АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
На правах рукописи
УДК 665.5: 661.18
ИМАНКУЛОВ НУРБАХЫТ НАСЫРОВИЧ
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ
ЧИСТОГО БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
02.00.13 - Нефтехимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
ТАШКЕНТ – 2011
2
Работа выполнена в Академическом инновационном университете
Министерства образования и науки Республики Казахстан (г. Шымкент)
Научный руководитель:
академик НАН РК, НИА РК,
МИА и МАСИ, д.т.н., профессор
Балабеков Оразолы Сатимбекович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Абдурахимов Саидакбар Абдурахманович
доктор технических наук, профессор
Калдыгозов Еркимбек Калдыгозович
доктор химических наук, профессор
Нарметова Гульнара Розыкуловна
Ведущая организация:
Ташкентский химико-технологический
институт
Защита диссертации состоит «___» ________2012 года в «____» часов на
заседании Специализированного Совета Д 015.13.01 при Институте общей и
неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан по адресу:
100170, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77
- а.
Тел.: (+99871) 262-56-60, Факс (+99871) 262-79-90.
E-mail:
ionxanruz@mail.ru
.
С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке
Академии Наук Республики Узбекистан. Адрес: 100170 г. Ташкент, улица
Муминова, 13.
Автореферат разослан «____» «________» 2012 года.
Ученый секретарь
Специализированного Совета
кандидат химических наук Ибрагимова М.А.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы.
Необходимость разработки и применения
альтернативных моторных топлив вызвана ухудшением экологической
обстановки в целом, а также стремительным истощением запасов нефти на
земле. При нынешнем темпе роста добычи и потребления имеющихся запасов
нефти, по прогнозам ведущих специалистов–нефтяников, данного сырья
хватит всего лишь на ближайшие 40-50 лет, что заставляет задуматься о
необходимости замены нефти в производстве моторных топлив на
альтернативные источники сырья.
В настоящее время нефть является практически единственным источником
производства моторных топлив, на получение которых расходуется более 70%
добываемой нефти. Такой расход нефти на производство моторных топлив
обусловлен быстрым ростом автомобильного парка.
В 2001 году Европейская комиссия одобрила три альтернативных замены
моторным топливам – природный газ, биотопливо и водород. Каждый из
вышеназванных видов топлива может достигнуть уровня свыше 5% на рынке
топлив к 2020 году: биотопливо 15%, природный газ 10%, сжиженный
нефтяной газ 5%, водород – менее 5%.
Среди альтернативных нефтепродуктов наиболее распространенным и
перспективным считается биодизельное топливо на основе моноалкиловых
эфиров карбоновых кислот растительного происхождения. При использовании
смесевого топлива дополнительная подготовка двигателя не требуется.
Использование биотоплив снижает эмиссию практически всех вредных
веществ по сравнению с использованием нефтяных дизельных топлив. Для
чистых биотоплив содержание несгоревших углеводородов снижается на 56%,
твердых частиц – на 55%, оксида углерода – на 43%.
Конкурентоспособность этим технологиям придают такие факторы, как
экономия дефицитного нефтяного топлива, возобновляемость растительного
сырья, сравнительная экологическая чистота продуктов сгорания, возможность
использования радиоактивно загрязненных земель, а также их рекультивация
путем выращивания соответствующих сельхозкультур.
Изложенное указывает на актуальность темы диссертационной работы,
которая посвящена разработке технологий получения чистого биодизельного
топлива на основе растительного сырья, использование такого топлива
целесообразно как с экологической, так и экономической точки зрения (имея в
виду воспроизводство растительного сырья).
Целью исследования
является разработка технологии получения
экологически чистого биодизельного топлива, с улучшенными физико-
химическими и эксплуатационными характеристиками на основе растительных
масел и их метиловых эфиров.
Задачи исследования:
- на основе анализа литературных и собственных экспериментальных
данных по вопросам получения и производства альтернативных видов топлива
4
обосновать и сделать выбор направления по получению и разработке
технологии биодизельных топлив;
- разработка технологии получения биодизельного топлива на основе
местного дизельного топлива с добавкой растительных масел и их метиловых
эфиров;
- определение физико-химических и эксплуатационных свойств объекта
исследования – местного дизельного топлива;
- выбор растительных масел: касторового, хлопкового и рапсового в
качестве добавок к дизельному топливу, определение их физико-химических
характеристик;
- с целью импортзамещения получение и производство касторового масла в
местных условиях;
- подбор условий синтеза, а также рабочих условий проведения процесса
этерификации выбранных растительных масел, с целью получения их
моноалкиловых эфиров;
- физико-химическая характеристика метиловых эфиров жирных кислот
касторового, рапсового и хлопкового масел, определение их группового и
индивидуального состава;
- определение оптимальных концентраций и рабочих условий введения
растительных масел и их эфиров в дизельное топливо;
- физико-химическая характеристика полученных биодизельных топлив на
основе касторового, хлопкового и рапсового масел и их метиловых эфиров, а
также характеристика их эксплуатационных и экологических характеристик;
- экологическая характеристика полученных биодизельных топлив;
- разработка технологии получения биодизельных топлив на основе
растительного сырья: масел и их эфиров;
-
проведение
опытно-промышленных
испытаний
полученных
биодизельных топлив в производственных условиях нефтеперерабатывающего
завода;
- составление нормативно-технической документации: технических
условий, временного технологического регламента, заключений, практических
рекомендаций и актов промышленных испытаний.
Основная идея
заключается в создании достойной альтернативы
моторным топливам, в виде экологически чистых и экономически выгодных
топлив с использованием растительных масел и их метиловых эфиров.
Методы
исследований.
Использован
комплекс
современных
и
классических методов исследования нефтяного сырья, включая ГОСТы на
нефтепродукты, а также проведение ряда полевых работ по выращиванию
клещевины (касторки) и получению касторового масла в условиях
масложирового комбината и применение полученных биодизельных топлив.
Научная новизна работы.
Разработаны способы получения биодизельных
топлив на основе местного дизельного топлива с добавкой 5% хлопкового,
касторового, рапсового масел и их метиловых эфиров. А также способ синтеза
их метиловых эфиров с идентификацией их состава с использованием
современных и классических физико-химических методов исследования, таких
5
как газо-жидкостная и адсорбционно-жидкостная хроматография, УФ и ИК-
спектроскопия, рефрактометрия и т.д. Установлен процесс этерификации
растительных масел метанолом.
Определена степень растворимости использованных масел и их
синтезированных эфиров в дизельном топливе. Установлена их хорошая
растворимость, способствующая образованию истинных растворов.
Сделан сравнительный анализ разработанных биодизельных топлив и
наглядно показаны их неоспоримые преимущества. Выявлено снижение
степени
загрязняемости
окружающей
среды
экологически
опасными
веществами. Применение биодизельных топлив снижает выброс твердых
частиц, что в меньшей степени способствует адсорбции на них канцерогенных
веществ из продуктов сгорания разработанных топлив. Определены низкая
токсичность, биоразлагаемость (при попадании на почву они разлагаются в
течение месяца с образованием безвредных веществ), а также низкое
содержание серы в полученных биодизельных топливах.
Научные положения, выносимые на защиту.
- функциональные особенности растительных масел: касторового,
хлопкового и рапсового в качестве добавок к дизельному топливу, определение
их физико-химических характеристик;
- способ производства и получения касторового масла в местных условиях;
- результаты условий синтеза, а также рабочих условий проведения
процесса этерификации выбранных растительных масел;
- методика получения моноалкильных эфиров выбранных масел;
- определение группового и индивидуального состава жирных кислот
касторового, рапсового, хлопкового масел, и их метиловых эфиров, а также их
физико-химическая характеристика;
- определение оптимальных концентраций и рабочих условий введения
растительных масел и их эфиров в дизельное топливо;
- результаты физико-химических характеристик полученных
биодизельных топлив на основе касторового, хлопкового, рапсового масел и их
метиловых эфиров;
- определение эксплуатационных
и экологических
характеристик
полученных биодизельных топлив;
- разработка технологии получения биодизельных топлив на основе
растительного сырья: масел и их эфиров;
Достоверность научных положений
подтверждается целенаправленной
и
корректной
постановкой
задач
исследований,
обоснованными
теоретическими и экспериментальными исследованиями, удовлетворительной
сходимостью расчетных и экспериментальных данных.
Практическая ценность и значимость работы:
отработаны основные
параметры процессов получения биодизельных топлив на основе местного
дизельного топлива с добавкой хлопкового, касторового, рапсового масел и их
метиловых эфиров в лабораторных и опытно-промышленных условиях
нефтеперерабатывающего завода с положительным эффектом.
6
По результатам проведенных исследований составлена соответствующая
нормативно-техническая документация: технические условия и временный
технологический регламент по технологии получения биодизельных топлив на
основе растительного сырья.
Внедрение результатов.
Внедрение полученных биодизельных топлив
планируются внедрять на Шымкенстком нефтеперерабатывающем заводе (ТОО
«ПетроКазахстанОйлПродактс») в 2012 году.
Личный вклад автора
состоит в определении цели и постановки задач
исследования, выполнений теоретических и экспериментальных исследований,
в разработке альтернативного топлива с использованием растительных добавок
в виде масел и метиловых эфиров.
Разработан способ получения касторового масла в местных условиях из
семян клещевины, выращенной на опытном участке. Масло отжато в условиях
масложиркомбината.
Апробация работы.
Основные научные положения и результаты
исследований докладывались на II Международном форуме «Аналитика и
аналитики», (Воронеж, 2008), Международной конференции «Нефтехимия и
нефтепереработка», (Уфа, 2008), VI Международной научно-технической
конференции «Наука, образование, производство в решении экологических
проблем» (Уфа, 2009), VI Международной научно-практической конференции
(г.
