У статті розглянуті питання споживання нафти в Росії, а також її вплив на стан екології. Наведені приклади використання рослинних масел в якості біопалива. Розглянуто процес виробництва біодизеля з ріпакової олії. Представлений економічний ефект від застосування біопалива з рослинних олій.

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Булеков Микита Олегович


Alternative motor fuel for agriculture from renewable raw materials

In article questions of consumption of oil in Russia, and also its influence on an ecology condition are considered. Examples of use of vegetable oils as biofuel are given. The biodiesel production process from rape oil is considered. Economic effect of use of biofuel from vegetable oils is provided.


Область наук:
  • промислові біотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2017
    Журнал
    Наука без кордонів
    Наукова стаття на тему 'АЛЬТЕРНАТИВНІ МОТОРНІ ПАЛИВА ДЛЯ АПК З БІОЛОГІЧНОЇ СИРОВИНИ'

    Текст наукової роботи на тему «АЛЬТЕРНАТИВНІ МОТОРНІ ПАЛИВА ДЛЯ АПК З БІОЛОГІЧНОЇ СИРОВИНИ»

    ?УДК 662.6

    АЛЬТЕРНАТИВНІ МОТОРНІ ПАЛИВА ДЛЯ АПК З БІОЛОГІЧНОЇ СИРОВИНИ

    Булеков Микита Олегович, аспірант, Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти «Російський державний аграрний університет -МСХА імені К. А. Тімірязєва», м.Москва, РФ.

    Анотація: В статті розглянуті питання споживання нафти в Росії, а також її вплив на стан екології. Наведені приклади використання рослинних масел в якості біопалива. Розглянуто процес виробництва біодизеля з рапсового масла. Представлений економічний ефект від застосування біопалива з рослинних олій.

    Ключові слова: біодизель; бензини; моторні палива; рослинні масла; рапсове масло; метиловий ефір.

    ALTERNATIVE MOTOR FUEL FOR AGRICULTURE FROM RENEWABLE RAW MATERIALS

    Bulekov Nikita Olegovich, postgraduate student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University», Moscow, Russia.

    Summary: In article questions of consumption of oil in Russia, and also its influence on an ecology condition are considered. Examples of use of vegetable oils as biofuel are given. The biodiesel production process from rape oil is considered. Economic effect of use of biofuel from vegetable oils is provided.

    Keywords: biodiesel; gasoline; motor fuel; vegetable oil; rapeseed oil; methyl ester.

    Щороку на сільськогосподарських підприємствах нашої країни споживається близько 5,5 млн тонн дизельного палива і 2 млн тонн автомобільних бензинів, одержуваних з нафти. За прогнозними даними в найближчі 20 ... 25 років очікується зниження видобутку нафти [1].

    До того ж загострюються екологічні проблеми, пов'язані з використанням традиційних нафтових моторних то-плив. У загальному балансі забруднень навколишнього середовища частка двигунів внутрішнього згоряння перевищує 70%.

    Орієнтація вітчизняної нафтової

    галузі на експортні поставки, збільшення цін на моторне паливо в 5 разів за останні 5 років привели до зростання витрат на паливо в собівартості сільськогосподарської продукції в 3,7 ... 4,7 рази [1].

    У сільськогосподарському виробництві пріоритет належить біопалива на основі рослинних масел для дизельних двигунів - біодизельного палива. Воно використовується на практиці в ряді країн як альтернатива звичайному дизелю. Лідером в цій області є Німеччина. Вона виробляє 1300 тис. Тонн біодизельного палива в рік. У Франції

    випускають близько 780 тис. тонн, в Польщі - 230 тис. тонн. Інтерес до цього виду палива виявляють і в Росії [2].

    Біодизельне паливо на основі рослинних масел може проводитися з понад 50 олійних культур. Рослинні масла також можна використовувати в якості дизельного палива. У цих випадках необхідна або очищення їх від домішок шляхом фільтрації і центрифугування, або рафінація жирів.

    По елементного складу рослинні масла близькі один до одного, а від нафтового палива відрізняються присутністю кисню. Недоліками рослинних жирів як палива в порівнянні з нафтопродуктами є їх менша теплота згоряння (на 7 ... 10%), більш висока в'язкість (в 6 і більше разів), підвищена схильність до нагароутворення, низька випаровуваність і т. Д. (Табл. 1). Тому більшість сучасних дизельних двигунів

    Показники палива на основі н

    можуть працювати на чистих рослинних маслах лише невеликий час.

