сравнении с образцами бензинов АИ-95-К5 и АИ-95-Е10.Полученные данные однозначно свидетельствуют о сниженииконцентрации вредных веществ для биоэтанольного топлива в сравнении сбензинами.
В результате установлено:18 снижение концентрации CO в ОГ, которое при работе двигателя понагрузочной характеристике может достигать 10,1 %, что коррелирует ссодержанием связанного кислорода в топливе; снижение концентрации СH в ОГ, которое при работе двигателя понагрузочной характеристике может достигать 20,7 %, что коррелирует споказателями фракционного состава: температурой 90 % отгона и концомкипения;0,80АИ-95-К5Е30-30,80АИ-95-Е10E30-40,75CO, %CO, %0,750,700,650,700,650,600,20,31600,40,5АИ-95-К5Е30-31400,60,6011000,7АИ-95-К5Е30-3400АИ-95-Е10E30-435018002500АИ-95-К5Е30-3АИ-95-Е10E30-4320039004600АИ-95-Е10E30-4300CH, ppmСН, ppm12010080250200150100600,20,30,40,50,65011000,71800250032003900460060005500АИ-95-К5Е30-3АИ-95-Е10E30-45000АИ-95-К5Е30-3АИ-95-Е10E30-45250NOx, ppmNOx, ppm40005000300020004750100045000,20,30,40,50,60,7Среднее эффективное давление, MПa0110018002500320039004600Частота вращения коленчатого вала, минˉ¹Рисунок 8 – Изменение содержания CO, СH и NOx в ОГ при работедвигателя по нагрузочной характеристике (слева) и на холостом ходу(справа)19 снижение концентрации NOх в ОГ, которое при работе двигателя понагрузочной характеристике может достигать 6,4 %, что коррелирует споказателями расчётной теплоты испарения топлив, от которой зависитмаксимальная температура в цилиндрах двигателя.Таблица 4 – Средние изменения показателей токсичности отработавших газовпри работе на топливе Е30 в сравнении с бензинамиПоказательКонцентрация CO по нагрузочной характеристике по характеристике холостого ходаКонцентрация СН по нагрузочной характеристике по характеристике холостого ходаКонцентрация NOx по нагрузочной характеристике по характеристике холостого ходаПоказательСодержание кислорода в топливе, % мас.Фракционный состав: температура 90% отгона, °С температура конца кипения, °СРасчётная удельная теплота испарениятоплива, кДж/лСреднее изменение, %Е30-3Е30-4ототототАИ-95-К5АИ-95-Е10 АИ-95-К5 АИ-95-Е10-10,1-13,9-6,9-10,7-6,2-9,8-2,8-6,5-20,7-43,0-15,3-31,1-13,5-27,3-7,6-12,0-6,4-31,5+8,8-2,0-2,0-25,1-13,6Среднее изменение, ед.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
