Ефективність використання біодизельного палива в двигунах внутрішнього згорання

1.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра хімії і хімічної технології
ДИПЛОМНА РОБОТА
ВИПУСКНИКА ОСВІТНЬО-КВАЛІФІКАЦІЙНОГО РІВНЯ
«БАКАЛАВР»
Тема: «Ефективність використання біодизельного палива в двигунах
внутрішнього згорання»
КИЇВ 2023
Виконала:
студентка АП-404Б
Пінкевич К.С.
Керівник:
к.х.н., доц.,
Тітова О.С.

2.

Актуальність теми
Пошук альтернативних видів палива можна віднести до глобальних проблемам, пов'язаним з
обмеженістю викопних запасів палива та забезпечення екологічної безпеки. Серйозною перевагою
біопалива є зменшення викидів парникових газів, зниження викидів вуглеводнів, моноксиду вуглецю,
практично відсутність з'єднань сірки, проте при його згорянні збільшуються викиди оксидів азоту в
навколишню атмосферу.
В цілому, загальний обсяг шкідливих викидів при використанні біопалива менше, ніж у разі
нафти, вугілля та газу. Крім цього проблема виробництва та використання біопалив для України. досить
актуальна, так як, економіка України зараз залежить від імпорту вуглеводнів та продуктів їх переробки.
Використання біопалива не вирішить усіх екологічних та економічних проблем, але може бути
використане з метою зменшення негативного впливу енергетичної діяльності на навколишнє середовище
та збереження потенціалу невідновлюваних енергоресурсів для майбутніх поколінь.

3.

Мета дипломної роботи – дослідження та порівняння
експлуатаційних властивостей традиційного дизельного палива та
біодизелю і багатокомпонентного палива на основі нафтового
дизельного палива.
Об’єкт дослідження – екологічні характеристики біодизельного
палива.
Предмет дослідження – порівняльна характеристика
багатокомпонентних біодизельних палив.

4.

Рис.1.1.Зміна потенціалу переходу на дизельне біопаливо при повній
переробці урожаю ріпаку має таку динаміку
4

5.

Рис.1.5. Технологічна схема виготовлення біодизельного
палива
Добавить нижний колонтитул
5

6.

Рис.1.3. Переестерифікація рослинної олії з використанням
метанолу
Добавить нижний колонтитул
Рис.1.4. Переестерифікація рослинної олії з використанням
етанолу
6

7.

SWOT-аналіз
Сильні сторони(Strengths):
Слабкі сторони (Weaknesses):
Висока вартість: виробництво біодизельного палива може бути
витратним процесом, оскільки потрібно вирощувати або збирати
рослинні матеріали для його виготовлення. Це може призводити
до високої вартості біодизельного палива порівняно з
традиційним нафтовим паливом.
Енергетична ефективність: біодизель може мати меншу
енергетичну ефективність порівняно з нафтовим паливом, що
може призвести до меншої відстані, яку можна проїхати на одній
одиниці палива.
Конкуренція з харчовою промисловістю: може призводити до
конкуренції з харчовою промисловістю за використання землі та
інших ресурсів. Це може впливати на ціни харчових продуктів і
Можливості (Opportunities):
призводити до економічних труднощів.
Зростання попиту: з підвищенням свідомості про екологічні
Загрози (Threats):
проблеми та посилення регулювання стосовно викидів
Зміни в законодавстві: зміни в енергетичному або
шкідливих речовин, може зрости попит на біодизельне паливо як
екологічному законодавстві можуть вплинути на підтримку
альтернативу традиційному нафтовому паливу.
та стимулювання використання біодизельного палива.
Дослідження технологій: постійні дослідження і розвиток нових
Конкуренція з інших альтернативних джерел енергії:
технологій можуть призвести до покращення виробництва
розвиток інших альтернативних джерел енергії, таких як
біодизельного палива, зменшення вартості і покращення
електромобілі або водневі технології, може конкурувати з
енергетичної ефективності.
використанням біодизельного палива.
Міжнародні ринки: збільшенням використання біодизельного
Обмежені ресурси: обмеженість доступних ресурсів, таких як
палива можуть відкриватися нові можливості для експорту на
земля для вирощування біомаси, може стати загрозою для
міжнародні ринки, що сприятиме розвитку галузі.
розвитку біодизельної промисловості.
Екологічна сторона: має менший викид шкідливих
речовин та вуглецевого діоксиду порівняно з
традиційним нафтовим паливом.
Стабільність цін: його вартість менш чутлива до
глобальних коливань цін на нафту, оскільки воно
виготовляється з відновлюваних джерел, які можуть
бути більш стабільними у вартісному відношенні.
Підтримка держави: у багатьох країнах біодизель
отримує підтримку від уряду, таку як податкові
пільги, субсидії та інші заходи стимулювання, що
сприяють його використанню та розвитку.