    Одним із способів усунення зазначених вище недоліків рослинних масел є їх хімічна переробка, що дозволяє отримувати продукти з властивостями повністю відмінними від вихідної сировини - переетерифікація (виробництво біодизелю).

    Процес виробництва біодизеля з масла нескладний. У очищене від механічних домішок масло додають метиловий спирт і луг, яка служить каталізатором реакції переетерифікації. Суміш нагрівають до температури 50 ° С. Після відстою і охолодження рідина розшаровується на дві фракції - легку і важку. Легка фракція представляє собою метиловий ефір, або біодизель, важка - гліцерин. За своїм молекулярному складу біодизель близький до дизельного палива [2].

    Таблиця 1 фтяного і рослинної сировини

    Показники рафінад рослинних масел Дизельне паливо

    соняшникова соєва рапсове бавовняне пальмова

    Щільність кг / м3 924 923 915 916 913 839

    В'язкість мм2 / с, 20 оС 63 25 77 84 - 4

    Нижча теплота згоряння, МДж / л 36 39 37,2 34 38 42

    Цетанове число 32 21 41 41 - 50

    Температура спалаху, ° С 320 220 305 318 295 60

    Температура застигання, ° С -16 -11 -18 -4 -8 -22

    Вміст сірки,% 0,005 0,005 0,005 - - 0,5

    Виходячи з вартості, доступності та фізико-хімічних характеристик, найбільш підходящим для виробництва то-

    Пліва є рапсове масло, яке може бути використане в якості основи або компонента палива.

    Простий і доступний спосіб використання ріпакової олії - розведення його дизельним паливом. Дана суміш отримала назву біодизельній. Експериментальними дослідженнями вітчизняних і зарубіжних вчених встановлено, що з ростом вмісту ріпакової олії в біодизельній суміші тривалість її згоряння збільшується і при змісту масла більше 60%, процес згоряння не встигає закінчитися до моменту відкриття випускного клапана двигуна. Для зменшення загальної тривалості згоряння в біодизельну суміш вводять активатори згоряння,

    Фізико-хімічні

    наприклад, органічна сполука заліза - ферроцен.

    Біопаливо з ріпакової олії використовується в якості моторного палива в двох варіантах:

    1. сумішевого палива, що складається з суміші рапсового масла (РП) з дизельним паливом;

    2. У вигляді метилового ефіру ріпакової олії (МЕРО), одержуваного при метано-ліз рапсового масла.

    Сумішне паливо в порівнянні з МЕРО має такі переваги: ​​проста технологія отримання, що реалізується в сільськогосподарському підпри-

    Таблиця 2

    показники палива

    Показники Ріпакова олія Суміш РП і дизельного палива (75:25) Дизельне паливо (Л / З)

    Нижча теплота згоряння, МДж / кг 37,2 38,3 41,8

    Щільність, кг / м3 (15 ° С) 915 890 863,4 / 843,4 *

    В'язкість, мм2 / с (20 ° С) 78 38,2 3-6 / 1,8-5 *

    Температура, ° С:

    помутніння -9 -9 -5 / -25

    застигання -18 -16 -10 / -35

    Цетанове число 41 42 45 *

    Йодне число, г на 100 г палива 9,7 ... 10,3 9,0 6,0 *

    Кислотність, мг КОН на 100 см3 6,1 6,0 5,0 *

    Температура займання, ° С 593 583 543 *

    Вміст за масою,%:

    вуглецю 78,3 80,3 86,4

    водню 12,8 12,95 12,1

    кисню 8,895 6,52 0

    Коксівність 10% -ного залишку,%, не більше 0,43 0,4 0,2 *

    Масова частка сірки,% 0,05 0,16 0,01 *

    * - відповідно до вимог ГОСТ 305-2013

    ятіі без накладних витрат; висока стабільність в зберіганні, розчиненні на молекулярному рівні.

    Порівняльні фізико-хімічні характеристики ріпакової олії, сумішевого і дизельного палив наведені в табл. 2.

    У порівнянні з дизельним паливом у чистого ріпакової олії щільність більше на 9%, в'язкість вище в 25 разів, вміст сірки менше в 10 разів, температура застигання вище на 17 ° С у порівнянні із зимовим паливом і на 10 ° С нижче річного дизельного палива. Сумішне паливо за фізико-хімічними показниками займає проміжне положення [2].

    Велика в'язкість чистого ріпакової олії ускладнює його застосування в двигунах, однак при підвищенні температури до 70 ... 90 ° С його в'язкість знижується до значень, близьких до в'язкості дизельного палива.

