Свойства и применение биодизельных топлив

Альтернативным топливом для дизельных двигателей является биодизельное топливо. Основой для биодизельного топлива служат различные растительные компоненты, чаще всего соя, рапс, хлопок. Идея получать дизельное топливо из растительного сырья была предложена еще Рудольфом Дизелем. В 1900 году он даже продемонстрировал двигатель, работавший на топливе из растительного (арахисового) масла.

Основными преимуществами биодизельных топлив являются экономия невозобновляемых нефтяных ресурсов, а также улучшенные экологические характеристики по сравнению с минеральными топливами. Так, биодизельные топлива не содержат соединений серы и канцерогенного бензола. При сгорании таких топлив в двигателе выбросы в атмосферу диоксида углерода СО₂ на 50-80 % ниже, чем при работе на традиционном минеральном дизтопливе. Одним из достоинств биодизельных топлив является их полная биоразлагаемость; разложение этих топлив происходит в естественных условиях без вреда для природы. Растительное топливо отличается хорошей воспламеняемостью, его цетановое число достигает 58.

Недостаток применения биодизельных топлив – их высокая себестоимость. К недостаткам этих топлив можно отнести также меньшую, чем у нефтяных топлив теплотворную способность – 37 МДж/кг, а также повышенную вязкость (7,5 мм²/с при температуре 20 ⁰С). Кроме того, при работе двигателя на биодизельном топливе образуется на 10-40 % больше оксидов азота, чем при использовании минеральных топлив.

Наиболее перспективным считается биодизельное топливо на основе рапсового масла, причем рапсовое масло может применяться также в смеси со стандартным дизельным топливом.

Интерес к альтернативным топливам на автомобильном транспорте в дальнейшем будет возрастать, многие специалисты ожидают технологического прорыва в этой области.

Организация рационального применения автомобильных топлив и масел

Автомобильный транспорт является основным потребителем нефтяных топлив и смазочных материалов, и их экономия служит одним из важнейших условий эффективной работы автомобилей. Экономия затрат на топливо и смазочные материалы достигается за счет сокращения расхода на транспортную работу, снижения потерь топлив и смазочных материалов во время их транспортировки, хранения заправки, а также за счет сбора и регенерации отработавших масел.

Сокращение потерь нефтепродуктов.

На всех этапах перевозки, хранения, заправки автомобилей происходят потери топлив и смазочных материалов, величина которых может достигать 3-4 % от общего количества нефтепродуктов. Снижение потерь позволяет не только экономить нефтепродукты и уменьшать финансовые затраты, но и повышать долговечность и эффективность работы техники.

Основные виды потерь нефтепродуктов — качественные, количественные, смешанные, а также аварийные. Количественные потери нефтепродуктов происходят в результате разлива, перелива, подтекания. К ним относятся также остатки нефтепродуктов в таре после слива. Качественные потери — изменение физико-химических свойств нефтепродуктов из-за загрязнений механическими примесями, обводнение, смешение с другими нефтепродуктами и окисление. Смешанные потери вызываются одновременным снижением количества и качества нефтепродукта. Например, при хранении бензина испаряются легкие фракции, что ведет к ухудшению его пусковых свойств и уменьшению его количества. Аварийные потери возникают при повреждении резервуаров, пожарах, когда теряется сразу большое количество нефтепродуктов. Они очень редки, их доля в общих потерях невелика.

Контроль качества топлива и смазочных материалов необходим для обеспечения надежной эксплуатации тракторов и автомобилей в течение длительного срока. Его проводят в следующих целях: определения соответствия физико-химических показателей нефтепродуктов требованиям действующих стандартов и технических условий; обнаружения некондиционных нефтепродуктов и своевременного исправления их качества; предупреждения ухудшения свойств нефтепродуктов при транспортировании и хранении; предъявления претензий снабжающим организациям за поставку нефтепродуктов, не соответствующих стандартам или техническим условиям или не отвечающих требованиям по ассортименту. При транспортировке, хранении, заправке и применения в машинах происходит изменение свойств топлив и смазочных материалов, которые в некоторых случаях приводят к ухудшению их эксплуатационных свойств. Все изменения качества нефтепродуктов условно подразделяют на следующие группы: окисление, испарение, обводнение и загрязнение. Большинство выпускаемых нашей промышленностью нефтепродуктов имеют высокую химическую стабильность. Стандартами на нефтепродукты предусмотрен запас качества по показателям, которые наиболее сильно изменяются при хранении. Запас качества по этим показателям и скорость их изменения определяют срок хранения топлив и смазочных материалов. Рассмотрим химические изменения, происходящие с топливами и смазочными материалами. При длительном хранении бензина его октановое число снижается на 1 - 2 единицы. Наиболее быстро накапливаются в бензинах фактические смолы. Содержание фактических смол является основным показателем, определяющим допустимый срок хранения бензина. Чем меньше в бензине содержится смол, тем больше возможный пробег автомобиля до появления неисправности в двигателе. В стандартах на бензины каждой марки указан индукционный период на месте производства. При хранении повышается кислотность бензинов, что повышает их коррозионную агрессивность. При хранении дизельных топлив наблюдается рост кислотности и содержания фактических смол. Увеличение кислотности дизельных топлив более значимо, чем повышение содержания фактических смол Моторные масла и специальные жидкости обладают большой стабильностью, поэтому существенных химических изменений при длительном хранении у них не наблюдается.

Скорость химических изменений топлив и смазочных материалов зависит от температуры нефтепродуктов, каталитического действия цветных металлов, степени заполнения резервуаров и т. д. При хранении нефтепродуктов на скорость химических процессов наибольшее влияние оказывает температура. В связи с этим подземный или полуподземный способ хранения нефтепродуктов предпочтительнее наземного. Понизить температуру топлива в резервуаре можно за счет окрашивания его в светлые тона. Светлая краска отражает от стенок резервуара большую часть лучистой энергии. Техническими условиями не допускается наличие воды в топливах и смазочных материалах. Однако на практике при плохом хранении вода часто попадает в нефтепродукты. Вода, попавшая в топливо, повышает коррозионный износ металлов и сплавов топливной аппаратуры, смазочной системы, резервуаров, баков и др. Особенно сильная коррозия возникает по линии раздела воды и нефтепродукта. В холодное время года вода кристаллизуется, твердые частички льда забивают фильтры и топливную аппаратуру. Совместно со смолистыми веществами и органическими кислотами вода образует рыхлые осадки, которые ухудшают эксплуатационные свойства топлива, особенно его фильтрацию. По этой причине очень часто не работают фильтры заправочных колонок. Особенно опасно попадание воды в моторные масла, которые, взаимодействуя с ней, образуют осадки, выпадающие на дно резервуаров. Эксплуатационные свойства обводненных моторных масел ухудшаются. Сравнительно небольшое количество воды (0,1.- 0,2 %) в течение нескольких дней хранения моторного масла может разложить значительную часть содержащихся в нем присадок, поэтому попадание атмосферных осадков в моторное масло не допускается. Моторные масла следует заливать только в сухую и чистую тару, с плотно завинчивающимися пробками. При эксплуатации автомобилей необходимо обязательно сливать отстой воды из топливных баков и системы питания, а также периодически удалять отстой из резервуаров топливохранилищ. Качество топлив и смазочных материалов значительно ухудшается при попадании в них механических примесей. Примеси попадают в нефтепродукты при использовании грязной тары, неисправных шлангов, наливе открытой струей, хранении в плохо закрытых резервуарах. В летний период загрязненность топлив значительно выше, чем в зимний. В выпускаемых заводами топливах не содержится абразивных механических примесей, однако при каждой перевозке и перекачке происходит постоянное его загрязнение. Большинство механических примесей улавливается фильтрами грубой и тонкой очистки топлива, а некоторое количество проникает в цилиндры двигателя и вызывает повышенный износ деталей цилиндропоршневой группы. Дизельное топливо обладает значительной вязкостью и плотностью, в нем медленно осаждаются механические частички. Если в бензине механические примеси оседают через 2.- 3 ч, то в дизельном топливе в летний период - до 10 суток. Поэтому для заправки автомобилей дизельное топливо надо брать из верхних наиболее чистых слоев. Механические примеси, содержащиеся в топливах, являются одной из основных причин отказов топливной аппаратуры. Перед заправкой в автомобиль топливо обязательно надо фильтровать. Топливными фильтрами тонкой очистки оборудованы механизированные заправочные средства, агрегаты технического обслуживания и топливораздаточные колонки. В двигателе топливо еще раз фильтруется в сетке горловины бака и в фильтрах грубой и тонкой очистки. В моторных маслах не должны содержаться абразивные механические примеси. Однако на нефтескладах хозяйств количество абразивных частичек в маслах в отдельных случаях достигает 0,03 %. В основном моторные масла загрязняются при работе в двигателе, поэтому эти продукты должны быть удалены при очистке масла в двигателе. Чем быстрее и полнее удаляются продукты, накапливающиеся в масле, тем дольше оно работает в двигателе, тем эффективнее его работа и меньше износ деталей двигателя.

