CC BY
11УДК 541.128:662
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СМЕСЕВЫМ БИОДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВАМ В10, В20, В50
В.А. Лукшо1, В.Г. Систер2, В.В. Соколов1, А. С. Теренченко1, Д.В. Извеков1, Е.М. Иванникова2, А.И. Ямчук2, О.А. Елисеева2
Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ» 125438, Москва, ул. Автомоторная, д. 2 Тел. (495) 454-45-51 - отдел ЭТ и АТ, факс: (495) 456-31-32, e-mail: altfuel@nami.ru 2Московский государственный университет инженерной экологии 105066, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4 Тел./факс (499) 267-19-70, e-mail: iegh510@yandex.ru
Заключение Совета рецензентов: 10.09.09 Заключение Совета экспертов: 20.09.09 Принято к публикации: 30.09.09
Проведены комплексные исследования и разработаны проекты технических требований на чистые и смесевые биодизельные топлива. Показатели качества смесевых биодизельных топлив с содержанием метиловых эфиров жирных кислот в дизельном топливе 10%, 20% и 50% и методы их определения разработаны для обеспечения надежной работы дизелей автотранспортных средств, сельскохозяйственной техники и малой энергетики.
Ключевые слова: смесевое биодизельное топливо, биомасса, технические требования.
TECHNICAL REQUIREMENTS TO BLENDED BIODIESEL FUELS B10, B20, B50
V.A. Luksho1, V.G. Sister2, V.V. Sokolov1, A.S. Terenchenko1, D.V. Izvekov1, E.M. Ivannikova2, A.I. Yamchuk2, O.A. Eliseeva2
'Scientific Research Automobile and Engine Institute 2 Automotornaya str., Moscow, 125438, Russia Tel. (495) 454-45-51, fax: (495) 456-31-32, e-mail: altfuel@nami.ru 2Moscow State University of Environmental Engineering 21/4 Staraya Basmannaya str., Moscow, 105066, Russia Tel./fax: (499) 267-19-70, e-mail: iegh510@yandex.ru
Referred: 10.09.09 Expertise: 20.09.09 Accepted: 30.09.09
Complex researches are conducted and projects of technical requirements on pure and blended biodiesel fuel are developed. Quality indicators blended biodiesel fuel with the maintenance of methyl ether of the fatty acids in diesel fuel of 10%, 20% and 50% and methods of their definition are developed for maintenance of reliable work of diesel engines of vehicles, agricultural machinery and small power.
Владислав Анатольевич Лукшо
Сведения об авторе: заведующий отделом ЭТ и АТ, канд. техн. наук, заслуженный машиностроитель РФ (1996 г.), профессиональный опыт - 36 лет.
Образование: высшее техническое, специальность «инженер-механик». Область научных интересов: рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. Публикации: 45, 16 авторских свидетельств и патентов.
Сведения об авторе: зав. кафедрой ИЭГХ, профессор, член-корр. РАН, д-р техн. наук, профессиональный опыт - 44 года.
Образование: высшее техническое, специальность «инженер-механик».
Область научных интересов: физико-химическая гидродинамика, процессы и аппараты химической технологии, инженерная экология, альтернативная энергетика.
Публикации: более 240 научных работ, из них 8 монографий, 11 учебников и учебных пособий, 27 авторских свидетельств и патентов.
Владимир Григорьевич Систер
Статья поступила в редакцию 31.08.2009. Ред. рег. № 591
The article has entered in publishing office 31.08.2009. Ed. reg. No 591
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
Валерий Васильевич Соколов
Сведения об авторе: старший научный сотрудник, канд. техн. наук, профессиональный опыт -40 лет.
Образование: высшее техническое.
Область научных интересов: рациональное использование горючесмазочных материалов и специальных жидкостей и оценка их качества.
Публикации: более 70.
Алексей Станиславович Теренченко
Сведения об авторе: зав. лабораторией ЭТ НИиЭКО ЭТ и АТ, канд. техн. наук, профессиональный опыт - 21 год.
Образование: высшее техническое, специальность «инженер-механик двигателей внутреннего сгорания».
