Диссертация (1172993), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Применение побочныхпродуктов и/или обводнённого биоэтанола позволит расширить рынок сбыта,снизить производственные затраты завода и повысить выручку при постоянныхзатратах с увеличением выхода топлива.В процессе выделения и очистки спирта образуются побочные продукты,такие как: барда, лютерная вода, эфироальдегидная фракция, сивушные масла.Выход сивушного масла из спирта-сырца находится в пределах 0,2-0,4 %.Сивушные масла представляют собой смесь высших спиртов, таких какамиловый,изоамиловый,бутиловый,изобутиловый,пропиловый,изопропиловый; этилового спирта, воды и сложных эфиров в незначительныхколичествах.В основном состав сивушного масла и его выход зависят от вида сырья,технологии его переработки и физиологического состояния дрожжей.
В таблице26 приведены данные о составе сивушного масла по данным различных авторов[154].Как видно из таблицы 26 состав сивушного масла, получаемого даже изсырья одного и того же вида, сильно отличается по процентному содержаниюразличных компонентов. Однако качественный состав сивушного масла (т.е.номенклатура компонентов) остается почти неизменным.Эфироальдегидная фракция, содержащаяся в спирте-сырце, являетсяпобочным продуктом основного производства спирта и представляет собойспиртовой раствор головных примесей крепостью 94-95 % [155], куда входятвода, этиловый спирт, эфиры и альдегиды. Состав ЭАФ также разнообразен итакже зависит от вида сырья, типа брагоректификационных аппаратов и методаеё отбора, выход её составляет от 1,5 до 4,5 % к количеству спирта,подвергнутого ректификации. В ЭАФ, получаемой при ректификации спирта,выработанного из зерна и картофеля, определяющей примесью являетсяметиловый спирт.96Таблица 26 – Состав сивушного масла в зависимости от типа производственного сырьяИсходное сырьёКомпоненты, % мас.1.
Изоамилол2. Н-амилол3. Изобутанол4. Н-бутанол5. Изопропанол6. Н-пропанол7. Гексанол и другие высшиеспирты8. Свободные жирныекислоты9. Эфиры10. Альдегиды, в том числефурфурол11. Терпены12. Ацетали13. НеидентифицированныесоединенияКартофельЯчменьКукурузаРожьМелассаСвекла68,760,0024,350,000,006,8534,400,0030,404,4018,703,7052,600,504,200,006,505,2047,500,005,605,900,0035,4047,700,005,605,900,0035,7061,800,0017,508,400,004,2064,30 79,850,00 0,0017,60 15,768,40 0,000,00 0,004,00 3,6982,600,0016,300,000,000,4016,600,000,802,9014,201,5059,800,0014,407,200,0015,1067,708,106,106,104,000,0063,100,0014,157,000,0015,300,00Следы0,100,900,901,401,300,13Следы0,600,30Следы0,350,010,250,000,200,160,500,020,120,000,300,310,000,01Следы0,00Следы0,020,000,000,000,360,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,030,000,000,000,000,800,000,000,000,000,000,000,007,6730,903,903,906,304,100,000,000,002,905,000,00Следы0,300,400,30Следы0,112,703,303,000,11Следы97Ввиду отсутствия образца сивушного масла, исходя из приведенных вышекомпонентов СМ, был смоделирован состав в следующем соотношениикомпонентов (таблица 27):Таблица 27 – Модельный состав сивушных маселНаименование компонентаИзоамиловый спиртИзобутиловый спиртН-пропиловый спиртСодержание, % мас.80,015,05,0Для того чтобы оценить влияние побочных продуктов производствабиоэтанола (сивушных масел и эфироальдегидной фракции) на физико-химическиеи эксплуатационные характеристики биоэтанольного топлива Е30, они вводилисьв топлива в концентрации, соответствующей их усредненному выходу в расчете наабсолютированный спирт – 0,4 и 3,0 % мас.
соответственно.Отмечено, что в целом добавление побочных продуктов производствабиоэтанола в виде сивушных масел и эфироальдегидной фракции негативносказывается на антидетонационных характеристиках топлив. Однако подбороптимального комплексного состава углеводородной фракции и концентрациибиоэтанола позволяет вовлекать СМ и ЭАФ в балансовых соотношениях, не снижаякачества топлив Е30.Снижениюиздержекпроизводства,атакжеконечнойстоимостибиоэтанольного топлива может способствовать и применение обводнённогобиоэтанола, где отсутствует стадия абсолютизации спирта.Исследовано влияние содержания воды на изменение фазовой стабильноститоплива Е30.
