Комментарий. Биодизель сквозь призму качества масложирового сырья.
В мире все большую притягательность обретают экологичные виды топлива, прежде всего, из биомассы растений, аккумулирующей энергию солнца, сообщает "OilWorld.Ru". По мнению профессора, доктора химических наук МАТХТ им. М.В. Ломоносова М.Ю. Плетнева, будущее видится за "зелеными" продуктами и технологиями, которые способны кардинально улучшить экологию и качество жизни за счет снижения загрязненности природной среды и сокращения выбросов парниковых газов, обуславливающих драматические изменения климата.
"Немецким инженером Рудольфом Дизелем в 1897 г. был создан дизельный двигатель, первый образец которого работал на растительном (арахисовом) масле. Впоследствии выяснилось, что более легкие, не столь вязкие метиловые (МЭ) и этиловые (ЭЭ) эфиры жирных кислот, под которыми обычно понимают "биодизель", предпочтительнее по ряду технических характеристик. О них как потенциально доступном горючем для дизельных двигателей вспомнили в период нефтяного кризиса 70-х гг., затем вернулись в 90-х гг., когда ведущие экономики мира столкнулись с проблемами загрязнения природной среды, парникового эффекта и истощения нефтяных месторождений.
К настоящему времени разные страны, с учетом климатических зон и аграрных традиций, в производстве биодизеля сделали ставку на различные источники масложирового сырья. Так, США преимущественно ориентируются на сою и животный жир, Европа - на рапс, Малайзия и Индонезия - на масличную пальму, а Филиппины - на кокосовую пальму. Помимо этого многие страны стараются задействовать технические и отходные масла и жиры.
Перед обычным дизтопливом биодизель имеет ряд неоспоримых преимуществ, главные из которых:
- более низкий уровень вредных выбросов, особенно твердых частиц (дыма);
- практически нейтральный эффект в плане выброса парниковых газов;
- существенно лучшие показатели в плане токсичности и биоразлагаемости;
- меньший износ (из-за оказываемого биодизелем смазывающего эффекта) и, соответственно, увеличения срока службы двигателя;
- лучшие характеристики при хранении и транспортировке;
- хороший стимул для развития агросектора масличных и кормовых культур, а также олеохимии и связанных с ней отраслей;
- меньшая зависимость от цен на нефтепродукты.
Среди возможных недостатков биодизеля называют следующие:
- в неразведенном виде он способен повреждать резиновые шланги, прокладки и потребовать их замены на детали из более стойких материалов;
- вследствие высокой растворяющей способности, биодизель способен вымывать из двигателей отложения, образовавшиеся там ранее, а это может вызывать сбои в работе, отсюда возможны проблемы и с гарантийным обслуживанием техники;
- биодизель может быть не вполне устойчив к окислению при хранении, и может возникнуть необходимость в антиоксиданте;
- дизтопливо с высоким содержанием биодизеля, особенно марки В100, изготовленного из сырья с низким йодным числом, может создавать проблемы вследствие загущения и забивания топливного фильтра в холодное время года.
Для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик биодизеля важен набор определенных свойств масел и жиров, используемых в его производстве. Из химических свойств важны: число омыления (ч.о.), иодное число, жирнокислотный состав, наличие свободных жирных кислот (к.ч.), серы, азота, зольность, присутствие неомыляемых компонентов, фосфатидов и содержание влаги.
Характеристики некоторых масел и получаемых из них сложных эфиров:
Масла и эфиры с низким иодным числом (из кокосового и пальмового масел, животного жира) имеют более высокие цетановые числа и, следовательно, больший энергетический потенциал. Большинство масел и эфиров, как следует из приведенной таблицы, вписывается в оптимальный диапазон цетановых чисел для дизтоплив (45?75). Существенно и то, что масла и жиры с низким иодным числом имеют высокие температуры плавления и нередко затвердевают уже при температурах выше комнатной. Это свойство отражается на температурах помутнения, забивания фильтра и плавления получаемых из них МЭ и ЭЭ жирных кислот, что налагает ограничения на их использование в качестве горючего на все сезоны, кроме летнего.
Масла с высоким иодным числом и низкой температурой плавления более всего подходят для производства биодизеля, используемого в холодном климате. Исследования, направленные на разработку зимнего биодизельного топлива, особенно актуальны для северных стран, таких как Россия, Канада и страны Скандинавии. Однако стоит отметить, что при этом увеличивается риск автоокисления и полимеризации горючего в плотную каучукоподобную массу. Следовательно, биодизель с высоким иодным числом не подлежит длительному хранению, а для увеличения срока хранения желательно вводить антиоксидант. Биодизель из полувысыхающих масел (соевое, подсолнечное) не столь подвержен окислению и полимеризации, как биодизель из высыхающих масел.
В настоящее время реальным ограничителем наращивания доли биодизеля в дизтопливе выступает недостаточно низкая температура застывания (утраты текучести). Возможность использования антижелирующих агентов, антифризов существует, однако достигаемый эффект (дополнительно минус 3-5 ?С) не столь значителен. К тому же их введение не должно дискредитировать саму идею экологичного топлива, выращенного в поле или извлеченного из стоков. Добавление же биооктанола или "органического" метилизоамилкетона (добавок, потенциально пригодных для снижения температуры замерзания и по пожароопасным характеристикам) способно значительно увеличить себестоимость топлива.
Другой путь заключается в использовании для производства биодизеля масел с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот (высоким иодным числом). Получаемые из них МЭ и ЭЭ имеют температуры застывания порядка -10 ?С или ниже. При добавлении их в количестве 5% температура застывания топлива В5 будет порядка -25 ?С. Этого может быть достаточно для эксплуатации автотранспорта зимой в странах континентальной Европы, но не достаточно для эксплуатации в России. С другой стороны, с ростом ненасыщенности снижается теплотворная способность биодизеля, а МЭ полиненасыщенных кислот более подвержены автоокислению и полимеризации.
Теплосодержание биодизельного топлива на единицу массы, как правило, на 9-13% ниже, чем у обычного дизтоплива. При использовании биодизеля мощность дизельного двигателя снижается на 5-8%. Снижение вращающего момента с переходом на биодизель заметнее при низкой скорости движения транспортного средства. Так, при 1700 об./мин он ниже на 5%, а при 1300 об./мин - только на 3%. Дымность выхлопа для биодизеля В100 в среднем на 75% ниже, чем для обычного дизтоплива.
Плотность биодизеля (около 0,88) может быть выше, чем плотность дизтоплива из нефти: 0,83-0,90 - для марок, предназначенных для быстроходных двигателей, и до 0,93 - для тихоходных двигателей. Плотность биодизеля разного происхождения практически одинакова, за исключением биодизеля из касторового масла, для которого d20/4=0,92.
Зольность - показатель наличия в топливе металлов и кремнистых соединений. Высокая зольность может быть причиной повышенного износа и засорения инжекционной системы двигателя, а также нагарообразования. Особой разницы в эксплуатационных характеристиках между МЭ и ЭЭ не выявлено, поэтому при выборе агента этерификации, в основном, руководствуются экономическими соображениями.
Отходные масла и жиры могут быть частично омылены и содержать высокий процент свободных жирных кислот. Как и для кондиционных масел, для них применяется кислая, а не щелочная промывка. Из-за высоких значений к.ч., отходные масла сразу направлять на переэтерификацию нельзя: их сушат и переводят в эфиры жирных кислот метилирующим агентом, например, диметилсульфатом (побочные продукты - сульфат натрия или калия и мыло).
В последнее время в ряде стран ЕС дизтопливо для грузовиков, используемых в дальних перевозках, стали разбавлять 2-3% рафинированного рапсового масла как такового. При этом уход от пошлины, которой облагается топливо из нефтяного сырья, компенсирует некоторую потерю в мощности и пути пробега. С другой стороны, в двигателе усиливается нагарообразование, что вообще характерно для высокомолекулярных и вязких видов дизтоплива.
Еще недавно в производстве биодизеля широко использовали промывку сырых МЭ теплой водой, что приводило к необходимости последующей сушки. Последнее новшество - отказ от мокрой очистки МЭ и переход к очистке специальными сорбентами. При этом качество топлива существенно улучшается, в частности, снижаются его коррозионная активность, вызванная присутствием влаги, и образование отложений в головке цилиндра, обусловленное присутствием мыла.
Вопрос качества масложирового сырья (а заодно морозостойкости топлива и NOX) снимает "синтетический" биодизель, к производству которого с июня 2007 г. приступила компания Neste Oil по технологии NExBTL. Важно, что для его производства могут применяться самые разные виды сырья - от кондиционных жиров и масел до всевозможных отходов".
"Немецким инженером Рудольфом Дизелем в 1897 г. был создан дизельный двигатель, первый образец которого работал на растительном (арахисовом) масле. Впоследствии выяснилось, что более легкие, не столь вязкие метиловые (МЭ) и этиловые (ЭЭ) эфиры жирных кислот, под которыми обычно понимают "биодизель", предпочтительнее по ряду технических характеристик. О них как потенциально доступном горючем для дизельных двигателей вспомнили в период нефтяного кризиса 70-х гг., затем вернулись в 90-х гг., когда ведущие экономики мира столкнулись с проблемами загрязнения природной среды, парникового эффекта и истощения нефтяных месторождений.
К настоящему времени разные страны, с учетом климатических зон и аграрных традиций, в производстве биодизеля сделали ставку на различные источники масложирового сырья. Так, США преимущественно ориентируются на сою и животный жир, Европа - на рапс, Малайзия и Индонезия - на масличную пальму, а Филиппины - на кокосовую пальму. Помимо этого многие страны стараются задействовать технические и отходные масла и жиры.
Перед обычным дизтопливом биодизель имеет ряд неоспоримых преимуществ, главные из которых:
- более низкий уровень вредных выбросов, особенно твердых частиц (дыма);
- практически нейтральный эффект в плане выброса парниковых газов;
- существенно лучшие показатели в плане токсичности и биоразлагаемости;
- меньший износ (из-за оказываемого биодизелем смазывающего эффекта) и, соответственно, увеличения срока службы двигателя;
- лучшие характеристики при хранении и транспортировке;
- хороший стимул для развития агросектора масличных и кормовых культур, а также олеохимии и связанных с ней отраслей;
- меньшая зависимость от цен на нефтепродукты.
Среди возможных недостатков биодизеля называют следующие:
- в неразведенном виде он способен повреждать резиновые шланги, прокладки и потребовать их замены на детали из более стойких материалов;
- вследствие высокой растворяющей способности, биодизель способен вымывать из двигателей отложения, образовавшиеся там ранее, а это может вызывать сбои в работе, отсюда возможны проблемы и с гарантийным обслуживанием техники;
- биодизель может быть не вполне устойчив к окислению при хранении, и может возникнуть необходимость в антиоксиданте;
- дизтопливо с высоким содержанием биодизеля, особенно марки В100, изготовленного из сырья с низким йодным числом, может создавать проблемы вследствие загущения и забивания топливного фильтра в холодное время года.
Для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик биодизеля важен набор определенных свойств масел и жиров, используемых в его производстве. Из химических свойств важны: число омыления (ч.о.), иодное число, жирнокислотный состав, наличие свободных жирных кислот (к.ч.), серы, азота, зольность, присутствие неомыляемых компонентов, фосфатидов и содержание влаги.
Характеристики некоторых масел и получаемых из них сложных эфиров:
Масла и эфиры с низким иодным числом (из кокосового и пальмового масел, животного жира) имеют более высокие цетановые числа и, следовательно, больший энергетический потенциал. Большинство масел и эфиров, как следует из приведенной таблицы, вписывается в оптимальный диапазон цетановых чисел для дизтоплив (45?75). Существенно и то, что масла и жиры с низким иодным числом имеют высокие температуры плавления и нередко затвердевают уже при температурах выше комнатной. Это свойство отражается на температурах помутнения, забивания фильтра и плавления получаемых из них МЭ и ЭЭ жирных кислот, что налагает ограничения на их использование в качестве горючего на все сезоны, кроме летнего.
Масла с высоким иодным числом и низкой температурой плавления более всего подходят для производства биодизеля, используемого в холодном климате. Исследования, направленные на разработку зимнего биодизельного топлива, особенно актуальны для северных стран, таких как Россия, Канада и страны Скандинавии. Однако стоит отметить, что при этом увеличивается риск автоокисления и полимеризации горючего в плотную каучукоподобную массу. Следовательно, биодизель с высоким иодным числом не подлежит длительному хранению, а для увеличения срока хранения желательно вводить антиоксидант. Биодизель из полувысыхающих масел (соевое, подсолнечное) не столь подвержен окислению и полимеризации, как биодизель из высыхающих масел.
В настоящее время реальным ограничителем наращивания доли биодизеля в дизтопливе выступает недостаточно низкая температура застывания (утраты текучести). Возможность использования антижелирующих агентов, антифризов существует, однако достигаемый эффект (дополнительно минус 3-5 ?С) не столь значителен. К тому же их введение не должно дискредитировать саму идею экологичного топлива, выращенного в поле или извлеченного из стоков. Добавление же биооктанола или "органического" метилизоамилкетона (добавок, потенциально пригодных для снижения температуры замерзания и по пожароопасным характеристикам) способно значительно увеличить себестоимость топлива.
Другой путь заключается в использовании для производства биодизеля масел с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот (высоким иодным числом). Получаемые из них МЭ и ЭЭ имеют температуры застывания порядка -10 ?С или ниже. При добавлении их в количестве 5% температура застывания топлива В5 будет порядка -25 ?С. Этого может быть достаточно для эксплуатации автотранспорта зимой в странах континентальной Европы, но не достаточно для эксплуатации в России. С другой стороны, с ростом ненасыщенности снижается теплотворная способность биодизеля, а МЭ полиненасыщенных кислот более подвержены автоокислению и полимеризации.
Теплосодержание биодизельного топлива на единицу массы, как правило, на 9-13% ниже, чем у обычного дизтоплива. При использовании биодизеля мощность дизельного двигателя снижается на 5-8%. Снижение вращающего момента с переходом на биодизель заметнее при низкой скорости движения транспортного средства. Так, при 1700 об./мин он ниже на 5%, а при 1300 об./мин - только на 3%. Дымность выхлопа для биодизеля В100 в среднем на 75% ниже, чем для обычного дизтоплива.
Плотность биодизеля (около 0,88) может быть выше, чем плотность дизтоплива из нефти: 0,83-0,90 - для марок, предназначенных для быстроходных двигателей, и до 0,93 - для тихоходных двигателей. Плотность биодизеля разного происхождения практически одинакова, за исключением биодизеля из касторового масла, для которого d20/4=0,92.
Зольность - показатель наличия в топливе металлов и кремнистых соединений. Высокая зольность может быть причиной повышенного износа и засорения инжекционной системы двигателя, а также нагарообразования. Особой разницы в эксплуатационных характеристиках между МЭ и ЭЭ не выявлено, поэтому при выборе агента этерификации, в основном, руководствуются экономическими соображениями.
Отходные масла и жиры могут быть частично омылены и содержать высокий процент свободных жирных кислот. Как и для кондиционных масел, для них применяется кислая, а не щелочная промывка. Из-за высоких значений к.ч., отходные масла сразу направлять на переэтерификацию нельзя: их сушат и переводят в эфиры жирных кислот метилирующим агентом, например, диметилсульфатом (побочные продукты - сульфат натрия или калия и мыло).
В последнее время в ряде стран ЕС дизтопливо для грузовиков, используемых в дальних перевозках, стали разбавлять 2-3% рафинированного рапсового масла как такового. При этом уход от пошлины, которой облагается топливо из нефтяного сырья, компенсирует некоторую потерю в мощности и пути пробега. С другой стороны, в двигателе усиливается нагарообразование, что вообще характерно для высокомолекулярных и вязких видов дизтоплива.
Еще недавно в производстве биодизеля широко использовали промывку сырых МЭ теплой водой, что приводило к необходимости последующей сушки. Последнее новшество - отказ от мокрой очистки МЭ и переход к очистке специальными сорбентами. При этом качество топлива существенно улучшается, в частности, снижаются его коррозионная активность, вызванная присутствием влаги, и образование отложений в головке цилиндра, обусловленное присутствием мыла.
Вопрос качества масложирового сырья (а заодно морозостойкости топлива и NOX) снимает "синтетический" биодизель, к производству которого с июня 2007 г. приступила компания Neste Oil по технологии NExBTL. Важно, что для его производства могут применяться самые разные виды сырья - от кондиционных жиров и масел до всевозможных отходов".
Ещё новости по теме:
15:42
13:00
12:00