CC BY
31
в широком диапазоне температур (до 100 °С) и концентраций до 9,9 мг-экв/дм3.
4. Применение поверхностно-активных веществ ОП-7 и ОП-10 уменьшает крупность кристаллов кар-
боната кальция при значительных дозах реагентов соответственно, 30 и 40 мг-экв/дм3.
Литература
1. Gauchi, R. Sustainable waste water management - treatment and re-use [Текст] / R. Gauchi // Environmental technology. - 2006. - P. 350.
2. Давидсон, М. И. Накипеобразование внутри труб при постоянной тепловой нагрузке [Текст] / Теплоэнергетика. - 2007. -№ 5.- С. 64-67.
3. Todd, J. The design of living technologies for waste treatment [Текст] / J. Todd, B. Josephson // Ecological engineering. - 1966. -№ 6. - P. 106-136.
4. MacAdam, J. The Effect of metal Ions on Calcium Carbonate Precipitation and Scale Formation [Текст] / Jitka MacAdam, Simon
A. Parsons. Sustainability in Energy and Buildings. - 2009. - P. 137-146.
5. Prassad, Y. Dugguriala. Formation of calcium carbonate scale and control strategies in continuous digesters [Текст] / Pulp and Paper research. Nalco Company. - 2002.
6. Anderko, A. Simulation of FeCO3/FeS scale formation using thermodynamic and electrochemical models. [Текст] OLI Systems Inc. / NACE International. - 1999. - P. 19.
7. Brinis, H. A method for inhibiting scale formation and corrosion in a cooling water system [Текст] / Hassene Brinis, Mohamed El Hadi Samar. Desalination and water treatment. - 2013. - № 6.
8. Vysotsky, S. P. Calcium carbonate formation in the water treatment systems and on the heading surfaces [Текст] / S. P. Vysotsky,
A. V. Fatkulina // Проблемы экологии. - 2013. - № 1. - P. 3-13.
9. Высоцкий, С. П. Предотвращение накипеобразования и снижение сброса засоленных стоков в системах теплофикации [Текст] / С. П. Высоцкий, А. В. Варивода // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2013. - № 5/6 (65). - С. 4-7.
10. Hajibi, S. H. Calcium carbonate Scale Formation During Subcooling Flow Boiling [Текст] / S. H. Hajibi, M. Jamialahmadi and
H. Muller-Steinhagen. Journal of Heat Transfer. - 2007. - P. 767-775.
---------------------------□ □--------------------------------
В даній статті розглянуто вплив добавок
спиртової фракції та її суміші зі сивушною олією -відходами хімічних виробництв, на експлуатаційні властивості дизельних палив, для встановлення можливості використання вказаних відходів, в якості паливної суміші. Метою даного дослідження є запропонувати нове джерело цетанових добавок для моторних палив; розглянути нові можливі напрямки утилізації спиртовмісних відходів
Ключові слова: відходи, дизпаливо, спиртова фракція, сивушна оліяцетановий індекс
□---------------------------------------------------□
В данной статье рассмотрено влияние добавок спиртовой фракции и ее смеси с сивушным маслом - отходами химических производств, на эксплуатационные свойства дизельных топлив, для определения возможности использования указанных отходов, как топливную смесь. Целью данного исследования является предложить новый источник цетановых добавок для моторных топлив; рассмотреть новые возможные направления утилизации спиртосодержащих отходов
.Ключевые слова: отходы, дизтопливо, спиртовая фракция, сивушная масло, цетановый индекс ---------------------------□ □--------------------------------
УДК 541.145.4
ВИКОРИСТАННЯ СПИРТОВИХ ВІДХОДІВ ПРОЦЕСУ ОКИСНЕННЯ ЦИКЛОГЕКСАНУ
М. І. Кожу ш к о
Аспірант* E-mail:kozhushko91@bk.ru А. М. Л уд и н
Кандидат технічних наук, доцент* E-mail:lam@polynet.lviv.ua В. В. Реутський
Доктор технічних наук, доцент* E-mail:reutskyy@polynet.lviv.ua *Кафедра теорії органічних продуктів Національний університет «Львівськаполітехніка» м. Львів, вул. С.Бандери,12, Україна, 79013
1. Вступ
Сьогодні актуальним є підвищення якості дизельних палив за стандартами Європейського економічного союзу (ЕН 590: 2004). У процесах окиснення циклогек-
сану одержують широкий спектр побічних продуктів, серед яких важливе місце займає спиртова фракція (СФ). Більша їх частина сьогодні не має практичного застосування, тому постає проблема використання цих відходів у різних напрямах. Одним із напрямів
використання суміші спиртів може бути застосування їх з метою підвищення якості дизельних палива та зменшення використання нафтопродуктів необхідних для одержання дизпалива [1 - 3].
