Качество автомобильных топлив в российской федерации и пути его улучшения потребителями
На правах рукописи
БАРАБАШ ВИКТОР БОРИСОВИЧ
КАЧЕСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И ПУТИ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ
05.22.10 — Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тюмень — 2006
Работа выполнена на кафедре «Химия и технология нефти и газа» Тюменского государственного университета
| Научный руководитель | доктор технических наук, доцент Магарил Елена Роменовна |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Терехов Александр Сергеевич |
| кандидат технических наук, доцент Холявко Виктор Гаврилович | |
| Ведущая организация | Федеральное государственное учреждение «Тюменский центр стандартизации, метрологии и сертификации», г.Тюмень |
Защита состоится « 20 » декабря 2006 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.04 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, зал имени А.Н. Косухина
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.
Автореферат разослан « 20 » ноября 2006 г.
Телефон для справок (3452) 20-93-02
e-mail: [email protected]
Ученый секретарь
диссертационного совета Евтин П.В.
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Согласно разработанной специалистами всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) методике, по продолжительности жизни Россия занимает 94-е место. При этом средняя продолжительность жизни составляет 61,3 года, в том числе у мужчин — 56,1, у женщин — 66,4 года. Специальный представитель генерального директора ВОЗ в России Микко Виенонен привел данные о том, что белее 5 млн. детей умирают ежегодно в мире от причин, связанных с нездоровой средой обитания. Он привел данные, что в европейском регионе дети подвергаются риску воздействия свыше 15 тыс. вредных факторов окружающей среды. Первым из таких факторов он назвал загрязнение воздуха. В среднем по России вклад транспорта в загрязнение атмосферного воздуха составляет 40 — 45%, а в крупных городах — 90%. Риску потери здоровья в результате загрязнения воздуха транспортными выбросами подвергаются не менее 15 млн. горожан.
Проблема качества моторных топлив имеет общепланетарное значение — в 1960г. на земле было ~ 120 млн. автомобилей, в 1965 — 168, в настоящее время более 600 млн. и число автомобилей продолжает увеличиваться, потребление моторных топлив достигает 1,5 млрд.т. в год. В настоящее время экологические и эксплуатационные свойства моторных топлив, производимых в России, значительно ниже, чем в развитых странах.
Улучшение экологических и влияющих на экологические, эксплуатационных свойств моторных топлив, является в нашей стране важнейшей и неотложной проблемой.
Цель работы. Исследование качества автомобильных топлив, производимых в Российской Федерации и разработка путей улучшения экологических свойств и экономической эффективности применения отечественных автомобильных топлив с учетом состояния экономики страны.
Для достижения этой цели были сформулированы следующие основные задачи:
- Провести сравнительный анализ требований российских и зарубежных стандартов к качеству автомобильных топлив;
- Провести мониторинг качества автомобильных топлив в России;
- Разработать предложения и обоснование путей улучшения качества автомобильных топлив на рынке России путем применения высокоэффективных многофункциональных присадок к моторным топливам, улучшающих их эксплуатационные и экологические свойства;
- Определить оптимальную концентрацию присадки для различных типов двигателей для экономии топлива и уменьшения выбросов загрязняющих веществ.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является состояние качества автомобильных топлив в Российской Федерации и возможность его улучшения потребителем путем введение в топливо многофункциональной присадки, а предметом исследований – процесс влияния данной присадки на экологические и эксплуатационные свойства автомобильных топлив и определение оптимальной концентрации присадки при введении ее в топливо.
Методологической основой исследований служит теория горения топлива в двигателях внутреннего сгорания, требования к качеству автомобильных топлив отечественных и зарубежных нормативных документов.
Научная новизна.
- Впервые разработана и реализована схема мониторинга качества автомобильных топлив, позволяющая сравнить реальный уровень качества топлив по отношению с любыми нормативным документам.
- При испытаниях на различных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) впервые практически доказаны, ранее теоретически обоснованные и подтвержденные только в лабораторных условиях, высокие антинагарные свойства никель-содержащей присадки (далее – присадка), что подтверждает ее многофункциональность.
- Впервые предложено объяснение механизма действия присадки на процесс горения дизельного двигателя, приводящий к снижению расхода топлива и вредных выбросов, которое доказано испытаниями на полноразмерных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
- Впервые предложено объяснение механизма действия присадки, снижающего выбросы полициклических ароматических углеводородов за счет их замены на выбросы малотоксичного метана, которое доказано испытаниями, на полноразмерном двигателе внутреннего сгорания (ДВС).
Практическая значимость.
- Приведен перечень доступных продуктов нефтепереработки и нефтехимии, из которых в РФ производятся фальсифицированные автомобильные топлива.
- Проведен мониторинг качества автомобильных топлив и произведена оценка соответствия качества автомобильных топлив, реализуемых потребителям через АЗС, действующим отечественным и мировым стандартам.
- Экспериментально доказано, что присадка является хорошим профилактическим средством для максимального сокращения времени воздействия на цилиндро-поршневую группу двигателя абразивных нагаров, возникающих при применении фальсифицированных бензинов, изготовленных на основе органических соединений железа.
На защиту выносятся:
- результаты мониторинга качества автомобильных топлив в Российской Федерации;
- объяснение механизма действия присадки на процесс горения дизельного двигателя, приводящий к снижению расхода топлива и вредных выбросов;
- объяснение механизма действия присадки, снижающего выбросы полициклических ароматических углеводородов за счет их замены на менее токсичные выбросы;
- результаты определения оптимальной концентрации присадки при введении ее в топливо для достижения максимального эффекта снижения токсичности выбросов и снижения расхода топлива.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на заседаниях кафедры «Химия и технология нефти и газа» ТюмГНГУ (2005-2006г.г.), на научно-технической конференции «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки» (25 — 26 сентября 2002г., г.Тюмень), на всероссийском молодежном научном симпозиуме «Безопасность биосферы» (4 — 5 мая 2005г., г.Екатеринбург), на всероссийской конференции «Менделеевские чтения» (26 — 28 мая 2005г., г.Тюмень), на научно-практической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Тюменской области» (21 — 22 сентября 2005г., г.Тюмень), на IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и достижения автомобильного транспорта» (30 мая 2006г., г.Екатеринбург).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, списка литературы (100 наименований) и 16 приложений.
Работа содержит 111 страниц основного текста, 22 таблицы и 30 иллюстраций.
Содержание работы
Во введении. Обосновываются актуальность работы, цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу современного состояния нефтеперерабатывающей промышленности в России. На основе анализа сделан вывод о большом отставании отечественной нефтепереработки от уровня современных западных технологий, обеспечивающих требования к качеству автомобильных топлив мировой топливной хартии (МТХ).
Показано, что влияние на качество автомобильных бензинов оказывает доступность прямогонных бензинов, антидетонационных присадок и компонентов, применяемых в количествах, намного превышающих допустимые нормы, а также веществ, являющихся антидетонаторами, но не допущенных к применению. На качество дизельных топлив большое влияние оказывает доступность газовых конденсатов, которые смешиваются с товарным дизельным топливом и реализуются потребителям.
На основе сравнения требований современных западных стандартов, мировой топливной хартии и отечественных стандартов к автомобильным топливам, сделан вывод о несоответствии им требований российских стандартов, по которым выпускается основная масса автомобильных топлив в РФ.
Во II главе проведен мониторинг качества автомобильных топлив, реализованных в Тюменской области потребителям через сеть АЗС в 1998 —2004гг. В данной работе исследовалось более 2000 проб автомобильных топлив. Мониторинг проводился путем сравнения реально полученных значений показателей качества автомобильных топлив с различными нормативными требованиями в соответствии с климатическими условиями Тюменской области без учета нормативных требований, по которым данные автомобильные топлива производились. В связи со схожестью обеспечения автомобильными топливами Тюменской области с подавляющим большинством регионов Российской Федерации, принято, что положение в сфере качества автомобильных топлив в Тюменской области в основном соответствует положению в Российской Федерации в целом.
Мониторинг соответствия детонационной стойкости автомобильных бензинов требованиям нормативных документов показал, что в Тюменской области в разные годы реализовалось от 3 до 18% автомобильных бензинов, не соответствующих нормативным требованиям по детонационной стойкости.
Мониторинг склонности автомобильных бензинов к отложениям проводили по концентрации фактических смол В разные годы от 8 до 20% проб автомобильного бензина не соответствовало по этому показателю требованиям ГОСТ Р 51105.
У дизельных топлив мониторинг качества проведен по вязкости, плотности, температуре вспышки и цетановому числу. Выявлено, что зимние дизельные топлива полностью не соответствует требованиям МТХ для всех категорий рынков по вязкости, плотности и температуре вспышки.
Летние дизельные топлива укладываются в указанные требования по вязкости и температуре вспышки. По плотности они соответствуют требованиям МТХ только для рынков 1 и 2 категорий.
Российские дизельные топлива имеют очень низкие цетановые числа. За период с 2001 по 2004 г. только у одной пробы летнего дизельного топлива было зафиксировано значение цетанового числа равное 51. Согласно требований МТХ и ТУ 38.401-58-96-2001 (Евро-3), это значение является минимальным для рынков всех категорий.
Мониторинг экологических свойств дизельных топлив проводился по содержанию серы. В результате работы выявлено, что по этому показателю почти 100% проб дизельного топлива соответствовало требованиям МТХ для рынков 1 категории и ГОСТ 305. Вместе с тем практически все пробы не соответствовали требованиям МТХ для рынков 2 и 3 категории и ТУ 38.401-58-96 (Евро-3).
В III главе рассмотрены пути улучшения качества автомобильных топлив в Российской Федерации.
В качестве тактической задачи по улучшению качества автомобильных топлив на ближайший период предложено введение в автомобильные топлива многофункциональных присадок и, в частности, разработанной в Тюменском государственном нефтегазовом университете (ТюмГНГУ) совместно с ЗАО НВЦ «Стерх» многофункциональной присадки «КМ», представляющая собой никелевое мыло, формула которой Ni(OOСR)2, где R — C10H21 C16H33
В ходе работы исследовалось влияние присадки «КМ» на нагарообразование в бензиновых двигателях. Влияние присадки на снижение нагарообразования в бензиновых двигателях изучали на стационарном одноцилиндровом двигателе воздушного охлаждения УД-1. Влияние присадки на нагарообразование оценивали визуально и фотографировали. Применение присадки явно снижало нагарообразование, причем максимальное воздействие присадки отмечено на наиболее нагретых деталях двигателя (выпускной клапан, поршень, свеча зажигания).
Факт хорошего антинагарного действия никель — содержащей присадки подтверждается тем, что при газификации газообразных и жидких углеводородов лучшим, применяемым в промышленности катализатором, обеспечивающим газификацию без выделения углерода, является закись никеля.
В целях исследования воздействия присадки «КМ» на прочность нагара в бензин добавляли антидетонационную присадку «Октан-максимум» на основе органических соединений железа. Введение таких присадок приводит к образованию очень прочного абразивного нагара желто-коричневого цвета, содержащего в основном оксиды железа.
При совместном применении присадок обнаружилось практически полное разрыхление нагара, что привело к его постепенному выводу в виде пыли из камеры сгорания газовым потоком в течении 4 часов.
Вследствие этого применение присадки «КМ» является профилактическим средством снижения длительного воздействия абразивного нагара, состоящего из окислов железа, при случайном применении на бензиновых двигателях фальсифицированных автомобильных бензинов, изготовленных с применением органических соединений железа.
Применение присадки к автомобильным бензинам сдвигает динамическое равновесие по образования и выгоранию нагара в сторону выгорания. Это позволяет довести автомобильные бензины до требований МТХ по показателям качества «Нагар в камере сгорания» и «Залипание выпускного клапана» к рынкам со строгими, а, возможно, и с повышенными требованиями.
Испытание присадки «КМ» в дизельном двигателе проводили на дизель-генераторе магистрального тепловоза марки 2ТЭ116. При этом нагрузка генератора передавалась не на тяговые двигатели, а на водяной реостат, представляющий собой кипятильник. Путем дозированного опускания в воду пластин, к которым был подведен переменный ток, постоянная нагрузка на двигатель могла поддерживаться в течении неограниченного времени.
При нагрузке 1200 кВт локомотив работал 9 ч, суммарная продолжительность работы без нагрузки составляла 3 ч 40 мин. Один цикл в таком режиме был проведен на топливе без присадки, второй с присадкой. Снижение расхода топлива составило 6,9%. Камеру сгорания одного цилиндра вскрывали после пробега на топливе с присадкой. Количество нагара в камере сгорания на клапанах и на головке цилиндра резко снизилось, что наглядно представлено на фотографиях.
Полученные результаты испытания, особенно существенная экономия топлива, привели к гипотезе о влиянии присадки на расход топлива за счет повышении эффективности рабочего процесса двигателя.
Присадка «КМ», являясь поверхностно-активным веществом, снижает поверхностное натяжение, что уменьшает диаметр крупных капель и приводит как к большей однородности топливо - воздушной смеси, так и к увеличению поверхности испарения. В результате введение в топливо присадки «КМ» увеличивает скорость испарения топлива.
Также на повышение эффективности работы дизельного двигателя присадка оказывает влияние за счет того, что никель является катализатором горения. При добавлении в топливо присадки ускоряются процессы горения за счет каталитического снижения температуры самовоспламенения углеводородов, образующихся при пиролизе углеводородов топлива.
Данное каталитическое воздействие необходимо для последних порций топлива, особенно тяжелой его части. Никель, катализируя воспламенение продуктов пиролиза путем снижения температуры самовоспламенения (для метана это снижение составляет 150оС), позволяет остаточным фракциям дизельного топлива сгорать раньше, т.е. в положении поршня более близком к верхней мертвой точке, что приводит к повышению температуры и давления в конце основной фазы сгорания. Предлагается, что это и приводит к экономии топлива и снижению дымности за счет более полного сжигания сажи.
Для подтверждения данного предположения было дополнительно проведено исследование влияния присадки на работу стационарного бензинового двигателя УД-1, топливом для которого являлся чистый автомобильный бензин и автомобильный бензин с 10% дизельного топлива. Добавка дизельного топлива к бензину приводит к тому, что в камере сгорания двигателя при очень высокой температуре остается часть неиспарившегося топлива. Для исследования состава отработавших газов нами было произведено определение содержания в них метана газохроматографическим методом. В результате исследований получены данные, приведенные в табл.1.
Таблица 1
Исследование изменения концентрации метана в отработавших газах бензинового двигателя УД-1 при применении присадки
| Топливо | Концентрация метана в отработавших газах, мг/м3 |
| Бензин А-76 | 4,9 |
| Бензин А-76 с присадкой | 5,6 |
| Бензин А-76 с 10% дизельного топлива | 4,6 |
| Бензин А-76 с 10% дизельного топлива с присадкой | 14,9 |
Данные табл.1 показывают, что выбросы метана у бензинового двигателя работающего на бензине с присадкой и без нее, увеличиваются на 14 %, а при работе двигателя на смеси бензина и дизельного топлива с присадкой и без нее количество выбросов метана увеличивается в 3,2 раза.
Увеличение выброса метана при введении в топливо присадки прямо указывает на каталитическое действие никеля на процессы распада тяжелых углеводородов с образованием более легких, в т.ч. метана. Образующийся метан сгореть уже не может из-за недостатка кислорода за фронтом пламени. Это предположение объясняет тот факт, что при добавлении в бензин дизельного топлива было зафиксировано значительное увеличение выброса метана при работе бензинового двигателя на бензине с 10% дизельного топлива, содержащем присадку «КМ» в количестве 9,25 мг/кг топлива.
Увеличение на 14% выбросов метана при добавлении присадки в чистый бензин, объясняется наличием в бензине тяжелых хвостовых фракций, играющих ту же роль, что и дизельное топливо при добавлении его в бензин.
