Статья: Растительное сырье для получения ГСМ и энергетическая безопасность Республики Молдова

Плотность биодизеля при температуре150С равна 0,875-0,890 г/мл. Кинематическая вязкость дизтоплива при температуре 40° C составляет 4,5 мм2/с, а для биодизеля - 3,5-5,0 мм2/с. При этом он легче фильтруется через очистительные фильтры, его текучесть лучше, но более вязкое топливо обладает лучшими герметизирующими свойства.

Например, дизтопливо производимое на Комратском нефтеперерабатывающем заводе из нефти добываемой в Молдове, обладает очень низким цетановым числом <40, Введение в его состав биодизеля при определенном соотношении ингредиентов, позволит поднять его цетановое число до величины, обеспечивающей нормальную работу дизельного двигателя и при выполнении требований Евростандарта 2000 года на параметр цетановое число, т.е. при доли цетана не менее 51% .

Как использовать биодизельное топливо?

Использовать в чистом виде, как отдельный тип топлива которое состоит на 100% из метилового эфира.(марка BD-100) или в качестве добавки к минеральному дизтопливу при соотношении ингредиентов от 5 до 35 % ? В США наиболее распространена марка BD-20. Оптимальная смесь биологического дизельного топлива получается для 35 % биодизеля и 65 % обычного дизельного топлива. Соотношение компонентов топлива можно увеличить до 50%. Добавка биодизеля в минеральное дизтопливо, не приводит к необходимости выполнения модификации дизельного двигателя.

Установлено, что чем севернее произрастает рапс, тем менее экологичнее топливо из него. Дополнительная очистка и кондиционирование приводят к повышению себестоимости топлива из него. Использование рапсового масла в качестве 10%-й добавки к дизельному топливу (аналогично кислородсодержащим добавкам к бензину) хорошо зарекомендовало себя только в жарких и теплых климатических условиях. При использовании таких добавок в холодных климатических условиях в выхлопных газах дизельных двигателей наблюдается увеличение выброса загрязняющих веществ.

Почему нельзя использовать растительные масла в «чистом» виде в качестве топлива?

В двадцатые годы прошлого века в Германии был разработан и изготовлен небольшой трактор "Ланц-Бульдог", двигатель которого одинаково хорошо работал на минеральном дизтопливе, бензине, растительном масле.

При использовании растительных масел вместо дизтоплива возникают проблемы: масла не могут длительно применяться в обычных двигателях с непосредственным впрыском, так как сгорают не полностью. Это приводит не только к их смешению с моторным маслом, но и к отложению продуктов коксования на форсунках, деталях цилиндро - поршневой группы. Причина - вязкость масел, которую можно понизить нагреванием или разжижением минеральным дизтопливом. Например, рапсовое масло имеет температуру застывания от - 4 до -10оС (табл.2) . То есть, в зимнее время возникает проблема его прокачки из топливного бака к топливному насосу и далее к форсункам. В моторах с предкамерой и вихрекамерой масло дополнительно подогревается перед воспламенением, и таким образом обеспечивается его лучшее смешение с воздухом и более полное сгорание. Существуют, так называемые, всеядные двигатели внутреннего сгорания, которые могут работать на дизтопливе, бензине, авиационном керосине, растительном масле. Такие двигатели отличаются очень высокой ценой и используются на армейских самоходных средствах: танках, бронетранспортерах, боевых машинах и армейских грузовиках. Так что, использование биодизеля пока выгоднее растительного масла.

В настоящее время потребности транспорта, промышленности и сельского хозяйства Молдовы в энергоносителях практически на 100 % удовлетворяются углеводородными видами топлива - углем, минеральным дизельным топливом, бензином а также природным газом. Одна из причин ухудшения финансового положения аграрного сектора страны - постоянно возрастающие цены на ГСМ. В связи с этим есть необходимость задуматься о возможностях производства и использования различных видов топлив, которые можно производить из возобновляемых источников сырья растительного происхождения: биодизеля и этанола. Производством рапсового масла могут заняться производители сельхозпродукции и использовать его в качестве базового ингредиента, к которому добавляют минеральное дизельное топливо. Такой «коктейль» можно использовать только в период плюсовых температур воздуха. Этот способ практикуется фермерами в США и Южной Америке. Полезный опыт в этом имеется и в России. Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной академией с 1995 года проводились испытания по использованию рапсового масла на экспериментальных двигателях Д-240 и ГАЗ-52. Для двигателя Д-240, согласно опытным данным, рекомендуется следующий состав топлива: 75 % рапсового масла и 25 % минерального дизельного топлива. Той же академией были выполнены расчеты производства и использования рапсового масла для фермерского хозяйства с общей посевной площадью 100га.: если на 20 га будет возделываться озимый рапс, то при урожайности в 25 ц/га с этой площади можно собрать 50 тонн маслосемян, а из них получить 16 т масла. При пятипольном севообороте на выполнение всех работ потребуется 10,8 т. моторного топлива в год, соответственно, необходимо 8,1 рапсового масла. Его остаток можно продать или использовать для других целей.

В таблице 1 приведены величины издержек при производстве биодизеля

Таблица 1

Издержки при производстве биодизеля в зависимости от мощности

установки (на примере Германии)

Следовательно, используя рапсовое масло для производства биодизеля и используя его в сочетание с минеральным дизельным топливом, Республика Молдова может решить проблему обеспечения машин для сельскохозяйственного производства и транспортных средств моторным топливом для дизельныхо двигателей и при этом значительно оздоровить воздушный бассейн.

Есть еще один способ снижения вредных выбросов в атмосферу с одновременной экономией углеводородного топлива - бензина. Суть его состоит в добавлении в бензин биоэтанола - этилового спирта, который можно получать из растительного сырья.