2. Аналіз останніх досліджень і публікацій
Відомо [4 - 9], що одним з напрямків утилізації спиртових відходів може бути додавання їх до палив карбюраторних двигунів. Було досліджено, що додавання спиртових відходів до бензинів, дизпалив полегшує їх фракційний склад, що покращує роботу двигуна на різних режимах; при цьому температура початку кипіння підвищується, що попереджує передчасну випаровуваність палива в системі двигуна. Також покращується характер горіння палив, підвищується їх детонаційна стійкість, покращуються їхні експлуатаційні властивості.
3. Задачі роботи
На даний момент важливою проблемою є використання відходів ряду хімічних виробництв та їх утилізація. В даній роботі поставлено проблема з використання спиртової фракції - відходу процесу окиснення циклогексану та сивушної олії - відходу спиртового виробництва.
Як вказано у попередньому розділі можливим є використання спиртових відходів як добавок до дизпа-лива. Тому метою даної роботи є дослідження методу використання спиртової фракції як добавок до дизпа-лива і визначення їх оптимального вмісту у ньому.
4. Визначення експлуатаційних показників дизпалива
Для експериментальних досліджень брали пря-могонну фракцію дизпалива після атмосферної перегонки, спиртову фракцію - відхід процесу окиснення циклогексану (виробництва адипінової кислоти ПАТ «РівнеАзот») та сивушну олію - відхід спиртового виробництва. Щоб детально вивчити питання використання спиртових відходів дослідження було проведено у два етапи. На першому етапі проаналізували вплив спиртової фракції на дизпаливо. Досліджувані суміші готували в таких пропорціях:
1. дизпаливо (95 %) + сф (5 %),
2. дизпаливо (92 %) + сф (8 %),
3. дизпаливо (90 %) + сф (10 %),
4. дизпаливо (88 %) + сф (12 %),
5. дизпаливо (85 %) + сф (15 %),
6. дизпаливо (100 %)+сф (0 %)
Другий етап досліджень полягає у використанні суміші спиртової фракції і сивушної олії для визначення можливості їх сумісного використання. Досліджувані зразки готували в таких співвідношеннях:
1. дп (100 %) + сф(0 %) + со(0 %),
2. дп (95 %) + сф (2 %) + со (3 %),
3. дп (92 %) + сф (3 %) + со (5 %),
4. дп (90 %) + сф (4 %) + со (6 %),
5. дп (88 %) + сф (5 %) + со (7 %),
6. дп (85 %) + сф (7 %) + со (8 %).
Для утворених сумішей визначали густину р15 пікнометричним методом, кінематичну в’язкість V капілярним віскозиметром. Після цього проводили перегонку дизпалива і приготовлених сумішей, під час якого визначали їхній фракційний склад, а саме: температуру початку кипіння, температуру википання 10 %, 50 % точок. Аналізували одержані фракційні склади та визначали цетанові індекси для аналізованих зразків [10, 11].
Для дизельних палив основними параметрами, що характеризують період затримки займання від стиснення паливо-повітряної суміші, є цетанове число та цетановий індекс (ЦІ) - показники, що використовуються в європейських стандартах.
Визначали ЦІ згідно з ГОСТ 27768-88 (СТ СЕВ 5871-87) методом, що полягає у визначенні густини дизельного палива при 15°С та середньої температури кипіння 50 % (за обсягом) його кількості. Цетановий індекс розраховували за формулою:
ЦІ=474,74-1641,416*р+774,74*р2-0,554^+97.803*(^)2 (1)
де р - густина дизпалива при 15 ° С, г/см3; t - температура кипіння 50 % (за обсягом) аналізованої суміші, °С Аналогічно визначаємо ЦІ для наступних зразків паливних сумішей для на двох етапах.
Результати експериментальних даних та розрахунків для чистого дизпалива та його сумішей з добавками СФ та СО + СФ наведено в табл. 1 і табл. 2
Таблиця 1
Результати досліджень для дизпалива та його сумішей з спиртовою фракцією
Розведення, % V 20, сСт р 20 0С, р 15 0С, Т, пк 0С Т 10, 0С Т 50%, 0С ЦІ
Дизпаливо 4,05 835,750 835,754 104 208 278 42,53
5 %СФ 4,01 833,470 833,474 100 202 273 44,014
8 %СФ 3,74 833,310 833,314 96 170 273 44,122
10 %СФ 3,72 832,950 832,954 94 152 272 44,247
12 %СФ 3,68 825,500 825,504 94 150 271 46,492
15 %СФ 3,91 831,400 831,404 95 150 262 42,407
Таблиця 2
Результати досліджень для дизпалива та його сумішей з спиртовою фракцією і сивушною олією
Розведення, % V 20 °С, сСт р 20 0С, кг/м3 р 15 0С, кг/м3 Т пк, 0С Т 10%, 0С Т 50 %, 0С ЦІ
Дизпаливо 4,05 833,520 835,524 104 208 278 42,53
3%СО+2%СФ 3,84 807,420 807,424 96 165 275 43,75
5%СО+3%СФ 3,45 804,651 802,655 93 148 270 45,59
6%СО+4%СФ 3,42 802,423 802,728 92 151 271 46,84
7%СО+5%СФ 3,39 801,650 801,655 94 172 272 47,26
8%СО+7%СФ 3,39 801,440 801,445 95 183 281 46,87
Згідно з даними табл. 1, 2 будували графіки залежності ЦІ, кінематичної в’язкості, температури початку кипіння та википання 10 % і 50 % точок від концентрації добавок у дизпаливі. Для оцінювання
62^
експлуатаційних властивостей приготовлених палив- відбувається значно повільніше і продовжується при
них сумішей аналізували їхній фракційний склад. збільшенні концентрації добавки.
5. Обробка результатів дослідження
За результатами аналізів можна зробити такі висновки.
На рис. 1 бачимо, що добавка позитивно впливає на показник ЦІ в двох випадках. При додаванні добавки максимальне значення ЦІ знаходиться в межах 10-12 %-вій концентрації їх в суміші. Однак при збільшенні концентрації вище даного значення добавки спостерігається пониження індексу в порівнянні з попереднім значенням, що також має деяку позитивну сторону, тому що підвищується економічність двигуна. Важливим є те, що у випадку додавання суміші СФ+СО ЦІ спадає із значно меншою швидкістю ніж у випадку додавання СФ, що дає можливість розширити концентраційну зону використання добавки.
Рис. 1. Залежність ЦІ від концентрації СФ (%) та суміші (СФ + СО) % у дизпаливі
На рис. 2 спостерігається пониження температури початку кипіння зразків дизпалива до 12 %-вої концентрації добавок, що підвищує схильність палива до утворення пароповітряних перешкод в системі живлення двигуна. Однак при подальшому додаванні СФ та її суміші (СФ +СО), відбувається ріст температури, до оптимального значення при концентрації добавок 12 %. При цьому зниження Тпоч.кип. для зразків добавок СФ є нижчою порівняно із добавками суміші СФ+СО, що свідчить про кращі характеристики палива.
Рис. 3. Залежність Ткип. 10 % від концентрації СФ (%) та суміші (СФ + СО) % у дизпаливі
З рис. 4 чітко стає зрозумілим, що додавання суміші (СФ +СО) у паливо сприяє зменшенню температури википання 50 % фракції з мінімумом в межах 8-10 % при подальшому зростанні. З пониженням t50% прогрів прискорюється, а витрата палива на нього знижується. При зменшенні t50% також значно поліпшується маневреність двигуна, тобто легкість переходу його з одного режиму на інший, що особливо важливо для автомобільних двигунів в умовах міського режиму руху. Однак при використанні добавки СФ спостерігається пониження температури википання 50 % суміші за відсутності її росту при збільшення концентрації добавки у зразках, що дає можливість краще регулювати даний показник.
Рис. 4. Залежність Ткип. 50 % від концентрації СФ (%) та суміші (СФ + СО) % у дизпаливі
З рис. 5 можна зробити висновок, що додавання суміші (СФ + СО) до дизельного палива понижує його в’язкість, що значно покращує тонкість розпилу палива. Більш в’язке паливо гірше запалюється й згоряє, що призводить до більшої його витрати і димності вихлопних газів, а малов’язке паливо в процесі експлуатації збільшує знос деталей паливного насоса. Добавки спиртової фракції суттєво не змінюють густину палива, що не впливає на прокачуваність паливної системи двигуна.
