Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИССЕРТАЦИЯ, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО

Разработка технологии получения оксигенатных добавок к моторному топливу переработкой биоэтанола

irina_k200 2850 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 95 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 16.07.2020
Цель: разработка технологии получения высокооктановых кислородсодержащих присадок, которые могут быть использованы в качестве присадок к моторным топливам. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: - Определение оптимальных условий процесса; - Проведение синтеза альдегидов; - Определение качественного и количественного состава продукции; - Определение октанового числа синтетических добавок. Предметом исследования является взаимодействие высокооктановых добавок с сивушными спиртами и альдегидами, полученными в моторных топливах. Количественный состав продуктов реакции определяли методом газовой хроматографии. Для качественного изучения состава изделий применялся метод ИК-спектроскопии. Научная новизна работы. Исследовано взаимодействие спирта с ацетальдегидом в присутствии хлорида кальция. Определены оптимальные условия взаимодействия сивушных масляных спиртов с ацетальдегидом. Определена возможность использования синтетических присадок в качестве высокооктановых компонентов для моторных топлив. Практическая ценность. Предложен способ взаимодействия низкоуглеродистых спиртов с альдегидами. Разработанный способ обработки альдегидов позволяет получать высокооктановые октановые присадки, содержащие оксид, для автомобильных топлив на основе ацеталей. Предложена принципиальная технологическая схема процесса уксусной кислоты на основе спирта. Pезультaты (пoлoжения), вынocимые нa зaщиту, т.е. те нoвые и cущеcтвенные pезультaты, oбcуждение кoтopыx пoзвoляет oценить знaчимocть и кaчеcтвo выпoлненнoй нaучнoй paбoты: 1. Ocнoвные зaкoнoмеpнocти взaимoдейcтвия cпиpтoв c aцетaльдегидoм в пpиcутcтвии сульфакатионита КУ-2-8 и серной кислоты; 2. Pезультaты изучения физикo-xимичеcкиx cвoйcтв выcoкooктaнoвoй пpиcaдки к мoтopнoму тoпливу; 3. Pезультaты изучения вoзмoжнocти пpименения пpoдуктoв aцетaлиpoвaния спиртов в кaчеcтве выcoкooктaнoвoгo кoмпoнентa к мoтopнoму тoпливу. Aпpoбaция pезультaтoв. Pезультaты paбoты были пpедcтaвлены нa междунapoднoй нaучнo-пpaктичеcкoй кoнфеpенции «Вестник НИЦ МИСИ: Актуальные вопросы современной науки» (г. Москва, 2018); X междунapoднoм нaучнo-исследовательском конкурсе «Достижения вузовской науки» (г. Пенза, 2019). Публикaции. Пo теме диccеpтaции диccеpтaциoннoй paбoты oпубликoвaны 2 cтaтьи в нaучнoм электpoннoм жуpнaле.
Введение

Актуальность работы. Российская топливная промышленность является основной темой нефтегазовой отрасли. Она ориентирована на крупные компании, направленные на нормативные требования в области технического регулирования, топливных, экологических требований, а также государственные учреждения, занимающиеся вопросом пополнения республиканского бюджета, и водителей, которых волнует цена и спрос на эти продукты, влияющие на нефтехимическую промышленность, в том или ином направлении напрямую, поскольку одним из решений этой проблемы является использование высокооктановых добавок в качестве добавки к обычным бензинам [2]. К сожалению, одной из наиболее интересных тем совершенствования нефтеперерабатывающих предприятий остается одна из самых острых проблем российской нефтегазовой отрасли. Все мы знаем, что при переработке разных видов растительного сырья на перерабатывающих заводах получается большое количество нужных для дальнейшей переработки вторичных продуктов [3]. С каждым годом мировое производство этанола увеличивается, одновременно усиливается рост биотехнологических компаний и развитие научных фондов по переработке растительного сырья в этанол [4]. В настоящее время практически во всех регионах России для производства пищевых продуктов в сырье используются предприятия по производству этанола. Компании имеют неограниченные объемы продаж продукции, а значит, продолжает развиваться. С ростом развития крупных заводов по производству биоэтанола возникла проблема загрязнения окружающей среды. Это связано с отсутствием технологий переработки отходов при производстве пищевого спирта, таких как: эфирно-альдегидная фракция, сивушные масла, барда (остаток после дистилляции спирта из зрелой баржи) и лютерная вода (остаток после отделения этилового спирта от спирта-сырца и примесей). Эти побочные продукты загрязняют окружающую среду, поэтому такие предприятия не могут быть классифицированы как безотходные или экологически чистые. Из вышесказанного видно, что превращение отходов производства биоэтанола в топливные компоненты может решить экономические и экологические проблемы.
Содержание

Сокращения …………………………………………………………………………….3 Введение………………………………………………………………………………...4 1. Литературный обзор………………………………………………………………....7 1.1 Высокооктановые компоненты к моторному топливу…………………………..7 1.2 Рациональное применение биоэтанола в качестве топлива………….………...16 1.2.1 Этиловый спирт……….…………………………………………………..…….19 1.2.2 Сырье………………….…………………………………………………………20 1.2.3 Технологическая схема…………………………………………………………20 1.2.4 Отходы производства…………………………..……………………………….23 1.2.5 Способы переработки сивушных масел …...……………………………...…..25 1.3 Требования к бензинам и присадок к ним………………………………………29 2. Экспериментальная часть……………………………………………………….....44 2.1 Объекты исследования……………………………………………………………44 2.2 Азеотропная ректификация……..………………………………………………..53 2.3 Подготовка катионита КУ-2-8……………………………………………………55 2.4 Определение плотности сивушного масла………………………………………56 2.5 Ацеталирование спиртов С3 – С5………………………………………………...56 2.6 Экстракция продуктов……………………………………………………………63 2.7 Методы исследования продуктов………………………………………………..66 2.7.1 Хроматографический метод определения состава продуктов реакции…….66 2.7.2 Исследование продуктов реакции методом ИК-спектроскопии…………….68 2.7.3 Определение октанового числа по моторному методу……………………….69 3. Обсуждение результатов………………………………………………………...…71 Выводы………………………………………………………………………...........…84 Список литературы……………………………………………………………………86
Список литературы