Новомосковск,
РФ,
2009),
Международной
научно-технической
конференции «Современные методы и технологии создания и обработки
материалов» (г.Минск, Республика Беларусь, 2010), Международной научно-
практической конференции «Экология. Риск. Безопасность» (г.Курган, РФ,
2010), Международной конференции «Энергия из биомассы», (г.Киев,
Украина, 2010), Международной научно-технической конференции (г.Минск,
Республика Беларусь, 2010), в интернет конференции «Руснаука» (г.Прага,
Республика Чехия, 2010), Международном научо-практическом журнале
«Основные проблемы современной науки-2010», (г.София, Республика
Болгария,
2010),
Республиканской
научно-технической
конференции
«Достижения и перспективы комплексной химической переработки топливно-
минерального сырья Узбекистана», Республиканской научно-технической
конференции «Актуальные проблемы переработки нефти и газа Узбекистана»,
Международных конференциях профессорско-преподавательского состава
Южно-Казахстанского
Государственного
Университета
им.М.Ауезова,
Региональной научно-практической конференции «Повышение качества путей
соперничества у преподавателей», Международной научно-практической
конференции
«Современные
проблемы
инновационных
технологий
в
образовании и науке», Международной конференции «Биотехнология,
нанотехнология и физико-химическая биология», на научном семинаре Спец
Совета ИОНХ АНРуЗ - 17 октября 2011 года.
Публикации:
Основные результаты диссертации отражены в 36 научных
публикациях, из них 2 монографии, 30 статей и 4 тезисов докладов
конференций.
7
Объем и структура работы:
Диссертация состоит из введения, 7 глав,
обсуждения полученных результатов, выводов, списка использованной
литературы и приложения. Работа изложена на 284 страницах компьютерного
текста, включает 48 рисунков и 55 таблиц. Список использованной литературы
состоит из 258 наименований, приложение на 20 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
В
первой главе
(литературном обзоре) проанализировано состояние
вопроса, дана информация о биотопливах, как альтернативной замене
моторных топлив: биоэтаноле и биодизеле. Более подробно рассмотрен вопрос
об альтернативных топливах растительного происхождения, освещены
перспективы производства и потребления дизельного топлива, а также
приводятся данные о преимуществах и недостатках биодизельных топлив.
Во второй главе
описаны объекты и методы исследования. Были
использованы следующие объекты исследования:
1.
Местное дизельное топливо.
2.
Растительные масла: касторовое, рапсовое, хлопковое.
3.
Полученные метиловые эфиры жирных кислот касторового, хлопкового и
рапсового масел.
4.
Различные сорбенты природной и синтетической структуры, а также
хроматографические промышленные сорбенты.
5.
Различные растворители из разных элюотропных рядов Хишлера,
Фенске, Коха и др.
Все использованные в работе реактивы подвергались соответствующей
очистке: перегонке, очистке адсорбентами и различными растворителями,
возгонке, перекристаллизации и т.д.
Были использованы классические и современные методы исследования,
позволяющие определить физические, физико-химические характеристики,
молекулярную
массу,
функциональный
состав,
изучены
процессы,
протекающие в исходном топливе и добавляемых присадках (растительных
маслах и их эфирах), находить химические составы, структуру, химическую
природу и их стабильность.
Все исследования проводились согласно общепринятым государственным
стандартам.
В третьей главе
дана физико-химическая характеристика объектов
исследования.
Исходное дизельное топливо.
В качестве исходного дизельного топлива
были
использовано
топливо
производство
Шымкентского
нефтеперерабатывающого завода (ТОО «Петро Казахстан Ойл Продактс»).
Продукция
соответствует
всем
требованиям
безопасности,
согласно
сертификата соответствия № КК 65909, 01.01.00103.
Таблица 1
Физико-химическая характеристика летнего дизельного топлива
Наименования показателей
Норма
1. Цетановое число, не менее
45
8
Продолжение
2. Фракционный состав: 50% перегоняется при
температуре °C, не выше 96°C
280
360
3. Кинематическая вязкость при 20°C, мм
2
/с (сСт)
3,0-6,0
4. Температура застывания °C, для умеренной
климатической зоны, не выше
-10
5. Температура помутнения, °C, для умеренной
климатической зоны, не выше
-5
6. Температура вспышки, определяемая в
закрытом тигле °C, для тепловозных, судовых
дизелей, газовых трубин и для дизелей общего
назначения, не ниже
62
40
7. Массовая доля серы %, в топливе I вида, не
более
0,20
8. Массовая доля серы меркаптановой серы, %, не
более
0,01
9. Содержание сероводорода
отсутствует
10. Испытание на медной пластинке
выдерживает
11. Содержание водорастворимых кислот и
щелочей
отсутствует
12. Концентрация фактических смол, мг на
100см
3
топлива , не более
40
13. Кислотность мг КОН на 100 см
3
топлива, не
более
5
14. Йодное число г йода на 100г топлива, не
более
6
15. Зольность %, не более
0,01
16. Коксуемкость 10%-ного остатка, не более
0,20
17. Коэффициент фильтруемости, не более
3
18. Содержание механических примесей
отсутствует
19. Содержание воды
отсутствует
20. Плотность при 20°C, кг/м
3
, не более
860
Касторовое масло.
Касторовое масло является представителем группы
невысыхающих жидких масел и добывается из семян клещевины (касторки) -
однолетнего растения Ricinus communis. Семя содержит до 55% масла,
освобожденное от шелухи - до 69%. Извлекается масло, в основном методом
прессования.
Касторовое масло является дорогостоящим и дефицитным реагентом и
завозится из России. С целью импортозамещения на опытном участке,
расположенном в Шымкентской области была посажена клещевина (касторка),
которая успешно выращена и собран урожай. Принципиальная схема
получения касторового масла дана на рисунке 1
9
На Шымкентском масложиркомбинате отжата 300 кг касторового масла
(соответствующие документы приводятся в приложении). Физико–химическая
характеристика полученного масла дана в таблице 2.
Таблица 2
Физико-химические характеристики полученного касторового масла
Наименования показателей
Величина
Температура плавления, °C
Плотность при 15°C, г/см
3
Число омыления, мг КОН/г
Йодное число гJ
2
/100г
Вязкость при 100°C, мм
2
/сек
Температура, °C
Вспышки (в открытом тигле)
Застывания
Показатель преломления,
20
D
n
Индекс вязкости (ГОСТ 25371-82)
-10К-12
0,909
176
82
5,9
296
-27
1,479
90,7
10
Продолжение
Коксуемость, %
Кислотное число, мг КОН/г
Зольность, %
Цвет, ед. ЦНТ
0,19
1,18
0,009
1,5
Наименования кислот
Содержание, % масс
Пальмитиновая (0) (С°16)
Стеариновая (0) (С°18)
Олеиновая (0) (С°18)
Рицинолевая (1) (С°18)
Линолевая (2) (С°18)
2,0
3,0
8,0
80,0
3,0
В скобках показано число двойных связей в молекуле кислоты.
На рисунке 2 представлена принципиальная технологическая схема
производства касторового масла из семян клещевины.
1.Емкость для сырья 7. Сито
2. Производственный бункер 8. Сито-сепаратор очистки от шелухи
3. Очистка минеральных и 9. Жаровня
органических веществ 10. Фильтр
4. Передаточный шнек. 11. Готовая продукция
5. Распределительный шнек. 12. Жмых
6. Дробилка
Рис. 2. Принципиальная технологическая схема установки получения
касторового масла
11
Для более подробной характеристики масел сняты ИК - спектры. ИК -
спектры соединений записаны на спектрофотометре SPECORD 75IR в области
400-4000 см
-1
. Для снятия спектров образцы прессовали в таблетки с КВr.
В ИК – спектре касторового масла присутствуют полосы поглощения
при 1150 и 1725 см
-1
, относящиеся к валентным колебаниям карбоксила υ(С=О)
и υ(С-СО-СО), соответственно. Широкая полоса с максимумом при 3400 см
-1
соответствует
валентным
колебаниям
гидроксильной
группы
υ(ОН)
рицинолевой кислоты, которая позволяет ее отличать от других жирных кислот
и природных соединений.
Узкие длинные полосы с максимумами при 2840 и 2915 см
-1
относятся к
валентным симметричным (υs) и валентным ассиметричным (υas) колебаниям
СН
2
групп. Два пика одинаковой интенсивности при 1380-1435 см
-1
, относятся к
деформационным (δs) и ассиметричным (δas) колебаниям СН
3
групп. А узкая
полоса средней интенсивности при 710 см
-1
, относится к деформационным
колебаниям (δ) (СН
2
)
х
групп.
Хлопковое масло.
Добывается из семян хлопчатника различных видов
Gossupium, принадлежащих к семейству Malvaceae. Семена хлопчатника
содержат до 25% масла, в ядрах (без шелухи) до 39%. Сырое хлопковое масло
горячего прессования имеет красно-бурый, иногда почти черный цвет,
своеобразный запах и горький вкус. Интенсивность окраски масла зависит от
сорта семян, их свежести, влажности мезги и степени ее нагревания, а также от
высоты давления при прессовании. Согласно литературным данным, в сыром
хлопковом масле содержится около 1% красящих веществ. В масле содержатся
также и смолистые вещества, которые имеются как в ядрах, так и в шелухе
хлопковых семян.
В таблице 3 даны физико-химические константы хлопкового масла.
Таблица 3
Физико-химические константы хлопкового масла
Физические константы:
1
Удельный вес хлопкового масла
d
15
15
(после
рафинации удельный вес несколько понижается)
0,932
2
Температура застывания, °C
-18°
3
Температура застывания жирных кислот, °C
+28 до +40
4
Коэффициент преломления при 20°C
1,472
5
Вязкость по Энглеру
Е
20°
=9; Е
50°
=3
6
Индекс вязкости (ГОСТ 25371-82)
166
7
Коксуемость, %
0,23
8
Кислотное число, мг КОН/г
4,25
9
Зольность, %
0,14
10
Температура, °C
11
Вспышка (в открытом тигле)
316
12
Цвет ед. ЦНТ
1,5
Содержание жирных кислот % (масс.)
1
Миристиновой (0)
1
12
Продолжение
Сняты УФ – и ИК – спектры хлопкового масла. Характеристика спектров
приведена ниже:
1. УФ – спектры в области
232 нм
Прозрачный, сопряженные кислоты
отсутствуют
2. ИК – спектры в области
700-3600 см
-1
V:
730; 950; 1100; 1130; 1190; 1290;
1380; 1410; 1470; 1630; 1650; 1715;
2860; 2935; 2960; 3010.
Соответствуют спектру смеси
жирных насыщенных кислот.
Они соответствуют спектрам смеси жирных, насыщенных и
ненасыщенных кислот. Транс – кислоты отсутствуют.
Рапсовое масло (ГОСТ 8988-2002).
Масло вырабатывается из семян
рапса, принадлежащего к семейству крестоцветных. Цвет темный,
зеленоватый, после тщательной рафинации – светло – желтый. Сырое масло
2
Пальмитиновой (0)
21
3
Стеариновой (0)
2
4
Арахиновой (0)
0,5
5
Бегеновой (0)
-
6
Лигноцериновой (0)
-
7
Пальмитиновой (1)
0,5
8
Олеиновой (1)
29
9
Эруковой (1)
-
10
Рицинолевой (1)
-
11
Линолевой (2)
45
12
Линоленовой (3)
Химические константы:
1
Число омыления
1
2
Число омыления Генера
191
3
Йодное число
100,9
4
Число Рецхерта-Мейссля
0,2
5
Родановое число
61
6
Ацетильное число
12
7
Гидроксильное число
7,2
8
Средняя молекулярная масса жирных кислот
282
Глицеридный состав (в %):
1
Глицериды пальмитиновой кислоты
20-22
2
Глицериды стеариновой кислоты
2
3
Глицериды миристиновой кислоты
0,175
4
Глицериды арахиновой кислоты
0,35
5
Глицериды олеиновой кислоты
33
6
Глицериды линолевой кислоты
40
13
имеет специфический запах и вкус. Оно состоит на 50% из глицеридов
эруковой кислоты.
Физико-химические показатели рапсового масла:
Удельный вес, d – 0,908-0,915
Температура застывания - 10°C
Число омыления – 167-181
Йодное число – 94-105
В таблицах 4 и 5 даны физико-химические характеристики насыщенных и
ненасыщенных жирных кислот, которые встречаются в растительных маслах.
Таблица 4
Физико-химические характеристики насыщенных жирных кислот
№ Наименования
кислот
Формулы
Мол.
масса
Тем-ра
засты-
вания,
°C
Тем-ра
плавле
-ния,
°C
Плотность,
г/см
3
при
80°
20
D
n
Число
нейтрал
1 Лауриновая
С
12
Н
24
О
2
200,19
43,9
44,2
0,8477
1,4191
280,0
2 Миристиновая
С
14
Н
28
О
2
228,22
54,1
53,9
0,8439
1,4236
245,68
3 Пальмитиновая С
16
Н
32
О
2
256,26
62,8
63,1
0,8314
1,4272
218,80
4 Стеариновая
С
18
Н
36
О
2
284,29
69,3
69,6
0,8390
1,4299
197,23
5 Арахиновая
С
20
Н
40
О
2
312,32
74,9
75,3
0,8240
1,4250
179,52
6 Бегеновая
С
22
Н
44
О
2
340,35
79,7
79,9
0,8207
1,4270
164,73
* - значения при 100°
Таблица 5
Физико-химические характеристики ненасыщенных жирных кислот
Названия
кислот*
Формулы
Мол.
масса
Плотность
г/см
3
при
15°С
Йодное
число
Число
нейтрал
Олеиновая
(18:1)
СН
3
(СН
2
)
7
СН=
СН(СН
2
)
7
СООН
282,45
0,898
89,87
198,5
Линолевая
(18:2)
СН
3
(СН
2
)
4
СН=СНСН
2
СН=
СН(СН
2
)
7
СООН
280,44
0,920
181,14
200,06
Линоленовая
(18:5)
СН
3
СН
2
СН=СНСН
2
СН=
СНСН
2
СН=СН(СН
2
)
7
СООН
278,42
0,905
273,51
201,51
Пальмитиновая СН
3
(СН
2
)
5
СН=СН(СН
2
)
7
СООН 254,4
-
99,8
220,53
*
В скобках указано соотношение углеродов и двойных связей кислот
В четвертой главе
приводится характеристика биодизельных топлив на основе
растительных масел и определение их эксплуатационных характеристик.
Для
получения
биодизельного
топлива
с
улучшенными
эксплуатационными и экологическими характеристиками на основе местного
дизельного топлива производства Шымкентского НПЗ нами были взяты
следующие оптимальные концентрации биодобавок – растительных масел
(рапсового, касторового и хлопкового) в пределах 0,5-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0% масс.
14
В лабораторных условиях определены рабочие условия введения
биоприсадок в исследуемое топливо: присадки вводились при комнатной
температуре (порядка ~20°С), так как биодобавки в дизельном топливе легко
растворялись, они вводились без растворения; смесь дизельного топлива с
биоприсадками хорошо перемешивались с образованием истинных растворов.
Добавление касторового масла.
Введение касторового масла в широком
диапазоне показало, что плотность топлива при введении добавки изменялось
незначительно, в пределах норм ГОСТа. Плотность исходного дизельного
топлива была 813,6 кг/м
3,
, она увеличивалась по мере введения биодобавки в
следующем порядке: 815,0 до 817,8 кг/м
3
, тем не менее, находилась в пределах
норм ГОСТа (норма ГОСТа-860,0). Фракционный состав не изменялся,
температура застывания при добавлении 0,5% касторового масла была
идентична исходному дизельному топливу – 12
0
С, но при добавлении 5% масс
касторового масла температура несколько повысилась, она составила - 7
0
С.
Значение коксуемости 10%-ного остатка находилось в пределах норм. Вязкость
и содержание серы также не превышали пределы норм.
Из анализа полученного биодизельного топлива с исходным дизельным
топливом на основе касторового масла, при добавке наибольшей концентрации
– 5% масс касторового масла, топливо не проходит по температуре застывания.
Следовательно, в этих случаях необходимо добавление депрессорной присадки.
Добавление хлопкового масла.
В таблице 6 приведены результаты
проведенных анализов с добавкой хлопкового масла в дизельное топливо. Для
сравнения полученных данных в таблице приводятся характеристика
дизельного топлива с 5 %-ной добавкой касторового масла.
Таблица 6
Характеристика дизельного топлива с 5% добавками хлопкового и
касторового масел
Наименования показателей
5% добавки масел:
Хлопкового
Касторового
Фракционный состав, ºС
50% перегоняется при
температуре
96% перегоняется при
температуре
268
355
241
356
Коэффициент фильтруемости
1,6
3
Температура помутнения, ºС
-7
-5
Предельная температура
фильтруемости, ºС
-8
-7
Температура застывания
-13
-7
Вязкость кинематическая при
20ºС, мм
2
/с, в пределах
4,96
4,92
Плотность при 20 ºС, кг/м
3
832
817,8
Кислотность, мг КОН/100см
3
топлива, не более
1,01
1,1
15
Продолжение
Испытание на медной
пластинке
Выдерживает Выдерживает
Содержание сероводорода
Отсутствует
Отсутствует
Содержание механических
примесей
Отсутствует
Отсутствует
Содержание воды
Отсутствует
Отсутствует
Как и следовало ожидать, сравнение полученных результатов показало,
что биотопливо с добавкой касторового масла дает худшие показатели по
температуре застывания.
Добавление рапсового масла:
в исходное дизельное топливо добавлялось
5 % нерафинированного и рафинированного рапсового масла с кислотным
числом соответственно 4,1 и 0,2 мг КОН/г (табл. 7).
Таблица 7
Влияние 5% рапсового масла на физико-химические характеристики
дизельного топлива
Показатели
Рапсовое масло
Нерафинированное
(кислотное число 4,1
мг КОН/г)
Рафинированное
(кислотное число 0,2 мг
КОН/г)
Фракционный состав, ºС:
н.к.
50% перегоняется при
температуре
96% перегоняется при
температуре
195
268
355
188
269
347
Коэффициент фильтруемости
1,26
1,9
Температура помутнения, ºС
-7
-7
Предельная температура
фильтруемости, ºС
-8
-8
Температура застывания, ºС
-16
-13
Вязкость кинематическая при
20ºС, мм
2
/с
4,98
4,96
Плотность при 20ºС, кг/м
3
832
833
Кислотность, мг КОН/100см
3
19,32
1,01
Испытание на медной
пластинке
Выдерживает
Выдерживает
Содержание сероводорода
Отсутствует
Отсутствует
Содержание механических
примесей
Отсутствует
Отсутствует
Содержание воды
Отсутствует
Отсутствует
16
Как видно из полученных результатов, добавка 5% рапсового масла
практически не влияет на фракционный состав и низкотемпературные свойства,
но несколько увеличивает вязкость и плотность. Наибольшее влияние рапсовое
масло оказывает на кислотность топлива. В значительной мере кислотность
биодизельных топлив зависит от кислотного числа растительных масел. Для
дизельного топлива с 5% рапсовым маслом с исходным значением кислотного
числа 4,1 мгКОН/г, кислотность топлива увеличилась с 0,06 до 19,32 мг
КОН/100см
3
, а для второго образца рапсового масла (кислотное число
0,2мгКОН/г) – кислотность топлива увеличилась до 1,01мгКОН/100см
3
, что не
превышает установленных норм ГОСТа 305-не более 5мгКОН/см
3
. Поэтому,
при добавлении его в дизельное топливо необходимо учитывать кислотное
число растительных масел.
В пятой главе
приведены результаты получение биодизельного топлива
на основе эфиров растительных масел. Исходя из использованной литературы
можно сказать, что в качестве биотоплива могут применяться как сами
растительные масла, так и их эфиры. Использование самих растительных
масел ограничивается, во-первых, тем, что они могут использоваться в качестве
продуктов питания как, например, подсолнечное, во-вторых, они не проходят
по некоторым инспектируемым физико-химическим показателям, как
например, вязкость. Поэтому самым оптимальным является использование их
эфиров, например, метиловых эфиров жирных кислот растительных масел. Их
можно использовать в чистом виде, а также в качестве добавок к дизельному
топливу. Диапазон рекомендованных концентраций велик: от1 % и выше.
Анализ
способов
получения
эфиров
из
растительных
масел
трансэтерификация привел нас к выбору наиболее простого и оптимального
метода, суть которого заключаласьв следующем: в круглодонную колбу 250 мл
прилили 90 мл растительного масла, затем туда же добавили 10 мл метилового
спирта. Присыпали 1 г твердого NaOH (едкий натр.), колбу поставили на
плитку и присоединили холодильник. Реакционную массу нагревали в течение
4-х часов. По ходу реакции начал выделяться глицерин, который всплыл на
поверхность реакционной массы. По окончании нагревания, остывший раствор
перелили в делительную воронку объемом 500 мл: верхний слой-глицерин,
нижний слой представлял собой метиловые эфиры растительных масел,
которые отделили от глицерина, определили их объем и выход в расчете на
масло. Процесс трансэтерификации – метод соединения растительного масла
(рапсового, хлопкового и касторового) с метиловым спиртом для производства
метиловых эфиров с получением глицерина в качестве побочного продукта. В
этом химическом процессе глицерин триглицеридов замещается тремя
молекулами, такого одноатомного спирта, как метанол, для образования трех
молекул метилового эфира растительного масла и топлива, известного под
названием биодизельного топлива. Преимущества использования метанола в
качестве реагента для получения метиловых эфиров жирных кислот
растительного масла заключаются в том, что он безводный (не требуется
удаление влаги) и в нем легко растворяется катализатор (гидроксид натрия)
(85,55%≈86%).
17
Схема установки для синтеза метиловых эфиров использованных в работе
растительных масел приведена на рис. 3.
Таким образом, были получены метиловые эфиры рапсового, касторового
и хлопкового масел, которые полностью соответствуют требованиям
соответствующих
Гостов.
В
результате
этерификации
значительно
уменьшаются плотность и вязкость, увеличивается индекс вязкости, снижается
кислотное число и улучшается цвет масел.
1- реактор; 2 - мешалка; 3 - холодильник; 4 - ловушка; 5 - плитка
Рис. 3. Схема установки для синтеза эфиров.
В таблице 8 приведены физико-химические характеристики рапсового
масла, а также его метиловых эфиров (МЭРМ).
Таблица 8
Физико-химические характеристики рапсового масла и его
метиловых эфиров
Показатели
Рапсовое масло
МЭРМ
Приближенная суммарная
формула
С
57
Н
101,6
О
6
С
20
Н
38
О
2
Молекулярная масса,
кг/кмоль
1083
310
Цетановое число
44
48
Плотность,
20
4
d
, кг/м
3
964
908
Вязкость при 20
0
С
0
66
х определено расчетным методом n-Д-М
Реакции получения метиловых эфиров рапсового масла на примере его
основных жирных кислот приводится ниже:
Олеиновая (цис-9-октадеценовая) кислота
18
СН
3
(СН
2
)
7
СН=СН(СН
2
)
7
СООН+СН
3
ОН →
СН
3
(СН
2
)
7
СН=СН(СН
2
)
7
СООСН+Н
2
О (1)
Линолевая (9,12 октадеценовая) кислота
С
17
Н
31
СООН+СН
3
ОН → С
17
Н
31
СООСН
3
+Н
2
О (2)
Линоленовая (9,12,15 октадекатриеновая) кислота
С
17
Н
29
СООН+СН
3
ОН → С
17
Н
29
СООСН
3
+Н
2
О (3)
Пальмитиновая (гексадекановая) кислота
СН
3
(СН
2
)
14
СООН+СН
3
ОН → СН
3
(СН
2
)
14
СООСН
3
+Н
2
О (4)
Стеариновая (октадекановая) кислота
СН
3
(СН
2
)
16
СООН+СН
3
ОН → СН
3
(СН
2
)
16
СООСН
3
+Н
2
О (5)
С применением «тяжелой» воды показано в литературных источниках, что
в реакции получения метиловых эфиров участвуют гидроксил кислоты и
водород метанола с получением воды.
Для
идентификации
метиловых
эфиров
рапсового
масла,
они
проанализированы на хроматографе «Chrom-4» производства Чехии. При этом
использовались
капиллярная
колонка
длиной
50м,
диаметром
3мм,
хроматографический сорбент SE=30 на инертоне – Super, температура
детектора 280°C, программирование температуры 10°C/мин. Скорость газа-
носителя гелия 60 мл/мин, ленты самописца 60 см/мин, объем вводимой пробы
0,1 мкл.
Качественная
идентификация
производилась
по
основному
гомологическому ряду жирных кислот рапсового масла, количественная - с
помощью
планиметра.
В
таблице
9
представлен
качественный
и
количественный состав основных эфиров рапсового масла.
Таблица 9
Качественный и количественный состав метиловых эфиров
рапсового масла
х
№
Наименования
% масс
1 Метиловый эфир мононенасыщенной олеиновой кислоты
48,90
2 Метиловый эфир полиненасыщенной линолевой кислоты
24,00
3 Метиловый эфир полиненасыщенной линоленовой кислоты
24,00
4 Метиловый эфир насыщенной пальмитиновой кислоты
2,90
5 Метиловый эфир насыщенной стеариновой кислоты
1,00
х
- Расположены по мере убывания содержания
Как видно из представленных данных, в наибольшем количестве
образуется метиловый эфир олеиновой кислоты (48, 90% масс), а в наименьшем
количестве – метиловый эфир стеариновой кислоты (1,00% масс).
Сняты спектры метиловых эфиров использованных в работе масел.
В спектре метилового эфира касторового масла наблюдаются полосы
колебания групп ОН и СН в области 3400-3750 см
-1
, аналогичные полосам
поглощения касторового масла. Для более точной интерпретации полос
19
поглощения области спектра 1800-400 см
-1
снимали на приборе высокого
разрешения Фурье фирмы «Nicolett».
По данным FT-IR полосы поглощения в области 1750 см
-1
соответствуют
валентным колебания эфирной группы С-О и валентным колебаниям С=С.
Полосы деформационных колебаний в области 1200-900 см
-1
полностью
соответствуют спектру исходного масла. В спектре эфира по сравнению со
спектром масла наблюдается уширение и расщепление пиков при 1380-145 см
-1
,
относящихся к СН
3
группы. Также наблюдается уширение и сдвиг полосы при
710 см
-1
в области длинных частот, которую можно отнести к деформационным
колебаниям (δ(СН
3
)) от метильной группы к сложноэфирной группе.
В области высоких частот колебательные спектры метиловых эфиров
практически идентичны спектрам касторового масла. По сравнению с
исходным маслом для ИК - спектров метиловых эфиров характерно уширение и
расщепление пиков при 1380-1435 см
-1
, относящихся к (δs) и (δаs) колебаниям
СН
3
-групп, а также наличие широкой полосы при 730 см
-1
, соответствующей
деформационным колебаниям метильной группы сложноэфирной (δ(СН
3
)).
Такая же картина наблюдается и на ИК - спектре метиловых эфиров
хлопкового масла, которые характеризуются полосами, соответствующими
колебанию непредельных связей: (VC=C), 965 см
-1
(транс - СН=СН-).
Наблюдается уширение полосы 722 см
-1
с низкочастотной стороны,
указывающее на наличие цис- структуры –СН=СН-.
Качественный и количественный состав эфиров касторового масла,
определенного методом ГЖХ, следующий:
- метиловый эфир рицинолевой кислоты 68,00% масс
- метиловый эфир олеиновой кислоты 6,80% масс
- метиловый эфир стеариновой кислоты 2,55% масс
- метиловый эфир палмитиновой кислоты 1,70% масс
В шестой главе
приводятся результаты получения биодизельных топлив
на основе эфиров карбоновых кислот растительных масел. Нами определены
эксплуатационные характеристики полученных биодизельных топлив в
опытно-промышленных условиях Шымкентского нефтеперерабатывающего
завода.
Согласно государственным стандартам, к основным эксплуатационным
показателям дизельного топлива относятся: цетановое число, фракционный
состав, вязкость и плотность, низкотемпературные свойства, температура
вспышки, коррозионная агрессивность, противоизносные свойства, химическая
стабильность. По всем этим параметрам полученные биодизельные топлива
отвечают принятым стандартам и могут использоваться в качестве регулярного
топлива для дизельных двигателей. Они экологически чисты и экономически
выгодны.
В таблице 10 даны результаты анализов дизельного топлива с введением
5%-ных добавок: метиловых эфиров рапсового и касторового масел.
20
Таблица 10
Физико-химическая характеристика дизельного топлива с добавками 5%
метиловых эфиров рапсового, касторового и хлопкового масел
№
Наименования
Исходное
топливо
5% метиловых эфиров
масел:
рапсо
вого
кастор
ового
хлопко
вого
1 Цетановое число
45
48
47
47
2 Фракционный состав
50% перегоняется при температуре °С
96% перегоняется при температуре °С
280
360
235
350
250
356
240
356
3 Кинематическая вязкость при 20 °С,
мм
2
/с (сСт)
3,0-6,0
3,0
3,0
3,0
4 Температура застывания, °С, не выше,
для умеренной климатической зоны
-10
-14
-15
-15
5 Температура помутнения, °С, не выше,
для умеренной климатической зоны
-5
-3
-3
-4
6 Температура вспышки, определяемая в
закрытом тигле, °С, дизелей общего
назначения
40
60
56
57
7 Массовая доля серы %, в топливе вида
I ,не более
0,20
0,06
0,08
0,07
8 Массовая доля меркаптановой серы %,
не более
0,01
0,001
0,001
0,001
9 Содержание водорастворимых кислот и
щелочей
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
10 Испытаний на медной пластинке
Выд.
Выд.
Выд.
Выд.
11 Концентрация фактических смол, мг на
100см
3
топлива, не более
40
12
11,5
13
12 Кислотность, мг КОН/100см
3
топлива,
не более
5
1,0
1,0
1,0
13 Йодное число, г на 100г топлива, не
более
6
1,0
1,0
1,0
14 Зольность, % не более
0,001
0,001
0,001
0,001
15 Коэффициент фильтруемости, не более
3
2
2
2
16 Содержание механических примесей
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
17 Содержание воды
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
18 Плотность при 20°С кг/м
3
, не более
860
840
814
813
Как видно из представленных данных, полученные биодизельные топлива
с добавкой эфиров хлопкового, касторового и рапсового масел соответствуют
требованиям ГОСТа и могут быть использованы в качестве альтернативного
топливо.
21
В седьмой главе
дана экологическая характеристика топлив и приводятся
разработанные их технологии производства. Вначале 2001 года в мире
эксплуатировалось почти 700 млн. автомобилей со средним ежегодным ростом
2-3%. По оценкам международных экспертов, миллиардный рубеж количества
автомобилей в мире будет преодолен к 2019, 2015 и 2013 годам,
соответственно, при росте 2,0; 2,5 и 3% в год.
Эксплуатация
такого
автомобильного
парка
окажет
негативное
воздействие на окружающую среду из-за выброса в атмосферу отработавших
газов от автотранспорта. В большинстве стран мира транспорт стал основным
источником загрязнения окружающей среды. На его долю приходится от 50 до
60% общего объема выбросов, а в крупных городах от 80 до 90%.
Прогноз использования альтернативных видов топлива приведен на рис. 4.
Рис. 4. Прогноз использования альтернативных топлив
Среди токсичных выбросов от отработавших газов автомобилей в
наибольшем количестве содержатся оксид углерода (СО), оксиды азота (NО
х
) и
несгоревшие углеводороды (СН).
Автотранспорт по выбросам характеризуется следующими негативными
особенностями:
- малая высота выбросов, что приводит к непосредственному контакту и
прямому воздействию на человека;
- относительно низкая степень рассеивания и удаления вредных веществ
от источника;
- нахождения в густонаселенных районах;
- возможность преобразования компонентов отработавших газов и
образование при этом вторичных, более токсичных продуктов;
- зависимость состава выбросов от параметров окружающей среды
(температура, высоты над уровнем моря – долины, впадины, гористая
местность и т.д.);
- многокомпонентность и высокая токсичность;
22
- усиливающие эффект воздействия токсичных веществ на твердые
частицы выхлопных газов, которые адсорбируют на себе канцерогенные
вещества из окружающей воздушной среды, тем самым нанося непоправимый
ущерб здоровью человека.
Основной вывод, сделанный благодаря независимым экспериментам по
оценке ущерба, наносимого от выброса токсичных веществ с отработавшими
газами транспорта – это ухудшение здоровья людей от агрессивности
загрязняющих веществ окружающей среды. Необходимость экономии
нефтяных ресурсов и улучшение эксплуатационных, особенно экологических
свойств топлив – факторы, обуславливающие поиск эффективных способов
получения и использования заменителей нефтяных топлив для автомобильного
транспорта. Общее название этих заменителей – альтернативные топлива.
Использование не нефтяного сырья не только расширяет ресурсы топлив,
но часто позволяет улучшить их экологические характеристики. Сегодня
проблема экологичности топлива приобрела самостоятельное значение в связи
с ужесточением экологических требований, предъявляемых как к самим
топливам, так и к продуктам их сгорания.
Проанализировав литературные источники и патенты, а также проделав
серию предварительных экспериментов по получению биодизельных топлив на
основе местного дизельного топлива с добавками не нефтяного происхождения
– доступных растительных масел, можно сказать, самым качественным и
оптимальным будет использование хлопкового, касторового и рапсового масел.
Хлопок прорастает в Южно-Казахстанской области. Касторовое масло, которое
получено нами в опытных условиях не является пищевым продуктом. Ну, а в
качестве эталона – рапсовое масло, которое широко используется за рубежом в
качестве моторного топлива. В данной работе добавка к дизельному топливу
осуществлялась в концентрациях от 1 до 5%.
Касторовое масло оказалось наиболее вязким среди исследованных масел.
В нашей Республике оно не производится, хотя планировалось расширение
посевов клещевины (касторки) на орошаемых землях Средней Азии, в
частности в Казахстане, наряду с традиционными районами - это северный
Кавказ и юг Украины. Планы не осуществились, они были разрушены в связи
с распадом бывшего Союза ССР. Однако, касторовое масло широко
применяется для медицинских и технических целей.
Теплоты сгорания растительных масел и топлив даны ниже:
растительные масла и их эфиры 37-39 МДж/кг,
дизельное топливо 43 МДж/кг,
т.е. они практически одинаковы и их взаимозаменяемость возможна. Об этом
говорит и их элементный состав.
В рекомендованных растительных маслах отсутствует сера, что само по
себе является важным фактором и подтверждает экологичность использования
растительных масел в биотопливах.
Коэффициент прямых затрат масличных семян на выработку растительных
масел, использованных в диссертации, т/семен на 1т масла приводим в таблице
11 (взято из прогноза на 2015 г):
23
Таблица 11
Коэффициент прямых затрат масличных семьян
Использов.
культуры
Годы
1985
1990
1995
2015
Хлопчатник
5,8962
5,7670
5,6860
5,4945
Рапс
2,7344
2,7027
2,6385
5,4026
Клещевина
2,2421
2,2285
2,2220
2,1953
Мировое производство этих масел по состоянию на 2000 г было таково (в
млн. т):
рапсовое 11 млн. т
хлопковое 5 млн. т
касторовое 2 млн. т
Около 86% мирового производства жиров и масел расходуется на
получение продуктов питания и кормовых добавок. Примерно 1% из них
находят применение в производстве продуктов для технических целей.
Растительные масла добавлялись в концентрациях 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 %
масс. Наиболее оптимальным оказалось добавка 5,0 % масс растительных
масел. Выше концентрация приводила к ухудшению физико-химических и
эксплуатационных характеристик полученных биодизельных топлив, например,
ухудшалось вязкость и требовалось введение депрессорных присадок.
По исследованным характеристикам был составлен ряд качеств
биодизельных топлив:
дизельное топливо + 5% рапсового масла>дизельное топливо+5%
хлопкового масло>дизельное топливо + 5% касторового масла.
Разработанная нами технология производства биодизельного топлива
включает в себя несколько процессов, одним из которых является
этерификация растительных масел (трансэтерификация), т.е. получение
метиловых эфиров этих масел.
Компаундирование биодизельного топлива заключается в смешивании
дизельного топлива с 5% метиловых эфиров исследованных в работе
растительных масел.
Ниже приводим характеристику эфиров по сравнению с традиционным
дизельным топливом (табл. 12).
24
Таблица 12
Характеристика эфиров по сравнению традиционным дизельным
топливом
Топлива
Плот
ность,
кг/л
Теплотворная
способность,
МДж/кг, (МДж/л)
Вязкость,
мм
2
/СП
(20
0
С)
Темпера
тура
вспышки,
0
С
Энергетичес
кий
эквивалент
топлива
Дизельное топливо
0,84
42,7 (35,87)
5
80
1,0
МЭРМ
0,88
37,1 (32,65)
7,5
120
0,91
Из
вышеизложенного
видно,
что
свойства
метиловых
эфиров
растительных масел близки по свойствам дизельному топливу, которое
производится из нефти. Причем в случае многотоннажного производства
биодизельного топлива выделенный глицерин может использоваться для
производства фосфорных удобрений.
Для идентификации растительных масел и их метиловых эфиров сняты
хроматограммы и УФ и ИК-спектры.
Например, методом газо-жидкостной хроматографии в метиловых эфирах
рапсового масла обнаружены (основные) компоненты (31): метиловые эфиры
мононенасыщенной олеиновой кислоты (48,90% масс.), полиненасыщенной
линолевой кислоты (24,00% масс.), полиненасыщенной линоленовой кислоты
(24,00% масс.), насыщенной пальмитиновой кислоты (2,90% масс.) и
насыщенной стеариновой кислоты (1,00% масс.).
В ИК-спектрах метилового эфира касторового масла наблюдались полосы
колебания групп ОН и СН в области 3400-3750 см
-1
, аналогичные полосам
поглощения касторового масла. Для более точной интерпретации полосы
поглощения в области спектра 1800-400 см
-1
снимали на приборе высокого
разрешения Фурье фирмы «Nicolet».
По данным FT-IR полосы поглощения в области 1750 см
-1
соответствуют
валентным колебаниям эфирной группы С-О, валентным колебаниям С=С.
Полосы деформационных колебаний в области 1200-900 см
-1
полностью
соответствуют спектру исходного масла. В спектре эфира по сравнению со
спектром масла наблюдается уширение и расщепление пиков при 1380-145 см
-1
,
относящихся к СН
3
группе. Также наблюдается уширение и сдвиг полосы при
710 см
-1
в области длинных частот, которую можно отнести к деформационным
колебаниям (δ(СН
3
)) от метильной группы к сложноэфирной группе.
Таким образом, в области высоких частот колебательные спектры
метиловых эфиров практически идентичны спектрам касторового масла. По
сравнению с исходным маслом для ИК-спектров метиловых эфиров характерно
уширение и расщепление пиков при 1380-1435 см
-1
, относящихся к (δs) и (δаs)
колебаниям СН
3
-групп, а также наличие широкой полосы при 730 см
-1
,
соответствующей
деформационным
колебаниям
метильной
группы
к
сложноэфирной (δ(СН
3
)).
25
Синтезированные метиловые эфиры касторового, рапсового, хлопкового
масел, добавление их и исходных растительных масел в концентрации 5% в
местное дизельное топливо производится путем смешения. В конструкционном
плане в известную технологическую схему получения дизельного топлива
вводится дополнительный узел – емкость для хранения добавок с дозатором и
мешалка в потоке дизельного топлива для перемешивания.
Установка для синтеза эфиров монтируется отдельно от всего
технологического процесса и от нее есть привод к емкости для хранения
добавок (рис. 5).
Рис. 5. Принципиальная технологическая схема получения
биодизельных топлив на основе растительного сырья
В разделе «Экологическая характеристика биодизельных топлив»
приводятся результаты исследования экологических свойств разработанных
биодизельных топлив.
Возействие на здоровье человека.
Известно и документировано, что
многие выбросы твердых частиц и углеводородов с отработавшими газами
дизельных автомобилей, эксплуатируемых на нефтяном дизтопливе, токсичны,
подозреваются в концерогенности и вызове других опасных для жизни
заболеваний.
Установленным фактом является, что при попадании на почву
биотоплива разлагаются с образованием безвредных продуктов в течение
месяца.
Важный экологический фактор заключается в том, что биодизель снижает
выбросы твердых частиц, углеводородов и СО с выхлопными газами. Эти
преимущества достигаются благодаря тому, что биодизель содержит 11% (по
массе) кислорода. Присутствие кислорода обеспечивает полное сгорания
26
топлива. Этот же принцип лежит в основе снижения загрязнения воздуха
токсичными выбросами несгоревших или частично сгоревших углеводородов и
твердых частиц.
Для оценки экологических показателей дизеля, работающего на
разработанных биотопливах, проведены испытания на дизельном стенде
полученных биотоплив. Моторный стенд был оборудован комплектом
необходимой измерительной аппаратуры. Дымность отработанных газов
измерялась с помощью ручного дымомера с погрешностью ±1%. Концентрация
NО
х
, СО, СН
х
в отработанные газы определялась на хромотографе ЛХ7А – в
газоадсорбционном
режиме
с
погрешностями
измерении
указанных
компонентов ±1%.
В случае биотоплива на основе дизельного топлива +5% рапсового масла
теплота сгорания несколько ниже, чем у дизельного топлива 38,6 и 39,4
МДж/кг, соответственно, однако КПД двигателя оказался практически
одинаков при использовании этих двух видов топлива.
Следует отметить, что по дымности отработанных газов преимущество
имеет смесевое биотопливо: при его использовании в режиме максимальной
мощности дымность отработанных газов сократилась в 1,3 раза.
В отношении концентрации С
NOx
некоторое преимущество имеет дизель
при работе смесевом биотопливе: 0,02% против 0,022%. По содержанию СО в
отработанных газах отмечается меньшая концентрация у смесевого топлива,
чем у дизельного – 0,06% и 0,065% соответственно.
Наибольший эффект от применения биотоплива отмечается по
содержанию несгоревших углеводородов СН
х
в отработанных газах. Данные
приведены ниже:
Наименование
Содержание компонентов в отработанных
газов, %
NО
х
СО
СН
х
Дизельное топливо
0,022
0,065
1,5
Биотопливо
(ДТ+рапсовое масло)
0,02
0,06
1,2
Содержание серы в дизельном и биодизельном топливах определяли
ламповым методом (по ГОСТу 19121-73).
Была собрана соответствующая установка. Полученные результаты
таковы: в исходном дизельном топливе 0,2% масс серы; после добавки
растительных масел и их эфиров содержание серы снизилось до 0,073 и 0,071%
масс соответственно.
Результаты проведенных исследований подтвердили преимущества
использования биотоплива по сравнению с нефтяным дизельным топливом.
Использование биотоплив на базе растительных масел позволит не только
обеспечить
замещение
нефтяных
топлив
топливом
растительного
происхождения и улучшить экологические показатели дизеля, но и решить ряд
социальных проблем. Широкомасштабное производство моторных биотоплив
значительно увеличит занятость населения в сельской местности. Получаемый
27
при производстве масел шрот – жмых является ценным белковым продуктом,
который может быть использован для откорма крупного рогатого скота и
других животных. С агрономической точки зрения эти растения являются
желательной культурой для улучшения севооборота, они улучшают структуру и
плодородие почвы.
Следует отметить, что увеличение количества автотранспортных средств
(АТС) повышает количество вредных выбросов в окружающую среду, тем
самым ухудшая экологическую обстановку. В таблице 13 приводим количество
АТС, зарегистрированных в г. Шымкенте по состоянию на период 2000-2010
г.г. Казахстан не имеет собственного автомобилестройтельного предприятия.
Импортируемые машины из дальнего зарубежья (Япония, Южная Корея,
Германия, США) дороги. Их количество составляет 1/3 часть завозимых в
страну машин. Приобретается техника «сэконд хэнд», которую за границей
списывается из-за экологических требований, а также находящиеся в
аварийном состоянии (после наводнений в Европе и других природных
бедствий). Сейчас в отдельных развитых странах вводится ограничение на
возраст автомашин до 7-10лет. По данным Министерства индустрии и торговли
РК в 2005г. в страну было ввезено (официально) 237147 автомобилей, из них
141 тысяча произведено более чем 7 лет назад, лишь 36,8 тыс. (15,5%) – новые.
Поддержанная или аварийная машина 1,54 раза больше чем новые выбрасывает
отработанных газов с вредными продуктами недогорания (СО, аэрозоли и др.).
Поэтому при оценке вредного воздействия АТС (Автотранспортных средств) на
окружающую среду следует учитывать также их возрастную структуру.
Таблица 13
Количество зарегистрированных автотранспортных средств
в г. Шымкент
№
п/п
Виды АТС
2000
2001
2002
2003
2004
2005
1
Легковых
авто. стран
СНГ (Л), в т.ч.
физические
юридические
27020
25020
2000
27661
25652
2009
31679
29556
2123
32706
30556
2150
34189
31856
2333
35348
32325
3023
2
Легковых
авто. иностр.
производ., в
т.ч.
физические
юридические
101120
100005
1115
101324
100112
1212
101381
100125
1256
103826
102523
1303
111480
110125
1355
114261
112256
2005
3
Грузовых
авто., в т.ч.
физические
юридические
6868
3856
3012
7032
4011
3021
7279
4023
3256
7884
4326
3558
8512
4556
3956
9511
5456
4055
28
Продолжение
4
Автобусов и
микроавто., в
т.ч.
физические
юридические
3466
2854
612
3627
2985
642
3664
3008
656
3900
3102
798
4419
3523
896
5010
4023
987
5
Мотоцик. и
моторол. в т.ч.
физические
юридические
510
498
12
522
510
12
525
512
13
536
523
13
568
554
14
667
652
15
Всего в т.ч.
физические
юридические
138984
132233
6751
140166
133270
6896
144528
137224
7304
148852
141030
7822
159168
150614
8554
164797
154712
10085
№
п/п
Виды АТС
2006
2007
2008
2009
05.05.
2010
Итого
1
Легковых
авто. стран
СНГ (Л), в т.ч.
физические
юридические
37577
34256
3321
37767
34312
3455
38005
34500
3505
38277
34604
3673
38312
34555
3757
378541
347192
31349
2
Легковых
авто.иностран.
производ., в
т.ч.
физические
юридические
117503
115358
2145
122411
120221
2190
122765
120565
2200
131857
129628
2229
126435
124130
2305
1254363
1235048
19315
3
Грузовых
авто. в т.ч.
физические
юридические
10403
5658
4745
10810
5955
4855
11005
6000
5005
12114
7064
5050
12386
7129
5257
103804
58034
45770
4
Автобусов и
микроавто. в
т.ч.
физические
юридические
5156
4156
1000
5299
4299
1000
5600
4500
1100
6089
4892
1197
6045
4854
1191
52275
42196
10079
5
Мотоциклов и
мотороллеров
в т.ч.
физические
юридические
703
685
18
707
689
18
720
700
20
822
800
22
835
812
23
7115
6935
180
Всего в т.ч.
физические
юридические
171342
160113
11229
176994
165476
11518
178095
166265
11830
189159
176988
12171
184013
171480
12533
1796098
1689405
106693
29
Все разработанные биодизельные топлива были получены в лабораторных
условиях и полностью адаптированы к условиям производства.
Результаты исследований легли на основу составления нормативно –
технической
документации:
технических
условий
и
временного
технологического регламента на производство биодизельного топлива на
основе местного сырья и добавок растительного характера. Сделан расчет
ожидаемого экономического эффекта от получения биодизельных топлив.
ВЫВОДЫ
1. Исходя из анализа многочисленных литературных данных по
альтернативным видам топлива, в частности биотоплива определено
квалифицированное понятие «биодизельное топливо», как топливо на основе
товарного дизельного топлива и растительных масел, их моноалкиловых
эфиров карбоновых кислот растительного или животного происхождения.
2. В качестве исходного объекта исследования взято местное дизельное
топливо производства Шымкентского нефтеперерабатывающего завода.
Определены его физико-химические и эксплуатационные свойства согласно
государственным стандартам. Все свойства сведены в единую таблицу паспорта
качества дизельного топлива.
3. В качестве биодобавок в дизельное топливо были выбраны рапсовое,
касторовое и хлопковое масла. Касторовое масло были взято из клещевины,
посаженной и выращенной на опытном участке Байдибекского района Южно-
Казахстанской области и отжато в цехе производства масел ТОО «Ордабасы
Агропромтехника». Рапсовое масло импортируется из России и в нашей работе
оно использовано, как эталон.
Определены согласно соответствующим стандартам физико-химические
характеристики рапсового, хлопкового и касторового масел.
4.
Различными
физико-химическими
методами
идентификации
установлено, что в выбранных и использованных растительных маслах
присутствуют жирные кислоты. В касторовом масле – пальмитиновая,
стеариновая, олеиновая, рицинолевая, линолевая и др. В хлопковом масле -
миристиновая, пальмитиновая, олеиновая, эруковая, арахиновая, линолевая,
линоленовая и др. В рапсовом масле – олеиновая, линолевая, линоленовая,
пальмитиновая, стеариновая и др.
5. Сняты ИК-спектры касторового, хлопкового и рапсового масел на
спектрофотометре SPECORD 75 IR в области 400-4000см
-1
. Для снятия
спектров образцы прессовали в таблетки с КВr.
В ИК-спектре касторового масла присутствуют полосы поглощения при
1150 и 1725 см
-1
, относящиеся к валентным колебаниям карбоксила V (С=О) и
V (С-СО-СО), соответственно. Широкая полоса с максимумом при 3400 см
-1
соответствует валентным колебаниям гидроксильной группы V (ОН)
рицинолевой кислоты, которая также позволяет отличать её от других жирных
кислот, а также само касторовое масло от других природных соединений.
30
Узкие длинные полосы с максимумами при 2840 и 2915см
-1
относятся к
валентным симметричным (VS) и валентным ассиметричным (VаS) колебаниям
СН
2
-групп. Два типа одинаковой интенсивности при 1380-1435см
-1
относятся к
деформационным (δЅ) и ассиметричным (аδЅ) колебаниям СН
3
-групп. А узкая
полоса средней интенсивности при 710см
-1
относится к деформационным
колебаниям (δ) (СН
2
)
х
– групп.
Снятые УФ и ИК-спектры хлопкового масла показали, что сопряженные
кислоты отсутствуют. Полученные спектры соответствуют спектрам жирных
насыщенных и ненасыщенных кислот, транс-кислоты отсутствуют.
6. В качестве биодобавки использованы растительные масла – рапсовое,
касторовое и хлопковое в концентрациях 0,5-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0% масс. При
сравнении
результатов,
полученных
при
введении
масел
различной
концентрации, оптимальной концентрацией было 5% масс.
В лабораторных условиях разработаны условия введения биоприсадок в
дизельное топливо (концентрация, соотношение, температура, условия
смешания и т.д.).
Все
параметры
полученных
биодизельных
топлив
с
добавкой
растительных масел определялись согласно ГОСТам.
7. При получении биодизельного топлива с добавлением касторового масла
при низких концентрациях ниже 5% масс топливо соответствует нормам
ГОСТа, а при более высоких концентрациях, например выше 5% масс - не
соответствует.
Из-за
вязкости
низкотемпературных
свойств
такого
биодизельного топлива необходимо введение в него депрессорной присадки.
8. Введение в дизельное топливо 5% хлопкового масла улучшает его
эксплуатационные характеристики. Причем сравнение свойств биотоплив с 5%
- добавкой хлопкового и касторового масел показало, что качество топлива с
касторовым маслом несколько хуже, чем при введении хлопкового масла той
же концентрации.
9. Наилучшие показатели были получены при введении в дизельное
топливо рапсового масла. По физико-химическим и эксплуатационным
характеристикам полученные биодизельные топлива с введением в качестве
биодобавок вышеуказанных растительных масел располагаются в следующей
последовательности:
дизельное
топливо+рапсовое
масло
>
дизельное
топливо+хлопковое масло > дизельное топливо+касторовое масло.
10. Анализом литературных, а также собственных экспериментальных
данных был сделан подбор условий синтеза эфиров карбоновых кислот для
введения их в дизельное топливо в качестве биоприсадки.
Процесс синтеза включает в себя добавку в растительное масло метилового
спирта, в качестве катализатора служит едкий. натр. Реакция получения
метиловых эфиров растительных масел происходит под влиянием внешнего
фактора – температуры.
Собрана установка для синтеза
эфиров растительных масел в
лабораторных условиях. Выделяющийся в процессе трансэтерификации
растительных масел глицерин можно рекомендовать для получения фосфорных
удобрений.
31
11. Приводится механизм алкилирования индивидуальных жирных кислот
рапсового, касторового и хлопкового масел на примере их основных жирных
кислот: линолевой, линоленовой, пальмитиновой и стеариновой.
12. Для полученных метиловых эфиров рапсового, касторового и
хлопкового
масел
были
определены
физико-химические
параметры,
из чего следовало, что они по плотности, показателям преломления,
цетановому числу и дизельному индексу практически одинаковы, но по
вязкости отличаются друг от друга. Это касается метиловых эфиров
касторового масла, они более вязкие, чем остальные эфиры.
13. Для более подробной характеристики метиловых эфиров растительных
масел сняты их ИК-спектры. В спектре метилового эфира касторового масла
наблюдаются полосы калебания групп ОН и СН в области 3400-3750 см
-1
,
аналогичные полосам поглощения касторового масла. Для более точной
интерпретации полос поглощения область
спектра 1800-400 см
-1
снимали на
приборе высокого разрешения с Фурье фирмы «Nicolet».
По данным FT-IR полоса поглощения в области 1750 см
-1
соответствует валентным колебаниям эфирной группы С-О, валентным
колебаниям С=С. Полосы деформационных колебаний в области 1200-900 см
-1
полностью соответствуют спектру исходного масла. В спектре эфира по
сравнению со спектром масла наблюдается уширение и расщепление пиков при
1380-1435см
-1
, относящихся к СН
3
группе. Также наблюдается уширение и сдвиг
полосы при 710 см
-1
в область длинных частот, которую можно отнести к
деформационным колебаниям (δ (СН
3
)) от метильной группы к сложноэфирной
группы.
14. По сравнению с исходным маслом для ИК-спектров метиловых
эфиров хлопкового масла характерно уширение и расщепление пиков при
1380-1435см
-1
, относящихся к (δs) и (δas) колебаниям СН
3
-групп, а также
наличие широкой полосы при 730 см
-1
, соответствующей деформационным
колебаниям метильной группы сложноэфирной группы (δ (СНз)).
15. Качественный и количественный состав синтезированных метиловых
эфиров использованных в работе растительных масел установлен методом
газожидкостной хроматографии на капиллярной колонке длиной 50м с
программированием температуры. Установлено наличие эфиров олеиновой,
линолевой,
линоленовой,
пальмитиновой,
стеариновой
кислот
и
их
количественный состав. Например, в метиловых эфирах рапсового масла
отмечено наибольшее содержание метилового эфира олеиновой кислоты
(48,90% масс и наименьшее – метилового эфира стеариновой кислоты 1,00%
масс).
16. Введение 5%-ных добавок – метиловых эфиров рапсового, касторового
и хлопкового масел в состав местного дизельного топлива позволило получить
топливо, которое по основным показателям, таким, как цетановое число,
фракционный состав, температура застывания, вязкость, плотность и др.,
отвечает всем требованиям Государственных стандартов, благодаря этому они
могут успешно использоваться как альтернативный вид топлива.
32
17. Для оценки экологических характеристик биотоплив был использован
моторный стенд, который был оборудован необходимой измерительной
аппаратурой. Определялась дымность отработанных газов, содержание оксидов
– NО
х
и СО, а также содержание несгоревших углеводородов методом
хроматографии в газоадсорбционном режиме. В качестве объекта исследования
было взято биотопливо на основе рапсового масла.
Установлено, что по концентрации - NО
х
преимущество имеет биотопливо:
0,02 против 0,022% у дизельного топива. По содержанию СО в отработанных
газах отмечается меньшая концентрация у биотоплива, чем у дизельного – 0,06
и 0,065%, соответственно. Наибольший эффект отмечается по содержанию
несгоревших углеводородов СН
х
в отработанных газах: 1,2 и 1,5%,
соответственно.
18. Проведенные исследования по содержанию серы в исходном дизельном
топливе и полученных биотопливах показали, что его содержание в исходном
дизельном топливе составляет 0,2% масс: после добавки растительных масел и
их эфиров содержание серы снизилось до 0,073 и 0,074% масс, соответственно.
19. Эксплуатационные характеристики биодизельных топлив на основе
эфиров растительных масел определены в опытно-промышленных условиях
Шымкентского нефтеперерабатывающего завода. Установлен следующий
качественный ряд: биодизельное топливо +5% метиловых эфиров рапсового
масла > биодизельное топливо +5% метиловых эфиров касторового масла >
дизельное топливо +5% метиловых эфиров хлопкового масла. Полученные
биодизельные топлива на основе растительного происхождения являются более
экологически чистыми (менее токсичны по сравнению с двигателями,
использующими нефтяное топливо).
20. На основании проведенных испытаний по получению биодизельных
топлив в лабораторных и заводских условиях составлена нормативно-
техническая документация: технические условия и временный технологический
регламент
на
получение
биодизельного
топлива
с
улучшенными
эксплуатационными и экологическими характеристиками (даны в приложении
диссертации). Расчет ожидаемого годового экономического эффекта от
использования разработки составляет 5% от выпуска дизельного топлива в год.
При добавлении растительных масел в дизельное топливо самым
экономичным вариантом является добавка хлопкового масла – 80,5 тенге за
литр, затем рапсовое и касторовое масла. При введении эфиров также
экономичным среди других эфиров является эфир хлопкового масла. Это
можно объяснить тем, что хлопок является местным сырьем, рапсовое масло
вводится из-за границы, а для получения касторового масла необходимо
задействовать многие технические процессы.
Следует отметить социальный эффект разработки.
33
Список опубликованных работ
Монографии:
1. Иманкулов Н.Н., Балабеков О. Альтернативное топливо на основе
растительного сырья. – Шымкент, 2009. – 83 с.
2. Бишимбаев В., Исаева А., Иманкулов Н. Технология получения
экологически чистых биодизельных топлив на основе растительного сырья. –
Шымкент, 2009. – 133 с.
Журнальные статьи:
1. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Улучшение качеств дизельного топлива
добавкой рапсового масла и его эфиров // Узб. Хим. Журнал, 2008.- №1.- С. 68-
70.
2. Иманкулов Н.Н., Получение биодизельного топлива и его свойства //
Журнал энерго – и ресурсосбережение, 2009.- №5.- С. 255-257.
3. Иманкулов Н.Н., Использование растительных масел и их эфиров для
получения биодизельных топлив // Межд. науч. журнал Энергия биомассы,
2009.- №12.-С. 74-75.
4. Иманкулов Н.Н., Биодобавки к дизельному топливу для улучшения его
качества // Нучн. тех. журнал Химическая технология. Контроль и
управление, 2009. - №4. - С. 9-11.
5. Иманкулов Н.Н., Влияние биологических добавок на улучшение
качества биотоплива // Респуб. Науч. журнал Наука и образование Южного
Казахстана, 2009.-№3. -С. 94-96.
6. Иманкулов Н.Н., Исаевой А.У., Альтернативное топливо с добавкой
касторового масла и его эфиров // Респуб. Науч. журнал Наука и образование
Южного Казахстана, 2009. -№3. -С. 97-100.
7. Иманкулов Н.Н., Биобутанол – альтернативная замена моторного
топлива // Журнал Научный вестник Южного региона, 2010. - №5-6. -С. 3-7.
8. Иманкулов Н.Н., Биометанол – альтернативная замена моторного
топлива // Журнал Научный вестник Южного региона, 2010.- №5-6. -С.7-12.
9. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Биодизель – альтернативная замена
моторного топлива // Научный вестник Южного региона, 2010. - №5-6. - С. 12-
20.
10. Иманкулов Н.Н., Исаева А.У., Биогаз – альтернативная замена
моторного топлива // Журнал Научный вестник Южного региона, 2010. - №5.-
С. 21-29.
11. Иманкулов Н.Н., Биоэтанол – альтернативная замена моторного
топлива // Мат. межд. науч. пр. конференции Основные проблемы
современной науки - 2010, София, 2010. Т. 21. С. 36-40.
12. Бишимбаев В.К., Исаева А.У., Иманкулов Н.Н., Оптимизация состава
альтернативного топлива растительного происхождения // Журнал Научные
труды ЮКГУ им.М.Ауезова, 2010. - №1. - С. 3-4.
13. Бишимбаев В.К., Исаева А.У.,Иманкулов Н.Н., Характеристика
топлива для тихоходных средне и малооборотных дизелей // Журнал Научные
труды ЮКГУ им.М.Ауезова, 2010. - №1.- С. 5-8.
34
14. Иманкулов Н.Н. «», Узб. Хим. Журнал, №5, 2010г., стр.
Статьи в сборниках научных трудов:
1. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Биодизельные топлива на основе
растительных масел и их эфиров // Мат. конф. Нефтепереработка-2008, Уфа,
2008. - С. 192.
2. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Исследование физико-химических
характеристик биодизельного топлива растительного происхождения // Мат. 2
межд. форума Аналитика и аналитики, Воронеж, РФ, 2008. Т.2. С. 711.
3. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Биодизельное топливо на основе
рапсового масла и его метиловых эфиров // Мат. науч. конф. «Достижения и
перспективы комплексной химической переработки топливно-минерального
сырья Узбекистана, 2008.Т.2. С. 115-118.
4. Иманкулов Н.Н., Получение биодизельного топлива на основе эфиров
карбоновых кислот растительного происхождения // Мат. межд. Научн. конф.
Современные проблемы инновационных технологий в образовании и науке,
2008. Т.1. С. 115-120.
5. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Определение эксплуатационных
характеристик биодизельных топлив на основе рапсового масла // Мат. межд.
Научн. конф. Современные проблемы инновационных технологий в
образовании и науке, 2009.Т.1. С. 263-267.
6. Иманкулов Н.Н., Получение биодизельных топлив на основе
растительных масел // Мат. межд. Научн. конф. Современные проблемы
инновационных технологий в образовании и науке, 2009. Т.1. С. 267-270.
7. Иманкулов Н.Н., Касторовое масло как компонент биодизельного
топлива // Мат. 6 межд. науч. конф. Наука, образование, производство в
решении экологических проблем, Уфа,2009. Т.1. С. 349-352.
8. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., Исаева А., Определение содержание
серы в биодизельных топливах // Межд. Нучн. журнал Современные методы и
технологии создания и обработки материалов, Минск, 2010.-С. 264-266.
9.
Иманкулов
Н.Н.,
Получение
метиловых
эфиров
путем
трансэтерификации // Межд. науч. Журнал Современные методы и технологии
создания и обработки материалов, Минск, 2010. - С. 267-268.
9. Иманкулов Н.Н., Снижение эмисии вредных веществ при
использовании биотоплив // Межд. науч. Журнал Экология. Риск. Безопасность,
Курган, 2010. Т.2. 2010. С. 9.
10. Иманкулов Н.Н., Подбор условий синтеза эфиров карбоновых кислот
растительных масел // Журнал Вестник, 2010. - №3.- С. 169-171.
11. Иманкулов Н.Н., Балабеков О., «ромотограммы метиловых эфиров
растительных масел // Мат 6 межд. Научн. Пр. Конф., Республика Польша,
г.Племышл, 2010. - С. 49-52.
12. Иманкулов Н.Н., Исаева А.У., Химическая стабильность дизельного
топлива // Мат 6 межд. Научн. Пр. Конф., Республика Польша, г.Племышл,
2010. - С. 52-55.
35
13. Иманкулов Н.Н., Необходимость разработки и применения биотоплив
// Мат 6 межд. Научн. Пр. Конф., Республика Польша, г.Племышл, 2010. - С.
55-58.
14. Иманкулов Н.Н., Топливо для перспективных быстроходных дизелей
// Журнал Руснаука, Республика Польша, г.Племышл, 2010. С.
15. Иманкулов Н.Н., Принципиальная технологическая схема получения
биодизельного топлива с добавкой эфиров рапсового масла // Мат. Межд. науч.
конф., Прага, 2010. - С. 25-28.
16. Иманкулов Н.Н., Определение температуры застывания топлива и ее
продуктов // Мат. Межд. науч. конф., Прага, 2010. - С. 28-31.
Тезисы докладов:
1. Иманкулов Н.Н., Технология получения биодизельных топлив // Мат. 6
межд. конф. Гуманитарные и естественнонаучные факторы решения
экологических проблем и устойчивого развития 1 часть, г.Новомосковск, 2009.
- С. 78-80.
2. Иманкулов Н.Н., Технология получения биодизельных топлив на
основе растительного сырья // Мат. Респуб. научн. конф. Актуальные проблемы
переработки нефти и газа Узбекистана, г.Бухара, 2009. - С. 126-129.
3. Иманкулов Н.Н., Международные стандарты на биодизельное топливо
// Мат. межд. научн. конф. Научный прогресс на рубеже тысячелетий, Прага,
Т. 22. 2010. С. 47-49.
4. Иманкулов Н.Н., Биотопливо – альтернативная замена моторного
топлива // Мат. Межд. науч. конф., г.Минск, 2010. С.
36
Иманкулов Нурбахыт Насыровичнинг 02.00.13 – нефт кимёси мутахассислиги
бўйича техника фанлари доктори илмий даражасини олиши учун «Ўсимлик хом
ашёси асосида экологик жиҳатдан тоза биодизел ёқиилғисини олиш
технологиясини ишлаб чиқиш" мавзусидаги диссертациясига
РЕЗЮМЕ
Таянч сўзлар:
дизел ва биодизел ёқилғилари, канакунжут, рапс ва пахта
мойлари, ўсимлик мойлари эфирлари, мой кислоталар, кўндирмалар,
концентрация,
коэффициентлар,
аралаш
ёқилғи,
ишлатилган
газлар,
тутунлилик, углеводородлар, оксидлар, гомогенлик, реактор-аралаштиргич, хом
ашё, альтернатив ёқилғилар, нефт маҳсулотлари, принципиал технологик
схемалар, вақтинчалик техник шароитлар.
Тадқиқот объектлари:
Чимкент нефти қайта ишлаш заводи (ТОО
«ПетроКазахстанОйлПродактс») нинг дизел ёқилғиси, канакунжут, рапс, пахта
мойлари ва уларнинг эфирлари, мойсимон кислоталар ва биодизел ёқилғиси,
улар асосида ишлаб чиқарилган махсулоталар.
Ишнинг мақсади:
ўсимлиг мойлари ва уларнинг метил эфирлари асосида
физик-кимёвий ва эксплуатацион хусусиятлари яхши бўлган, экологик
жиҳатдан тоза биодизел ёқилғисини олиш технологиясини ишлаб чиқиш.
Тадқиқот методлари:
тадқиқотнинг классик ва замонавий усуллари хамда
Давлат стандартлари усуллари, шунингдек, канакунжутни етиштириш ва ундан
мой олиш каби дала ишлари.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги:
биринчи марта лаборатория
ва саноат шароитида маҳаллий дизел ёқилғисига пахта, канакунжут, рапс
мойлари ва уларнинг метил эфирларини қўшиш асосида биодизел ёқилғисини
олиш жараёнининг асосий параметрлари ишлаб чиқилди.
Амалий аҳамияти:
лаборатория ва нефтни қайта ишлаш заводи
шароитларида синовдан мувофақиятли ўтказилган маҳаллий дизел ёқилғисига
пахта, канакунжут, рапс мойлари ва уларнинг метил эфирларини қўшиш орқали
биодизел ёқилғисини олиш жараёнининг асосий параметрлари ишлаб чиқилди.
Татбиқ этиш даражаси ва иқтисодий самарадорлиги:
олинган биодизел
ёқилғиси Чимкент нефти қайта ишлаш заводида синовдан ижобий натижалар
билан ўтказилди.
Қўлланиш соҳаси:
нефтни қайта ишлаш саноати.
37
РЕЗЮМЕ
диссертации Иманкулова Нурбахыта Насыровича на тему «Разработка
технологии получения экологически чистого биодизельного топлива на основе
растительного сырья» на соискание ученой степени доктора технических наук
по специальности 02.00.13 – нефтехимия
Ключевые слова:
дизельное и биодизельные топлива; касторовое,
рапсовое и хлопковое масла, эфиры растительных масел, жирных кислоты,
присадки, концентрация, коэффициенты, смесевое топливо, отработанные газы,
дымность, углеводороды, оксиды, гомогенность, реактор-смеситель, сырье,
альтернативные топлива, нефтепродукты6 принципиальные технологические
схемы6 временные технические условия.
Объекты
исследования:
дизельные
топлива
Шымкентского
нефтеперерабатывающего
завода
(ТОО
«ПетроКазахстанОйлПродактс»),
растительные масла: касторовое, хлопковое, рапсовое и их эфиры, имена
клещевины
(касторки),
жирные
кислоты
и
биодизельные
топлива,
разработанные на их основе.
Цель работы:
разработка технологии получения экологически чистого
биодизельных
топлив
с
улучшенными
физико-химическими
и
эксплуатационными характеристиками на основе растительных масел и их
метиловых эфиров.
Методы исследования:
комплекс классических и современных методов
исследования и методов государственных стандартов, а также проведение ряда
полевых работ по выращиванию клещевины (касторки) и получению
касторового масла.
Полученные результаты и их новизна:
впервые, отработаны основные
параметры процессов получения биодизельных топлив на основе местного
дизельного топлива с добавкой хлопкового, касторового и рапсового масел и их
метиловых эфиров в лабораторных и опытно-промышленных условиях.
Практическая значимость:
отработаны основные параметры процессов
получения биодизельных топлив на основе местного дизельного топлива с
добавкой хлопкового, касторового, рапсового масел и их метиловых эфиров в
лабораторных и опытно-промышленных условиях нефтеперерабатывающего
завода с положительным эффектом.
Степень внедрения и экономическая эффективность:
полученные
биодизельные топлива испытывались с положительным эффектом на
Шымкенстком нефтеперерабатывающем заводе.
Расчет ожидаемого годового экономическогоэффекта от использования
результатов данной работы составляет 5% от выпуска дизельного топлива.
Область применения:
нефтеперерабатывающая промышленность.
38
RESUME
Thesis of Imankulova Nurbahyta Nasyrovicha on "Development of technology
for cleaner biodiesel fuel based on vegetable raw materials" for the degree of doctor
of technical sciences, specialty 02.00.13 - Petrochemistry
Key words:
diesel and biodiesel fuels; castor oil, rapeseed and cottonseed oils,
esters, vegetable oils, fatty acids, additives, concentration ratios, composite
propellant, the exhaust gases, smoke, hydrocarbons, oxides, and the homogeneity of
the reactor-mixer, raw materials, alternative fuels , nefteprodukty6 fundamental
technological shemy6 temporary specifications.
Subjects
of
research:
diesel
fuel
Shymkent
oil
refinery
(LLP
PetroKazahstanOylProdakts), vegetable oils: castor, cottonseed, rapeseed and their
esters, the names of castor (castor oil), fatty acids and biodiesel, derived from them.
Purpose of work:
To develop technology for environmentally friendly biodiesel
fuels with improved physical-chemical and performance characteristics based on
vegetable oils and their methyl esters.
Methods of research:
a range of classic and modern research techniques and
methods of state standards, as well as a number of field work on cultivation of castor
oil (castor oil) and receiving castor oil.
The results obtained and their novelty:
the first time, worked out the basic
parameters of the processes of biodiesel fuels based on the local diesel fuel with the
addition of cotton, castor and rapeseed oils and their methyl esters in laboratory and
experimental-industrial conditions.
Practical value:
key parametres of processes of reception biodiesel топлив on
the basis of local diesel fuel with the additive cotton, castor, rape butters and their
methyl aethers in laboratory and trial conditions of oil refining factory with a positive
effect are fulfilled.
Degree of embed and economic effectivity:
biodiesel were tested with a
positive
effect
on
Shymkenstkom
refinery.
Calculation of expected annual ekonomicheskogoeffekta from using the results of
this work is only 5% of diesel fuel.
Field of application:
petroleum-refining industry.
