View
257
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
BiocombustibiliBiocombustibilipentrupentru autovehiculeautovehiculepentrupentru autovehiculeautovehicule
Alexandru Naghiu
Nicolae Burnete
Cecilia Roman
Mircea Chintoanu
Rudolf Diesel Henry Ford
Principale tipuri de Principale tipuri de carburanţi pentru transportcarburanţi pentru transport
Materii prime multiple & alternative
Cărbune
Biomasă
Motoare diesel curate şi extrem de efciente
Autovehicule eficiente şi cu emisii reduse
UE a luat în unanimitate o decizie prin care se va aloca până în anul 2014 minim 3 % din PIB-ul Comunităţii (1/3 din fonduri publice şi 2/3 din fonduri private) pentru cercetare şi implementarea rezultatelor cercetărilor referitoare la energiile reînoibile
Biomasă
Gaz natural
Petrol
Combustibili curaţi
Procesele din cilindru
PROCESUL TEHNOLOGIC DE OBTINEREBIOCOMBUSTIBIL BRUT
MATERII PRIME
Metanol KOH
DOZAREDOZARE DOZARE
DIZOLVARE
KOHAMESTECARE IN
REACTOR
Ulei
TRANSESTERIFICARE TREAPTA I
T= 65°Ccu agitaret= 60 min
SEPARARE GLICERINAfara agitare
TRANSESTERIFICARE TREAPTA II
T= 65°Ccu agitaret= 60 min
GLICERINA BRUTA
SEPARARE GLICERINAfara agitare
BIOCOMBUSTIBIL BRUT
PROCESUL TEHNOLOGIC DE PURIFICAREBIOMOTORINE
Apa potabila CaCl2
PREPARARE
sol H2SO4
H2SO4
DISTILARE METANOLT=90°C
METANOL
RECIRCULARE
NEUTRALIZARE
T=40-50°C cu agitaret=60 min
PREPARARE
sol CaCl2 30%
SPALARE TREAPTA Icu agitare T=40-50°C DOZARE
sol CaCl2
BIOCOMBUSTIBIL BRUT
MATERII PRIME
RECIRCULARE
SEPARARE SOLUTIE DE NEUTRALIZARE
fara agitare T=40-50°C
sol CaCl2
Ape reziduale I
control pH
SEPARARE APA DE SPALARE TREAPTA IIfara agitare T=40-50°C
Ape reziduale II
SPALARE TREAPTA IIcu agitare T=40-50°C
SEPARARE APA DE SPALARE TREAPTA Ifara agitare T=40-50°C
controlpHApe
reziduale IIIcontrol
prezenta SO42+
USCARE
T=40-50°C cu agitaret= 5h
SEPARARE
T=20-40°C fara agitaret= 24hFILTRARE
sol CaCl2REZIDIU SOLID
BIOCOMBUSTIBIL
PROCESUL TEHNOLOGIC DE PURIFICAREGLICERINA
Glicerinabruta
H2SO4Apa
potabila Ca(OH)2 Carbuneactiv Bentonita
ACIDULARE
T=80°C pH=1-1.5
DISTILARE METANOLT=90°C
PREPARARE sol H2SO4 10%
PREPARARE suspensieapoasa de Ca(OH)2
MATERII PRIME
DOZARE DOZARE DOZARE DOZARE DOZARE DOZARE
METANOL
Amestec de:
-acizi grasi
-metilesteri
-saruri
SEPARARE FAZE
control pHNEUTRALIZARE
T=80°C agitare moderatat=2 ore
FILTRARESulfat de calciuDECOLORARE
T=80°C cu agitaret=30 min
Carbune + bentonita + impuritati
CONCENTRARE
distilare in vid p=0,1-0,3 torrT=80°C
Sulfat de potasiu
GLICERINA TEHNICA
DOZARE
FILTRARE
FILTRARE
Schema fluxului tehnologic de obtinere a biobenzinelor din sfecla de zahar
