Сделай Сам Свою Работу на 5

Биобутанол в качестве моторного топлива





 

Бутанол может заменять бензин в качестве топлива даже в большей степени, чем этанол, благодаря своим физическим свойствам, экономичности, безопасности, а также из-за того, что его использование не требует переделок двигателя автомобиля [9].

По сравнению с этанолом, бутанол может быть смешан в более высоких пропорциях с бензином и использоваться в существующих автомобилях без модификации системы формирования воздушно-топливной смеси [9].

Бутанол выделяет чистой энергии на рабочий цикл больше, чем этанол или метанол, и примерно на 10% больше, чем бензин.

Таблица 1.2 – Характеристики биобутанола [16]

Наименование показателя Значение показателя
Внешний вид Однородная прозрачная жидкость от бесцветного до светло-желтого цвета, не содержащая механических примесей
Объемная доля н-бутанола, %, не менее 99,9
Плотность при 20̊С, г/см3, в пределах 0,809-0,810
Показатель преломления, , в пределах 1,3990-1,4000
Массовая доля нелетучего остатка, %, не более 5·10-4
Массовая доля кислот в пересчете на уксусную кислоту (СН3СООН), %, не более 0,005
Массовая доля альдегидов в пересчете на ацетальдегид (СН3СНО), %, не более 0,01
Массовая доля воды (Н2О), %, не более 0,05

 



Основной причиной, по которой до недавнего времени никто не знал о бутаноле как об альтернативном топливе, является то, что производство этого продукта никогда не считалось экономически целесообразным. Как было сказано выше, этот продукт используется в основном как промышленный растворитель, цена которого превышает примерно в три раза цену газа. Традиционный процесс ферментации дает с 27 кг зерна (16 кг сахара) только 5,91 литров бутанола, 3,18 литров ацетона, 1,5 литра этанола и 0,28 кг водорода. Такое производство бутанола не может конкурировать с технологией производства этанола, которая дает 13 литров продукта на 27 кг. Прогресс в области биотехнологий позволил превратить кукурузу и другую биомассу в достаточно экономичный источник биобутанола, однако старт промышленного производства увязывается с решением ряда проблем.

В связи с получением новых высокоэкономичных технологий производства биобутанола, в настоящее время получаемый из зерна бутанол привлекает все большее внимание специалистов для применения его в качестве топлива. И не исключено, что в ближайшие 10-15 лет этанол утратит пальму первенства.



Успех обусловливается рядом преимуществ бутанола перед этанолом, среди них:

а) бутанол содержит на 25% больше энергии, чем этанол: 110 тыс. BTU на 4,55 литра бутанола против 84 тыс. BTU на 4,55 литра этанола. Бензин же содержит около 115 тыс. BTU на 4,55 литра;

б) бутанол безопаснее в использовании, поскольку в шесть раз меньше испаряется, чем этанол и в 13,5 раз менее летуч, чем бензин. Упругость паров бутанола по Рейду составляет 9,4 кг/кв. см, у бензина это 128 кг/кв. см, у этанола – 4,4 кг/ кв. см. Это делает бутанол более безопасным при использовании в качестве оксигената и не требует особых изменений пропорций смеси при использовании зимой и летом. Сейчас он используется в качестве оксигената в штатах Аризона, Калифорния и др. По своим свойствам он ближе к бензину, чем этанол, имеет низкое давление насыщенного пара и его смесь с бензином не столь гигроскопична. В присутствии воды смесь, содержащая биобутанол, в меньшей степени склон-на к расслоению, чем смеси этанола и бензина;

в) бутанол – гораздо менее агрессивное вещество, чем этанол, поэтому может транспортироваться по существующим топливным трубопроводам, тогда как этанол должен транспортироваться железно-дорожным или водным транспортом;

г) бутанол может добавляться к обычному бензину или бензину, содержащему этанол, поскольку улучшает показатели бензин-этаноловых смесей. Увеличение его доли в смесях с бензином не требует модификации транспортных средств, так что он может использоваться в современных автомобильных двигателях;



д) бутанол может полностью заменять бензин, поскольку обеспечивает лучшую экономию топлива, чем бензин-этаноловые смеси, повышает топливную эффективность автомобиля и его пробег (бутанол на 25 % более энергоемок, чем этанол, и выделяет на 10 % больше энергии за рабочий цикл, чем бензин). Это подтверждено экспериментом, в котором серийный автомобиль с бензиновым двигателем без каких-либо переналадок, использующий в качестве топлива чистый бутанол, прошел 16 тыс. км, и двигатель в конце пробега был исправным. Тогда как этанол может использоваться только как добавка к бензину с максимальным содержанием в смеси не более 85% и только после существенных переделок двигателя. В настоящее время в мире преобладают смеси с 10%-ным содержанием этанола;

е) производство бутанола помогает решить проблемы, связанные с инфраструктурой снабжения водородом;

ж) измененный бутанол имеет более высокий выход энергии (10 Вт-ч/г), чем этанол (8 Вт-ч/г);

з) при горении бутанол не производит окислов серы или азота, что дает существенную дополнительную выгоду с точки зрения экологии;

и) биобутанол не обладает коррозионной активностью и поэтому может транспортироваться по существующим топливным трубопроводам. Потенциально его поставка потребителям может быть налажена при использовании существующей инфраструктуры поставки традиционного бензина, так как не требуется модификации установок для смешения, хранения и заправок;

к) биобутанол имеет значительные экологические преимущества также и по сравнению с топливом на нефтяной основе. Он позволит также сдерживать и снижать уровень выхлопов углекислого газа в атмосферу. Это связано с тем, что растения, служащие сырьем для производства биотоплива, поглощают углекислый газ, пока они растут, а полученное из них биотопливо дает при сгорании меньший уровень выхлопов углекислого газа, чем топливо на нефтяной основе. Даже с учетом тех парниковых газов, которые образуются при производстве биотоплива, совокупный эффект все равно слабее, чем при использовании традиционного ископаемого топлива;

л) поскольку производство бутанола сходно с производством этанола (при этом используется и аналогичное сырье), существующие этаноловые производственные мощности могут быть без ущерба для рентабельности перепрофилированы на выпуск биобутанола, для чего необходимы незначительные изменения процессов ферментации и дистилляции [9,11].

Производство сможет работать на широком спектре сырья, таком, как сахарный тростник или сахарная свекла, кукуруза, пшеница, маниока и, в будущем, после отработки технологии, — на целлюлозном сырье из быстрорастущих «энергетических культур», таких как травы, или с использованием побочных агропродуктов, таких как солома или кукурузные стебли.

Применение биобутанольного топлива, отличающегося экологичностью и возобновляемостью, позволит уменьшить зависимость от ископаемых энергоносителей. Биобутанол может быть транспортирован по трубопроводам, т. е. его можно добавлять к бензину на нефтеперерабатывающем заводе (как это происходит с МТБЭ), и это позволит избежать потребности в дополнительной крупномасштабной инфраструктуре поставки. Существующие мощности по производству этанола могут быть модернизированы под производство биобутанола (необходимы незначительные изменения процессов ферментации и дистилляции) [17].

Химмотологические свойства биоспиртов по сравнению с автобензином АИ-95 представлены в таблице 3 приложения А.

Таким образом, биобутанол более экономичен, чем смесь этанола с бензином, он улучшает топливную эффективность автомобиля и увеличивает пробег на единицу расходуемого топлива. Биобутанол получается из того же самого сырья – кукурузы, сахарной свеклы, сорго, маниоки, сахарного тростника, кукурузных стеблей и другой биомассы, что и этанол, но может заменять бензин в равном объеме.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.