Про альтернативні палива поршневих двигунів нафтогазової галузі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ

Про альтернативні палива поршневих двигунів нафтогазової галузі

Мельник В.М.

Козак Ф.В.

Гаєва Л.І.

Нафтогазова галузь використовує широку гаму транспортних засобів як спеціального так і загального призначення. Аналіз статистичних даних про споживання різних видів палива галузями транспорту України свідчить, що автомобільний транспорт споживає близько 83 % від загальної кількості моторного палива, залізничний -- 10,5 %, річковий і морський -- 6,5 %. На автомобільному транспорті основним видом палива є бензин та дизельні палива (ДП) [1].

Оскільки Україна власними енергоресурсами забезпечена тільки частково, то актуальною є проблема пошуків альтернативного палива. При виборі альтернативних палив необхідно, щоб вони мали достатні сировинні ресурси, не погіршували експлуатаційні показники автомобілів, не вимагали б корінної зміни їх конструкції, паливної апаратури і умов зберігання палива на автомобілі, були безпечні і не шкідливі при використанні.

Існує два напрямки вирішення даної проблеми, а саме:

- перший - це винайдення нових, більш дешевих палив, які можна ефективно використовувати у двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ);

- другий - це використання сумішей бензинів чи дизельних палив з речовинами, які покращують їх експлуатаційні властивості.

Одним із перспективних видів такого альтернативного палива для двигунів з іскровим запалюванням є етиловий спирт С2Н3ОН [4, 5], який можна отримати із сільськогосподарської сировини чи її відходів (картоплі, цукрового буряка тощо). Проте широкому використанню етилового спирту перешкоджають його висока, порівняно з бензином, вартість виробництва та деякі його особливості як моторного палива.

Незважаючи на це, в ряді країн світу (Бразилії, США та інших) протягом тривалого часу етиловий спирт, як паливо для двигунів, вже використовується в чистому вигляді, або як добавка до бензину в співвідношенні: 10 -- 22 % об. етилового спирту і 90 -- 78 % об. бензину -- “газохол”. Близько 8 млн. автомобілів, які експлуатуються в Бразилії, використовують “газохол”, і близько 1 мли. автомобілів працюють на чистому етиловому спирті.

В Україні теж розпочаті роботи використання етилового спирту як палива для двигунів із іскровим запалюванням. З цією метою Кабінет Міністрів України 4.07. 2000 р. прийняв Постанову № 1044, якою затверджена програма під назвою “Етанол”.

При використанні етилового спирту (або його сполук) на автомобільному транспорті в чистому вигляді виникає ряд труднощів, пов'язаних з:

- погіршенням пуску двигуна, а при від'ємних температурах навколишнього середовища (0°С і нижче) практичною неможливістю пуску через більшу (в 3,24 раза) теплоту пароутворення спирту порівняно з бензином;

- нестабільною роботою двигуна практично на всіх режимах роботи при відсутності спеціального підігрівання спиртоповітряної суміші;

- погіршенням екологічних показників при роботі двигуна без підігрівання суміші;

- підвищеною агресивною дією спиртових сполук на деякі деталі системи живлення двигуна.

Тому використовування етилового спирту чи спиртових сполук замість бензину без зміни систем і вузлів двигуна неможливе [1].

При виготовленні спирту на підприємствах залишається велика кількість відходів - сивушних масел (СМ) - суміші етанолу, пропанолу, ізобутанолу та ізоамілолу та ін.[2].Коротка характеристика СМ приведена в табл. 1.

В Україні досі не розв'язана проблема утилізації СМ. Вони мають октанове число більше 100 од., і тому при змішуванні з бензином у досить малих пропорціях значно підвищується їх октанове число.

Таблиця 1. Коротка характеристика СМ

Нами проводилися дослідження сумішей автомобільного бензину А-80 з різним вмістом СМ.

В результаті проведених досліджень на приладі для визначення октанового і цетанового числа „Октанометр” ПЭ-7300, одержано залежність зміни октанового числа суміші бензину і СМ від відсоткового об'ємного вмісту в ній СМ (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Залежність октанового числа суміші бензину з СМ від вмісту СМ

Важливими властивостями бензину, які впливають на безвідмовну роботу поршневих двигунів є: густина с, в'язкість н, фракційний склад, тиск насичених парів РТНП. При дослідженні сумішей використовуючи ареометр за ГОСТ 3900 та віскозиметр ВПЖ-2 за ГОСТ 33-66, встановлено вплив цих факторів. На рис. 2 наведено характер зміни густини і в'язкості сумішей бензину з СМ.

Рисунок 2. Залежність густини с і в'язкості н палива від вмісту СМ

В'язкість палива - це показник, який впливає на прокачуваність палива каналами паливної системи двигуна. Коефіцієнт кінематичної в'язкості не істотно відрізняється від в'язкості чистого бензину, що негативно не вплине на прокачуваність суміші по системі живлення.