В результате установлено, что для удовлетворения норме ТТ потемпературе помутнения не выше минус 30 °С, содержание воды в биоэтанольномтопливе Е30 не должно превышать 1,0 % мас. (рисунок 46), что требуетиспользования только абсолютированного этанола, и не позволяет вовлекать всостав топлива обводнённый этанол по ГОСТ 33782 [156] с содержанием воды неболее 7,5 % мас.Т, °С98403020100-10-20-30-40-50-60IIIIIIвода, % мас.0.51.01.52.0Рисунок 46 – Зависимость температуры помутнения образцов топлива Е30 отсодержания воды (I – 23,0 % мас., II – 30,0 % мас., III – 35,0 % мас. этанола)Таким образом, исходя из проведённых исследований были разработанычетыре оптимальных состава опытных образцов биоэтанольного топлива Е30: Е301, Е30-2, Е30-3, Е30-4 (таблица 28):Таблица 28 – Состав оптимальных композиций биоэтанольного топлива Е30№п/пНаименование компонентаТяжёлый бензин гидрокрекингаЛегкий бензин гидрокрекингаНафта гидрокрекингаБензин каталитического риформингаТолуолФракция 150-225 оС гидрокрекингаденатурирован7 Абсолютированныйный топливный биоэтанол8 Монометиланилин9 Сивушные масла10 Эфироальдегидная фракцияИТОГО (без присадок)ПрисадкаА,мг/л12 Присадка Б, мг/л123456Содержание компонента в образце, % мас.Е30-1Е30-2Е30-3Е30-443,045,012,013,065,051,315,010,018,05,035,030,032,021,0100,012100,0350-100,03501,30,43,0100,012-99Как видно из таблицы 28, для достижения защитных свойств в состав топливбыли введены антикоррозионные присадки различного состава на основеаминопроизводных в количестве, рекомендованном производителями, дляприсадки А – 12 мг/л, Б – 350 мг/л.
На рисунке 47 приведены фотографии стальныхстержней для образцов Е30-3 по Е30-4 после испытаний по методу ВНИИ НП поСТО 11605031-006 с присадкой и без присадки.Врезультатепроведённыхиспытанийпоказано,чтодобавлениерассматриваемых антикоррозионных присадок в рекомендуемых концентрацияхдостаточно для обеспечения необходимых защитных свойств по отношению квоздействию на металлы.Е30-3 безприсадкиЕ30-3350 мг/лприсадки БЕ30-4 безприсадкиЕ30-412 мг/лприсадки АРисунок 47 – Внешний вид стальных стержней после испытания накоррозию при воздействии топлив Е30-3 и Е30-4 с присадками и безОбразцы Е30-3 и Е30-4 (Е30-I, Е30-II согласно разработанной техническойдокументации) были выбраны для проведения моторно-стендовых испытаний, атакже для оценки воздействия топлива Е30 на резинотехнические изделия,применяемые в топливных системах современных автомобилей.
Акты наработкиприведены в Приложении Б, технологический регламент получения опытныхобразцов (титульный лист) – в Приложении В.ОбразецЕ30-4представляетсобойкомпозициюсминимальнымсодержанием биоэтанола с побочными продуктами его производства – сивушными100маслами и эфироальдегидной фракцией, нафтой гидрокрекинга (без её разделения),и монометиланилином, который был вовлечен в данную композицию с цельюсравнения его влияния на оксиды азота в выхлопе по сравнению с автомобильнымибензинами при проведении моторно-стендовых испытаний.Образец Е30-3 представляет собой простую композицию, состоящую избалансового соотношения тяжёлого и лёгкого бензинов гидрокрекинга, толуола, иминимально возможного при данном составе содержании этанола.Выводы по главе 31.
Разработаны технические требования к качеству и технологическийрегламент получения опытных образцов биоэтанольного топлива Е30.2. Проведён анализ низкооктановых бензиновых фракций на НПЗ РФ,обоснованвыбортяжёлогобензинагидрокрекингаигидроочищенногопрямогонного бензина в качестве оптимальных дешёвых низкооктановыхуглеводородных фракций для смешения с этанолом.3. Впервые получены результаты исследований влияния этанола приконцентрации 5-85 % мас.
на изменение детонационной стойкости низкооктановыхуглеводородныхфракций(бензинагидрокрекингаигидроочищенногопрямогонного бензина) и низкооктановых смесей индивидуальных углеводородовразличныхгрупп,входящихвсоставбензина,иустановлено,чтоантидетонационная эффективность этанола в низкооктановых фракциях возрастаетв ряду:олефины < нафтены < ароматика < парафины < изопарафины поисследовательскому методу и достигает максимума в концентрации 10-30 % мас.4.
Рассчитаны граничные значения антидетонационной эффективностиэтанола при концентрации 20-40 % мас. в низкооктановых углеводородныхфракциях, выраженные в октановых числах смешения этанола: ОЧИсм = 130-156,ОЧМсм = 108-133.1015. Установлено,чтодобавлениелёгкогобензинагидрокрекингавконцентрации 10-15 % мас.
позволяет получать топлива с необходимымихарактеристиками испаряемости, что в пересчёте на смесь лёгкого и тяжёлогобензинов гидрокрекинга близко к балансовому, что позволяет использовать нафтугидрокрекинга без её разделения.6. Впервые получены результаты системных исследований влияния этанолаво всём диапазоне концентраций на изменение давления насыщенных паровиндивидуальных углеводородов различных групп, входящих в состав бензина, наоснове которых разработана эмпирическая модель расчёта ДНП среднеэтанольныхтоплив по результатам хроматографического анализа углеводородного состава.7.
Показано, что добавление высокооктановых компонентов, таких кактолуол, бензин каталитического риформинга, монометиланилин в оптимальныхконцентрациях, позволяет получать топлива Е30, удовлетворяющие техническимтребованиям, и существенно снизить долю биоэтанола.8. Показано, что добавление побочных продуктов производства биоэтанола –сивушных масел и эфироальдегидной фракции в их балансовом соотношении приоптимальном составе углеводородных компонентов позволяет получать топливаЕ30, удовлетворяющие техническим требованиям.9. Выявлено, что содержание воды в биоэтанольном топливе Е30 не должнопревышать 1,0 % мас., что требует использования только абсолютированногоэтанола.10. Выбраны и наработаны четыре оптимальные композиции биоэтанольноготоплива Е30.102ГЛАВА 4. ИСПЫТАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙБИОЭТАНОЛЬНОГО ТОПЛИВА Е304.1Испытания оптимальных композиций биоэтанольного топлива Е30 насоответствие техническим требованиямДляоценкикачестваоптимальныхсоставовопытныхобразцовбиоэтанольного топлива Е30, они были испытаны по всей номенклатурепоказателей технических требований, результаты испытаний представлены втаблице 29:Таблица 29 – Результаты испытаний оптимальных композиций топлив Е30 насоответствие техническими требованиям№12345ПоказательОЧИОЧМВнешний видПлотность при 15 ºС, кг/м3Содержание этанола, % об.Содержание метанола, % об.Норма≥95,0≥85,0Е30-1 Е30-2 Е30-395,6 95,295,185,2 85,185,0Чистый и прозрачный720-775 742,3 759,5 765,020,0-40,0 32,8 28,829,0≤0,5Отс.6 Содержание кислорода, % мас.≤15,012,111,07 Содержание углеводородов, % об.− олефиновых− ароматических8 Содержание бензола, % об.9 Содержание ММА, % об.10 Содержание серы, мг/кг11 Концентрация железа, мг/дм312 Концентрация марганца, мг/дм313 Концентрация свинца, мг/дм3≤10,0≤20,0≤1,0≤1,0≤10,0Отс.Отс.Отс.1,46,50,41,413,50,714 ДНП, кПа35-10047,315 Фракционный состав:− И70, °С− И150, °С− Конец кипения, °С− Остаток в колбе, % об.16 Индукционный период, минЕ30-4Методы95,3 ГОСТ Р 5294785,2 ГОСТ Р 52946Визуально771,5 ГОСТ Р 5106920,4ГОСТ Р 53199 1)ГОСТ Р ЕН1313210,47,31,514,30,6Отс.6,46,6Отс.Отс.Отс.1,317,10,642,037,339,815,0-52,0 26,5 23,1≥75,096,0 95,0≤215,0 153,1 185,4≤2,00,60,923,595,5156,50,823,092,0 ГОСТ 2177185,20,9≥3607,2≥3605,9ГОСТ Р 52714(метод Б)ГОСТ Р 54323ГОСТ Р 53203ГОСТ Р 52530ГОСТ Р 51925ГОСТ Р ЕН 237ГОСТ Р ЕН13016-1ГОСТ Р 52068103Продолжение таблицы 29№ПоказательНорма Е30-1 Е30-2 Е30-3 Е30-4317 Концентрация смол, мг/100см≤201111− непромытых растворителем≤50100− промытых растворителем18 Концентрация меди, мг/л≤0,070,05 0,040,050,0319 Концентрация кислот, % мас.≤0,005 0,004 0,003 0,004 0,002Концентрация водородных ионов,206,5-9,06,77,17,27,5pHeКонцентрация неорганических21≤1,00,70,60,60,4хлоридов, мг/кг22 Коррозия медной пластинки, класс Класс 1Класс 1Коррозия стального стержня,23≤10000баллы24 Температура помутнения, °С≤- 30<-60 <-60 <-60<-6025 Массовая доля воды, %,0,10,10,4не норм., 0,226 Низшая теплота сгорания, МДж/л опр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
