Диссертация (1172993), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В 2018 году было произведено 80 млн тонн топливногобиоэтанола (рисунок 3) [4].1380млн тонн60402002007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017СШАЕС (28)КанадаБразилияКитайОстальные страныРисунок 3 – Мировое производство биоэтанолаПри этом биоэтанол на сегодняшний день намного превышает количествотакого потребляемого октаноповышающего компонента бензинов, как метил-третбутиловый эфир (МТБЭ) (рисунок 4).120млн тонн10080604020020072009МТБЭ2011ЭТБЭ20132015ЭтанолРисунок 4 – Динамика потребления МТБЭ, ЭТБЭ и этанола в периодс 2007 по 2015 гг.
[5]Согласно мировому опыту на данный момент выделяются три направленияиспользования биоэтанола, где первые два варианта предполагают его применениекак компонента стандартного автомобильного бензина, третий – в составеальтернативных топлив со средним и высоким содержанием спирта.141. Применениебиоэтанолавкачествекомпонентастандартныхавтомобильных бензинов. Основной объём потребляемого в мире биоэтанолаиспользуется для производства топлива для автомобилей с бензиновымидвигателями без модификаций. Максимально-допустимое содержание биоэтанолав разных странах варьируется от 5 до 27 %. Максимальную концентрацию спиртав бензине ограничивают требования автопроизводителей прежде всего попричинам его низкой теплотворной способности и повышенной агрессивности поотношению к металлическим деталям, эластомерам и пластикам топливнойсистемы автомобилей [6,7]. В каждой отдельной стране установлены своипредельные концентрации биоэтанола в стандартных бензинах, которыепредставлены в таблице 1.Таблица 1 – Максимальна концентрация биоэтанола в бензине по данным на 2016г.
[8]Страна/РегионАргентинаАвстралияБразилияКанадаКитай (9 провинций)КолумбияКоста-РикаСтраны ЕСИндияИндонезияФилиппиныТайландЯмайкаКенияПарагвайПеруСШАУкраинаРоссияМаксимальная концентрация этанолав стандартном бензине, %5420-275-8,5108-1075-105-10 (20)3-51020101025-27,57,810-1575Как видно из таблицы 1, максимально возможная концентрация спирта вбензинах различается, при том, что существенных отличий в автомобильной15технике представленных стран нет, поэтому такое разделение носит большеформальный характер.Основной объём мирового потребления биоэтанола (около 48 млн т/год)приходится на США – по состоянию на 2017 год биоэтанол там занимает 10,07 %от общего количества используемого автомобильного бензина согласно рисунку 5.10.210.09.89.69.49.29.020102011201220132014201520162017Рисунок 5 – Среднее содержание биоэтанола в бензинах СШАв период 2010-2017 гг.
[4]По данным Ассоциации по возобновляемым видам топлива более 95 %потребляемого бензина в США приходится на Е10 [9]. Однако в США официальноразрешён к производству и применению (для автомобилей не старше 2001 годавыпуска) бензин, содержащий до 15 % об. биоэтанола (Е15), который продаётся натерритории 29 штатов на более чем 1200 автозаправочных станциях (АЗС) [10].Согласно европейской директиве 2009/30/ЕС [11] по качеству топлива иевропейскому стандарту ЕН 228 [12], автомобильный бензин с 2015 года можетсодержать до 10 % об. биоэтанола. Он доступен в таких странах, как Финляндия,Германия, Франция, Бельгия, Голландия и Болгария. Стоит отметить, что вГолландии проводились исследования по использованию топлива HE15,содержащего до 15 % об.
обводнённого биоэтанола (до 4 % об. воды) [13].16В среднем рынок Е10 по состоянию на 2016 г. в странах ЕС составляет 9,5 %,Е5 – 75 %, Е0 – 15,4 % [14], а среднее содержание этанола в топливах по ЕСсоставляет 2,2 % об. (рисунок 6).87654321020072010ЭТБЭ2013МТБЭ20172020пЭтанолРисунок 6 – Среднее содержание оксигенатов в топливе в странах ЕС2007-2020 гг.
(п-прогноз) [15]2. Применение биоэтанола в качестве сырья для синтеза этил-третбутилового эфира (ЭТБЭ). Как и в первом варианте, ЭТБЭ используется дляпроизводства автомобильных бензинов, применяемых в качестве топлива дляавтомобилей с бензиновыми двигателями без модификаций. Производство ЭТБЭнаиболее распространено в странах ЕС, где он конкурирует на рынкевысокооктановых компонентов с МТБЭ. Мощности по ЭТБЭ в странах ЕСсоставляют около 3,5 млн т/год [16], а максимально допустимая концентрациясогласно ЕН 228 – 22 % об.
Преимуществом ЭТБЭ по сравнению с МТБЭ являетсяего несколько более высокая антидетонационная эффективность. Кроме того, какпреимущество ЭТБЭ по сравнению с МТБЭ, особенно для регионов с тёплымклиматом, можно рассматривать его меньшую испаряемость. Основной недостаток– более высокая себестоимость за счёт разницы в стоимости биоэтанола иметанола.ПоэтомудляподдержанияконкурентоспособностиЭТБЭ,с17производителейбензина,использующихданныйкомпонент,взымаетсяпониженный налог.3.