Густина палива впливає на склад робочої суміші , витрату палива та рівень палива у поплавковій камері. Густина автомобільних бензинів коливається в діапазоні від 720 до 785 кг/м3 [3]. Одержана авторами густина сумішей не виходить за межі даного діапазону. Підвищення густини палива призведе до зміни рівня палива у поплавковій камері, що вимагатиме регулювання рівня палива.

Рисунок 3. Залежність РТНП та показника рН палива від вмісту СМ

За показниками тиску насичених парів РТНП, визначених при допомозі бомби Рейда за ГОСТ 1756, які наведені на рис. 3 можна зробити висновки, що до здатності палива утворювати пробки при високих температурах оточуючого повітря, пускових якостей бензину при низьких температурах повітря, можливих втрат палива від випаровування легких фракцій при зберіганні, транспортуванні та заправці. Згідно вимог РТНП для бензинів не повинен перевищувати 600 мм. рт. ст. [6], а незначне його зниження у нашому випадку забезпечить краще його прокачування по системі живлення та зменшить втрати при зберігання транспортуванні і заправці.

Кислотність палива впливає на його корозійну активність, а за дослідами при добавці СМ до бензинів паливо з більш лужного зменшується до показника нейтрального середовища, що буде сприяти зменшенню корозійної активності.

Важливим показником для бензинів є фракційний склад, який впливає на роботу двигуна на всіх режимах. Фракційний склад сумішей визначили на стандартному приладі (апараті Енглера) за ГОСТ 2177. Зміна фракційного складу, яка характеризується температурою перегонки t(°С) та об'ємом перегонки V(мл) суміші бензину і СМ приведена в табл. 2.

Таблиця 2. Фракційний склад сумішей

Температура початку кипіння (tп.к.) бензину впливає не тільки на тиск насичених парів, а і на його фізичну стабільність. Для забезпечення нормальних умов зберігання палива дана температура повинна бути 30єС і більше [6]. Добавка до бензинів СМ дещо збільшують цю температуру (див. Табл. 2), що покращить умови зберігання палива.

Температура 10% викіпання (t10%) характеризує легкість пуску ДВЗ та інтенсивність зношування при пуску. Вона повинна бути для бензинів не більша 75єС [6], як видно з дослідів температура суміші відповідає даним межам.

Температура 50% викіпання (t50%) впливає на прогрівання ДВЗ, його динамічність, інтенсивність розгону автомобіля до певної швидкості після різкого відкриття дросельної заслінки. Вона не повинна перевищувати для бензинів 120єС [6]. Дані умови теж будуть забезпечені, оскільки температура t50% викіпання суміші відповідає цим межам.

Важливе значення мають температури 90% (t90%) і кінця (tк.к.) викіпання, які характеризують склад робочої суміші в циліндрах в кінці такту стиску, повноту згорання палива, легкість переходу з малої частоти обертання колінчастого вала на велику і навпаки, спрацювання ДВЗ, витрату оливи, склад відпрацьованих газів. Для бензинів температура t90% викіпання повинна бути не більша 190єС, а tк.к. не більша 215єС [6]. Як видно з табл.2 і по даним температурам суміш відповідає вимогам.

Отже, добавка до бензинів СМ дає можливість збільшити октанове число бензинів, покращити деякі їх експлуатаційні показники, і вирішити проблему утилізації СМ.

Як показали дослідження, добавка СМ до товарних бензинів дозволяє скоротити на 5-10% потребу у них з одночасним підвищенням їх ОЧ. Тому, виходячи з основних експлуатаційних показників бензинів та СМ можна рекомендувати:

- А-80+5% СМ - ОЧ збільшується до його значення для бензину А-92;

- А-80+8% СМ - ОЧ збільшується до його значення для бензину А-95;

- А-80+10% СМ - ОЧ збільшується до його значення для бензину А-96.

Література

альтернативний паливо транспорт

1. Гутаревич Ю.Ф. та інші Використання бензоспиртових сумішей в двигунах з іскровим запалюванням / Автошляховик України. -- 2002. -- № 2. -- С. 8--10.

2. ГОСТ 17071-91 “Масло сивушное. Технические условия”.

3. Гаєва Л.І., Гордійчук М.В. Використання експлуатаційних матеріалів і економія паливно-енергетичних ресурсів: Навчальний посібник. - Івано-Франківськ: Факел, 2001.- 274 с.

4. Гутаревич Ю.Ф. та інші Етиловий спирт як моторне паливо / Автошляховик України. -- 1999.-- № 1.-- С. 7--10.

5. Льотко В. и др. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания / В. Льотко, В.Н. Луканин, А.С. Хачиян. -- М.: МАДИ (ТУ), 2000. -- 311 с.

6. ДСТУ 4063-2001 „Автомобільний бензин. Технічні умови”. Офіційне видання.

Размещено на Allbest.ru