1. Ахметов А.Ф. Производство неэтилированных бензинов / Ахметов А.Ф., Танатаров М.А. и др. Переработка нефти: обзор, информ. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1981, 77 с. 2. Ахметов С.А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа. М.: Недра, 2006, 868 с. 3. Кухаренко А.А., Дадашев М.Н., Новосельцев Д.В., Новосельцев В.Т. / Некоторые аспекты рационального использования вторичных сырьевых ресурсов спиртового производства // Журнал «Экология промышленного производства", Научно-технический центр оборонного комплекса "Компас". 4. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю./ Безотходная биотехнология этилового спирта. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 272 с.: ил. 5. Капустин В.М. Оксигенаты в автомобильных бензинах. М.: КолосС, 2011. 335 с. 6. Сундуров А.В., Георгиева Э.Ю. / Применение оксигенатов для повышения октанового числа // XX международная научно-практическая конференция МЦНС «Наука и просвещение». 7. Карпов С.А. Этанол как высокооктановый экологически чистый компонент автомобильных топлив, современные аспекты применения // Химия и технология топлив и масел. 2007. № 5. С. 3. 3. 8. Карпов С.А., Сайдахмедов С.И., Кунашев Л.Х., Капустин В.М. // Химия и технология топлив и масел. 2008. № 6. С. 23. 9. Брагинский О.Б. Альтернативные моторные топлива: мировые тенденции и выбор для России // Российский химический журнал. 2008. Т. 52, N 6. С. 137–146. 10. Решетиловский В. Альтернативные и возобновляемые ресурсы как сырье для химии и энергетики на основе метанола // Успехи химии. 2013. Т. 82, N 7. C. 624–635. 11. Сухарев В.Ю., Аншелес В.Р. Бензиново-метанольные смеси – энер-гоэффективное и экологичное топливо для автомобилей // Вестник Че-реповецкого государственного университета. 2014. N 3. C. 24-28. 12. Царев А.В., Карпов С.А. Повышение экологических и эксплуатационных характеристик автомобильных бензинов введением оксигенатов // Химическая технология. 2007. Т. 8, N 7. С. 324-328. 13. Кузнецов Б.Н. Моторные топлива из альтернативного нефти сырья // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6, N 4. С. 51-56. 14. Богданов С.Н., Лаврик А.Н., Теребов А.С. Влияние добавок оксигенатов на антидетонационные свойства топлив для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием // Вестник Южно-Уральского ГУ. 2008. N 23. С. 86-89. 15. Варфоломеев С.Д., Ефременко Е.Н., Крылова Л.П. Биотоплива // Успехи химии. 2010. Т. 79, N 6. C. 644–564. 16. Рассказчикова Т.В., Капустин В.М., Карпов С.А. // Химия и технология топлив и масел. 2004. № 4. С. 7. 17. Э. М. Миннуллина, А. И. Абдуллин, Е. А. Емельянычева, А. А. Мухаметзянова / Перспективы производства и использования метил-трет-бутилового эфира // Вестник технологического университета. 2018. Т.21, №3. 18. О.С. Ломова, О.В. Гильярдт / Разработка технологии производства высокооктановых компонентов автомобильных бензинов на базе секции МТБЭ КТ-1/1 ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ОНПЗ». 19. Ермакова И.П. -''Химическая промышленность за рубежом'',1988, № 3, - 102 с. 20. Чанг Е.Дж., Лейби С.М. – ''Нефть, газ и нефтехимия за рубежом'', 1992, № 7 - 65 с. 21. А.М. Зайнуллина, О.А. Реутова / Евро-бензины: Прецизионное определение МТБЭ // Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, г. Омск. 22. Л.А. Горбач, В кн. Состояние и тенденции развития нефтеперерабатывающей промышленности России, Т17, №19. Вестник Казанского технологического университета, Казань, 2014г. - С. 312-315. 23. В.М. Капустин, А.А.Гуреев, В кн. Технология переработки нефти. Ч.II, Москва Колос,2007. С. 334. 24. С.А. Ахметов, А.П. Ишмияров, А.П. Веревкин, Е.С. Докучаев, Ю.М. Малышев, В кн. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа Москва, Химия, 2005. С.735 25. Торговая компания «Промышленная химия» // МТБЭ (Эфир метил-трет-бутиловый) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://promhimiya.com/katalog/mtbe.html 26. Lethbridge G. MTBE and groundwater contamination in the UK // Petroleum Review 2000. – 54, - №646. – P. 50 – 52. 27. INFOMINE Research Group, Москва, Август 2013 г 28. Этил-трет-бутиловый эфир // Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Этил-трет-бутиловый_эфир 29. Barcely D. Fuel Oxygenates. – Heidelberg: Springer, 2007. 411 p. 30. Разработка технологии производства этил-трет-бутилового эфира на базе технологической схемы производства метил-трет-бутилового эфира // Молодой ученый [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://moluch.ru/archive/179/46434/ 31. Пириев Н., Пущик Е. Чем в Европе бензин разбавляют // Современная АЗС. — 2012. — № 1. — С. 4—9. 32. Khamidullin R.F., Kharlampidi Kh.E., Puchkova T.L., Mel'nik A.Yu., Batrutdtnova A.R., Galiullina M.M. Oxygenate additives to gasoline fractions, increasing the octane number of motor fuels. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan Technological Uni-versity]. 2014, vol. 17, no. 21, pp. 295–300. (in Russian) 33. Монометиланилин // Promplace.ru Техника и оборудование [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://promplace.ru/himicheskie-soedineniya-staty/monometilanilin-2302 34. ТопливоПромПрисадки // Рецептуры смесевых бензинов [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://toplivopromprisadki.ru 35. N-метиланилин // Prisadka.com [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://prisadka.com/n-metilanilin-mma-monometilanilin 36. Е. Емельянов, А.М. Данилов, Нефтепереработка и нефтехимия, 10, 12-14 (2012). 37. Ершов М.А., Емельянов В.Е. / Внимание! Дефицит октанового числа // Методы оценки соответствия № 6-2013 (www.ria-stk.ru/mos). 38. Технология производства монометиланилина // Группа разработчиков присадок к топливам [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://additive.spb.ru/mma 39. MELEDA // МТАЭ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.meleda.com.ua/mtae.html 40. СпецНефтеГазПродукт // Метил-трет-амиловый эфир (МТАЭ) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://sngp-invest.ru/katalog/oao-nizhnekamskneftehim/metil-tret-amilovyj-efir-mtae.html 41. Имашев У.Б. Промышленная органическая химия на предприятиях Республики Башкортостан: Учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. – 144 с. 42. Википедия // Диизопропиловый эфир [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Диизопропиловый_эфир 43. Всезнания // Как получают бензин? Присадки и добавки бензина [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vseznaniya.ru/useful/auto/637-makegas 44. ГОСТ 17071-71. Масло сивушное. Технические условия. – Взамен ОСТ 18-417-83, Введ. с 01.01.1992. - Москва: Изд-во стандартов, 1991. – 15 с. 45. Климовский Д.И., Смирнов В.