Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время основными топливами
для ДВС, включая дизели, являются топлива нефтяного
происхождения. Однако, сырьевые ресурсы для производства таких
топлив являются ограниченными и стоимость добычи, переработки,
транспортировки таких топлив всё более возрастает. Уже в течение
ряда лет в мире прогнозируется истощение нефтяных ресурсов в
течение трёх десятков лет, хотя необходимость сохранения нефтяных
запасов на более длительный период очевидна в связи с тем, нефть
является важным сырьём для микробиологической,
фармацевтической и химической промышленности. В связи с указанным, в мире ведутся исследования по разработке и применению в качестве топлив для тепловых энергетических установок и в частности для ДВС различных нетрадиционных, альтернативных энергоносителей не нефтяного происхождения. Эти работы условно можно разделить на два важнейших направления. Первое - это разработка топлив из нетрадиционных сырьевых источников, применимых в глобальном масштабе, т. е. топлив, способных заменить нефтяные топлива в мировом масштабе. К таким топливам относятся газовые, прежде всего природный газ, синтетические топлива, производимые из газа, Спиртовые топлива, синтезируемые из твёрдых топлив, а в перспективе — водород. В более далёкой перспективе прогнозируется применение в ДВС твёрдых, прежде всего угольных топлив в пылевидной форме или в виде топливно-угольных и водо-угольных суспензий.
Однако, широкое применение таких топлив с целью сокращения потребления нефтяного сырья является сравнительно далёкой перспективой. Поэтому одновременно с такими работами ведутся работы второго направления - разработка нетрадиционных топлив, которые могут носить характер рентабельности, экономической или экологической целесообразности лишь в региональном, местном, локальном масштабе. Известны исследования по применению в качестве топлив для дизелей рапсового масла и его смесей с дизельным топливом (смесевых топлив), по применению в ДВС спиртовых топлив - продуктов синтеза из отходов сельскохозяйственного производства, из зелёной массы и т. д. Известны исследования по применению подсолнечного масла в качестве добавки к топливу (в регионах с интенсивным производством подсолнечника), по применению кокосового, пальмового масла (в странах с соответствующими климатическими условиями) и т. д.
Россия обладает огромными лесными массивами и огромными запасами древесины. Потенциал её переработки, включая различные
химических- производства непрерывно нарастает. Всё это создаёт условия для накопления древесных отходов, загрязняющих окружающую среду, и не всегда находящих применение в народном хозяйстве. Известные попытки производить топливо для ДВС из древесных отходов путём генерирования из них горючих газов осложняются ограничением на допустимую влажность такого сырья, а практическая реализация достигнутых результатов ограничивается необходимостью существенной перестройки двигателей. В то же время очевидно,., что для региональных масштабов, в зонах интенсивной лесопереработки, отходы таких производств необходимо утилизировать, а желательно включить в баланс производимых энергоносителей.
Известно производство из древесины, прежде всего хвойных пород, ароматических углеводородов типа нормального кумола и цимола для нужд химической и проч. промышленности. В указанных
региональных масштабах избытки этих продуктов, отходы таких
производств целесообразно использовать в качестве энергоносителей
как с целью стабилизации топливно - энергетического баланса, так и
с целью защиты окружающей среды от загрязнения указанными
' веществами.
Целью работы является разработка дизельного топлива, содержащего продукты переработки древесины (прежде всего хвойных пород), типа нормального цимола и кумола.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.
Провести анализ физико - химических и моторных свойств моноароматических углеводородов типа нормального цимола и кумола и их смесей с дизельным топливом, с целью прогнозирования возможности их применения в качестве топлива для дизелей.
Исследовать саму возможность и особенности работы на
таких топливах дизелей существующей конструкции без их
существенной модернизации или перерегулировки.
Разработать рекомендации по приемлемому составу такого
, топлива, оценив возможности экономии нефтяных ресурсов, а
также экологические, мощностные и экономические качества
работы дизелей на таких топливах. Объект исследования. В качестве объекта исследования выбран дизель 8ЧН130/140 (ЯМ3238Б) автотранспортного назначения, имеющий широкое применение в условиях лесоразработок и предприятий по переработке древесины.
Методика исследования включает как теоретические анализы моторных свойств разрабатываемых топлив, так и экспериментальные моторные исследования.
Научная новизна. Теоретически обоснована принципиальная возможность применения лёгких моноароматических углеводородов бензольного ряда (ЛАУБ) (типа п-цимола и кумола), продуктов переработки древесины хвойных пород, в качестве добавки к основному дизельному топливу. Экспериментально показано, что добавка ЛАУБ к дизельному топливу в количестве более 20% массовых не сопровождается существенным повышением токсичности выбросов по основным нормируемым компонентам О.Г., но приводит к чрезмерному возрастанию выброса твёрдых частиц (ТЧ), что ограничивает возможности замещения дизельного топлива указанным веществом. Экспериментально подтверждено, что добавка к смесевому топливу присадки Ва[Мп(С2Н5ОН)2(Н20)2]С12 снижает содержание ТЧ в отработавших газах, что позволяет повысить содержание ЛАУБ в топливе до 30%. Экспериментально подтверждена возможность создания и применения в качестве дизельного смесевого (композитного) топлива, содержащего основное дизельное топливо с 30% добавки ЛАУБ и (0,05%) присадки Вп[Мп(С2Н5ОН)2(ІЬО)2]СІ2.
Практическая ценность. Локальное, региональное (в зонах лесоразработок и лесопереработок) применение смесевого топлива разработанного состава позволяет заместить до 30% дизельного нефтяного топлива лёгкими моноароматическими углеводородами, что важно как для ресурсосбережения, снижения транспортных расходов на доставку топлива, так и для защиты окружающей среды отходами лесопереработки. Дизель типа ЯМЗ-238Б без специальных перерегулировок может использовать предложенное смесевое топливо без потерь экономичности и мощности с допустимым (для зон с неограниченным воздухообменом) уровнем выбросов токсичных компонентов, включая твёрдые частицы.
Внедрение. Результаты работы переданы в ГУП - НИЦИАМТ для использования в НИОКР. А также применяются в учебном процессе РУДН при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.
Апробация. Результаты работы докладывались на техническом совете лаборатории ДВС ГУП - НИЦИАМ г. Дмитров - 7, на научно -технических конференциях РУДН в 1996, 1998 и 1999 годах, а также на междунарождной научно - технической конференции "Совершенствование быстроходных ДВС" в Алтайском Государственном техническом университете в 1999 году.
.Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре работы.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 14 иллюстраций, 18 таблиц и списка источников информации из 78 наименований.