Производство биодизельного топлива (биодизель)

Биодизель - это не что иное, как метиловый эфир, обладающий свойствами горючего материала и получаемый в результате химической реакции из растительных жиров.

Известно, что молекулы жира состоят из так называемых триглицеридов: соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя жирными кислотами. Для получения метилового эфира к девяти массовым единицам растительного масла добавляется одна массовая единица метанола (т.е. соблюдается соотношение 9 :1), а также небольшое количество щелочного катализатора. Все это смешивается в специальных реакторах при температуре 60°С и нормальном давлении. В результате химической реакции образуется, в первую очередь, желаемый метиловый эфир, а также побочный продукт - глицерин, широко используемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленностях. Полученный эфир отличается хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для минерального дизтоплива характерен показатель в 50-52%, то метиловый эфир уже изначально содержит 56-58 % цетана. Это позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих стимулирующих воспламенение веществ. Благодаря такому свойству метиловый эфир, получаемый из растительных масел и жиров, и был назван биодизелем.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АЛЬТЕРНАТИВНОГО БИОТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА

Известно, что около 90 % механической энергии, которую использует в своей деятельности человечество, вырабатывается двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Они являются основными потребителями топлив нефтяного происхождения, геологические ресурсы которых весьма ограничены. Очень остро вопросы обеспечения ДВС топливом стоят перед странами импортеров нефти. Поэтому большую актуальность имеют научные исследования и практические действия, направленные на поиски эффективных альтернативных топлив ДВС.

За это время выполнен анализ возможностей использования в ДВС разных видов альтернативных топлив, при этом значительное внимание уделяется топливам из возобновляемых источников сырья. Эти топлива имеют жидкое или газообразное состояние, производятся из зеленой массы или семян растений. В большинстве своем эти топлива значительно отличаются от традиционных жидких углеводородных топлив своими физико-химическими свойствами, которые оказывают влияние как на организацию рабочего процесса ДВС, так и на итоговые технико-экономические и экологические показатели теплового двигателя.

На основании анализа было определено, что перспективным альтернативным топливом ДВС есть топливо, которое получают путем смешивания жидких углеводородных топлив и производных рапсового масла (РМ) - метиловых эфиров РМ (МЭРМ). К показателям, которые влияют на процессы испарения, смесеобразования и сгорания, в первую очередь, относятся: плотность топлива r , кинематическая n и динамическая m вязкости, поверхностное натяжение s.

Для получения МЭРМ было использовано РМ, которое прошло две стадии очистки: рафинацию и отбелку. Затем, путем прямой переэтерификации глицеридов рапсового масла с метиловым спиртом при температуре 80-90 ° С в присутствии едкого калия была получена смесь метиловых эфиров жидких кислот РМ. Определение физических показателей РМ, МЭРМ и дизельного топлива (ДТ), а также их смесей проводилось с использованием традиционных лабораторных приборов и устройств. Плотность измерялась с помощью денсиметров с ценой деления 0.001г/см3, кинематическая вязкость - вискозиметром капиллярным стеклянным, поверхностное натяжение - прибором Ребиндера. Хроматографические исследования пробы РМ (ГОСТ 30089-93) позволили определить качественный и количественный состав жирных кислот, которые входят в состав рапсового масла: гексоденовая (пальмитиновая) - 4.83%; октодекановая (стеариновая) - 1.72%; 9-октадеценовая (олеиновая) - 43.72%; 9, 12-октадекадиеновая (линолевая) - 20.92%; 9, 12, 15-октадекатриеновая (линоленовая) - 8.52%; гадолеиновая (эйкозеновая) - 4.81%; доказеновая (эруковая) - 14.01%; неидентифицированный остаток - 1.47%.

В таблице 1 приведены физико-химические показатели РМ, МЭРМ, ДТ и их смесей в интервале температур 20-70 ° С. Данные при температурах 50-70°С необходимы для расчетов процессов испарения и смесеобразования, так как именно до этих температур нагревается топливо при его сжатии в нагнетательной секции топливного насоса.

Таблица 1

Показатели	ДТ	МЭРМ
Плотность, кг/м 3 при t = 20 ° С	826	877
Кинематическая вязкость, мм 2 /с при t=20 ° С	3.83	8.0
Поверхностное натяжение, Н/м при t=20 ° С	27.1 ? 10 -3	30.7 ? 10 -3
Цетановое число, не менее	45	48
Температура, ° С
воспламенение (не менее)	60	56
застывание (не более)	-10	-8
Коксуемость 10% остатка в % (не более)	0.5	0.3
Испытание на медную пластину	выдерживает	выдерживает
Кислотное число, мгКОН/г	0.06	0.5
Содержание в %
серы, не более	0.2	0.02
золы, не более	0.02	0.02
воды	отсутствует	отсутствует
Суммарное содержание глицерина, % (max)	-	0.3
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	42.5	37.1