EtanolEtanol anhidru: 7400 l/haDensitate: 0,795 kglValoare energetica: 26,8 MJ/kgPuritate: 99,7 % m/mContinut de apa: 0,3 % m/m(maxim)Norma UE: EN 15376
Taierea radacinilor de sfecla in taietei
Difuzie•Extragerea sucului dulce
•Separarea pulpei
Sfecla de zaharProductia: 70 t/ha
Apa: 77 % m/mZahar: 17 % m/mAlte: 4 % m/m
Fermentare•Conversia zaharurilor in alcool•Producerea de alcool la 8...10
% m/m
Distilare•Separarea alcoolului si
decantare•Productia de etanol hidratat
la 95 % m/m
Dehidratare•Rectificarea alcoolului
ACETALIZARE
DISTILARE
FILTRARE
CONCENTRARE
DISTILARE
Glicerina Butiraldehida
Benzen
Apa
Blaz
Amberlyst 15
Benzen
Amberlyst 15
BenzenETAPELE
REACŢIEI DE ACETALIZARE
Amestec hidroxiacetali
AMESTECARE
CARBONATARE
DISTILARE
Amestec carbonaţi acetalici
ETAPELE REACŢIEI DE
CARBONATARE
Hidrura de sodiu
Dietilcarbonat
Etoxid de sodiu Blaz
Continut de esteri metilici, Monogliceride, di-si trigliceride, glicerina libera si totala,Metanol
Densitate, Viscozitate, Punct de inflamabilitate
CABIO – Analize ChimiceBiocarburanti
Continut de sulf
Cifra cetanica, cifra octanica
Continut de apa
Contaminare totala, coroziune pe lama de cupru
CABIO – Analize ChimiceBiocarburanti
Indice de iod, indice de aciditate
Metale alcaline, Fosfor
Putere calorifica
Impactul utilizării biocarburanţilor Impactul utilizării biocarburanţilor asupra emisiilor de COasupra emisiilor de CO22
Consum de carburanţi pentru transport Consum de carburanţi pentru transport raportat 200raportat 2007 7 îînn România: România:
qq totatotal l 5.397.591 t, dt, din care:in care:qq totatotal l 5.397.591 t, dt, din care:in care:
1.696.280 t t –– benzinăbenzină
3.701.311 t t –– motorinămotorină
Alimentare sigură
Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească carburanţii
RO
Alimentare sigură
Depozitare şi manipulare sigură
Densitate energetică ridicată
Comptitivitate economică
Poluarea + toxicitate redusă
Impactul evoluţiei Impactul evoluţiei biocarburanţilor asupra mediuluibiocarburanţilor asupra mediului
Impactul utilizării etanolului, Impactul utilizării etanolului, asupra nivelului de poluareasupra nivelului de poluare
Eficienţa energetică a diferitelor Eficienţa energetică a diferitelor tipuri de biocarburanţitipuri de biocarburanţi
Combustibilii de tipul biomotorinelor (ulei pur sau biodiesel) pot fi utilizaţi la alimentarea MAC atât separat, cât şi în amestec cu motorina (în diferite proporţii). Amestecurile dintre combustibilii tip biodiesel şi motorină se notează cu literele BD (în SUA numai B) urmate cifre indicând conţinutul procentual de biodiesel astfel:procentual de biodiesel astfel:qBD100 indică un conţinut de 100 % de biodiesel;qBD20 indică un conţinut de 20 % de biodiesel.
Utilizarea biodiesel-ului
Caracteristicile motorinei şi ale principalelor tipuri de uleiuri vegetale utilizabile pentru producerea de biocombustibili
CombustibilulDensitate la 150 C
[Kg/dm3]
Putere calorică[MJ/kg]
Viscozitatea cinematică
la 200 C[mm2/s]
Cifra cetanică
Punctul de
congelare[0C]
Punctulde
inflamare[0C]
Cifra JodCifra de
saponificare[mg KOH/g]
Motorină 0,84 42,7 4…6 50,0 -15 80Ulei de rapiţă 0,92 37,6 74,0 40,0 -15…-18 317 94…118 167…180Ulei de rapiţă 0,92 37,6 74,0 40,0 -15…-18 317 94…118 167…180Ulei de floarea-soarelui
0,93 37,1 66,0 35,5 -8…-18 316 118…144 186…194
Ulei de soia 0,93 37,1 63,5 38,5 -18…-27 350 114…138 188…195Ulei de in 0,93 37,0 51,0 (52,0) -6…-14 169…192 187…197Ulei de seminţe de bumbac
0,93 36,8 89,4 41,0 320 90…117 189…198
Ulei de ricin 0,91 37,2 71,0 (51,0) -14 340 (103) (138)Ulei de cocos 0,87 35,3 21,7 7…10 246…268Ulei de palmier 0,92 37,0 29,4 7…10 246…268Ulei de sâmbure de palmier
0,92 37,0 29,4 42,0 267 34…61 196…206
Ulei de măsline 0,92 37,8 83,8 7,1 75…90 186…16
Pe baza observaţiilor legate de importanţa compoziţiei acizilor graşi asupra formăriidepozitelor cărbunoase din camera de ardere, Loeffelman şi Auld au introdus în 1985 indiceleFIV (fuel index value) pentru aprecirea pretabilităţii utilizării uleiurilor vegetale ca şicombustibili:
FIV = 1(% acid oleic) + 4(% acid linoleic) + 8(% acid linolenic) + 1,1(% acid eiconsenoic) + 1,2(% acid erucic)
Acidul gras Comportamentul la temperaturi scăzute
Comportamentul la temperaturi ridicate
Stabilitatea oxidativă
Caprilic, C8:0 +/0 + ++
Caprinic, C10:0 +/0 + ++
Lauric, C12:0 0 ++ ++
Miristic, C14:0 - ++ ++
Palmitic, C16:0 - ++ ++
Stearic, C18:0 -- ++ ++
Oleic, C18:1 +/0 + ++
Linoic, C18:2 + - -
Linoleic, C18:3 ++ -- --
Schema legăturilor instalaţiei de alimentare cu biocombustibil a
motorului în cazul sistemelor cu pompă cu distribuitor rotativ
1 – rezervor biocombustibil; 2 – filtru biocombustibil;3 – pompă de alimentare cu biocombustibil; 4 – încălzitorbiocombustibil (schimbător de căldură); 5 – legătura întreîncălzitor şi portul B al electrovalvei de alimentare; 6 –filtrul principal de biocombustibil; 7 – legătura dintreportul B al electrovalvei de retur şi rezervorul debiocombustibil; 8 – legătura dintre portul C alelectrovalvei de retur şi portul A al electrovalvei deelectrovalvei de retur şi portul A al electrovalvei dealimentare; 9 – electrovalva de retur; 10 – element deîncălzire; 11 – injectoare; 12 – sistem de injecţie;13 – legătura dintre portul A al electrovalvei de retur cuintrarea în sistemul de injecţie; 14 – filtru de motorină; 15– electrovalva de alimentare; 16 – legătura dintre filtrulprincipal de biocombustibil şi electrovalva de alimentare;17 – circuitul fluidului de răcire al motorului; 18 –termocontactor; 19 – linia de alimentare cu motorină; 20– rezervor de motorină.
Sistem de alimentare mixt motorină şi biocombustibil
Aparatura necesară pentru funcţionarea dual: motorină/ulei vegetal
Schimbatorul de căldură
Filtrul pentru biocombustibil.
Bloc electrovalve
Kit-ul pentru adaptarea motoarelor diesel la utilizarea biocarburanţilor cu
viscozitate ridicată
Influenţa utilizării biocombustibililor asupra
pistoanelor motorului D-2402;.
Efectul utilizării biocombustibililor asupra arborilor cotiţi, motorul D-2402
40
60
80
100
120MOT
UR
URE
B10
B20
Visc
ozita
tea
cin
emat
ică,
n, m
m2 /
s
0
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tcomb, 0CVi
scoz
itate
a c
inem
atic
ă,
Variaţia viscozităţii cinematice a biocombustibililor comparativ cu cea a motorinei în funcţie de temperatură
URE
BD80
BD50
BD20Bio
deg
rad
abili
tate
aE
volu
ţia,
CO
2, %
MOT
BD20
Durata, zile
Bio
deg
rad
abili
tate
a
Biodegradabilitatea biocombustibililor în comparaţie cu motorina(testul evoluţiei CO2)
Utilizarea biodieselului în transportul public
Utilizarea biodiesel-ului în agricultură
Utilizarea bioetanolului
Dintre problemele principale care se ridica la utilizarea alcoolilor drept combustibili ca atare in motoarele cu aprindere prin scanteie se pot enumera:►tendinta de reducere a puterii efective la un debit constant de alcooli, ca urmare a puterii calorifice mai reduse a acestora, comparativ cu benzina (la arderea metanolului se degaja o cantitate din energie cu circa 50% mai mica decat in cazul arderii unei cantitàti echivalente de benzina, iar prin arderea etanolului rezulta doar 66% din energia degajata la ardenea benzinei); prezenta oxigenulni in structura moleculara a alcoolilor asigura, pe de alta parte, micsorarea necesanului de oxigen pentru ardere, astfel incat, in ansamblu, puterea calorifica a amestecului combustibil-aer, raportata la volumul de amestec, este putin modificata (metanol necesita cu 44% mai putin aer pentru combustie, comparativ cu benzina, iar etanolul — doar 6l% din aerul necesar arderii benzinei); prin urmare, se poate asigura mentinerea neschimbata a puterii motorului cu o cilindree data, prin marirea corespunzatoare a debitului de combustibil (pentru mentinerea razei de actiune a automobilului trebuie marita, totodata, capacitatea rezervorului de combustibil); .►dificultatea pornirii la rece, determinata de presiunea redusa de vapori la temperaturi joase; in cazul utilizarii alcoolilor puri, pornirea la rece poate fi solutionat prin folosirea de combustibili auxiliari (benzina sau gaz petrolier lichefiat) sau ameliorarea pulverizarii (metanolul necesita pentru vaporizare de 3,7 ori mai multa caldura, iar etanolul —de 2,6 ori, comparativ cu benzina);de 2,6 ori, comparativ cu benzina);►tendinta de inrautatire a vaporizarii in sistemul de admisie la motoarele cu carburator, determinata de valorile ridicate ale caldurilor de vaporizare ale alcoolilor si care necesita reproiectarea sisternului de admisie;►tendinta de crestere a frecventei incidentelor survenite la functionarea motorului la cald ca urmare a formarii dopurilor de vapori si a emisiilor de alcooli (punctele de fierbere ale alcoolilor fiind coborate, cornparativ cu benzina);►calitati defavorabile de ungere, determinate de viscozitatea redusa a alcoolilor si care afecteaza direct cuplurile de frecare,in primul rand la nivelul pompei si in sectiunea de inalta presiune a instalatiei de alimentare;►incompatibilitatea compuilor organici si, indeosebi, a alcoolilor cu uleiul de ungere si cu materiale de tipul elastomerilor, cu care acestia vin in contact nemijlocit; .►coroziunea, determinata de alcooli si, de asemenea, de atacul chimic direct al unor compui specifici, rezultati in cursul arderii;►toxicitatea alcoolilor si, indeosebi, a metanolului; metanolul poate patrunde in organism pe cale respiratorie, digestiva si cutanata, provocand, in general, intoxicatii cu efecte grave, care depind de conditiile expunerii si de susceptibilitatea individuala; concentratia limita de vapori de metanol in atmosfera, admisa la o expunere continua timp de 8 ore pe zi, este de 2600 mg/m3; efecte fiziologice pot, insa, interveni si prin expunere la concentratii de 1,71—1,46 mg Me—OH/m3.
Variaţia concentratiei de bioxid de carbon, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic – benzina
(date preliminare)
Variaţia concentratiei de monoxid de carbon, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic – benzina
(date preliminare)
Variaţia emisiei de hidrocarburi, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic – benzina
(date preliminare)
Variaţia emisiei de NO, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic - benzina
-70%
-60%
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%
10%
20%
Mo
dif
icar
ea p
roce
ntu
lui
in e
mis
ii
-80%
0 20 40 60 80 100
Procent de biodiesel
PM CO HC NOx
%
Influenţa procentului de ulei vegetal din amestec asupra nivelului emisiilor poluante
Efectul utilizării bioetanolului Efectul utilizării bioetanolului asupra nivelului emisiilor poluanteasupra nivelului emisiilor poluante
1 milion m3 bioetanol
reduce emisiile cu:
1,2 milioane tone SO2
6,95 milioane tone NOx
2,2 milioane tone CO2
Impactul utilizării etanolului, asupra Impactul utilizării etanolului, asupra nivelului de poluarenivelului de poluare
Recommended