CC BY
44ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ (TECHNICAL SCIENCE)
УДК 1
Абдурахманов Д.Р.
Магистрант второго курса специальности наземные транспортные системы Джизакский политехнический институт (г. Джизак, Узбекистан)
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗА В КАЧЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА
Аннотация: в статье приводится обоснование использования биогаза в автомобилях с ДВС. Приводятся обоснование эффективности использования. Приводится методика очистки биогаза от вредных примесей. Приводится расчет ожидаемого эффекта при переводе автомобиля на биогаз.
Ключевые слова: биогаз, метан, двигатель внутреннего сгорания, химические примеси, абсорбер
Одной из основных задач при эксплуатации автотранспорта является разработка
мероприятий по защите окружающей среды от токсичных компонентов выхлопных
газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). От ДВС на жидких топливах
агрессивных выбросов получается намного больше, чем от газовых ДВС. Таким
образом, использование газового топлива в ДВС является весьма актуальной задачей.
Биогаз один из наиболее экологически чистых топлив для транспортных средств,
поскольку производит минимальный объем выбросов по двуокиси углерода и твердым
частицам. Газовый двигатель работает тише, уменьшаются вибрации, что способствует
улучшению условий труда водителей. [1]
Эффективность биогаза как моторного топлива зависит от содержания метана и
отсутствия таких вредных примесей как: сероводород, аммиак, углекислый газ и влаги.
Их наличие способствует образованию коррозии металла, засорению и быстрому
износу деталей и узлов агрегата. Именно по этой причине, до начала применения в ДВС,
биогаз следует подвергнуть тщательной очистке.
ÖÖ
Для использования биогаза в ДВС следует вначале очистить его от вредных примесей. Во вторых - следует довести содержание метана в биогазе до 80% и выше.
Наиболее простым и экономичным способом очистки биогаза является сухая очистка в специальном фильтре. В качестве адсорбера в котором применяется природный цеолит. [8, 9, 10]
Минимальная стоимость материалов, простота эксплуатации фильтра и регенерация адсорбера делают этот метод надежным средством защиты газгольдера, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания от коррозии, вызванной продолжительным воздействием вредных примесей, содержащихся в биогазе. [2]
Для анализа сорбционных свойств образец цеолита был измельчен и отсортирован на фракции.
Рисунок 1. - Модернизированный фильтр: 1 - корпус фильтра; 2 -природный цеолит; 3 — нижняя сетчатая перегородка; 4 - верхняя сетчатая перегородка; 5 - штуцер для подвода газа; 6 - штуцер для отвода газа.
Постоянный рост цен на газ, а также полное его отсутствие во многих сельских местностях также подталкивают к развитию биогазовой индустрии.
Таким образом, перечисленные выше особенности биогаза позволяют сделать вывод о необходимости перевода парка техники Республики на биогаз.
Расчеты среднего объема вредных выбросов автотранспорта в атмосферу при работе на нефтяном топливе относительно СО показывают, исходя из парка сельскохозяйственной техники с бензиновыми ДВС Узбекистана, числа рабочих дней в году Драб.дней г - 305 [4] и среднесуточного пробега автомобилей, Ьсс [3] 15857.938 кг/год.
Акцент ставится на автомобили «Ьш1», которые составляют 40 % парка техники пасажироперевозки с ДВС Узбекистана. При их переводе на биогазовое топливо теоретический объем вредных выбросов СО, снизится на 5 969. 386 т/год.
Таблица 1. Ожидаемый эффект при переводе на биогаз
Расчетные параметры При работе на нефтяном топливе При переводе 40% парка на биогаз
Количество автопарка, шт. 10 439 6257
Среднегодовой пробег, км/год. 487 936 560 304 263 120
Выбросы в атмосферу при работе на нефтяном топливе относительно СО, т/ год 15 857.938 9888.551
Биогаз содержит следующие компоненты: метан — СН4, водород — Н2, кислород — О2, оксид углерода — СО, сероводород — Н^ и др. [3]
Отсутствие химических связей между горючими компонентами в биогазовом топливе позволяет рассчитывать теплоту сгорания газового топлива по принципу аддитивности. Низшую теплотворную способность при нормальных условиях (273.16 К и 101 кПа) можно определить с помощью эмпирической формулы Д.И. Менделеева
[4]
Подставляя объемные доли компонентов биогаза, получаем низшую теплоту сгорания до очистки:
ОЙ = 21.18 МДж м3
где (Зн" низшая теплота сгорания до очистки биогаза: Относительная плотность смеси биогаза вычисляется по формуле [4]:
где рсмоси- плотность смеси биогаза; Pi - плотность / - го компонента смеси; <Pi - доля i-ro компонента смеси.
Поскольку биогаз получается из органических отходов, то его химический состав сильно отличается. Для сравнения теплотворной способности природного газа с разными видами горючих газов введено Число Воббе (Wobbe index). Природный газ с различным химическим составом и того же значения числа дает такое же количество тепла при сгорании в определенных условиях. Определим число Воббе, характеризующее постоянство теплового потока, получаемого при сжигании биогаза
разных содержаний метана:
Таблица 3. Расчетные характеристики биогаза
Концентрация метана и примесей при соотношениях, % Низшая теплота сгорания, МДж/м3 Плотность смеси биогаза, кг/м3 Число Воббе, МДж/м3
50:50 21.18 1.237 21.06
60:40 21.56 0.916 21.45
70:30 25.13 0.855 26.73
80:20 28.69 0.79 32.60
90:10 32.26 0.72 39.83
Таким образом, из расчета видно, что после очистки биофильтром до содержания метана 80 и более % низшая теплота сгорания увеличивается на 11.077 МДж/м3.
По требованиям, предъявляемым к природным газам (ГОСТ 554287) установлено номинальное значение числа Воббе с отклонением от него не более ±5%, чтобы учесть неоднородность и непостоянство состава природных газов 3940052000 МДж/м3.
Расчетные характеристики очищенного биогаза до содержания метана 80 и более % соответствуют требованиям, предъявляемым к природным газам. Следовательно,
после очистки биогаза природным цеолитом можно использовать его, как моторное топливо.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Терентьев Г.А. и др. «Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов» Изд. Химия, Москва, 1989
Баадер В. Биогаз: теория и практика. - М: Колос, 1982 - 148 с.
Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учебное пособие. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. - 69с. Интернет-ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Биогаз.