Область научных интересов: энергосбережение, тепловые комбинированные энергоустановки, защита окружающей среды.
Публикации: 42.
Денис Викторович Извеков
Сведения об авторе: научный сотрудник, канд. техн. наук, профессиональный опыт - 5 лет.
Образование: высшее техническое.
Область научных интересов: рациональное использование горючесмазочных материалов и специальных жидкостей и оценка их качества.
Публикации: более 7.
Елена Михайловна Иванникова
Сведения об авторе: доцент кафедры ИЭГХ, канд. техн. наук, профессиональный опыт - 12 лет.
Образование: высшее техническое, специальность «инженер-эколог».
Область научных интересов:
процессы и аппараты химических технологий, альтернативное топливо, энергия биомассы, биодизель.
Публикации: 29 публикаций, в том числе 3 патента.
Анастасия Игоревна Ямчук
Сведения об авторе: сотрудник кафедры ИЭГХ, аспирант, профессиональный опыт - 7 лет.
Образование: высшее техническое, специальность «инженер-эколог».
Область научных интересов: электрохимические источники тока, биодизельное топливо.
Публикации: 10.
Ольга Анатольевна Елисеева
Сведения об авторе: аспирант кафедры ИЭГХ, профессиональный опыт - 7 лет.
Образование: высшее техническое, специальность «инженер-эколог».
Область научных интересов:
разделение двухфазных сред, альтернативное топливо. Публикации: 12.
Условные обозначения
В100 - биодизельное топливо, представляющее собой метиловые эфиры жирных кислот без добавления традиционного дизельного топлива.
В10 - смесевое биодизельное топливо, представляющее собой смесь дизельного топлива и метиловых эфиров жирных кислот, полученных из растительного сырья, в соотношении 90:10.
В20 - смесевое биодизельное топливо, представляющее собой смесь дизельного топлива и метиловых эфиров жирных кислот, полученных из растительного сырья, в соотношении 80:20.
В50 - смесевое биодизельное топливо, представляющее собой смесь дизельного топлива и метиловых эфиров жирных кислот, полученных из растительного сырья, в соотношении 50:50.
Введение
В настоящее время в ведущих странах мира большое внимание уделяется применению в двигателях внутреннего сгорания биотоплив, производимых из растительного сырья, что позволяет уменьшить зависимость от топлив нефтяного происхождения, существенно уменьшить выбросы парниковых газов в соответствии с требованиями Киотского протокола, а также способствует усилению роли и значения сельского хозяйства в экономике стран.
Теоретический анализ
Для сельскохозяйственной техники и транспорта в Российской Федерации наибольший интерес представляет биодизельное топливо, получаемое путем этерификации растительных масел (рапсового, соевого, подсолнечного и др.) спиртами (метиловым или этиловым) и имеющее физико-химические свойства, близкие к традиционному дизельному топливу. Это позволяет применять его в существующих дизелях при их адаптации, а также использовать для распределения и заправки существующую систему рас-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
пределения дизельного топлива. Однако в Российской Федерации нет производства биодизельного топлива, опыта его использования в дизелях, а также нормативных документов, определяющих качество как чистого биодизельного топлива, так и его смесей с дизельным топливом.
В Европе качество биодизельного топлива В100 определяется по стандарту [1], в Северной Америке -по стандарту [2]. На промежуточном этапе широкого применения биодизельного топлива наибольший интерес представляют смесевые топлива с содержанием метиловых эфиров жирных кислот в дизельном топливе 10%, 20% и 50%. Однако на смесевые топлива как в ЕС, так и в Америке отсутствуют соответствующие стандарты.
Комплексные исследования
В государственном научном центре Российской Федерации - Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт» (ФГУП «НАМИ») совместно с сотрудниками ГОУ ВПО «Московский государственный университет инженерной экологии» проведены комплексные исследования и разработаны проекты технических требований на чистые и смесевые биодизельные топлива.
На схеме представлены показатели качества смесе-вых биодизельных топлив и методы их определения.
Дизельное топливо (ДТ) Q
í>
Смесевое биодизельное топливо (ДТ+МЭЖК)
Метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК) В100
Технические требования к ДТ
- цетановое число (ЕН ИСО 5165);
- плотность при 15° С (ГОСТ Р 51069);
- содержание серы (ЕН ИСО 20847);
- температура вспышки в закрытом тигле (ГОСТ 6356);
- коксуемость 10%-ного остатка разгонки (ГОСТ 19932);
- зольность (ГОСТ 1461);
- содержание воды (ЕН ИСО 12937);
- общее загрязнение (ЕН 12662);
- коррозия медной пластинки (ЕН ИСО 2160);
- окислительная стабильность (ЕН ИСО 12205);
- кинематическая вязкость при 40° С
(ГОСТ 33);
- предельная температура фильтруемости (ГОСТ 22254);
- полициклические ароматические углеводороды (ЕН 12916);
- цетановый индекс (ЕН ИСО 4264);
- смазывающая способность (ЕН ИСО 12156);
- фракционный состав (ГОСТ 2177).
Технические требования к ДТ+МЭЖК
- цетановое число (ЕН ИСО 5165);
- плотность при 15° С (ГОСТ Р 51069);
- содержание серы (ЕН ИСО 20847);
- температура вспышки в закрытом тигле (ГОСТ 6356);
- коксуемость 10%-ного остатка разгонки (ГОСТ 19932);
- зольность (ГОСТ 1461);
- содержание воды (ЕН ИСО 12937);
- общее загрязнение (ЕН 12662);
- коррозия медной пластинки (ЕН ИСО 2160);
- окислительная стабильность (ЕН ИСО 12205);
- кинематическая вязкость при 40° С
(ГОСТ 33);
- предельная температура фильтруемости (ГОСТ 22254);
- полициклические ароматические углеводороды (ЕН 12916);
- цетановый индекс (ЕН ИСО 4264); смазывающая способность (ЕН ИСО
12156);
- фракционный состав (ГОСТ 2177);
- содержание метиловых эфиров жирных кислот (ЕН 14078).
Технические требования к МЭЖК
- цетановое число (ЕН ИСО 5165);
- плотность при 15° С (ГОСТ Р 51069);
- содержание серы (ЕН ИСО 20847);
- температура вспышки в закрытом тигле (ГОСТ 6356);
- коксуемость 10%-ного остатка разгонки (ГОСТ 19932);
- зольность (ГОСТ 1461);
- содержание воды (ЕН ИСО 12937);
- общее загрязнение (ЕН 12662);
- коррозия медной пластинки (ЕН ИСО 2160);
- окислительная стабильность (ЕН 14112);
- кинематическая вязкость при 40° С
(ГОСТ 33);
- предельная температура фильтруемости (ГОСТ 22254);
- содержание эфира (ЕН 14103);
- кислотное число (ЕН 14104);
- йодное число (ЕН 14111);
- метиловый эфир линоленовой кислоты (ЕН 14103);
- полиненасыщенные (>= 4 двойных связей) метиловые эфиры (ЕН 14103);
- метанол (ЕН 14110);
- моноглицериды (ЕН 14105);
- диглицериды (ЕН 14105);
- триглицериды (ЕН 14105);
- свободный глицерин (ЕН 14105);
- общий глицерин (ЕН 14105);
- щелочные металлы (Ыа+К) (ЕН 14108);
- фосфор (ЕН 14107).
При постановке биодизельного топлива на производство в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2000:
- мощностные и экономические показатели работы двигателей (Правила ЕЭК ООН № 24);
- экологические показатели работы двигателей (Правила ЕЭК ООН № 49);
- надежность работы двигателей (по специальной программе);
- пусковые свойства при отрицательных температурах (по специальной программе).
Показатели качества биодизельных топлив и методы их определения Quality performances of biodiesel fuels and methods of their definition
■ J
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
119
Показатели качества смесевых биодизельных то-плив с содержанием метиловых эфиров жирных кислот в дизельном топливе 10%, 20% и 50% и методы их определения разработаны для обеспечения надежной работы дизелей автотранспортных средств, сельскохозяйственной техники и малой энергетики и не зависят от технологий их изготовления.
Разработанные технические требования должны распространяться на товарные смесевые биодизельные топлива, получаемые путем добавки к нефтяно-
му дизельному топливу ЕВРО ([3] либо [4]) в концентрациях 10%, 20% и 50%.
Смесевые дизельные топлива с концентрацией метиловых эфиров жирных кислот В10, В20 и В50 могут применяться для использования только в специально адаптированных дизелях.
По физико-химическим и эксплуатационным показателям смесевые биодизельные топлива В10, В20 и В50 должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Основные физико-химические требования к смесевым биодизельным топливам В10, В 20 и В 50
и испытательные методы
Table 1
The basic physical and chemical requirements to blended biodiesel fuels В10, В 20 and В 50
and test methods
Наименование показателя Ед. изм. Минимум Максимум Методы испытаний
Содержание метиловых эфиров жирных кислот для:
В10 % 9,5 10,5 EN 14078:2003
В20 19,5 20,5
В50 49,5 50,5
Цетановое число ед. 51 - ГОСТ 3122
Цетановый индекс 46 - EN ISO 4264
Плотность при 15° С кг/м3 820 845 ГОСТ Р 51069
Полициклические ароматические углеводороды % масс - 11 ЕН 12916:2000, IP 391-95
Содержание серы: вид I вид II вид III мг/кг - 350 50 10 EN ISO 8754
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле °С - 55 ГОСТ 6356
Коксуемость 10%-го остатка разгонки % масс - 0,30 EN ISO 10370
Зольность - 0,01 ГОСТ 1461
Содержание воды мг/кг - 200 EN ISO 12937
Общее загрязнение - 24 EN ISO 12662
Коррозия медной пластинки (3 ч при 50° С) ед. по шкале Класс 1 Класс 1 ГОСТ 6321
Окислительная стабильность: общее количество осадка г/м3 - 25 ASTM D 2274
Смазывающая способность: скорректированный диаметр пятна износа при 60° С мкм - 460 EN ISO 121561
Кинематическая вязкость при 40° С мм2/с 2,0 4,5 ГОСТ 33
Фракционный состав: при температуре 250° С при температуре 350° С 95 %об перегоняется при температуре %об %об °С 65 85 360 ГОСТ 2177 метод А
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Таблица 2
Основные эксплуатационные требования к смесевым биодизельным топливам В10, В 20 и В 50
и испытательные методы
Table 2
The basic operational requirements to blended biodiesel fuels В10, В 20 and В 50 and test methods
Наименование показателя Ед. изм. Минимум Максимум Метод испытаний
Содержание адсорбционных смол мг/100 см3 - 3000 Решение ГМК № 23/1-90 от 16.05.86
Содержание ароматических углеводородов %об - 30 Решение ГМК 23/1218 от 12.08.82
Склонность топлив к образованию отложений на нагретых поверхностях: индекс термостабильности температура начала образования отложений скорость забивки фильтра ед. °С Па/мин 90 5 1500 Решение ГМК № 23/1-24 от 17.01.84
Стабильность топлив на установке ЦИТО-М, характеристика скорости забивки фильтра °С/ч - 200 Решение ГМК № 23/1-24 от 17.01.84
Окислительная стабильность г/м3 - 25 ASTM D2274
Расслаиваемость топлив при отрицательных температурах - - Стабильно Решение ГМК № 977Р от 13.07.2006
Склонность к закоксовыванию распылителей форсунок: на установке НАМИ-2ДК на двигателе Пежо ХЦЭ 9Л/Ь % % - 18 85 Решение ГМК № 9Р от 31.07.9006 CEC F-23-01
Совместимость с резинотехническими изделиями Состояние резинотехнических изделий Соответствие нормам технической документации на совместимость с топливами По специальной программе
Антикоррозийные свойства Балл по шкале Соответствие нормам ASTM D 665
Диэмульгирующие свойства Балл по шкале Соответствие нормам ASTM D 1094
Совместимость с деталями системы питания Состояние деталей системы питания Соответствие нормам технической документации на совместимость с топливами По специальной программе
Расслаиваемость при отрицательных температурах - Стабильно По специальной программе
Допускается окраска и маркировка смесевых биодизельных топлив В10, В20 и В50.
Допускается использование присадок к смесевым биодизельным топливам В10, В20 и В50 для улучшения их эксплуатационных свойств: химической стабильности топлива, уменьшения износа деталей двигателя, уменьшения выбросов вредных веществ с отработавшими газами и др.
Использование присадок не освобождает изготовителя от удовлетворения требований максимума 0,30% углеродного остатка до дополнения присадок.
По влиянию на мощностные, экономические, экологические показатели работы, по влиянию на надежность работы двигателей и пусковые свойства при отрицательных температурах смесевые биодизельные топлива В10, В20 и В50 должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 3.
Смесевые биодизельные топлива В10, В20 и В50 для умеренных климатических условий должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 1, 2, 3 и 4.
Смесевые биодизельные топлива В10, В20 и В50 для холодного и арктического климата должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 1, 2, 3 и 5.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
Таблица 3
Требования по влиянию смесевых биодизельных топлив В10, В 20 и В 50 на показатели двигателей
Table 3
Requirements on influence of blended biodiesel fuels В10, В 20 and В 50 on indicators of engines
Оценочные параметры Нормы Метод испытаний
Мощностные и экономические показатели работы двигателей Соответствие нормативной документации на двигатель Правила ЕЭК ООН № 24
Экологические показатели работы двигателей Соответствие нормативной документации на двигатель Правила ЕЭК ООН № 49
Надежность работы двигателей Интенсивность износа деталей двигателя и образования отложений на деталях двигателя не выше, чем при испытании дизельного топлива на нефтяной основе По специальной программе
Пусковые свойства при отрицательных температурах Соответствие нормативной документации на двигатель по пусковым свойствам По специальной программе
Таблица 4
Требования к смесевым биодизельным топливам В10, В 20 и В 50 для умеренного климата
Table 4
Requirements to blended biodiesel fuels B10, B20, B50 for a temperate climate
Наименование показателя Ед. изм. Значение для сорта Метод испытания
A B C D E F
Предельная температура фильтруемости, не выше °С 5 0 -5 -10 -15 -20 ГОСТ 22254 или ЕН 116
Таблица 5
Требования к смесевым биодизельным топливам В10, В20 и В50 для холодного и арктического климата
Table 5
Requirements to blended biodiesel fuels B10, B20, B50 for a cold and Arctic climate
Наименование показателя Ед. изм. Значение для класса Метод испытания
0 1 2 3 4
Предельная температура фильтруемости, не выше °С -20 -26 -32 -38 -44 ГОСТ 22254 или ЕН 116
Методы испытаний, на которые даны ссылки в разработанных технических требованиях, включают показатели точности. В спорных случаях при интерпретации результатов испытаний следует использовать [5] и [6].
Заключение
Таким образом, разработаны технические требования к смесевым биодизельным топливам В10, В20 и В50, которые могут быть положены в основу отечественного стандарта на данные биотоплива.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям, ГК № 02.526.11.6007 от 15.08.2007.
Список литературы
1. ЕН 14214 «Автомобильные топлива - метиловые эфиры жирных кислот для дизелей - требования
и испытательные методы» (EN 14214:2003 Automotive fuels - Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines - Requirements and test methods).
2. ASTM D 6751-03a «Стандартная спецификация на базовое биодизельное топливо марки В100 для средних дистиллятных топлив» (ASTM D 6751-03a Standard Specification for Biodiesel Fuel Blend Stock (B100) for Middle Distillate Fuels).
3. ГОСТ Р 52368-2005 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия».
4. ЕН 590:2004 - Автомобильные топлива. Дизель. Требования и методы испытаний. (EN 590:2004 «Automotive fuels - Diesel - Requirements and test methods».)
5. ГОСТ Р 8.580-2001 «ГСИ. Определение и применение показателей прецизионности методов испытаний нефтепродуктов».
6. ЕН ИСО 4259:1995 «Нефтепродукты. Определение и применение показателей прецизионности методов испытаний».
Г>С1 — TATA — LXJ
122
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
ii -I