Н. / Технология спирта. Учебник для вузов пищевой промышленности. – М. Пищепромиздат, 1967 г. 452 с. ил. 46. Prasad S., Singh A., Joshi H.C. Ethanol as an alternative fuel from agricultural, industrial and urban residues. Resources, Conservation and Re-cycling. 2007, vol. 50, no. 1, pp. 1–39. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2006.05.007 47. Makarov V.V., Petrykin A.A., Emel'yanov V.E., Shamonina A.V., Barannik V.P., Onoichenko S.N. Alcohols as additives to gasolines. Avtomo-bil'naya promyshlennost' [Automotive industry]. 2005, no. 8, pp. 24–26. (in Russian) 48. Chamorro C.R., Mart??n M. a. C., Villamanan M.A., Segovia J.J., Characterization and modelling of a gasoline containing 1,1-dimethylethyl methyl ether (MTBE), diisopropyl ether (DIPE) or 1,1-dimethylpropyl methyl ether (TAME) as fuel oxygenate based on new isothermal binary vapour–liquid data. Fluid Phase Equilibria. 2004, vol. 220, pp. 103–110. 49. Chernyshev V.M., Kravchenko O.A., Ananikov V.P. Conversion of plant biomass to fu-ran derivatives and sustainable access to a new generation of polymers, functional materials and fuels. Uspekhi khimii [Advances in Chemistry]. 2017, vol. 86, no. 5, pp. 357–387. 50. Hu L., Lin L., Liu S. Chemoselective Hydrogenation of Biomass-Derived 5-Hydro-xymethylfurfural into the Liquid Biofuel 2,5-Dimethylfuran. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2014, vol. 53, pp. 9969–9978. 51. Saha B., Abu-Omar M. M. Current Technologies, Economics, and Perspectives for 2,5-Dimethylfuran Production from Biomass-Derived Intermediates. ChemSusChem. 2015, vol. 8, pp. 1133–1142. 52. Bohre A., Dutta S., Saha B., Abu-Omar M.M. Upgrading Furfurals to Drop-in Biofuels: An Overview. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2015, vol. 3, pp. 1263–1277. 53. Balakrishnan M., Sacia E.R., Bell A.T. Etherification and reductive etherification of 5-(hydroxymethyl)furfural: 5-(alkoxymethyl)furfurals and 2,5-bis(alkoxymethyl)furans as potential bio-diesel candidates. Green Chemistry. 2012, vol. 14, pp. 1626–1634. 54. Cao Q., Liang W., Guan J., Wang L., Qu Q., Zhang X., Wang X., Mu X. Catalytic synthesis of 2,5-bis-methoxymethylfuran: A promising cetane number improver for diesel. Applied Catalysis A: General. 2014, vol. 481, pp. 49–53. 55. Alonso D.M., Bond J.Q., Dumesic J.A. Catalytic conversion of biomass to biofuels. Green Chemistry. 2010, vol. 12, no. 9, pp. 1493–1513. 56. Pandey M.P., Kim C.S. Lignin Depolymerization and Conversion: A Review of Thermochem-ical Methods. Chemical Engineering & Technology. 2011, vol. 34, no. 1, pp. 29–41. 57. Roberts V.M., Stein V., Reiner T., Lem-onidou A., Li X., Lercher J.A. Towards quantitative catalytic lignin depolymerization. Chemistry. 2011, vol. 17, no. 21, pp. 5939–5948. 58. Zakzeski J., Bruijnincx P.C.A., Jongerius A.L., Weckhuysen B.M. The Catalytic Valorization of Lignin for the Production of Renewable Chemicals. Chemical Review. 2010, vol. 110, no. 6, pp. 3552–3599. 59. Zacher A.H., Loarte M.V., Santosa D.M., Eliott D.C., Jones S.B. A re-view and perspective of recent bio-oil hydrotreating research. Green Chemistry. 2014, vol. 16, pp. 491–515. 60. Oparina L.A., Vysotskaya O.V., Kolyvanov N.A., Saprygina V.N., Nosova E.V., Trofimov B.A. Vinyl ethers of lignin catalytic destruction products as potential fuel additives. Izvestiya vuzov. Priklad-naya khimiya i biotekhnologiya [Proceedings of uni-versities. Applied chemistry and biotechnology]. 2016, vol. 6, no. 3, pp. 1–7 (in Russian). 61. Пат. № 2605952, Российская Федерация, МПК C10L1/182, C10L1/18, C10L1/06. Автомобильное топливо и способ его получения / Е.В. Григорьева, М.А. Ершов, И.Ф. Хабибулин; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»). № 2010011156. заявл. 27.11. 2008. опубл. 28.01. 2010. 62. Trimm D., Cant N., Lei Y. Oxygenated fuel additives: The formation of methyl vinyl ether and 1,1-dimethoxyethane by catalyzed reaction of acet-ylene with methanol // Catalyst Today. 2009. vol. 145, pp. 163-168. 63. Zhu R., Wang X., Miao H., Huang Z., Gao J., Jiang D. Performance and Emission Characteristics of Diesel Engines Fueled with Die-sel?Dimethoxymethane (DMM) Blends // Energy & Fuels. 2009. vol. 1, no. 23, pp. 286-293. 64. Deepanraj B., Sankaranarayanan G., Senthilkumar N., Pugazhvadivu M. Influence of dimethoxymethane addition on performance, emission and combustion characteristics of the diesel engine // International Journal of Ambient Energy. 2016. pp. 1-5. 65. Vagabov M.Z. [et al.]. Use of 1,1-Dimethox-yethane for increasing knocking resistance of auto-motive gasoline. Patent US, no. 0123550. 2014 66. Abou-Rachid H., Bonneviot L., Xu G., Kaliaguine S., On the correlation between kinetic rate constants in the auto-ignition process of some oxygenates and their cetane number: a quantum chemical study // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 2003. vol. 621, pp. 293-304. 67. Klepacova K., Mravec D., Hajekova E., Bajus M. Etherification of glyc-erol // Petroleum and Coal. 2003. Vol. 45. P. 54–57. 68. Klepacova K., Mravec D., Bajus M. Ether-ification of glycerol with tert-butyl alcohol catalysed by ion-exchange resins // Chemical Papers. 2006. vol. 60, pp. 224–230. 69. Wessendorf R. Glycerol Derivatives as Fuel Components // Erdo Kohle Erdgas Petro-chem. 1995. Vol. 48. P. 138–143 70. Zhao W., Yang B., Yi C., Lei Z., Xu J. Etherification of Glycerol with Isobutylene to Pro-duce Oxygenate Additive Using Sulfonated Peanut Shell Catalyst // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2010. vol. 49, pp. 12399-12404. 71. Izquierdo J. F., Montiel M., Pales I., Outon P. R., Galan M., Jutglar L., Villarrubia M., Izquierdo M., Hermo M. P., Ariza X. Fuel additives from glycerol etherification with light olefins: State of the art // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. vol. 16, pp. 6717-6724 72. Haven S.K. [et al.]. System and process for producing biodiesel fuel with reduced viscosity and a cloud point below thirty-two (32) degrees fahrenheit. Patent US no. 5308365. 1994 73. Noureddini H. Process for producing bio-diesel fuel with reduced viscosity and a cloud point below thirty-two (32) degrees fahrenheit. Patent US no. 6015440. 2000 74. 6. Бойко Ю. А., Баклашов К. В., Производство экологически чистой высокооктановой добавки к бензину. ХТТМ, 2002, №3 75. 8. Паниди И.С., Трофимов В.А., Производство метилтретбутилового эфира с применением реактора адиабатического типа. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 15с. 76. Биотопливо // Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо 77. Биоэтанол // Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Биоэтанол 78. , Соколов В.В., Извеков Д.В. Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. № 3. С. 23 79. Л.В. Назаренко / Биотопливо: история и классификация его видов // Вестник МГПУ, Серия «Естественные Науки» 80. Беляев С. В., Давыдков Г.А. / К вопросу применения спиртовых топлив на транспорте // ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ 81. Г.Ф. Юрина / Обзор инноваций в технологии биоэтанола // Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного тех-нического университета им. И.И. Ползунова (Бийск, Россия). 82. Рябкова Н. С. / Экономические перспективы развития биотоплива // Биологический факультет МГУ им. Ломоносова, Экономический научный журнал «Оценка Инвестиций». 83. Винаров А.Ю., Кухаренко А.А., Дирина Е.Н. / Эффективные направления переработки растительного сырья в биотопливо// ОАО «Госниисинтезбелок», Москва, ФГУП «Биотехнологический завод», Московская обл., пос. Серебряные пруды. 84. Г.А. Булаткин / Производство биотоплива второго поколения из растительного сырья // Вестник Российской Академии Наук, 2010, том 80, № 5–6, с. 522–532. 85. Ф. Ш. Вильданов, Ф. Н. Латыпова, Р. Р. Чанышев, С. В. Николаева. Современные методы получения биоэтанола. НИИ малотоннажных химических продуктов и реактивов Уфимского государственного нефтяного технического университета, е_mail: reaktiv2003@mail.ru, Уфимская государственная академия экономики и сервиса, кафедра окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. 86. Berg C.Word Ethanol Production. The distillery and Bioethanol Network. 2004 (http:/www.distill.com/world ethanol production.htm). 87. Кузнецова Г.В. / Производство биотоплива в развивающихся странах: проблемы и перспективы // Журнал «Национальные интересы: приоритеты и безопасность», 2012. 88. Крылова А.Ю., Козюков Е.А., Лапидус А.Л. Этанол и дизельное топливо из растительного сырья (обзор). ООО «Научно-производственное объединение «Синтез», Москва. Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Москва, aykrylova@yandex.ru 89. Беляков С. А., Казаков А. А. // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. Акад. М. Ф. Решетнева.–2009.– №1.– С. 121., 90. Коротких А. А. // Россия и Америка в XXI веке.– 2008.– №2.– С. 11., 91. Паршутин Д.А. Производство биотоплива: роль в развитии сельскохозяйственного комплекса развивающихся стран // Вестник РЭУ им. Г. В. Плеханова. Вступление. Путь в науку, №2, 2012 92. Н. В. Мурзин. Анализ производства альтернативных видов топлив, Уральский Государственный Аграрный Университет, факультет Сред-него Профессионального образования, Специальность «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» 93. Foran B., Mardon C.Beyond 2025: Transitions to biomass-alcohol economy using ethanol and methanol.Publ. by CSIRO Widelife & Ecology, Gungahlin, Canberra,1999. P. 12. 94. Карпов С.А. / Применение моющих и многофункциональных присадок. // Экология и промышленность России, апрель 2007 г. 95. С. А. Беляков, А. А. Казаков / Рынок биотоплива в международной и российской практике // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 96. А.В. Цимбалист, Е.А. Дмитренко. / Перспективы производства биоэтанола в России // Статья «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура» (государственный контракт № 243/19 от 18.02.2014 г.). 97. Biofuels for transport [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.IEA.org/books. 98. Савосько О.В. / Сравнительная оценка использования альтернативных источников энергии // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 3'2013. 99. Юрина Г.Ф. Инновации в технологии биотоплив Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Бийск, Yur_Galina@mail.ru. 100. Cardona C. A. Sanchez O. J. // Bioresource Technology.– 2007.– №98.– P. 2415. 101. Гульнара Ш. Мусина Г. Ш., Линькова Т.С., Хабибрахманова О.В. / Разработка высокотехнологичного производства высокооктановых компонентов моторного топлива из возобновляемого растительного сырья // «Химическая технология», Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, Т. 80, № 2, 2018 102. Этиловый спирт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/2983302/ 103. Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А./ Технология спирта. – М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002. – 464 с.: ил. 104. Walker G. M. Bioethanol: Science and Technology of Fuel Alcohol.– Holstebro, Denmark: Ventus Publishing ApS, 2010.– P. 32. 105. Грязнов В.П. / Практическое руководство по ректификации спирта. – М.: Пищевая промышленность, Москва, 1968. – 192 с.: ил. 106. Кухаренко А.А., Сорокодумов С.Н., Бельчиков И.В. / Экологические проблемы производства этилового спирта // Экология и промышленность 2000. №8, с. 23 – 25. 107. Холланд Ч.Д. / Многокомпонентная ректификация. Под ред. В.М. Платонова. М., Химия. 1969. 349 с. 108. Эфироальдегидная фракция // ВИНОделие [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://eniw.ru/efiroaldegidnaya-frakciya.htm 109. ГОСТ 17071—71. Масло сивушное. Технические условия. – Введ. 1992-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 13 с. 110. Климовский Д.И., Смирнов В.Н. / Технология спирта. Учебник для вузов пищевой промышленности. – М. Пищепромиздат, 1967 г. 452 с. ил. 111. Пат. РФ №2549571 112. Пат. РФ №96112640 113. Пат. РФ №2047651 114. Заявка РФ №2000124490 115. Заявка РФ №2007111098 116. Заявка РФ №2007111883 117. Пат РФ №2109724 118. Пат. РФ №2183617 119. Пат. РФ №2483054 120. Пат. СССР №94565 121. Пат. СССР №90409 122. Пат. РФ №2194492 123. Заявка РФ №2002111948 124. ГОСТ 3900-85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности (с Изменением N 1) 125. Октановое число [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://tractorreview.ru/dvigateli/toplivo/oktanovoe-chislo-benzina-chto-eto-tak oe.html 126. Ацетальдегид [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/80900 127. Катионит КУ-2-8 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://him-kazan.ru/katalog/materialy-dlya-vodopodgotovki/kationit 128. Гексан [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pcgroup.ru/blog/geksan-opasnoe-no-poleznoe-organicheskoe-veschestvo/ 129. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны [Электронный ре-сурс]. - Режим доступа: http://centros.ru/d/235042/d/pdk-rabochih-zon.pdf 130. Ацетальдегид [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://cendomzn.ucoz.ru/index/0-30444 131. Изопропиловый спирт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pcgroup.ru/blog/izopropilovyj-spirt-universalnyj-rastvoritel-i-ochistitel/ 132. Мак-Нейр Г., Бонэлли Э. Введение в газовую хроматографию// Учеб. пос. для научно-исследовательских институтов.-М.: МИР, 1970. - 279 с. 133. US Pat. 2 519 540. 1950. 134. Казицына, Л.А. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии: учеб. пособие для вузов / Л.А. Казицына, Н.Б. Куплетская. –– М.: Высшая школа, 1971. – 264 с. 135. Экстракция [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://studfiles.net/preview/6217388/