Рис. 2. Залежність початку кипіння Тпоч.кип. від концентрації СФ (%) та суміші (СФ + СО) % у дизпаливі
З рис. 3 можна зробити висновок, що добавка суміші СФ+СО знижує температуру википання 10 % фракції, з оптимальним значенням при її вмісті 8 %, тим самим покращуючи якість палива. Чим нижче ця температура, тим більше в паливі легкозаймистих речовин і тим легше, і при більш низькій температурі можна запустити холодний двигун. У випадку ж використання добавки СФ також спостерігається зниження нижче поданого показника, при цьому спад температури
Рис. 5. Залежність в’язкості від концентрації СФ (%) та суміші (СФ + СО) % у дизпаливі
I 63
5. Висновки
Додавання спиртової фракції та її суміші із сивушною до дизпалива, хоча і в неоднаковій мірі, полегшує їх фракційний склад, понижує в’язкість, густину, температуру википання 10 % та 50 % точки і підвищує це-тановий індекс, що веде до покращення роботи двигуна на різноманітних режимах; при цьому температура початку кипіння понижується, що зменшує схильність палива до утворення пароповітряних пробок в системі живлення двигуна.
Таким чином, спиртові відходи процесу окиснення циклогексану - спиртової фракції та її суміші покра-
щують експлуатаційні властивості дизельних палив. З огляду на результати отримані при розрахунках цетанового індексу та залежностей експлуатаційних показників (в’язкості, фракційного складу), від вмісту спиртових добавок було встановлено, що оптимальним значенням концентрації добавки у паливній суміші є 12% (об.). Саме при цьому значенні вмісту спиртової фракції та її суміші із сивушною олією, дизпаливо характеризується необхідними значеннями цетаново-го індексу, в’язкості, температур википання сумішей зразків для оптимальної роботи двигуна.
Література
1. Белянин, Б. В. Технический аналіз нефтепродуктов и газа [Текст] / Б. В. Белянин, В. Н. Эрих - Л.: «Химия», 1975. - 366 с.
2. Robert, L. McCormickAdvancedPetroleumBased [Text] / L. McCormickRobert, R. M. Parish // MilestoneReport. - 2001. -№ 540 (350). - 22 р.
3. Ethanol-DieselBlends [Eelectronic resource], - http://www.dieselnet.com/tech/fuel_ediesel.php.
4. A. P. Sathiyagnanam, Hexanol-Ethanol DieselBlendson DI-Diesel Engineto Study the Combustionand Emission [Text] /
A. P. Sathiyagnanam, C. G. Saravananand, M. Gopalakrishnan // International Association of Engineers.-2010.-№ 155 (117). - 5 р.
5. Лудин, А. М. Вплив спиртових відходівна якютъ моторних палив [Текст] / А. М. Лудин, В. В. Реутсъкий // Вісник Нац. унту ‘Лъвiвсъкa політехніка”. Хім1я, технологія речовин і їх застосування. - 2007.-Т. 590. - С. 195-199.
6. Іващук, О. С. Вплив спиртів С2 - С5 на детонаційнівлaстивостi моторних палив [Текст] / О. С. Іващук, А. М. Лудин,
B. В. Реутсъкий // Мат-ли 5-г наук.-техн. конф. «Поступ в нафтогазопереробці та нaфтохiмiчнiйпромисловостi. - Львів, червенъ 9-12. - 2009. - С. 122-123.
7. Іващук, О. С. Використання відходів виробництва гідролізного спирту [Текст] / О. С. Іващук, А. М. Лудин,
В. В. Реутсъкий // Науковий вісник: збірник науково-технічних праць.-НЛТУУ. - 2006. - Вип. Т. 16(3). - С. 105-106.
8. E. R. Fanick Fuel and Fuel for Additive Registration Testing Ethsnol-Diesel Blend for O2 Diesel [Text] / E. R. Fanick //Southwest Research Institute San Antonio. - 2002. - №-10(1). - 25 р.
9. R. L. Cole Effect of Ethanol Fuel Additive on Diesel Emissions [Text] / R. B. Poola, R. Sekar, J. E. Schaus, P. McPartlin // Center for Transportation Research, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory Chicago, Illinois.-2000. - № 20(11). - 30 p.
10. Diesel Engine Efficiency and Emissions Improvement via Piston Temperature Control [Electronic resource], - http://cfpub.epa. gov/ ncer_abstracts/index.cfm/fuseaction/display.abstractDetail/abstract/10012/ report/0.
Э
