МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СПИРТО-ЭФИРНЫЕ ДОБАВКИ К ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВАМ

Аннотация

       В качестве кислородсодержащей добавки к товарным дизельным топлива (ТДТ) исследованы сложные эфиры природных карбоновых кислот и окиси пропилена (СЭККОП) в чистом виде и при добавлении в состав товарного дизельного топлива до 5% этанола (95 и 99,9%-ного).  Выявлено, что для 5%-ных компаундов СЭККОП с ТДТ увеличение температуры вспышки составляет 3^оС, снижение температуры застывания 20^оС (до -45^оС), также наблюдаются уменьшение коксуемости и содержания ароматичечских углеводородов.. Улучшение состава выхлопных газов при использовании 3-5%-ных компаундов СЭККОП с ТДТ заключается в снижении содержания монооксида углерода на 20-30%, с одновременным снижением содержания оксидов серы и азота на 0,3-1,5% масс.

Исследованы качественные показатели товарного дизельного топлива с содержанием в нем до 5% этанола  (95%- и 99,9%ного) в чистом виде и с использованием   СЭККОП в качестве поверхностно-активного эмульгатора.  Выявлено, что, несмотря обводненность этанола,  использование данного эмульгатора обеспечивает  получение однородного дизельного топлива с сохранением всех его нормируемых показателей. Уменьшение содержания монооксида углерода, оксидов серы и азота в составе выхлопных газов составляет  28%, 24% и 16% соответственно.

Ключевые слова:    товарное дизельное топливо , этанол, эмульгатор, состав выхлопных газов, сложные эфиры карбоновых кислот, окись пропилена

Дефицит нефтяного сырья, нестабильность мировых цен на нефть и нефтепродукты, а также все более усугубляющаяся экологическая напряженность, вызванная негативными последствиями использования минеральных энергоисточников, делает актуальной проблему вовлечения альтернативных и одновременно экологически более безопасных  видов сырья в процессы получения бензиновых и дизельных топлив.  Если учесть, что автомобильные двигатели обеспечивают до  80%  выбросов токсичных веществ в атмосферу (например, доля автомобильного транспорта в выбросе вредных веществ составляет в США – 60,6 %, в Англии – 33,5 %, во Франции – 32%,  в Москве, Пекине – 80%, при этом годовые суммарные выбросы вредных веществ автотранспортом  в этих городах достигают 1,7 млн. т/г ), то одним из приоритетных направлений получения моторных топлив является улучшение их экологических показателей, в первую очередь – показателей токсичности отработавших газов [1,2] .

В качестве эффективного средства улучшения названных показателей рассматривается применение различных кислородсодержащих добавок к топливам, в качестве которых используются спирты и эфиры (для бензиновых и дизельных топлив ) и алкиловые эфиры жирных кислот (для дизельных топлив). Наличие атомов кислорода в этих добавках обеспечивает более полное сгорание топлив, что делает продукты их сгорания экологически безопасными. Целесообразность использования этих топлив также заключается  практически в  неисчерпаемой сырьевой базе  –  как минеральной  (природный газ, уголь, горючие сланцы), так и органической (картофель, свекла, растительные масла и их отходы, водоросли и др.) [2-6].

Алкиловые эфиры жирных кислот растительных масел, получаемые на основе растительных масел и простых спиртов,  уже давно и успешно  используются  в качестве  ресурсоповышающих добавок и одновременно модификаторов горения дизельных топлив, однако, для их получения требуется специальное производство.

Использование же в качестве добавок в дизельные топлива  спиртов, таких как этанол более экономически  целесообразно, так производство этанола  налажено и не  требует отдельных мощностей получения добавок на его основе.  При этом возможно два пути применения этанола- либо в виде эмульсии  минерального дизельного топлива и обводненного спирта (т.е. азеотропной смеси этанола и воды), либо в виде смеси дизельного топлива  и абсолютного (безводного) спирта. Реализация этих двух направлений использования этанола существенно улучшает экологические показатели дизеля. Это обусловлено следующими факторами. Во-первых, как отмечено выше, наличие в молекулах этанола атома  кислорода способствует снижению вредных выбросов с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания. Во-вторых, высокая теплота испарения этанола (870 кДж/кг у этанола против 230-250 кДж/кг у нефтяного ДТ) приводит к снижению максимальных температур сгорания, и, как следствие, к снижению выбросов оксидов азота.

Еще одним фактором улучшения показателей токсичности отработавших газов  при сгорании дизельных топлив  является повышение качества процесса смесеобразования за счет низкой температуры кипения этанола (78,4 ^оС у этанола против 160-360 ^оС у нефтяного ДТ), что приводит к быстрому испарению этанола из смесевого топлива и дополнительной турбулизации нефтяного дизельного топлива  за счет такого испарения. Этот эффект, отмеченный для широкого спектра эмульгированных топлив [7,8], способствует также и улучшению показателей топливной экономичности дизеля.

Использование абсолютного этанола хотя и менее проблематично при приготовлении смесевых топлив, однако не гарантирует устойчивость данных смесей при низких и температурах [9,10]. В связи с этим тройные системы дизельное топливо-этанол-эмульгатор более целесообразны и требуют  использования дешевых и доступных эмульгаторов, обеспечивающих стабильность спирто-дизельных смесей и не сказывающихся отрицательно на других….