Применение биоэтанола в качестве компонента биоэтанольных топлив свысоким и средним содержанием этилового спирта. Лидерами по производству иприменению биоэтанольных топлив с высоким содержанием этилового спиртаявляются Бразилия (топливо Е100), а также США и некоторые страны ЕС (топливоЕ85). В США из 142 000 существующих АЗС на более 4000 имеются колонки стопливом Е85 [17]. Согласно рисунку 5 распределение АЗС, реализующих топливоЕ85, осуществляется неравномерно по всей стране и носит региональный характер:максимально в тех регионах, где располагаются основные мощности попроизводству биоэтанола или же в городах с напряжённой экологическойобстановкой,гдевведеныболеежёсткиетребованиякэкологическимхарактеристикам топлив (например, штат Калифорния [18]).Общий уровень потребления топлива Е85 в ЕС имеет более скромный размахпо сравнению с США, но также носит региональный характер – только в некоторыхстранах представлены технические спецификации на такой вид спиртовоготоплива, и, соответственно, не везде можно найти АЗС, реализующую топливо Е85(рисунок 7,8).Рисунок 7 – Расположение АЗС с Е85 (слева) и биоэтанольных заводов (справа) вСША18Рисунок 8 – Количество и распределение АЗС, реализующих топливо Е85 внекоторых странах ЕС [19]В ЕС лидером по производству и потреблению биоэтанольного топлива Е85является Швеция.
Это связано с её политикой, нацеленной на полный отказ отимпорта нефти к 2040 году. Потребление биотоплива поощрялось государством ввиде освобождений от «энергетического налога» и снижением налогов на выбросыCO2, что в результате снизило себестоимость топлива E85.Таким образом, основным фактором для потребителя остаётся более низкаястоимость таких топлив по сравнению с обычным бензином (рисунок 9).1.00.9долл. США0.80.70.60.50.40.30.2201320142015Е10201620172018Е85Рисунок 9 – Средняя стоимость за литр топлива Е10 и Е85 в США [20]19Отличительным свойством топлива Е85 является его высокая детонационнаястойкость, которая не зависит от того, какая углеводородная фракция использованадляегопроизводства(прямогонныйнизкооктановыйилитоварныйвысокооктановый бензин) [21].
Октановое число по исследовательскому методудля топлива Е85 обычно более 100 ед., а по моторному от 85 до 93 ед.Однако столь высокая детонационная стойкость биоэтанольного топлива Е85не используется в полной мере ввиду отсутствия соответствующей автомобильнойтехники. Сегодня топливо Е85 применяется в автомобилях с гибкой системойпотреблениятоплива(FFV).Такиетранспортныесредстваспособныфункционировать как на топливе Е85, так и на бензине, не содержащем этанола, соктановым числом по исследовательскому методу (ОЧИ) 92-95 ед.
[22]. Этообеспечивает гибкость в выборе для потребителя, однако приводит к тому, чтооктаноповышающий потенциал биоэтанола в Е85 расходуется впустую, что вопределённой степени объясняет стагнацию в производстве и потреблении данноговида топлива в мире [23].В США – среднеэтанольные топлива (Е20, Е30, Е40) официальноприменяются только для автомобилей FFV, их производство осуществляется всоответствии с АСТМ Д 7794 путём смешения товарного бензина с биоэтаноломили с Е85 непосредственно на АЗС или на нефтебазе [24].В Тайланде также существует программа по внедрению среднеэтанольныхтоплив Е20, Е40 [25] для использования в специализированных автомобилях сгибкой системой потребления топлива.В Бразилии среднеэтанольное топливо с содержанием этилового спирта до27 % об.
является фактически стандартным бензином и используется в автомобиляхбез модификаций [26]. Все автопроизводители в этой стране обеспечиваютвозможность работы выпускаемых автомобилей на среднеэтанольном топливе. Этоотносится и к ввозимым в Бразилию автомобилям. Так, например, из ведущихавтопроизводителейдопускнаприменениесреднеэтанольныхтопливвстандартных (не переоборудованных под этанол) автомобилях выдали Peugeot иMINI [27, 28]. Однако большинство автопроизводителей подобного одобрения20пока не выдают, таким образом, актуальным является проведение работ по оценкевозможности использования среднеэтанольных топлив в автомобилях без ихпереоборудования в двигателе и системе топливораспределения.В ЕC среднеэтанольные топлива пока не внедрены и являются предметомнаучных поисков.
На сегодняшний день ведётся разработка стандарта на топливосодержащего 20-25 % биоэтанола [29]. Также стоит отметить, что практически всеновые автомобили, выпускаемые в ЕC с 2010 года, могут работать насреднеэтанольном топливе [30]. Таким образом, с каждым годом распространениетаких топлив будет увеличиваться.Имеется опыт Украины по производству и применению среднеэтанольныхтоплив. Принятие в 2009 году Закона Украины «Об альтернативных видахтоплива», а также остановка двух крупнейших нефтеперерабатывающих заводов(ОдесскогоиЛисичанскогоНПЗ)определилостремительноеразвитиепроизводства биоэтанола [31]. Многими компаниями был организован выпусксреднеэтанольных топлив и их продаже на АЗС [32-34].
Необходимо отметить, чтоукраинское биоэтанольное топливо Е40 реализуется в качестве альтернативыстандартному бензину для «обычных» бензиновых автомобилей, стоимостькоторых на АЗС на 8-10 % меньше стоимости бензина.Общей тенденцией всех рассмотренных этанольных топлив является тотфакт, что в качестве углеводородной базы для смешения со спиртом используетсятоварный высокооктановый автомобильный бензин, что, в свою очередь,увеличивает стоимость конечного топлива, а также приводит к неэффективномуиспользованию высокой антидетонационной эффективности спирта [35].Такжеможноотметить,чтонасегодняшнийденьпереходксреднеэтанольным топливам с концентрацией спирта 20-40 % (условноназываемые Е30) будет естественным течением развития топливного направления,в котором биоэтанол – главный оксигенат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