    Метиловий ефір рапсового масла по

    своєї фізико-хімічної характеристики ближче до дизельного палива і при його використанні не потрібен підігрів палива, в меншій мірі утворюються відкладення на деталях ціліндропоршне-вої групи. Якість метилових ефірів ріпакової олії нормується європейським стандартом ЕК 14.214.2003 (ЄС).

    З огляду на світовий досвід використання біопалива у вигляді МЕРО, представляє інтерес розглянути технологічну схему, баланс енергії і маси при виробництві сумішевого палива і метилового ефіру ріпакової олії. Технологічна схема і баланс енергії при виробництві біологічного сумішевого палива представлена ​​на рис. 1.

    Значення балансу маси і енергії продукції з 1 га посіву ріпаку наведено для врожайності насіння 25 ц / га і 30% віджиманні олії з насіння. В даному випадку споживана енергія сонця дорівнює 36000

    Мал. 1. Технологічна схема і баланс енергії і маси при виробництві сумішевого біопалива з 1 га

    ГДж, витрати технічних засобів на вирощування ріпаку 15 ГДж. Енергоємність отриманих 2,5 т насіння ріпаку становить 61 ГДж, 4,7 т ріпакової соломи містять 64,9 ГДж.

    Після пресування насіння виходить 750 кг масла з енергоємністю 29,3 ГДж і 1750 кг шроту з енергоємністю 31,7 ГДж. На пресування витрачається 3,4 ГДж енергії. Для приготування суміші-вого біодизельного палива (75% ріпакової олії і 25% дизельного палива) витрачається 250 кг дизельного палива з енергоємністю 10,5 ГДж. У підсумку отримуємо 1 тонну сумішевого палива енергоємністю 39,8 ГДж.

    Баланс енергії при ін

    Рапсове масло після віджимання в кількості 750 кг рафинируется з витратами енергії 27,8 ГДж, після рафінування кількість масла зменшується до 712 кг з енергоємністю 27,8 ГДж.

    МЕРО виходить при взаємодії ріпакової олії з метанолом в присутності каталізаторів гідроксиду калію (КОН) і фосфатидів (Н3РО4). На 712 кг масла необхідно 86 кг метанолу та 38 кг каталізатора і витрати енергії 1,2 ГДж.

    Крім 715 кг МЕРО з енергосодержаніе 28 ГДж при метанолізе отримуємо 83 кг гліцерину. Енергобаланс при виробництві сумішевого біопалива і МЕРО показаний в табл. 3 [4].

    Таблиця 3

    ізводстве біопалива

    сумішне паливо

    Витрати енергії, ГДж 28,2

    Вихід енергії, ГДж:

    по паливу 39,8

    по паливу і шроту 71,5

    по паливу, шроту і соломі 136,4

    Метиловий ефір рапсового масла

    Витрати енергії, ГДж 47,75

    Вихід енергії, ГДж:

    по паливу 28,0

    по паливу і шроту 61,15

    по паливу, шроту і соломі 126,0

    При сумішевих паливі з одного гектара площі по паливної складової виходить 39,8 ГДж при витратах енергії 28,9 ГДж.

    У варіанті МЕРО паливна складова дорівнює 28 ГДж, т. Е. Менше на 42%. Однак в цьому варіанті додатково виходить 83 кг гліцерину.

    З огляду на більший вихід енергії по паливної складової у сумішевого палива в порівнянні з варіантом МЕРО, більш просту і дешеву технологію його одержання в ВІМе проведені комплексні дослідження по сумішевого палива з різним вмістом ріпакової олії. Дослідження проводилися на двига-

    тілі Д-240 Мінського моторного заводу. При роботі двигуна на біопаливі з вмістом олії від 0 до 100% було встановлено, що оптимальним складом сумішевого палива за параметрами робочого процесу є зміст 75% ріпакової олії.

    Екологічні показники двигуна свідчать про зниження токсичних викидів при роботі на біопаливі. Окис вуглецю на всіх режимах по навантаженню знижується приблизно в 2 рази, викиди вуглеводнів СН також нижче в 2 рази, тверді частинки (димність) на режимі максимального навантаження менше в 2 рази, на режимі малого навантаження димність знижується до 0. Виняток становлять оксиди азоту N0 ^ викиди яких при роботі на біопаливі зростають на 8% при максимальному навантаженні. Це пов'язано з наявністю пов'язаного кисню в біопаливі. Отримані дані про значне зниження викидів токсичних речовин підтверджуються результатами досліджень зарубіжних фахівців. Слід зазначити, що основним стимулюючим фактором застосування біоти-плив за кордоном є поліпшення екологічних показників [1, 5, 6].