В США в настоящее время производится порядка 60 миллиардов литров биоэтанола, являющегося побочным продуктом глубокой переработки зерна кукурузы. К 2012 году эту цифру планируется удвоить, на что фермерам будет выделено 7 млрд. долларов.

Добавка этанола в бензин удешевляет его, а выхлопные газы становятся практически безвредными. В настоящее время соотношение бензина и этанола: 90 и 10% или 85 и 15%. Для существенного снижения стоимости бензина это соотношение необходимо довести до 80 и 20%. То есть, экономия бензина может составить 20% при серьезном экологическом эффекте. Этанол можно получать из картофеля, ржи, ячменя, рапса и пр. Следовательно, Республика Молдова в состоянии значительно сократить потребление бензина.

В настоящее время существует еще один путь - использование экологически чистого моторного топлива нового поколения - диметилового эфира (ДМЭ). Диметиловый эфир:СН3-О-СН3 является достаточно инертным газом и разделяется только при красном калении. Его можно получать из диметилсульфата нагреванием с окисью меди или из метанола с помощью серной кислоты:

t < 1000C

СН3ОН + Н2SO4 -------------> CH3OSO2OH + H2O

t = 130-140oC

CH3OSO2OH + CH3OH --------------> CH3OCH2 + H2O

¦

--------------> CH3OSO2CH3 + H2O [ 3 ]/

В мире уже есть три минизавода, производящих ДМЭ: в ФРГ, Англии и России.

При сгорании ДМЭ образуется вода и углекислый газ:

СН3ОСН3 + 3 О2 = 2СО2 + 3Н2О

Немаловажно и то, что производство ДМЭ гораздо дешевле, чем того же дизельного топлива и тем более бензина. Для работы на ДМЭ двигатель внутреннего сгорания требует некоторой переделки. Испытания нового топлива в Российской Федерации на автомобиле ЗИЛ-5301 прошли успешно.

Еще одна область, где с успехом может быть использовано рапсовое масло - это производство пластичных смазочных материалов, в которых в качестве дисперсионной среды взамен минерального масла используется рапсовое масло, что делает такие смазки значительно экологичнее.

Растительные масла обладают высокой молекулярной массой (порядка 900) [1], определяющей их низкую летучесть при значительном вакууме, что позволяет использовать их как в качестве самостоятельных смазочных сред, так и в качестве дисперсионных сред при изготовлении высокоэффективных пластичных смазочных материалов для работы в обычных условиях и в условиях вакуума: в высотной авиации и на космических объектах. Организация производства пластичных смазок на основе рапсового масла позволит Молдове значительно сократить ввоз пластичных смазок необходимых для промышленного и сельскохозяйственного производства, транспорта, а часть их экспортировать.

Нами исследовались противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства таких растительных масел как касторовое, масел из семян: винограда, томатов, рапса, арахиса, кукурузы, подсолнечника и оливкового масла [4] (табл. 2).

Цель исследования состояла в определении растительного масла, обладающего наилучшими смазочными и антифрикционными свойствами.

Основные показатели растительных масел приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные показатели растительных масел.

Трибологические исследования растительных масел проводились на четырехшариковой машине трения по методике ( ГОСТ 9490-75): частота вращения верхнего шара 1460 мин-1; ступенчатое повышение осевой нагрузки до наступления сваривания шаров; продолжительность каждого испытания 10 с.; идентификация нагрузки заедания -Рлр. осуществлялась по резкому возрастанию диаметра пятна изнашивания на нижних шарах; на каждой осевой нагрузке проводилось три эксперимента с поворотом шаров после каждого эксперимента, но без их извлечения, и с добавлением новой порции масла перед очередным экспериментом. Шары из стали ШХ9, твердостью HRC 60…62. Температура масла 292...294 К. Оценочными показателями противоизносных свойств масел служили величины диаметров пятен изнашивания - d из.ср. измеренные после окончания испытаний. В конце каждого эксперимента измеряли величину силы трения, возникающей в зоне контакта шаров (с помощью тензометрического динамометра, связанного с нижней чашкой машины трения), усилителя ТА-5 и стрелочного микроамперметра М266М. Затем силу трения пересчитывали в величину коэффициента трения - f, служившего оценочным показателем антифрикционных свойств масел.

Противозадирные свойства масел оценивались по величинам критической нагрузки, нагрузки сваривания и индекса задира.

Результаты испытаний растительных масел представлены в табл. 3. По данным таблицы, в соответствии с ГОСТ 9490-75, определяли величины индекса задира Из; критической нагрузки Ркр., которые совместно с величинами нагрузки сваривания Рс приведены в табл. 4.

Все растительные масла проявили сравнительно высокие противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства. По-видимому, это связано с тем, что основу всех масел составляют триацилглицерины, которые в процессе трения под воздействием повышенных температур в зоне контакта трущихся поверхностей, а также, окисляясь кислородом воздуха, образуют перекисные соединения, оксикислоты и продукты полимеризации.

Исходя из величин йодного и дистилляционного чисел (табл.2) можно сделать вывод о том, что рапсовое масло обладает удовлетворительной склонностью к загустению и полимеризации.

Анализ результатов испытаний (табл. 3 и 4) позволил сделать вывод о том, что рапсовое масло является наиболее пригодным для использования в качестве дисперсионной среды при изготовлении пластичных смазок.

Разработанные нами пластичные смазки [5-8] содержат в себе в качестве дисперсионной среды рапсовое масло, а в качестве дисперсионной фазы - литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты, а также вязкостную и антиокислительную добавки - пластичная смазка многоцелевого назначения

Таблица 3.

Триботехнические характеристики растительных масел (dиз.ср./ f).