Перерасход топлив и масел может быть результатом использования некондиционных топлив и масел или их смешивания, например при добавлении низкооктановых бензинов в высокооктановые, при смешивании бензинов с керосином или дизельным топливом, масел разных марок. Эти смеси непригодны к употреблению. При приеме, хранении и отпуске бензина происходят потери его в результате испарения. Дизельные топлива, моторные масла и большинство специальных жидкостей состоят из высококипящих соединений, поэтому потери их испарением незначительны и практически не влияют на изменение эксплуатационных свойств. При хранении испарение бензина всегда происходит в результате так называемого «малого дыхания» резервуара, которое заключается в следующем. В резервуаре над поверхностью бензина предусматривают свободное пространство, в котором находится смесь паров бензина с воздухом (в 1 м³ находится около 1 кг паров бензина). Днем смесь нагревается, расширяется и частично улетучивается через дыхательный клапан в атмосферу. В ночное время смесь охлаждается, уменьшаясь в объеме. В резервуаре создается разрежение и через дыхательный клапан в него поступает свежий воздух, который затем насыщается парами бензина, далее все повторяется. Этот процесс называют «малым дыханием». Величина потерь бензина при «малом дыхании» зависит от перепада суточных температур. Например, при увеличении температуры газового пространства от 15 до 40 ⁰С из резервуара вместимостью 25 м³ за сутки испаряется в атмосферу около 2 кг бензина. Существуют также «большие дыхания» резервуаров, которые протекают следующим образом. При отпуске из резервуара бензина количество жидкости уменьшается, а объем паров соответственно увеличивается. При полном сливе бензина резервуар оказывается заполненным только парами бензина и воздухом. При заполнении резервуара новой партией бензина смесь вытесняется через дыхательный клапан наружу. Потери при «большом дыхании» весьма значительны: например, при наливе 25 м³ бензина в резервуар вместимостью 25 м³ сразу теряется около 25 кг топлива. Уменьшение потерь бензина испарением достигают снижением объема газового пространства резервуара. Желательно, чтобы резервуар был заполнен не менее чем на 90... 92 % его объема. Если резервуар будет заполнен на 90 %, то потери на испарение бензина составят 0,3 - 0,4%, на 50%— до 4%, на 20%- до 14%. Выпускают резервуары с так называемой газовой обвязкой, которая позволяет улавливать пары при «малых и больших дыханиях». В этих резервуарах смесь при «дыханиях» уходит не в атмосферу, а в специальные емкости. Эта же смесь из емкости поступает снова в резервуар при понижении в нем давления. Выпускают также приемораздаточные стояки с приспособлением для газовой обвязки при сливно-наливных операциях. Окраска резервуаров — очень эффективный способ уменьшения потерь бензина от «малых дыханий». Резервуары окрашивают в светлые тона, например белый, светло-голубой, наибольшей отражательной способностью обладает белая краска. Для окрашивания резервуаров используют фосфатокрасочный раствор, который сохраняется до 10 лет. Сооружение защитных экранов из деревьев лиственных пород, посаженных вблизи резервуаров, широко применяют на нефтескладах. Тепловая изоляция небольших резервуаров стекловатой или пенобетоном также дает положительный результат в борьбе с потерями нефтепродуктов испарением. Наилучший способ снижения потерь нефтепродуктов — подземное размещение резервуаров, поскольку в них практически отсутствуют суточные колебания температур. Среднегодовые потери в подземных резервуарах снижаются в 2 - 3 раза по сравнению с наземными.

Экономия топлив складывается из следующих составляющих: снижения потерь от утечек при транспортировке, хранении и заправке; надлежащее техническое состояние машин и высокий уровень их эксплуатации; правильная организация использования машин. Потери топлива от утечек при транспортировке, хранении и заправке практически можно ликвидировать полностью. Потери от утечек в основном происходят из-за плохого технического состояния оборудования нефтескладов, нарушения правил его эксплуатации и низкой технической культуры обслуживающего персонала. Подтекание бензина и дизельного топлива в виде капель вызывает большие потери. Если через неплотное соединение проходит одна капля в секунду, то потери за сутки составят 4 кг, а за год около 1,5 т. Малая вязкость бензина и дизельного топлива ведет к вытеканию их через невидимые микроскопические отверстия на поверхность резервуара, с которой они испаряются. Для устранения потерь от утечек при приеме, хранении и отпуске топлива следует ежедневно проверять исправность резервуаров, немедленно устранять неисправности, не переполнять резервуары топливом, плотно закрывать их люки, проверять исправность средств перекачки. Потери при заправке машин происходят при отсутствии заправочного оборудования или неправильного его использования. Заправку машин необходимо производить на стационарных постах заправки, оборудованных топливораздаточными колонками или приемораздаточными стояками. Оборудование нефтескладов должно находиться в исправном состоянии. Применение неисправного оборудования для транспортировки, хранения и заправки приводит к резкому увеличению потерь нефтепродуктов.