Отрывок из работы

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Высокооктановые компоненты к моторному топливу Видов присадок к бензину насчитывается более 20 разновидностей, а количество составов, используемых на практике – сотни. Большинство из них предназначены для улучшения сгорания топлива, что способствует снижению токсичности продуктов сгорания. Оксигенат – термин, используемый для обозначения октановых компонентов, содержащих в своем составе кислород. Молекулы оксигената состоят из углерода, водорода и кислорода. Оксидные соединения – это оксидные соединения, такие как спирты или сложные эфиры, которые могут использоваться в качестве альтернативного топлива для автомобилей или в качестве добавки к существующему топливу [5-7]. Введение в автомобиль бензина, содержащего оксигенаты, повышает детонационную стойкость, так как повышение концентрации кислорода в топливе снижает теплотворную способность топливно-воздушной смеси за счет более быстрого отвода тепла из камеры сгорания, тем самым снижая максимальную температуру сгорания [8]. Наиболее эффективными окислительными соединениями являются жировые спирты С1-С6. Спирт обладает высокими антидетонационными свойствами, но менее калорийен по сравнению с бензином. При этом спиртовые добавки снижают содержание вредных веществ в выхлопных газах на 30% [9]. Метанол увеличивает октановое число бензина, улучшает процесс горения топлива и имеет очень высокую теплоту испарения. Для его производства могут быть использованы различные виды возобновляемого сырья, которые могут быть преобразованы в синтетические газы (биомасса, биогаз, сельскохозяйственные и древесные отходы) [10]. Благодаря высокооктановому числу, которое позволяет увеличить степень сжатия до 16, метанол используется для заправки гоночных мотоциклов и автомобилей. Основным преимуществом бензиново-метанольного топлива является снижение содержания в выхлопных газах автомобилей оксидов азота, окиси углерода и других вредных веществ. При этом наличие в нем большого количества кислорода (около 50%) делает его химически агрессивным для всех металлов. Высокая температура испарения (1183кдж/кг) снижает температуру в камере сгорания, что затрудняет работу бензиновых двигателей, особенно при запуске. Поэтому его добавляют в бензин только в качестве детонатора в количестве не более 3%. Смесь CH3OH и насыщенного спирта C2-C6, называемого алканольным топливом, по качеству превосходит метанол и может использоваться непосредственно в качестве автомобильного топлива или в качестве добавки к бензину. Использование бензиново-метанольной смеси БСМ-15 на некоторых автомобилях, состоящей из 78% бензина А-76, 7% изобутана и 15% метанола, снижает расход бензина на 14% по сравнению с бензиновым вариантом (чистый А-76) [11]. Бензиново-метанольная смесь используется в Германии, Италии, Японии, Польше, Франции и Индии [12]. Тепловая эффективность метанола и дизельного топлива сопоставима [13]. При использовании CH3OH содержание несгоревшего топлива в продуктах сгорания в 2-3 раза выше, чем в дизельном топливе, но концентрация NOx в 2 раза ниже. Когда двигатель работает на метаноле, дыма не образуется. Однако, несмотря на ряд очевидных преимуществ, метанол из-за его высокой токсичности редко используется в качестве топливной добавки. Метиловый эфир более распространен [14]. Изопропиловый спирт характеризуется высокими значениями ПДК и ОЧ, имеет хорошую физическую стабильность в смеси с бензином, а также обеспечивает физическую стабильность нерастворимой смеси бензин-этанол. Добавление 6% i-C3H7OH увеличило OЧM прямогонной бензиновой фракции на 13 пунктов, а ОЧИ – на 17 пунктов. Биобутанол может полностью заменить бензин в двигателях внутреннего сгорания. По техническим характеристикам бутанол превосходит этанол: теплота сгорания на 25% выше этанола и на 10% выше бензина. Безопасен в использовании, так как испаряется в 6 раз меньше этанола, в 13,5 раза меньше летучести бензина и не вызывает коррозии (табл.1) [15]. Он обеспечивает лучшую экономию топлива, чем смесь бензин-этанол. Бутанол также обеспечивает более низкие выбросы парниковых газов в атмосферу. Однако технически получить этот вид топлива сложнее, чем получить биоэтанол. Одним из первых и основных способов получения биобутанола является ферментация сахара клетками Clostridium acetylbutanum, что приводит к образованию смеси ацетон-бутанол-этанол. По прогнозам аналитиков, биобутанол может стать важной частью транспортного рынка топлива. Однако его производство в настоящее время находится на начальном этапе развития. Таблица 1. Физико-химические свойства спиртов Спирт CH3OH C2H5OH н-C3H7OH i-C3H7OH н-С4H9OH i-С4H9OH н-C5H11OH i-C5H11OH ОЧИ 111 109 104 105 98 105 78 94 ОЧМ 101 90 89 90 85 90 74 84 tкип, ?C 64 78 97 108 117 108 138 132 Q, МДж/кг 19,9 27,7 30,7 33,1 33,2 33,1 34,8 35,4 О, % 50,0 34,7 26,6 21,6 21,6 21,6 18,1 18,1 Существует несколько типов оксидов, добавляемых в автомобильные топлива, которые более широко распространены в мире, чем спирты. Это, например, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) [16]. Эфиры уже давно используются для улучшения свойств бензина. ЭТБЭ является важной частью смешивания нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводов с коммерческим бензином. Несомненным преимуществом ЭТБЭ является его биоразлагаемость, а также возможность использования этанола в качестве сырья, получаемого из растительного сырья – биоэтанола. Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) является эффективным высокооктановым компонентом (октановое число его смеси достигает 135 ИОЧ в зависимости от углеводородного состава бензина) [17, 18]. Первоначальная цель внедрения МТБЭ заключалась в устранении тетраэтилсодержащего свинца в качестве добавки к бензину [19]. Вводят МТБЭ в объеме 10-15% бензина. Значительное повышение детонационной стойкости бензина, а также улучшение экономических и энергетических характеристик двигателя, снижение вредных выбросов (окись углерода на 15-30%, углеводороды на 7-8%) [20-24]. МТБЭ алкилируют метанолом с изобутиленом [25-28] или с кислотным катализатором (обычно катионом) на трет-бутаноле [29,30] при давлении 1-2 МПа и температуре ниже 100 °C [31]: С4Н8 + СН3ОН > (СН3)3СОСН3. Максимальное юридическое содержание МТБЭ в бензине в странах ЕС составляет 15%, средний состав бензина в России. Регулярное содержание МТБЭ в Регуляр-92 не превышает 12%, а премиум ЕВРО-95 и Супер Евро-98-5% [32]. Добавление 10-15% МТБЭ увеличивает октановое число бензина в среднем на 6-12 единиц. Нынешняя ситуация демонстрирует тенденцию постепенного отказа от использования МТБЭ в развитых странах и замены его на замещение оксидсодержащих соединений, таких как этилциклический бутиловый эфир (ЭТБЭ), метил-трет-бутиловый эфир (ТАМЭ) и гетерогенный эфир из диизобутилена (ДИБ) [33]. Краткий обзор потребления МТБЭ: * Потребление МТБЭ в 2010 году составило около 15,5 млн. тонн против 15,3 млн. тонн в 2013 году. Сокращение связано с переходом развитых стран, таких как Япония, США и Западная Европа, от использования МТБЭ к ЭТБЭ. В то же время в Азиатско-Тихоокеанском регионе и Восточной Европе увеличились мощности МТБЭ. * В 2013 году страны Азиатско-Тихоокеанского региона произвели более 50% от общего объема производства на Ближнем Востоке, в Африке и в Европе. * По состоянию на 2013 год крупнейшие мощности МТБЭ в Азиатско-Тихоокеанском регионе принадлежат Китаю, Южной Корее, Тайваню, Малайзии и Сингапуру, а Россия, Нидерланды, Италия, Германия и Бельгия являются крупнейшими в Европе. В 2012 году Сенат США принял решение полностью прекратить использование МТБЭ в связи с многочисленными случаями коррозии подземных резервуаров и, как следствие, утечкой бензина, что привело к попаданию МТБЭ в концентрацию питьевой воды и сделало ее непригодной для использования [34]. В качестве альтернативы американские исследователи рекомендуют использовать изооктан непосредственно в качестве октанового усиливающего компонента [35]. * Китай является крупнейшим производителем МТБЭ в 2013 году, достигнув 5,6 млн. тонн, за ним следуют Саудовская Аравия и США. * Европа-потребление МТБЭ в 2013 году составило 3,22 млн тонн. * В 2018 году потребление МТБЭ прогнозируется на уровне около 15,2 млн тонн, а потребление в Азиатско-Тихоокеанском регионе остается среди потребителей (около 20% - 9,22 млн.. тонн). Европа будет потреблять 2,27 миллионов тонн МТБЭ в том же году, в то время как Китай будет потреблять 10 млн. тонн. Активно изучается применение других эфиров в качестве присадок к бензину и дизельному топливу. Например, количество моноаминогликолей указывает на антидетонационную активность cellosolve (EC, BC)и карбитола (EK, BK) в виде 1% добавочной бензиновой фракции выше МТБЭ. Это отражено в увеличении первоначального потребления бензина с 82,1 до 87,7-90,0 и 85,2 единиц соответственно. С точки зрения антидетонационного эффекта испытанные оксидсодержащие добавки помещают в следующем порядке: бутилкарбитол > этилкарбитол > этилцеллозольв > бутилцеллозольв. БК при концентрации 3% в исходном бензине увеличивает его октановое число (по методике исследования) до 92,9 ед., что соответствует основным физико-химическим и эксплуатационным свойствам ГОСТ Р51105-97 для моторного топлива АИ-92 и ГОСТ Р51866-2002. Этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) - бесцветная, прозрачная, легковоспламеняющаяся жидкость с эфирным запахом [36]. Он похож на МТБЭ, но использует этанол вместо метанола в качестве сырья [37]. В отличие от МТБЭ, ЭТБЭ является биоразлагаемым и не является высокотоксичным веществом(экологические исследования показывают, что МТБЭ может вызывать рак печени и почек). ЭТБЭ имеет более низкое сопротивление детонации по сравнению с MTBE, но это не влияет на эффективность его использования [38]. ЭТБЭ наиболее широко используется в Европе, и его использование оценивается в 3 миллиона т/г [39]. Монометиланилин (ММА, N-метиланилин) относится к классу замещенных ароматических аминов [40]. Он полностью растворим в бензине в количестве 1,5 мас. % от эталонной смеси изоктанола и н-гептана (70: 30 об.) Обеспечивает увеличение октанового числа не менее чем на 6 единиц. Использование ММА в качестве основного компонента добавки обусловлено следующими факторами: * Высокое сопротивление взрыву (ММА 10-15 раз более высоко чем МТБЭ); * Многофункциональный (с антиоксидантными, стабильными и антикоррозионными свойствами); * Возможность увеличения ОЧ с 6,3 до 23,0 единиц.; * Низкоуглеродистое образование (на деталях поршневой части двигателя) [41]. При высоких дозах это повышает склонность топлива к образованию отложений в системе впуска двигателя [42]. Однако с 2016 года использование монометиланилина (ММА) в бензине запрещено (технический регламент " О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту "). Производство ММА осуществляется по следующей технологии: парофазное гидроалкилирование N-анилина метанолом. Реакция протекает с участием водорода и катализатора гидрирования-дегидрирования: C6H5NH2 + CH3OH (H2, кат-р) > C6H5NHCH3 + H2O Метил-трет-пентиловый эфир (МТАЭ) – бесцветная жидкость с эфирным запахом; растворим в этаноле, эфире и воде. Оно сильно огнеопасен и формирует взрывно смесь с воздухом. По сравнению с МТБЭ, МТАЭ имеет низкое давление насыщенного пара и большую теплоту сгорания, что очень важно с точки зрения эксплуатационных свойств топлива. Благодаря связанному кислороду МТАЭ помогает снизить содержание окиси углерода в продуктах сгорания за счет повышения целостности сгорания топлива. MТАЭ имеет высокооктановое число смешивания (около 100 по моторному методу и около 112 по исследовательскому методу). Количество введенного МТАЭ составляет 10-15%, октановое число увеличивается на 3,5-4,9 ед.[43]. МТАЭ получают путем реакции с метанолом в присутствии кислотных катализаторов (ионообменных смол) [44, 45]. Диизопропиловый эфир (ДИПЭ) – бесцветная пропуская жидкость с характерным воздушным запахом рейки. Смешанный с органическим растворителем. Растворимость в воде при н.