CC BY
43
УДК 662.75
ПОКАЗАТЕЛИ ИСПАРЯЕМОСТИ КОМПОЗИТНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА
© С.В. Романцова, В.А. Пашииии, М.Ю. Левин
Ключевые слова: биодизельное топливо; композитное органическое топливо; фракционный состав; потери от испарения.
Исследованы показатели испаряемости биодизельного топлива и композитного органического топлива. Установлено, что фракционный состав композитного органического топлива близок к показателям нефтяного дизельного топлива. При этом потери от испарения композитного топлива меньше.
ВВЕДЕНИЕ
Современное моторное топливо должно удовлетворять ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя и требованиям эксплуатации. Одним из важнейших свойств светлых нефтепродуктов является испаряемость, характеризующая скорость и полноту перехода топлива из жидкого в парообразное состояние, условия смесеобразования и состав горючей смеси во впускной системе двигателя, склонность топлива к образованию паровых пробок в топливной системе автомобиля, а также полноту сгорания топлива и степень разжижения моторного масла топливными фракциями. Испаряемость во многом определяет технико-экономические и эксплуатационные характеристики двигателей, а также потери топлива при хранении.
Испаряемость обычно оценивается фракционным составом и давлением насыщенных паров. Испаряемость топлива зависит от строения его молекул и функционально связана с плотностью и средней температурой разгонки топлива.
В последние годы на первый план выдвигаются экологические свойства топлива, повысить которые можно при использовании биодизельных видов топлива. Биодизельное топливо синтезируется из возобновляемого сырья, в его составе отсутствуют ароматические углеводороды, содержание серы ниже, чем требования Евро-5, оно обладает более высоким цетановым числом и температурой вспышки. Все это улучшает экологические, эксплуатационные и противопожарные свойства биодизельного топлива.
Поскольку биодизельное топливо содержит только высококипящие метиловые эфиры высших карбоновых кислот, его фракционный состав не соответствует требованиям ГОСТ [1].
Приблизить этот показатель к нормируемым значениям можно при добавлении к биодизельному топливу низкокипящих предельных сложных эфиров меньшей молекулярной массы. Физико-химические свойства такой смеси будут эквивалентны физико-химическим свойствам нефтяного дизельного топлива. При этом полученное композитное органическое топливо не бу-
дет содержать нефтяных компонентов, а потому не будет наблюдаться ухудшения экологических характеристик. Снижение концентрации непредельных сложных эфиров в композитном топливе увеличит стабильность композитного топлива при хранении.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Биодизельное топливо (МЭРМ) получали по реакции метанолиза триацилглицеринов подсолнечного масла (температура 60° С, катализатор - гидроксид калия, продолжительность реакции 60 мин.). Низкомолекулярные эфиры синтезировали по реакции этерифи-кации из соответствующих карбоновых кислот и спиртов (температура 105° С, катализатор - серная кислота, продолжительность реакции 90.. .100 мин.). Затем полученные эфиры нейтрализовывали, промывали и высушивали.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Из синтезированных эфиров и биодизельного топлива были составлены топливные композиции (табл. 1), для которых определены физико-химические характеристики (табл. 2).
Из представленных данных видно, что с увеличением доли предельных эфиров в композитном топливе такие его характеристики, как плотность, кинематическая вязкость и кислотность приближаются к значениям, соответствующим требованиям ГОСТ.
Фракционный состав композитного топлива, МЭРМ и нефтяного летнего дизельного топлива представлен на рис. 1. Видно, что с увеличением содержания низкомолекулярных эфиров температуры начала кипения, а также перегонки 50 % фракции уменьшаются.
Для композитного топлива с содержанием низкомолекулярных эфиров 60 и 70 % температура перегонки 50 % фракции даже ниже, чем для нефтяного топлива. Температура перегонки 96 % фракции и конца кипения определяется присутствием биодизельного топлива и одинакова для всех видов композитного топлива.