8.

Рис.1.6. В'язкісно температурні характеристики двокомпонентних (а) і
багатокомпонентних (б, в) палив: а) 1 — РМ; 2 — 50% ДП, 50% РМ; 3 — 80% ДП, 20%
РМ; 4 — ДП; б) 1 — ДП; 2 — 90% ДП, 5% РМ, 5% МЕРМ; 3 — 80%ДП, 10% РМ, 10%
МЕРМ; 4 — 60% ДТ, 20% РМ, 20% МЕРМ; 5 — МЕРМ; в) 1 — бензин АІ-80; 2 — 85%
ДТ, 5% РМ,10% АИ-80; 3 — ДП; 4 — 80% ДП, 10% РМ, 10% АІ-80; 5 — 70% ДП, 20%
РМ, 10% АІ-80

9.

Таблиця 1.1.Фізико-хімічні властивості ДП, РМ, бензину АІ-80 та їхніх сумішей
Фізико-хімічні
властивості
Температура
Паливо
ДП
РМ
АІ-80
80%ДП,
85%ДП,
80%ДП,
70%ДП,
застигання, °С
20%РМ
5%РМ,
10%РМ,
20%РМ,
Кількість
10%
10% АІ-80 10% АІ-
повітря,
АІ-80
Щільність за 20 805
913
756
848
807
815
80
необхідна для
823
згоряння 1 кг
2,37
75,0
0,73
9,0
2,127
2,771
-55
-
-
-
-
14,3
12,5
14,8
14,0
14,3
14,2
14,0
77,0
12,0
11,0
85,5
14,5
0,0
85,0
12,5
2,5
86,4
12,8
0,8
85,9
12,7
1,4
84,9
12,6
2,5
0,002
0,05
0,16
0,175
0,165 0,145
0,4
-
3,599
кінематична
Вміст, % за
при 20°С, мм2/с
Коефіцієнт
-20
речовини,кг
°С, кг/м3
В'язкість
-35
27,1
33,2
22,0
-
-
-
-
масою
С
Н
О
поверхневого
87,0
12,6
0,4
натягу при 20 °С,
мН/м
Загальний
Теплота згоряння 42,5
37,3
44,0
41,5
42,4
42,0
41,5
нижча,
Коксівність10 0,2
Цетанове число
45
36
20
-
-
-
-
Температура
250
318
400
-
-
-
-
нения, °С
вміст сірки,
% за масою
мДж/кг
самозаймання
0,20
-
-
-
%залишку, %
за масою
Температура
помутніння,
°С
-25
-9
-
-
-
-
-

10.

Таблиця 1.2. Екологічні показники сумішевого біопалива з МЕРМ
Склад палива
Показники
ДП
90%ДП,
5%РМ,
5%МЕМ
80% ДП,
10% РМ,
10% МЕРМ
60% ДП,
20% РМ,
20% МЕРМ
Димність ОГ на режимі максимальної
потужності, % за шкалою Хартріджа
16
10
11
9
Димність ОГ на режимі максимального
крутного моменту, % за шкалою Хартріджа
23
11
12,5
9,5
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого
циклу питомий викид оксидів азоту,
г/(кВт∙год)
6,86
6,88
6,66
7,18
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого
циклу питомий викид монооксиду вуглецю,
г/(кВт∙год)
2,66
2,45
2,50
2,67
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого
циклу питомий викид вуглеводнів, г/(кВт∙год)
0,719
0,687
0,677
0,690

11.

Таблиця 1.3. Екологічні показники сумішевого біопалива з АІ-80
Показники
Склад палива
ДП
85% ДП,
5% РМ,
10% АІ-80
70% ДТ,
20% РМ,
10% АІ-80
Питома ефективна витрата
246,8
палива на режимі максимальної
потужності за частоти обертання
n = 2400 хв-1, gе, г/(кВт⋅год)
249,2
254,6
Питома ефективна витрата
палива на режимі
максимального
крутного моменту за частоти
обертання n = 1600 хв-1, gе,
г/(кВт⋅год)
222,6
225,5
Ефективний ККД дизеля на
режимі максимальної
потужності, ηе
0,343
Ефективний ККД дизеля на
режимі максимального крутного
моменту, ηе
0,381
0,341
0,377
228,4
0,341
0,380
Димність ОГ на режимі максимального
крутного моменту, Kx,% за шкалою
Хартріджа
Інтегральна на режимах 13-ступінчастого
циклу ефективна витрата палива, gе ум.,
г/(кВт⋅год)
20,0
17,0
243,24 245,53
14,5
249,95
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого 0,348
циклу ефективний ККД, ηе ум.
0,346
0,347
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого 6,630
циклу питомий викид оксидів азоту, eNOx,
г/(кВт⋅год)
6,451
6,154
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого 2,210
циклу питомий викид монооксиду
вуглецю, еCO, г/(кВт⋅год)
2,123
2,313
Інтегральний на режимах 13-ступінчастого 0,580
циклу питомий викид вуглеводнів, еCHx,
г/(кВт⋅год)
0,663
0,722
Димність ОГ на режимі максимальної
потужності, Kx, % за шкалою
Хартриджа
14,0
12,5
14,5

12.

Аналіз літературних даних щодо використання, економічності та екологічності біопалива показав, що на
сьогоднішній день одним із найпопулярніших альтернативних видів палив є біопалива, які здатні боротися зі
зміною клімату шляхом зменшення викидів вуглекислого газу та зменшення залежності від нафтових ресурсів.
Застосування біодизельного палива дозволяє забезпечити зниження викидів шкідливих речовин з
відпрацьованими газами. Для дизельних двигунів з вихровою камерою (передкамерою) і безпосереднім
впорскуванням зниження викидів відповідно становить: СО2 12 до 10 %, СnНm з 35 до 10 %,тверді частинки з
36 до 24 %, сажа зростає з 50 до 52 %.Одним із видів біодизеля є суміш традиційного дизельного палива з
біопаливом або його похідними. За зменшення вмісту сірки оптимальною є суміш, що містить 80%
традиційного пального та 20% ефіру соєвої олії. Одним із недоліків біопалива і найбільш часто застосовуваного
ріпакової олії є значне збільшення в'язкості. В'язкісно-температурні характеристики показують, що за
нормальної температури (t = 20 °C) в'язкість РМ і МЕРМ на порядок вища, ніж у нафтового ДП. (В'язкості
відповідно дорівнюють νт = 2,37; 8,0 і 75,0 мм2/с). Ефективним вирішенням цієї проблеми є ведення до
біопалива розчинників АІ-80 або АІ-80 або МЕРМ. Досліджено багатокомпонентні сумішеві біопалива таких
складів: суміш 85% ДП, 5% РМ і 10% бензину АІ-80, суміш 80% ДП, 10% РМ і 10% бензину АІ-80 та суміш
70% ДП, 20% РМ і 10% бензину АІ-80. РМ і 10% бензину АІ-80. Досліджуваний бензин АІ-80 за 20 °С мав
густину ρт = 756 кг/м3 і в'язкість νт = 0,73 мм2/с, що істотно менше за густину і в'язкість досліджуваних ДП і
РМ .
Добавить нижний колонтитул
12

13.

Тому розведення сумішей ДП і РМ бензином АІ-80 дало змогу помітно знизити підвищені
густину і в'язкість вихідних сумішей. Отримані багатокомпонентні біопалива з добавкою бензину при 20
°С мали густину від 807 до 823 кг/м3 і в'язкість від 2,127 до 3,599 мм2/с, що цілком укладається в
допустимий діапазон зміни густини і в'язкості штатного дизельного палива.
З екологічної точки зору під час переведення дизеля Д-245.12С із ДП на суміші ДП, РМ і МЕРМ
димність ОГ знизилася приблизно в два рази (на 50-60%), а при переході на суміші ДП, РМ і АІ-80 – на
10-30%.
Під час роботи дизеля на сумішах ДП, РМ і МЕРМ відзначено тенденцію зниження об'ємного
вмісту в ОГ незгорілих вуглеводнів ССНх за незначної зміни об'ємних концентрацій оксидів азоту СNOx
і монооксиду вуглецю СCO. Під час роботи дизеля на сумішах ДП, РМ і АІ-80 відзначено тенденцію
зниження об'ємного вмісту в ОГ оксидів азоту СNOx за умови незначної зміни об'ємної концентрації
монооксиду вуглецю СCO і зростання об'ємної концентрації у відпрацьованих газах незгорілих
вуглеводнів ССНх.
Аналіз досліджень показав можливість отримання багатокомпонентних біопалив із заданими
фізико-хімічними властивостями шляхом додавання до суміші ДП і РМ невеликої кількості МЕРМ або
бензину АІ-80, що призводить до поліпшення екологічних показників без помітної зміни ефективного
ККД дизеля.

14.

Дякую за увагу!