у. – 0,94%. Образует азеотропную смесь, содержащую 95,5% эфира, и кипит при 62,2 °C [46]. ДИПЭ имеет конкурентные свойства с МТБЭ, МТАЭ: содержит 15,7% кислорода (МТБЭ-18,2%, МТАЭ-15,7%), имеет высокооктановое число 98 единиц по моторному методу и 112 единиц по методу исследования, октановое число 105 единиц. (МТБЭ-108 ед., МТАЭ-104 ед.), имеет теплоту сгорания 9400 ккал/кг, температуру кипения 68 °C, давление насыщенного пара RAID - 30 кПа (МТБЭ - 60 кПа). Склонность ДИПЭ к образованию гидропероксидов является ее недостатком [47]. Диметиловый эфир (ДМЭ) получают путем обезвоживания при температуре 300-400 °C и давлении 2-3 МПа в присутствии многофазных катализаторов–алюминия (степень превращения метанола в диметиловый эфир–60%) и цеолита (селективность близка к 100%). Производство диметилового эфира из синтез-газа экономически выгоднее из-за более низких капитальных и эксплуатационных затрат. Получение диметилового эфира на полифункциональном катализаторе при температуре 200-250 °C и давлении 7-9 МПа с конверсией метанола с диметиловым эфиром составляет 59-88% [49-55]. ДМЭ рекомендуется получать непосредственно с морских нефтегазовых месторождений [56]. Институт (г. Москва) нефтехимического синтеза имени Топчиева является одним из ведущих мировых центров по изучению производства и свойств диметилового эфира. Сотрудники института разработали методы получения диметилового эфира из метанола [57] и из углеводородного газа синтез-газа [58-60]. Обертон (США) разработал модульную санную установку для производства ДМЭ. Мелкосерийный вариант специально подобран таким образом, чтобы фермеры могли перерабатывать возобновляемое сырье: животные, пищевые и сельскохозяйственные отходы, что помогает предотвратить выброс метана в атмосферу и превращает отходы в топливо, которое сжигается без выделения вредных веществ [61]. Ацеталь классифицируется как малоопасный химикат. Техническим результатом их использования в качестве моторного топлива является повышение фазовой устойчивости при контакте с водой, повышение детонационного сопротивления и тепловыделения, устранение социально-экономических ограничений на производство автоклавного топлива,а также расширение общего способа получения ацеталя, включающего взаимодействие карбонильных соединений со спиртами в присутствии катализаторов (Brensted и Lewis Acid, гетероксидных кислот, металлических комплексов) [62]. Предложен высокоэффективный способ получения автомобильных верхушек Лив на основе спиртов С1-С5 и формалина, ацетальдегида, ацетона или метилэтилкетона [63]. Синтез проводили в жидкой фазе при атмосферном давлении (10?120 °С) на гетерогенных катализаторах (катион КУ-2-8, ФИБАН к-1, сульфокарбон СК). Низкая температура кипения ацеталя (при кипении. 40±5 °C – 170±10 °C) используется в качестве топлива или топливных компонентов для двигателей с искровым зажиганием, а высокая температура кипения (170±10 °C – 330±20 °C) используется в качестве топлива или топливных компонентов для дизельных двигателей. Разработан альтернативный способ получения 1,1-диметоксиэтана из ацетилена и метанола (200-220 °С) [64]. Реакция протекает на аморфном катализаторе, полученном путем нанесения ZnO на SiO2, с образованием метилвинилового эфира: При работе дизельных двигателей на топливной смеси, содержащей до 30% 1,1-диметоксиметана (ДММ), получены удовлетворительные показатели расхода топлива и выбросов [65, 66]. Применение 1,1-диэтоксиэтана (ДЭЭ) в смесях с низким кипением бензина (80-120 °С) позволяет повысить КПД на 25-40 единиц [67]. В отличие от углеводородов, которые в зависимости от их структуры имеют высокооктановое или высокооктановое число, эфиры и уксусные эфиры имеют как высокооктановое, так и цетановое число (последнее значительно выше, чем у углеводородов), что обусловлено цитированием. Известны также способы переработки глицерина в компоненты дизельного и бензинового топлива. Глицерин является остаточным продуктом производства биодизеля, поэтому необходимо как-то использовать его постоянно увеличивающиеся запасы. В присутствии кислотного катализатора протекает реакция алкилирования глицерина трет-бутанолом.В процессе реакции получают смесь моно-(МТБГ), Ди-(ДТБГ)и три-трет-бутилглицеридов(ТТБГ) [69, 70]. Алкилирование глицерина изобутиленом традиционно происходит в присутствии H-форм кислот (H2SO4, 4-MeC6H4SO3H), катионов и цеолитов [71]. Трет-бутилглицериды улучшают свойства моторного топлива [72]. Когда они добавляются в биодизельное топливо, точка помутнения уменьшается на 5 градусов, а вязкость уменьшается на 8%. Кроме того, глицериды присадок положительно влияют на сжигание дизельного топлива. Включение 30-40% смеси 1,3-и 1,2-МТБГ,1,2-ДТБГ и ТТБГ в стандартное ароматическое дизельное топливо приводит к значительному снижению выбросов твердых частиц,углеводородов, СО и альдегидов [73] и снижению вязкости и температуры мутности биодизеля. 1.2 рациональное использование биоэтанола в качестве топлива Наиболее распространенными видами альтернативного топлива являются биоэтанол и биодизель [76-78]. Биоэтанол (безводный этанол) – это этанол, полученный в результате биодеградации сахаров, ферментированных в качестве возобновляемого растительного субстрата (зерно, сахарный тростник, кукуруза, борщ, картофель, солома) [79]. Это бесцветная, малотоксичная жидкость. Обладает очень высоким октановым числом, что позволяет эффективно использовать его в качестве антидетонационной добавки к бензину [80-84]. На него приходится 85% мирового производства биотоплива [85], а его потребление в качестве моторного топлива составляет 30 миллионов тонн,что составляет 1,7% от потребления моторного топлива [86, 87]. Биоэтанол может использоваться в качестве замены моторного топлива с относительно небольшими модификациями двигателя. Хотя энергетический эквивалент этанола на 68% ниже, чем у мазута, он имеет более чистое горение и более низкие выбросы токсичных веществ [88]. Увеличение производства и потребления биоэтанола в ЕС, в частности, является результатом решения стратегических задач Европы по защите окружающей среды и борьбе с глобальным потеплением земли, направленных на постепенный отказ от нефти и газа и переход на новое возобновляемое топливо [89-92]. Для биоэтанола и смешанных бензинов на его основе используются специальные названия: Е5, Е10, Е85, где цифры обозначают процент добавления спирта. Смеси E5, E10 и E85 являются наиболее распространенными в мире. Кроме того, в Бразилии производится и используется чистый биоэтанол-Е100 в качестве моторного топлива [93,94]. Топливный этанол является самой популярной добавкой к бензину. Его использование этой мощности в 2009 году достигло 6% мирового потребления бензина. В России использование биоэтанола в качестве автомобильного