Синтетические моторные топлива и биотоплива (биогаз, биодизель). Альтернативные источники топлива

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Июня 2013 в 21:25, реферат

Описание работы

Один из возобновляемых источников энергии – биологические топливо, важным видом которого являются растительные масла. Их используют как добавки к основному углеводородному топливу, чтобы увеличить его воспламеняемость, и таким образом конвертируют его в более экологически чистые топлива, которые образуют меньше оксида углерода и макрочастиц в процессе сгорания. Добавки включают биоэтанол, биогаз и биодизель. Биологическое топливо считают нейтральным относительно эмиссии в атмосферу оксида углерода. Диоксид углерода, получаемый при сжигании биотоплива, абсорбируют сами растения, которые выращивают, чтобы произвести биотоплива.

Содержание работы

Введение
1. Биотопливо. Виды биотоплива
Зачем нужны биотоплива
Биогаз
Биодизель
2. Возможные варианты использования альтернативных источников энергии в РФ
Заключение
Список используемых источников

Файлы: 1 файл

Биодизель реф.doc

— 120.50 Кб (Скачать файл)

В результате химической реакции  переэтерификации образуется, в первую очередь, метиловые эфиры жирных кислот, а также побочный продукт - глицерин, широко используемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Промежуточными продуктами при этом являются моно- и диглицериды, наличие которых в биодизеле нежелательно.

Биодизельное топливо  сгорает практически без образования  токсичных окислов серы. Полученный эфир отличается хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для нефтяного дизельного топлива характерен показатель в 50-52 ед., то для метилового эфира – 50-58 ед. Это позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих веществ, стимулирующих воспламенение.

Помимо относительно высокого цетанового числа, биодизель имеет и ряд других полезных свойств:

- растительное  происхождение. Биодизель не содержит  бензола и ароматических углеводородов,  поскольку изготавливается из  масел, сырьем для которых служат  растения.

- биологическая  безвредность. По сравнению с  нефтяным дизельным топливом, 1 л  которого способен загрязнить 1 млн л питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо.

- хорошие смазывающие  свойства. Известно, что минеральное  дизтопливо при устранении из  него сернистых соединений теряет свои смазывающие свойства. Биодизель же, несмотря на почти полное отсутствие серы, характеризуется хорошими смазывающими свойствами.

- высокая температура  воспламенения. Для биодизеля  ее значение превышает 100 0С,  что позволяет назвать его относительно безопасным веществом.

Анализ экологических  показателей двигателей свидетельствует  о снижении токсичных выбросов при  работе на биотопливе. Содержание окиси углерода СО при любой нагрузке и выбросы углеводородов СН сокращаются в два раза, количество твердых частиц (дымность) в режиме максимальной нагрузки снижается в два раза, а в режиме алой нагрузки дымность практически отсутствует. Исследования по замене дизельного топлива биодизельной смесью (при соотношении в ней компонентов 1:1) показали существенное улучшение экологических характеристик двигателя. Выбросы оксидов азота при номинальном режиме работы двигателя сократились на 15-20%, сажи – на 30-35%, оксидов углерода и углеводородов – на 10-15%.

Сырьевая база для производства эфиров жирных кислот отличается большим разнообразием. Более 150 видов растений по всему миру, способных вырабатывать масла, - это шанс, позволяющий регионам самостоятельно на местном уровне решать свои региональные проблемы. К числу масляных растений относятся: земляные орехи, соя, рапс, лен, горчица, подсолнечник, рицина, хлопок, фундук, оливы, бук, пальмы.

По элементному  составу растительные масла близки друг к другу, а от нефтяного топлива  отличаются присутствие кислорода (9,6 – 11,5%). Их главные недостатки как топлива (по сравнению с нефтепродуктами) – меньшая теплота сгорания (на 7 – 10%), более высокая вязкость (в 6 раз и более), повышенная склонность к нагарообразованию, низкая испаряемость и др. Поэтому большинство современных дизельных двигателей могут работать на чистых растительных маслах весьма непродолжительное время.

Показателен пример рапса – технической масличной  культуры, урожайность которой составит 24-25 центнеров с гектара. Из тонны  рапса можно получить порядка 270 кг биодизельного топлива. Метиловый эфир рапсового масла по своей физико-химической характеристике близок дизельному топливу: при его использовании не требуется подогрев топлива, в меньшей степени образуются отложения на деталях цилиндро-поршневой группы.

По химическому  составу рапсовое масло представляет собой смесь триглицеридов различной молекулярной массы. Но в целом оно имеет более высокую молекулярную массу и более длинную, по сравнению с углеводородами дизельного топлива, углеродную цепь. Помимо этого, при переработке рапса, кроме самого масла, получается еще и рапсовый шрот – ценный белковый корм для птицеводства и животноводства.

Биодизель может  смешиваться с дизельным топливом. При малых долях биотоплива в  смеси возможно использование этих биотоплив без каких-либо переделок в двигателях. Другие виды биотоплива, такие, как чистое растительное масло, биометанол, биогаз, биодиметил эфир и биоводород, требуют при своем использовании существенного изменения как инфраструктуры снабжения, так и модификации двигателя.

Европейский опыт показывает, что к такому топливу предъявляется ряд специфических требований, изложенных в европейском стандарте EN 14214:2003 «Automotive fuels. Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines. Requirements and test methods» (EN 14214:2003 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME) для дизельных двигателей. Требования и методы испытаний»).

В России разработан и введен в действие ГОСТ Р 52368-2005 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические  условия», допускающий содержание биологических добавок до 5% от объема топлива. Однако указанный стандарт не решает всех вопросов о нормативно-правовом обеспечении использования метиловых эфиров жирных кислот – основного компонента биотоплива – в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, в частности для дизельных двигателей.

Это связано с тем, что, не смотря на кажущуюся простоту реакции переэтерефикации растительных масел, технологический процесс получения метиловых эфиров протекает с образованием ряда промежуточных и побочных продуктов, весьма нежелательных в дизельном топливе. К таким соединениям относятся эфиры линолевой кислоты, которые в силу наличия в молекуле трех двойных связей склонны к полимеризации с образованием высокомолекулярных соединений. Ограничивается также содержание моно-, ди- и триглицеридов и свободного глицерина; строго нормируется содержание калия, натрия, фосфора и свободного метанола. Соединения калия и натрия используются в качестве катализаторов переэтерефикации. Но, если и не удалить после завершения процесса, они могут вызвать расщепление метиловых эфиров с образованием свободных жирных кислот – сильных коррозионных агентов. Фосфор, содержащийся в маслах в виде фосфолипидов, может отравлять нейтрализаторы выхлопных газов автомобилей, а метанол сам по себе является сильным ядом.

Поэтому необходимо стандартизировать в России ряд  специфических методов испытаний, применимых только для топлив этого  вида. В настоящее время действуют  следующие стандарты:

- EN 14103:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержание эфира линолевой кислоты»;

- EN 14104:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение кислотного числа»;

- EN 14105:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания свободного и общего глицерина, а также содержание моно-, ди- и триглицеридов (основной метод)»;

- EN 14107:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания фосфора методом эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой»;

- EN 14108:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания натрия методом атомно-абсорбционной спектроскопии»;

- EN 14109:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания калия методом атомно-абсорбционной спектроскопии»;

- EN 14110:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания метанола»;

- EN 14111:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение йодного числа»;

- EN 14112:2003 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение стойкости к окислению (экспресс-метод испытания на окисление)».

Для решения этой задачи уже разработаны и представлены на утверждение в Росстандарт проекты следующих нормативных документов:

- ГОСТ Р ЕН 14214 «Топливо для двигателей внутреннего  сгорания. Метиловые эфиры жирных  кислот (FAME) для дизельных двигателей. Общие технические требования». Проект стандарта распространяется на метиловые эфиры жирных кислот, применяемых в качестве биотоплива в чистом виде или в качестве компонента дизельного топлива, соответствующих требованиям ГОСТ Р 52368-2005 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия», гармонизированного с EN 590:2004. В проекте стандарта сделана оговорка о том, что топлива, приготовленные только на основе метиловых эфиров жирных кислот, предназначены для транспортных средств с дизельными двигателями, сконструированными или переоборудованными для работы на данном виде топлива;

- ГОСТ Р ЕН 14103 «Производные жиров и масел.  Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания эфиров и метилового эфира линоленовой кислоты»;

- ГОСТ Р ЕН 14105 «Производные жиров и масел. Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания свободного и общего глицерина, а также содержания моно-, ди- и триглицеридов (методом сравнения)»;

- ГОСТ Р ЕН 14109 «Производные жиров и масел.  Метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Определение содержания калия методом атомно-абсорбционной спектрометрии».

 

 

  1. Возможные варианты использования альтернативных источников энергии в РФ

 

В России биотоплива для двигателей внутреннего сгорания остаются экзотикой. Этому способствует как наличие значительных запасов нефти и газа, так и объективные трудности, связанные с получением и использованием топлив из природного сырья.

Россия - это  не Европа, не США, не Бразилия. Тут более  суровый климат, и получать дешевый  спирт или масло, снимая по нескольку  урожаев в год, не выйдет. Климат заметно ограничивает и применимость биотоплив. Например, биодизельные топлива на основе рапсового масла застывают при температурах около -15°С, а в ряде случаев и выше. Это ограничивает применимость биодизеля южными регионами страны или летним временем года. Проблема застывания существует и для нефтяного дизельного топлива, но она успешно решается технологическими методами (депарафинизация, облегчение фракционного состава) или добавлением депрессорных присадок, эффективно снижающих температуру застывания. Для растительных топлив такие присадки еще только разрабатываются. Другая проблема - поглощение влаги из атмосферы, при низких температурах грозящее расслоением топлива, коррозией и образованием льда.

Спирт и его  смеси с бензином не замерзают, однако еще больше склонны к поглощению влаги. На определенном этапе это может привести к расслоению топливной смеси. Ситуация усугубляется тем, что даже если сразу расслоения не произойдет, резкие перепады температуры могут привести к появлению в топливной системе водяного конденсата. При низких температурах он замерзает и приводит к забивке топливопроводов, фильтров и др. Влага также способствует появлению коррозии. Таким образом, для районов с резко континентальным климатом спирто-бензиновые смеси могут оказаться непригодными.

Нельзя забывать и об огромном парке устаревшей техники, которая не только эксплуатируется, но и выпускается в России. Для  нее топлива с высоким содержанием  биокомпонента непригодны.

Несмотря на упомянутые недостатки, работа по созданию спиртовых топлив в России велась и ведётся.

В текущем году несколько российских компаний заявили  о намерении построить заводы по производству автомобильного биотоплива.

По мнению экспертов, сейчас российские предприниматели  стремятся занять место на рынке, который в дальнейшем будет только расти. Основными потребителями российского биотоплива станут европейские страны, где машины на биодизеле и этаноле становятся все популярнее. По сравнению "зеленым" топливом европейского производства, себестоимость российской продукции будет дешевле.

В России, дизель "растительного происхождения" может быть использован для заправки сельхозтехники и на железных дорогах. При этом аналитики отмечают, что  в Европе популярность биотоплива во многом связана с поддержкой властей. Российское правительство вряд ли примет меры, направленные на стимулирование производства этанола, так как дефицита нефти в нашей стране пока нет.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Многие страны уже внедрили свои технологии, некоторые только выходят на этот рынок с новыми разработками. Но сказать можно одно – за растительным биотопливом будущее. Запасы нефти, газа и угля не бесконечны и практически невозобновляемы. Поэтому производить топливо придется из всего, что «попадется».

Даже несмотря на то, что в России биотопливо – это еще новинка, не нужно стоять в стороне от мира всего. Если сейчас нет проблем с нефтью и газом, то вскоре они возникнут и придется покупать это самое топливо за границей, тем самым быть зависимыми от иностранных энергоносителей, как сейчас Европа зависит от поставок российского газа.

Развитие биоэнергетики  в интересах страны требует более  тесной интеграции и координации  работ с министерствами, ведомствами  и корпорациями, осуществляющими  добычу и производство углеводородного  сырья и переработку древесины. Это позволит комплексно решать задачи изучения свойств биодобавок и биотоплива и развития их производства в интересах сельхозтоваропроизводства.

Реализация  намеченных мер по ускорению темпов развития биоэнергетики в Российской Федерации позволит:

- увеличить обеспеченность животноводства в кормовом белке;

- повысить доходность сельскохозяйственного производства и инвестиционную привлекательность сельского хозяйства;

Информация о работе Синтетические моторные топлива и биотоплива (биогаз, биодизель). Альтернативные источники топлива