Диссертация (1172993), страница 2
Текст из файла (страница 2)
на изменение детонационной стойкости низкооктановыхуглеводородныхфракцийинизкооктановыхсмесейиндивидуальныхуглеводородов различных групп, входящих в состав бензина, и установлено, чтоантидетонационная эффективность этанола в низкооктановых фракциях возрастаетв ряду:олефины < нафтены < ароматика < парафины < изопарафины поисследовательскому методу и достигает максимума в концентрации 10-30 % мас.;− впервые получены результаты системных исследований влияния этанолаво всём диапазоне концентраций на изменение давления насыщенных паров (ДНП)индивидуальных углеводородов различных групп, входящих в состав бензина, на7основе которых разработана эмпирическая модель расчёта ДНП среднеэтанольныхтоплив по результатам хроматографического анализа углеводородного состава;− получены результаты моторно-стендовых испытаний эксплуатационных иэкологических характеристик биоэтанольного топлива Е30 на основе бензинагидрокрекинга в сравнении с автомобильными бензинами АИ-95-К5 по ГОСТ32513 и АИ-95-Е10 (10 % об.
этанола) по европейскому 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 особенностями горения паруглеводород-этанол, с образованием промежуточных соединений, подавляющихрадикальный механизм окисления и вносящих дополнительный вклад в повышениеоктанового числа.− 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.Практическая значимость работы:− разработаны технические требования к качеству и технологическийрегламент получения опытных образцов биоэтанольного топлива Е30, предложенасхема организации производства данного вида топлива;− разработана эмпирическая модель расчёта ДНП среднеэтанольных топливпо результатам хроматографического анализа углеводородного состава;− установлена возможность применения разработанного биоэтанольноготоплива Е30 с улучшенными экологическими свойствами на автомобильнойтехнике на основании проведённых моторно-стендовых испытаний и испытаний повоздействию на резины;8− рассчитаны лимитная и фактическая стоимости биоэтанольного топливаЕ30 с учётом его теплотворной способности и реального расхода при работе наавтомобильной технике по сравнению с бензином АИ-95-К5.Методологияиметодыисследованияосновывалисьнаанализеотечественной и зарубежной научно-технической литературы, посвящённойэтанольным топливам и мировым стандартам ведущих государств-производителейавтомобильных бензинов, позволяющих вовлекать повышенное содержаниеоксигенатов.Изучение физико-химических и эксплуатационных свойств разработанногобиоэтанольного топлива Е30 осуществлялось стандартными методами испытаний(ГОСТ, АСТМ Д, СТО и пр.), приведёнными в технических требованиях, на базелабораторий АО «ВНИИ НП».
Моторно-стендовые испытания топлив былипроведены на базе лаборатории кафедры ДВС и ЭСА ФГАОУ ВО «ЮУрГУ(НИУ)».ИсследованиярезинотехническимисовместимостиизделиямибиоэтанольноготопливапроведеныпроизводственныхбыливЕ30слабораториях совместно с ПАО «Балаковорезинотехника».Положения, выносимые на защиту:1. Зависимость влияния этанола при концентрации 5-85 % мас. на изменениедетонационной стойкости низкооктановых углеводородных фракций (бензинагидрокрекингаипрямогонногобензина)инизкооктановыхсмесейиндивидуальных углеводородов различных групп, входящих в состав бензина.2. Зависимость влияния этанола во всём диапазоне концентраций наизменениедавлениянасыщенныхпаровиндивидуальныхуглеводородовразличных 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.
Результатымоторно-стендовыхиспытанийэксплуатационныхиэкологических характеристик и испытаний по воздействию на резины опытныхобразцов биоэтанольного топлива Е30 в сравнении с автомобильным бензином9марки АИ-95-К5 по ГОСТ 32513 и АИ-95-Е10 (10 % об. этанола) по европейскомустандарту ЕН 228.Степень достоверности результатов подтверждена систематическимхарактером исследования, необходимым объёмом результатов экспериментов,полученных в лабораторных условиях с применением современного оборудованияи с использованием аттестованных методик, а также высокой сходимостьюрезультатов исследований.Апробациярезультатовисследований.Результатыисследованийпредставлены на V Российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии»(г. Звенигород, 18-21 октября 2016 г.), на IX Международном промышленноэкономическом форуме «Стратегия объединения: Решение актуальных задачнефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе» (г.
Москва,24-25 ноября 2016 г.), на 71-ой Молодёжной конференции «Нефть и Газ–2017» (г.Москва, 18-20 апреля 2017 г.), на Конгрессе и выставке: «Биомасса: Топливо иэнергия (г. Москва, 18-20 апреля 2017 г.), на XIV Международной конференциивыставке «Современная АЗС и нефтебаза: рынок нефтепродуктов России (г.Москва, 20-21 апреля 2017 г.), на конференции АО «ВНИИ НП» Молодых учёных(г. Москва, 24-25 мая 2018 г.), на XII Международной конференции молодыхучёных по нефтехимии (г. Звенигород, 17-21 сентября 2018 г.).Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 6 статей в научныхизданиях, включенных в перечень Высшей Аттестационной Комиссии (ВАК)Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, получено двапатента на изобретение: № 2605952 «Альтернативное автомобильное топливо испособ его получения», № 2641108 «Альтернативное топливо для автомобилей», атакже 4 тезиса докладов в сборниках научных конференций.Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения,пяти глав, заключения, списка сокращений, списка использованной литературы из160 наименований, 3 приложений. Общий объём диссертационной работывключает 151 страницу машинописного текста, в том числе 53 рисунка и 34таблицы.10Автор выражает глубокую благодарность за всестороннюю поддержку,ценные рекомендации и советы при выполнении работы научному руководителю,начальнику отдела топлив АО «ВНИИ НП», Ершову М.А., коллективу лаборатории бензинов и сотрудникам отделов АО «ВНИИ НП»: Хабибуллину И.Ф., Климову Н.А., Потанину Д.А., Александровой Е.В., Климовой Т.А., Горячевой А.А.,Клоковой И.В., Романовой Г.Н за помощь в проведении испытаний и интерпретации полученных результатов, а также коллективу кафедры ДВС и ЭСА ФГАОУВО «ЮУрГУ (НИУ)», начальнику лаборатории резин ИЦ ПАО «Балаковорезинотехника» Жигайло И.Г.11ГЛАВА 1.
БИОЭТАНОЛ И БИОЭТАНОЛЬНЫЕ ТОПЛИВА1.1Мировой опыт производства и применения биоэтанола в качествекомпонента топливЭкология ужесточает требования ко всем отраслям экономики. Втранспортном секторе основная задача заключается в радикальном снижениивыбросов СО2. Государства-лидеры по числу автомобилей – США, Китай, страныЕС ежегодно ужесточают нормы по удельным выбросам СО 2 для всех видовавтомобильной техники. Например, в США с 2017 по 2025 год норма снижается сСО2 г/км, по циклу NEDC192 до 97 г СО2/км (рисунок 1).США190КанадаЕС170ЯпонияКитай150Южная Корея130Индия11090200520092013201720212025Рисунок 1 – Прогноз изменения стандартов на выбросы СО2 для легковыхавтомобилей (согласно европейскому ездовому циклу NEDC) [1,2]Столь существенное повышение экологических требований вызываетнеобходимость кардинального изменения структуры автомобильного парка.Длятехникисдвигателямивнутреннегосгораниясискровымвоспламенением (бензиновые) первоочередной задачей является полный отказ оттрадиционных атмосферных двигателей, взамен которых в ближайшее времяначнут поступать в обращение двигатели с меньшим рабочим объёмом итехнологиями турбонаддува (даунсайзинг), отключением цилиндров, гибридныедвигатели (рисунок 2).
Указанные технологии позволяют существенно сократитьудельный расход бензина и тем самым снизить выбросы СО2.12100Доля рынка, %Топливные ячейки/СПГ80Гибрид60ДизельЦикл Аткинсона40Турбонаддув20Дезактивация цилиндров0Атмосферный двигатель2015201820212024Рисунок 2 – Прогноз изменения структуры продаж новых легковых автомобилей вСША по типу двигателя [3]Технология турбонаддува, на которую в первую очередь делают ставкупроизводители автомобилей, способствует снижению удельного расхода топлива ивыбросов СО2, но предъявляет повышенные требования к детонационнойстойкости топлива.
При использовании турбонаддува в цилиндры подаётся сжатыйвоздух и максимальное давление в них увеличивается, что создает благоприятныеусловия для возникновения детонации.Требуемая высокая детонационная стойкость в процессе производствабензина достигается благодаря вовлечению в состав топлива высокооктановыхуглеводородных компонентов (бензины процессов каталитического риформинга,крекинга, изомеризации и алкилирования), а также неуглеводородных добавок,средикоторыхнаибольшеераспространениеполучилиразличныекислородсодержащие соединения – оксигенаты, в том числе получаемые израстительных возобновляемых источников (биомассы).На сегодняшний день наиболее распространённым во всём мире оксигенатомявляется биоэтанол (этиловый спирт, произведенный путём переработки пищевогорастительного сырья).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