    Адаптація паливної системи транспортного засобу до роботи на сумішевих паливі зводиться до установки невеликого за розмірами додаткового бака для дизельного палива, необхідного для запуску двигуна при низьких температурах і роботи в період прогріву двигуна. Крім того, потрібна установка триходового крана для перемикання з одного палива на інше.

    Найбільший економічний ефект використання біопалива в сільському господарстві забезпечується при внутрішньогосподарському способі виробництва його.

    З цією метою в Дослідному проектно-кон-структорско-технологічному бюро Сибірського науково-дослідного і проектно-технологічного інституту тваринництва була розроблена і виготовлена ​​малотоннажна установка з виробництва біопалива для малого сільськогосподарського підприємства.

    Вченими МГАУ імені В. П. Горячкина були проведені дослідження по заміні дизельного палива на біодизельну суміш (при співвідношенні в ній компонентів 1: 1). За результатами досліджень, істотно покращилися екологічні якості двигуна. Викиди оксидів азоту на номінальному режимі роботи двигуна скоротилися на 15 .. .20%, сажі на 30.35%, оксидів вуглецю та вуглеводнів на 10 ... 15% [8].

    Результати досліджень показали, що виробництво ріпакової олії є економічно виправданим. Частина витрат на його виробництво покривається прибутком, отриманої від реалізації побічної продукції.

    Економічний ефект при використанні альтернативного палива досягається не тільки за рахунок зміни вартості палива, але і за рахунок зниження антропогенного впливу на навколишнє середовище емісією двигуна, а так же зміною рівня шуму [9, 10].

    Росія, як і багато промислово розвинені країни, підписала Кіотська угода про обмеження викидів вуглекислого газу в атмосферу для запобігання парникового ефекту. Біодизельне паливо згорає практично без токсичних відходів (сірка, свинець), кількість кіптяви зменшується вдвічі, знижується виділення вуглекислоти. Пролите на землю біопаливо через три тижні на 90% розкладається мікроорганізмами [11].

    Біодизельне паливо можна заливати в бак, як в чистому вигляді, так і в якості добавки до дизельного палива (біодизельна суміш) в співвідношенні від 5 до 35% від обсягу. При цьому, як стверджує більшість фахівців, ніякої модифікації звичайного дизельного двигуна не потрібно. Вчені свідчать, що потужність двигуна при роботі на біодизелі дещо знижується, і як наслідок, на 5 ... 8% збільшується витрата пального. Однак за допомогою регулювання потужність мотора можна восстано-

    вити. Ресурс двигуна при використанні біодизеля не змінюється. Біодизель має хороші змащувальні властивості, чим вигідно відрізняється від солярки. Він продовжує життя двигуна, видаляючи відкладення нафтопродуктів на його деталях [12].

    Але у біодизеля є недоліки, одним з яких є агресивність до гумових деталей двигуна. З метою адаптації двигунів до використання біопалива виробникам необхідно внести в них конструктивні зміни.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Бєлов М. Б., Варанкіна М. В., Новицький Я. Ю. Моторне паливо XXI століття // Транспорт на альтернативному паливі. - 2014. - № 6 (42). - С. 14-19.

    2. Перський С. Н., Бєляєв С. В., Селіверстов А. А. До питання розвитку енергозберігаючих та екологічно чистих технологій на транспорті // Інноваційний розвиток. - 2016. - № 4 (4). - С. 12-14.

    3. Гафуров Н. М., Хісматуллін Р. Ф. Переваги біодизельного палива // Інноваційна наука. - 2016. - № 5-2 (17). - С. 72-74.

    4. Марков В. А., Девянин С. Н., Улюкіна Е. А., Пуляєв Н. Н. Використання сумішей дизельного палива і метилового ефіру соняшникової олії в якості моторного палива // Вантажівка. - 2016. - № 1. - С. 37-48.

    5. Нагорнов С. А., Зазуля А. Н., Романцова С. В. Про молекулярному складі біодизельного палива // Вісник Мічурінського державного аграрного університету. -2013. - № 3. - С. 70-73.

    6. Ємельянов В. Є. Вирішення екологічних проблем автотранспорту // Екологія і промисловість Росії. - 2005. - № 4. - С. 36-37.

    7. Ємельянов В. Є., Туровський Ф. В. Реалізація європейських програм по зниженню шкідливих викидів // Вантажне і легкове автогосподарство. - 2001. - № 11. - С. 37-40.

    8. Малашенков К. А. Економічна ефективність обробітку ріпаку в Росії // Економічні проблеми вдосконалення діяльності підприємств АПК: Збірник наукових праць. - М.: Московський державний університет агроінженерний університет ім. В. П. Горячкина, 2000. - С. 38-44.

    10. Савельєв Г. С., Краснощеков Н. В. Біологічна моторне паливо для дизелів на основі ріпакової олії // Трактори і сільськогосподарські машини. - 2005. - №

    10. - С. 11-16.

    11. Сістер В. Г., Іваннікова Е. М., Ямчук А. І. Технології отримання біодизельного палива // Известия Московського державного технічного університету МАМИ. - 2013. - № 3 (17). Том 2. - С. 109-112.

    12. Шилова Е. П. Біопаливо для мобільної сільськогосподарської техніки з віз-

    відновлювальних джерел енергії // Альтернативні види палива: виробництво і використання. - М.: Росінформаготех, 2007. - С. 38-45.

    13. Богданов В. С., Пуляєв Н. Н., Коротких Ю. С. Технології та засоби забезпечення якості паливно-мастильних матеріалів в АПК. - М .: ТОВ «НМЦ« Тріада », 2016.

    - 116 з.

    REFERENCE

    1. Belov M. B., Varankin M. V., Novitskiy Ya. Yu. Motornoe toplivo XXI veka // Transport na al'ternativnom toplive. - 2014. - № 6 (42). - S. 14-19.

    2. Perskiy S. N., Belyaev S. V., Seliverstov A. A. K voprosu razvitiya energosberegayushchikh i ekologicheski chistykh tekhnologiy na transporte // Innovatsionnoe razvitie. - 2016. - № 4 (4). - S. 12-14.

    3. Gafurov N. M., Khismatullin R. F. Preimushchestva biodizel'nogo topliva // Innovatsionnaya nauka. - 2016. - № 5-2 (17). - S. 72-74.

    4. Markov V. A., Devyanin S. N., Ulyukina E. A., Pulyaev N. N. Ispol'zovanie smesey dizel'nogo topliva i metilovogo efira podsolnechnogo masla v kachestve motornogo topliva // Gruzovik. - 2016. - № 1. - S. 37-48.

    5. Nagornov S. A., Zazulya A. N., Romantsova S. V. O molekulyarnom sostave biodizel'nogo topliva // Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2013. - № 3.

    - S. 70-73.

    6. Emel'yanov V. E. Reshenie ekologicheskikh problem avtotransporta // Ekologiya i promyshlennost 'Rossii. - 2005. - № 4. - S. 36-37.

    7. Emel'yanov V. E., Turovskiy F. V. Realizatsiya evropeyskikh programm po snizheniyu vrednykh vybrosov // Gruzovoe i legkovoe avtokhozyaystvo. - 2001. - № 11. - S. 37-40.

    8. Malashenkov K. A. Ekonomicheskaya effektivnost 'vozdelyvaniya rapsa v Rossii // Ekonomicheskie problemy sovershenstvovaniya deyatel'nosti predpriyatiy APK: Sbornik nauchnykh trudov. - M.: Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im. V. P. Goryachkina, 2000. - S. 38-44.

    10. Savel'yev G. S., Krasnoshchekov N. V. Biologicheskoe motornoe toplivo dlya dizeley na osnove rapsovogo masla // Traktory i sel'skokhozyaystvennye mashiny. - 2005. - № 10.

    - S. 11-16.

    11. Sister V. G., Ivannikova E. M., Yamchuk A. I. Tekhnologii polucheniya biodizel'nogo topliva // Izvestiya Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta MAMI. -2013. - № 3 (17). Tom 2. - S. 109-112.

    12. Shilova E. P. Biotoplivo dlya mobil'noy sel'skokhozyaystvennoy tekhniki iz vozobnovlyaemykh istochnikov energii // Al'ternativnye vidy topliva: proizvodstvo i ispol'zovanie. - M.: Rosinformagotekh, 2007. - S. 38-45.

    13. Bogdanov V. S., Pulyaev N. N., Korotkikh Yu. S. Tekhnologii i sredstva obespecheniya kachestva toplivno-smazochnykh materialov v APK. - M .: OOO «UMTs« Triada », 2016. -116 s.

    Матеріал надійшов до редакції 12.01.2017

    © Булеков H. О. 2017


    Ключові слова: БІОДИЗЕЛЬ / BIODIESEL / БЕНЗИНИ / GASOLINE / МОТОРНІ ПАЛИВА / MOTOR FUEL / ОЛІЇ / VEGETABLE OIL / ріпакової олії / RAPESEED OIL / метиловий ефір / METHYL ESTER

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити