Введение к работе
Актуальность работы. Известно, что при сжигании дизельных топлив в двигателях внутреннего сгорания выделяются токсичные газы: оксиды углерода (II) СО, азота NOx, серы SOx, углеводороды, альдегиды и сажа. Так для Пермского края выбросы дизельным автотранспортом за 2009 год составляют: 12282 т/год СО, 801 т/год NOx, 2 т/год сернистого ангидрида, 1068 т/год углеводородов и 107 т/год сажи. Высокая токсичность, канцерогенные свойства этих выбросов приводят к увеличению заболеваний людей, ухудшению экологической обстановки регионов. Поэтому необходимо снижать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Это особенно актуально при использовании дизельных двигателей в рудниках, шахтах, закрытых помещениях (складах, гаражах, ангарах и т.п.), воздух которых поступает на рабочие места персонала и должен соответствовать санитарным нормам.
Существующие способы снижения воздействия выбросов загрязняющих веществ указанных газов (окислительное или восстановительное каталитическое дожигание, сорбция твердыми или жидкими хемосорбентами и др.) относятся в основном к способам, устраняющим последствия эмиссии выбросов. Эти способы требуют установки дорогостоящих очистительных устройств, регенерации поглотителей.
Диссертационная работа посвящена проблеме разработки способа, устраняющего образование токсичных веществ в дизельных двигателях, в частности путем использования перспективного метода модифицирования состава дизельного топлива добавками, изменяющими процесс горения топливных смесей и снижающими образование токсичных веществ в отработавших газах дизельных двигателей.
Цель работы. Разработка дизельных топливных композиций, снижающих выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
провести информационные исследования способов снижения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, образующихся при работе дизельных двигателей;
исследовать возможность использования химических компонентов различного функционального состава и отходов производства спиртов в качестве добавок в дизельное топливо;
разработать способ получения устойчивых эмульсий на основе дизельного топлива и добавок;
изучить влияние добавок на процессы испарения и окисления топливных эмульсий, обосновать химизм действия добавок в дизельном топливе на снижение выбросов загрязняющих веществ;
исследовать влияние добавок на снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и оценить предотвращенный экологический ущерб от снижения выбросов дизельных двигателей и утилизации отходов производства метанола - сивушных масел.
Объекты исследования - добавки в дизельное топливо различного функционального состава, отходящие газы, образующиеся при сгорании дизельного топлива. Научная новизна
Разработаны топливные композиции на основе спиртов, амидов, снижающие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу: монооксида углерода - на 80%, оксидов азота - на 70%, диоксида серы - на 87%.
Разработаны топливные композиции на основе отходов производства метанола - сивушных масел, снижающие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу: монооксида углерода - на 70%, оксидов азота-на 65%, сажи-на 85%.
Определены границы устойчивости топливных эмульсий в системах: дизельное топливо-добавка-амид-эмульгатор (где добавка-сивушные масла или метанол) при температурах смеси от -20 до 25С, различных скоростях перемешивания (Re = 14 - 20) и ультразвуковой обработке эмульсий при частотах 22; 44 кГц.
Практическая значимость
Разработан и испытан в опытных условиях способ снижения выбросов загрязняющих веществ дизельных двигателей за счет модифицирования дизельных топлив добавками.
Разработан способ использования отходов производства метанола -сивушных масел в качестве добавок в дизельные топлива, снижающих выбросы загрязняющих веществ.
Разработана технология получения модифицированного дизельного топлива и технико-экономическое обоснование для проектирования установки получения модифицированного дизельного топлива.
Рассчитан предотвращенный экологический ущерб от снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу дизельными двигателями внутреннего сгорания, при введении добавок в топливо на территории Пермского края, а также от утилизации отходов - сивушных масел.
Достоверность результатов исследования подтверждена соответствием полученных результатов известным физико-химическим закономерностям. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств и методик проведения исследований с применением методов математического моделирования и статистической обработки данных. Для получения экспериментальных данных были использованы следующие приборы и анализаторы:
прибор синхронного термического анализа STA 449С Jupiter с погрешностью измерений ±1,0%, чувствительностью по массе ЮЛіг, по температуре 0,1 С, калориметрической чувствительностью 0,5 мкВ/мВт;
газовый ИК-Фурье анализатор TENSOR 27 Bruker, с погрешностью измерений 0,01%, разрешающей способностью 0,5 см"1;
газоанализатор ECOM-SG PLUS с погрешностью измерений 1 %;
- фотометрический датчик дымности отработавших газов марки «Мета-
01МП» с погрешностью измерений 1%. Воспроизводимость данных исследования подтверждена опытными испытаниями по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при работе дизельного двигателя.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Устойчивость модифицированных эмульсий в системах дизельное топливо - спирт - амид - эмульгатор при различных температурах, скоростях перемешивания и ультразвуковой обработке;
Снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при горении модифицированного топлива добавками смесей спиртов, амидов и сивушных масел;
Химизм протекания процессов окисления - восстановления и нейтрализации токсичных компонентов топливных эмульсий, объясняющий причины снижения выбросов загрязняющих веществ;
Технико-экономическое обоснование и техническое решение по разработке технологии получения модифицированных дизельных тошшв.
Связь работы с научными темами. Диссертационная работа выполнена в рамках инновационной образовательной программы ПГТУ «Наукоемкие технологии переработки нефти и газа», внутривузовской программы развития университетов, а также в соответствии с планом НИР, выполняемом по хоздоговору №2008/90 с ОАО "Уралкалий".
Личный вклад автора заключается в анализе поставленной проблемы, формулировании задач и нахождении их теоретических и экспериментальных решений, постановке экспериментов исследования, анализе их результатов и формулировке общих выводов.
Апробация результатов работы Основные результаты диссертации обсуждались на краевой конференции "Молодежная наука Прикамья 2007".
Были представлены на 10-й Международной выставке технологии и оборудования для нефтяной, газовой и химической промышленности «НЕФТЬ. ГАЗ. ХИМИЯ» 28-31 Октября 2008, г.Пермь.
Работа была представлена на VIII-м Конкурсе молодых ученых и специалистов на лучшую научно-техническую разработку, объявленном ОАО «Нефтяная компания «ЛУКОЙЛ» в 2007г. по направлению «Переработка нефти, нефтехимия, нефтепродуктообеспечение; Промышленная и экологическая безопасность» и получила одобрение ведущих специалистов в этой области.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, в т.ч. 2 статьи в рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 39 таблиц. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографии, приложений. Основное содержание работы