топлива пока не широко распространено [95], поскольку только автомобили с гибким топливом (автомобили с многотопливными двигателями) могут работать на "реальном" этаноле [96, 97]. Лучшим предложением является смесь бензина и этанола, известная как E-10, которая используется американскими автомобилистами в течение четверти века. Все крупные автопроизводители разрешают использование Е-10, а смеси также подходят для российских автомобилей. Топливо Е-10 повышает производительность двигателя, добавляя к топливу 2-3 октановых единицы к 1 детонационной стойкости топлива, противодействует перегреву двигателя, выполняет функцию антифриза топливной системы и не вызывает загрязнения форсунок [98]. Приоритет биоэтанола определяется на основе следующих фактов: * Этанол способствует сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу, выхлопных газов котлов и автомобилей,токсичных веществ и аэрозолей; * Американская ассоциация пульмонологов (Чикаго) подтвердила, что использование бензина, модифицированного этанолом, сократило выбросы дыма на 25% с 1990 года; * Этанол уменьшает выбросы окиси углерода (CO) до 30% - даже в новых автомобилях; * Этанол уменьшает содержание частиц выхлопных газов на 50% за счет уменьшения количества ароматических углеводородов в бензине, а также уменьшает образование вторичной пыли; * Этанол снижает токсичность выхлопных газов на 21% [99]. Также недостатки этого направления – использование пищевого сырья, высокая стоимость (выше цен на нефть), нестабильность производства в регионе, низкая эффективность ферментационных микроорганизмов, увеличение гигроскопичности и потребления, а также низкая калорийность (по сравнению с нефтью) сжигания этанольного топлива [100] и неустойчивость фазы, когда они содержат мало воды [101]. Сегодня основными производителями биоэтанола являются США и Бразилия. Вместе они производят около 70% мирового биотоплива (рис. 1). Рис. 1 Рост мирового производства топливного биоэтанола В России можно производить биотопливо из сельскохозяйственных отходов различного происхождения, общее количество сельскохозяйственных отходов достигает 630-650 тыс. тонн, что является большим потенциалом для развития региона. В то же время тема использования гибридных топлив в России достаточно изучена, чтобы адаптировать их к реалиям нашей местности и условиям работы. На сегодняшний день ООО «ЗАВКОМ-ИНЖИНИРИНГ» разработан проект строительства «Завода по производству биокомпонентов моторных топлив» по производству денатурированного биоэтанола производительсностью 25 тыс. тонн в год, ЭТБЭ и МТБЭ для компаундирования автомобильного бензина в Республике Татарстан в г. Нижнекамске на площадке АО «ТАНЕКО», где в качестве сырья будет применяться зерно (пшеница, рожь). 1.2.1 Этиловый спирт Этиловый спирт (этиловый спирт) является основным сырьем для производства алкогольных и других алкогольных напитков и широко используется в различных отраслях пищевой промышленности в качестве дополнительного сырья. Выпрямленный этанол представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом, без запаха и запаха. Алкоголь является конечным продуктом процесса брожения [102]. Основные схемы алкогольного брожения и превращения глюкозы в этанол: C6H12O6 > 2C2H5OH + 2CO2 [103]. Технология производства этанола включает в себя следующие процессы: приготовление сырья (промывание, очистка от примесей), термическую обработку зерна (или картофеля) водой с целью разрушения клеточных структур и растворения крахмала при температуре 120-150 °С; повторную перегонку солода (проросшего зерна) или солода; повторную перегонку спирта-сырья из пивоваренного и ректификационного, а также приготовление солода путем проращивания зерна или культивирования плесневых грибов и бактерий для получения амилолитических и протеолитических ферментных препаратов, а также выведение и размножение привитых ферментов. 1.2.2 Сырье Сырье для производства спирта должно ежегодно выращиваться в объеме, необходимом для промышленной переработки, иметь высокое содержание крахмала или сахара и хорошо сохраняться, что обеспечивает экономическую целесообразность производства. Для производства этанола современные технологии позволяют использовать любое крахмалосодержащее и сахаросодержащее сырье. При этом этанол получается в процессе брожения сырья. Для получения этанола из сырья, содержащего крахмал, необходимо разложить эту углеводную цепь на молекулярном уровне, чтобы получить другую цепь глюкозы, так называемый сироп, который можно превратить в этанол с дрожжами. В Северной Америке и Европе кукуруза (90%) и пшеница используются в основном в качестве крахмалосодержащего сырья,в Южной Америке-в сахарной свекле,в России-в зерновом сырье. Кроме того, свекла, клубни картофеля, топинамбур, маниока, сахарные отходы и др. Его можно использовать в качестве сырья для производства этанола [104]. 1.2.3 Технологическая схема-схема Бражка происходит из ферментационного отделения спиртозавода и перекачивается в варочный котел, где далее поступает в сепаратор, отделяющий углекислый газ и часть головных продуктов (рис. 2). Газы и пары направляются в конденсатор, в котором конденсируются спирт и головные продукты, а газы удаляются через вентиляционные отверстия. Освобожденная от газа бражка поступает на верхнюю тарелку бражной колонны. Пар из колонны проходит через ловушку, освобождается от жидкости и шелухи и поступает в варочный нагреватель. Из нагревателя бражки неконденсированный пар поступает в дополнительный вертикальный конденсатор. Бражная колонна нагревается паром, а подача пара регулируется регулятором пара. Конденсат пара спирта в подогревателе браги отправлен к всеобщему трубопроводу, через который в башню эпуратионной колонны. Колонна эпюрата состоит из горизонтального дефлегматора и вертикально установленного конденсатора, который охлаждается водой. Головной продукт извлекается из конденсатора, который направляется в холодильник, а затем через ротаметр подается на лампу. 1,5,7,12,15,16 – конденсатор; 2,18 – сепаратор; 3 – ловушка; 4 – подогреватель бражки; 6,9,14,29,33 – вакуум-прерыватель; 8 – спиртоловушка; 10 – эпюрационная колонна; 11,13 – дефлегматор; 17 – маслоотделитель; 19,34 – паровые регуляторы; 20 – ректификационная колонна; 21,26 – холодильник; 22 – подогреватель; 24,27 – фонарь; 25,28 – ротаметр; 30
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Диссертация, Нефтегазовое дело, 55 страниц
3000 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg