Получение биодобавок для улучшения потребительских свойств дизельного топлива

• Автор: Павлов, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОЛУЧЕНИЯ' БИОДОБАВОК ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

1.1 Обоснование необходимости использования биодобавок к дизельному топливу

1.2 Виды энергетического сырья для получения биодизельного топлива

1.3 Способы получения биодизельного топлива

1.4 Использование вихревых аппаратов

1.5 Выводы. Цель и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БИОДОБАВОК В БИОРЕАКТОРАХ ВИХРЕВОГО СЛОЯ

2.1 Обоснование технологического процесса получения биодобавок

2.2 Исследование закрученных потоков в биореакторах вихревого слоя
2.3 Технологическая схема получения смесевого дизельного топлива..
2.4 Выводы по главе
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Порядок проведения исследований
3.2 Методика изучения особенностей движения капельных жидкостей
и распределения температуры потока в биореакторах вихревого типа
3.3 Методика получения биодобавок в биореакторах вихревого слоя..
3.4 Методика получения дизельного смесевого топлива с улучшенными свойствами
3.10 Методика проведения исследований работы дизеля
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ
АНАЛИЗ
4.1 Исследование закономерностей изменения вязкости и плотности
биодизельного топлива от температуры
4.2 Влияние различных факторов на протекание метанолиза
4.2.1 Влияние мольного соотношения «масло-спирт» на выход и характеристики биодизельного топлива
4.2.2 Влияние концентрации катализатора на выход и характеристики биотоплива
4.2.3 Влияние температуры на выход и характеристики биодизельного топлива
4.2.4 Влияние содержания свободных жирных кислот и воды на выход
и характеристики биодизельного топлива
4.2.5 Влияние коэффициента заполнения аппарата ферромагнитными
частицами на выход биодизельного топлива
4.3 Деструкция и изменение физико-химических свойств сложных эфиров глицерина и высших карбоновых кислот при термическом
воздействии на растительное сырьё
5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕ- 125 ДОВАНИЙ
5.1 Экономическая эффективность применения смесевого топлива
5.2 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Проблемы истощения запасов нефти, необходимых для производства моторных топлив, наряду с глобальным загрязнением окружающей среды, существенная негативная роль в котором принадлежит двигателям внутреннего сгорания, становятся наиболее значимыми для человечества. Ситуация значительно ухудшится вследствие быстрого роста (в 3 раза к 2050 г.) автомобильного и машинотракторного парка, среди которых преобладает техника с дизельными двигателями. Из-за опережающего спроса на моторное топливо будет неизбежно возрастать дефицит нефти, который по оценкам специалистов уже к 2025 г. превысит величину более 2 млн. т в день. При этом цены на топливо для дизельных двигателей, которое является основным энергоресурсом в сельскохозяйственном производстве, растут быстрее, чем его качество, определяемое совокупностью потребительских свойств, в первую очередь эксплуатационных и экологических.
Предлагается гипотеза продления сроков использования нефтепродуктов и улучшения потребительских свойств дизельного топлива за счет введения в него биодобавок, полученных переэтерификацией триацилглицеринов растительных масел спиртом. Разработка энергоэффективного технологического процесса получения биодобавок для улучшения потребительских свойств дизельного топлива является одной из главных задач сельскохозяйственной энергетики, имеющей краеугольное значение для сельскохозяйственного производства.
Степень разработанности темы. Для получения биодобавок разработаны биореакторы, использующие для интенсивного перемешивания исходных веществ следующие способы: механическое перемешивание; различные гидродинамические кавитаторы; роторные импульсно-кавитационные аппараты; аппараты с вихревым слоем ферромагнитных частиц, движущихся под воздействием вращающегося электромагнитного поля. Однако получение биодобавок по вышеуказанным способам имеет ряд недостатков: сложность и высокая стоимость изготовления основных узлов биореакторов; необходимость введения в технологический про-

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БИОДОБАВОК В БИОРЕАКТОРАХ ВИХРЕВОГО СЛОЯ
2 Л Обоснование технологического процесса получения биодобавок Как показано в 1 главе, известные, крайне немногочисленные технологии получения биодобавок, морально устарели, поскольку характеризуются высокой энерго- и материалоемкостью при низкой производительности. Для устранения этих негативных явления требуется найти инновационные технологии, использующие новый тип биореакторов, устраняющий негативные стороны известных аппаратов для получения биотоплива. Основным недостатком существующих биореакторов (см. главу 1) является наличие движущихся металлических поверхностей (мешалки различного типа, роторы или магнитные частицы, хаотически движущиеся под воздействием вращающегося электромагнитного поля). Для поиска принципиально новых конструкций биореакторов нужно выявить основные характеристики самой реакции.
В основе технологического процесса получения биодобавок заложена реакция переэтерификации триацилглицеринов растительных масел метиловым спиртом (метанолиз) в присутствии катализатора (щелочи). ■ Реакция имеет вид
^Нг-О-СО-й (рН2—О Н
-1 СН-О-СО-И - 3 СНз-ОН + 1 СН-ОН + 3 Й-СО-ОСН, = О I I
сн2-о-со-я сн2-он
где Я - обозначение радикалов высших алифатических кислот, из которых состоят триацилглицерины масел.
По сути, на начальной стадии технологического процесса получения биодобавок в биореактор подают растительное масло и спирт, которые являются несмешивающимися и разнородными жидкостями по отношению друг к другу. Такие жидкости образуют при перемешивании эмульсию типа «спирт в масле». Со временем эта эмульсия распадается на исходные жидкости: масло и спирт.