Таблица 1
Содержание компонентов (об. %) в композитном топливе (КТ)
Компонент КТ-1 КТ-2 КТ-3 КТ-4 КТ-5
Амиловый эфир масляной кислоты 10 10 6 2
Изоамиловый эфир масляной кислоты 10 10 10 - -
Октиловый эфир масляной кислоты 10 10 10 - -
Гептиловый эфир валериановой кислоты 10 10 10 6 2
Октиловый эфир валериановой кислоты 10 - - 6 2
Нониловый эфир валериановой кислоты 10 10 10 6 2
Нониловый эфир капроновой кислоты 10 10 10 6 2
Биодизельное топливо 30 40 50 70 90
Таблица 2
Физико-химические характеристики композитного топлива (КТ), биодизельного (МЭРМ) и нефтяного дизельного топлива (ДТ)
Наименование показателя КТ-1 КТ-2 КТ-3 КТ-4 КТ-5 МЭРМ ДТ
Плотность при 20° С, кг/м3 867 868 870 874 877 879 820-860
Кинематическая вязкость при 20° С, мм2/с 3,65 4,03 4,42 5,16 5,92 6,30 1,8-6,0
Температура вспышки, °С 63 71 80 92 116 140 35-80
Температура помутнения, °С -12 -11 -9 -7 -5 -3 -1.-10
Температура застывания, °С Ниже -25 Ниже -25 -21 -16 -13 -9 -10...-20
Кислотное число, мг КОН/г 0,184 0,30 0,28 0,37 0,47 0,52 Не более 0,2
Испытание на медной пластине Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж. Выдерж.
) ■
*-4 / Л
чЗ 9\г
/у,
160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 Т. °С
Рис. 1. Фракционный состав топлива: 1 - МЭРМ, 2 - КТ-5, 3 - КТ-3, 4 - ДТ, 5 - КТ-1
Самым близким к нефтяному дизтопливу по фракционному составу является композитное топливо с 50 %-ным (по объему) содержанием низкомолекулярных эфиров. Наличие низкокипящих фракций в композитном органическом топливе приближает его фракционный состав к составу нефтяного дизельного топлива, улучшает пусковые свойства биодизельного топлива и позволяет использовать такое топливо без специальной адаптации двигателя. Однако это приводит и к увеличению потерь топлива при хранении.
Проведенные нами исследования показали, что при выдерживании топлива при температуре 50° С в течение 3,5 ч потери биодизельного топлива составляют только 0,06 %, потери нефтяного дизельного топлива -
0,4 %, а потери композитного органического топлива -0,3 %. В течение четырех суток топливо выдерживалось при температуре 20 °С, затем еще 3,5 ч при температуре 50° С и неделю при 20° С. Результаты представлены на рис. 2.
Видно, что в случае использования композитного органического топлива потери от испарения увеличиваются по сравнению с биодизельным топливом (компонентами которого являются только высокомолекулярные соединения), но они все же ниже, чем потери от испарения товарного нефтяного дизельного топлива. Суммарные потери за время исследования составили 0,06 % для биодизельного топлива, 0,56 % - для композитного топлива и 1,38 % - для нефтяного топлива.
К
к і **-•-* -*
і X ^
V.-
--------------------------------------------------------------------------
0 50 100 150 200 Т.ч
Рис. 2. Изменение массы топлива при испарении: 1 - биодизельное топливо, 2 - композитное органическое топливо, 3 -нефтяное дизтопливо
ВЫВОД
Фракционный состав композитного органического топлива, содержащего 50 % низкомолекулярных предельных эфиров, близок к показателям, нормируемым для нефтяного дизельного топлива. При этом потери от испарения композитного топлива меньше.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 52368-2005. Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2008.
Поступила в редакцию 16 ноября 2011 г.
Romantsova S.V., Pashinin V.A., Levin M.Y. INDICATORS OF EVAPORATION OF COMPOSITE ORGANIC FUEL
The evaporation rates of biodiesel, and composite of fossil fuels were investigated. It was established that the fractional composition of a composite organic fuel is close to that of petroleum diesel. But the loss from evaporation of a composite fuel is less.
Key words: biodiesel fuel; composite of organic fuels; fractional composition; loss from evaporation.
