Введение к работе
Актуальность работы. Главным направлением снижения загрязнения окружающей среды отработавшими газами автомобилей является уменьшение потребления топлива, улучшение его углеводородного и химического состава при одновременном увеличении октанового числа более 95 ед. по исследовательскому методу (ИМ). Это определено требованиями Технических Регламентов РФ и Таможенного Союза, гармонизированных с директивами Европейского Союза.
При этом, большое внимание уделяется использованию в составе автомобильных бензинов оксигенатов. Оксигенаты способствуют снижению выбросов оксида углерода и несгоревших углеводородов, имеют высокие октановые числа, кроме того, биоэтанол и биобутанол являются возобновляемыми энергоресурсами. С другой стороны, оксигенаты обладают рядом недостатков: пониженная теплота сгорания, высокая теплота испарения, низкая агрегативная устойчивость в бензиновых композициях.
В настоящее время при производстве автомобильных бензинов широко используются биоэтанол, метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ) и другие оксигенаты. При этом, в каждом конкретном случае необходима разработка оптимальных рецептур бензинов, отвечающих установленным требованиям и условиям применения. При выборе того или иного оксигената следует осуществлять комплексную оценку их эффективности, как при производстве бензинов, так и при использовании в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля.
Отсутствие методики комплексной оценки эффективности оксигенатов, учитывающей их влияние на токсичность отработавших газов (ОГ) автомобиля, затрудняет оптимизацию составов вырабатываемых автомобильных бензинов.
Цель работы: Разработка методики комплексной оценки эффективности применения в ДВС оксигенатных бензиновых композиций с октановым числом более 95 ед. ИМ. Установление общих закономерностей влияния структуры и содержания оксигенатов на детонационную стойкость автомобильных бензинов и состав отработавших газов ДВС.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: Разработать и реализовать методику экспериментальной оценки влияния различных оксигенатов в бензиновых композициях на показатели работы ДВС при изменении
стандартных режимов эксплуатации посредством одновременного контроля состава ОГ и детонационной стойкости.
Изучить особенности влияния различных видов оксигенатов на детонационную стойкость и состав ОГ в зависимости от химического состава бензиновых композиций.
Исследовать взаимодействие индивидуального и сопряженного влияния оксигенатов на детонационную стойкость и эмиссию продуктов сгорания при совместном применении с монометиланилином (ММА).
Разработать критерии комплексной оценки эффективности оксигенатов различной
природы в автомобильных бензинах на показатели работы ДВС.
Научная новизна.
1. Впервые изучено влияние оксигенатов на детонационную стойкость и состав ОГ
в стандартных условиях определения детонационной стойкости топлив и установлена
зависимость прироста октанового числа (04) и изменения состава ОГ от массового со
держания кислорода в бензинах с октановым числом выше 95 ед. по ИМ. Показано, что
прирост октанового числа по моторному и исследовательскому методам при введении
в бензин оксигенатов описывается уравнениями, распределяющими оксигенаты на 2
ряда:
-
ряд - МТБЭ, ТАМЭ, ДИПЭ: АОЧБС+0к=1,461п(СокМ)+1,26, (R2=0,88),
-
ряд - метиловый, этиловый, изопропиловый, изобутиловый спирты : АОЧБС+Ок=1,401п(СокМ)+0,48, (R2 = 0,85),
где: АОЧБс+ок - прирост октанового числа бензиновой композиции с оксигенатами, ед. ИМ, ММ; Сокм ~ массовое содержание кислорода в бензиновой композиции, %масс; R2 - коэффициент корреляции.
2. Эмиссия NOx при использовании оксигенатов в составе высокооктановых авто
мобильных бензинов зависит от коэффициента избытка воздуха в топливовоздушной
смеси (к): В условиях свободного изменения к для карбюраторного двигателя,
оксигенаты способствуют увеличению эмиссии NOx в следствие эффекта обеднения
топливовоздушной смеси в ряду: Сі>С2>Сз>МТБЗ~ ДИПЭ~ТАМЭ~С4-Изо~С4-Норм- При
условии к=1 оксигенаты способствуют кратному снижению эмиссии NOx. Выявлено,
что определяющее влияние на эмиссию NOx, в сравнимых условиях работы двигателя,
оказывает массовое содержание кислорода в оксигенате.
3. В составе автомобильных бензинов с октановым числом выше 95 ед. ИМ моно-метиланилин в смеси с оксигенатами способствует приросту октанового числа на 1,5 -1,8 единиц и не вызывает увеличения эмиссии NOx. Практическая значимость.
1. Разработана методика комплексной оценки эффективности оксигенатов в бензиновых композициях, включающая моторную установку УИТ-85 и четырех-канальный газоанализатор. Методика заключается в определении детонационной стойкости топлив и содержания в составе отработавших газов НС, СО, СО2, NOx и Ог, а также X, расчи-танное согласно Правилам ЕЭК ООН №83.
2. На основе данных о детонационной стойкости и эмиссии агрессивных компонентов с отработавшими газами, в частности NOx, установлены условия эффективного использования бензиновых композиций с оксигенатами на автомобильных двигателях в зависимости от значения к. Для достижения наибольшей эффективности применения оксигенатов в составе автомобильных бензинов рекомендуется повысить максимальный предел содержания кислорода в бензиновых композициях до ~4% масс и установить минимального предел на уровне -1,5% масс.
3. Получены данные для расчета оптимальных рецептур автомобильных бензинов марок Супер 98 и Премиум 95, включающих продукты технологических установок : каталитического риформинга, каталитического крекинга, изомеризации, алкилирова-ния и оксигенаты: МТБЭ, ТАМЭ, ДИПЭ, метиловый, этиловый, изопропиловый, изо-бутиловый спирты.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I Санкт-Петербургском международном форуме «Инновационные технологии в области получения и применения горючих и смазочных материалов»; Санкт-Петербург, 2013; международной конференции «Противокоррозионная защита -ключ к энергетической и экологической безопасности» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина г. Москва, 2013г; 3 традиционной конференции «Инновационные технологии производства и испытания продукции нефтепереработки», Ангарск, 2013 г..
Публикации. По результатам работы опубликовано 4 статьи в отраслевых отечественных журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в сборнике научных трудов, 3 тезиса докладов, оформлена заявка на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 107 страницах, включает 21 таблиц, 25 рисунков, состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка литературных источников 105 наименований.