Результаты данного эксперимента также подтверждают ранее полученные данные по резкому снижению выбросов полициклических ароматических углеводородов при применении присадки к автомобильным топливам. Фактически каталитическое воздействие присадки на процессы горения и распада тяжелых углеводородов приводит к тому, что в дизельном двигателе при применении присадки увеличивается эффективность рабочего процесса за счет сгорания продуктов дополнительного распада тяжелых углеводородов в положении более близком к верхней мертвой точке, что приводит к снижению количества выбросов тяжелых углеводородов.
При введении присадки в топливо для бензинового двигателя продукты распада тяжелых углеводородов не могут сгореть из-за недостатка кислорода за фронтом пламени и выбрасываются в атмосферу, что подтверждается данными табл.1, но благодаря их низкой токсичности, снижается общая токсичность отработанных газов.
Проведенные исследования показали высокую активность многофункциональной присадки «КМ», ее применение значительно улучшает экономические, экологические и эксплуатационные характеристики АТС при ультрамалых концентрациях присадки в моторных топливах.
Ввиду того, что присадка влияет как на снижение токсичности выбросов двигателя внутреннего сгорания, так и на снижение удельного расхода топлива в ходе работы была определена оптимальная концентрация присадки для бензиновых и дизельных двигателей при применении ее для перечисленных выше целей.
Эксперимент производился путем измерения расхода бензина на двух автомобилях ГАЗ-3102 и ВАЗ-2121.
Для обеспечения максимальной сходимости результатов эксперимента соблюдались следующие условия:
- Постоянная загрузка автомобиля — 2 человека;
- Температура наружного воздуха от 24 до 26 оС;
- Скорость ветра менее 1 м/с;
- Атмосферное давление от 101,6 до 101,9 кПа;
- Движение осуществлялось за городской чертой при средней скорости 75 км/час, протяженность постоянного маршрута 300 км.
- Во время эксперимента использовалось горючее, закупленное на АЗС сразу на весь эксперимент, поэтому влияние его состава на результаты эксперимента не учитывалось;
- Расход горючего определялся по разнице залитого из калиброванной емкости в пустой топливный бак автомобиля горючего и слитого из бака горючего, количество которого определялось мерным цилиндром;
- Концентрация присадки в топливе в ходе эксперимента увеличивалась.
В ходе эксперимента получены результаты, приведенные в табл.2.
Таблица 2.
Изменение удельного расхода топлива автомобилями при применении никель-содержащей присадки, %
| Автомобиль | Изменение удельного расхода топлива при концентрация присадки (мг/кг), % | ||||
| 4,63 | 9,25 | 13,88 | 18,5 | 27,8 | |
| ГАЗ 3102 | –3,1 | –5,8 | –2,0 | 0,0 | 0,0 |
| ВАЗ-2121 | –3,5 | –7,4 | –2,8 | 0,0 | 0,0 |
Экспериментальные данные для автомобиля ГАЗ-3102 описываются уравнением
y = 0,0169х2 – 0,3097х + 12,748 (1)
с достоверностью аппроксимации 0,9924 (рис.1).
Для автомобиля ВАЗ-2121 уравнением
y = 0,0193х2 – 0,3344 + 10,908 (2)
с достоверностью аппроксимации 0,9978 (рис.2)
 |  | |
| Рис.1 Изменение расхода топлива автомобилем ГАЗ-3102 при введении присадки в топливо. | Рис.2 Изменение расхода топлива автомобилем ВАЗ-2121 при введении присадки в топливо. | |
Оптимальные значения концентрации присадки для автомобилей, участвующих в испытаниях найдены дифференцированием данных уравнений для нахождения точки перегиба полученных парабол, которые описывается уравнением вида:
y = аx2 – bx + с (3)
Продифференцировав данное уравнение при dy/dx = 0 получим:
(4)
Решением уравнения (4) получены значения оптимальной концентрации для автомобиля ВАЗ-2121 — 9,18 мг/кг, для автомобиля ГАЗ-3102 — 9,16 мг/кг. Среднеарифметическое значение оптимальной концентрации присадки для автомобилей с бензиновым двигателем в случае ее применения для снижения удельного расхода топлива составляет 9,17 мг/кг.
Ранее полученные экспериментальные результаты по определению оптимальной концентрации присадки составили 9,25 мг/кг автомобильного бензина.
Приведенные расчеты показывают, что для достижения максимального экономического эффекта при применении присадки, ее концентрация должна лежать в пределах 9,21 ± 0,04 мг/кг автомобильного бензина, что в пересчете на никель составляет 0,99 — 1,00 мг/кг автомобильного бензина.
Снижение эффективности присадки при повышении ее концентрации выше оптимальной объясняется образованием надмолекулярных структур присадки в растворе бензина.
Для определения оптимальной концентрации присадки, применяемой для снижения выбросов загрязняющих веществ, в работе использован способ построения зависимостей изменения состава вредных выбросов от концентрации введенной в топливо присадки через подсчет стоимости выбросов в денежном выражении.
Для расчетов нами взяты стоимости выбросов загрязняющих веществ из постановления Правительства РФ от 12 июня 2003г. N 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» (с изменениями от 1 июля 2005г.). Необходимые для расчетов данные из этого постановления сведены в табл.3.
Таблица 3.
Стоимость выбросов загрязняющих веществ
| Наименование загрязняющих веществ | Нормативы платы за выброс 1 тонны загрязняющих веществ | |
| в пределах установленных допустимых нормативов выбросов | в пределах установленных лимитов выбросов | |
| Бензол | 21 | 105 |
| Фенолы | 683 | 3415 |
| Формальдегид | 683 | 3415 |
| Азота диоксид | 52 | 260 |
Для проведения расчетов использованы ранее полученные данные, приведенные в табл.4
Таблица 4.
Количество выбросов дизельного двигателя в мг/м3 при применении присадки (двигатель ЗИЛ-645, испытания по методике № 49 ЕЭК ООН)
| Ni, мг/кг топлива | Бензол | Фенол | Формальдегид | Оксиды азота |
| 0 | 9,8 | 0,8 | 38,5 | 124,0 |
| 1 | 9,0 | 0,6 | 36,5 | 82,0 |
| 2 | 4,1 | 0,35 | 36,5 | 60,8 |
| 3 | 8,2 | 0,3 | 37,8 | 46,4 |
Используя данные таблиц 3,4, пересчитано количество выбросов в их стоимость (табл. 5)
Таблица 5.
Пересчет количества выбросов загрязняющих веществ дизельным
двигателем в стоимость выбросов
| Ni, мг/кг топлива | Бензол | Стоимость, руб. | Фенол | Стоимость, руб. | Формаль-дегид | Стоимость (руб.) | Оксиды азота | Стоимость, (руб.) |
| 0 | 9,80 | 205,8 | 0,80 | 546,4 | 38,5 | 26295,5 | 124,0 | 6448,0 |
| 1 | 9,00 | 189,0 | 0,60 | 409,8 | 36,5 | 24929,5 | 82,0 | 4264,0 |
| 2 | 4,10 | 86,1 | 0,35 | 239,0 | 36,5 | 24929,5 | 60,8 | 3161,6 |
| 3 | 8,20 | 172,2 | 0,30 | 204,9 | 37,8 | 25817,4 | 46,4 | 2412,8 |
Изменение общей стоимости выбросов загрязняющих веществ дизельным двигателем представлена в табл. 6.
Таблица 6
Изменение стоимости выбросов загрязняющих веществ дизельным двигателем
| Концентрация присадки по никелю мг/кг топлива | 0 | 1 | 2 | 3 |
| Стоимость выбросов, руб. | 39943,7 | 34057,3 | 31579,8 | 31023,1 |
Данные таблицы 6 описываются уравнением
у = 1332,4х2 – 6921,2х +39869 (5)
с достоверностью аппроксимации 0,9978
Продифференцировав данное уравнение, получим:
х = 6921,2/ 2664 = 2,598
Таким образом, при применении присадки для снижения вредных выбросов дизельных двигателей — оптимальная концентрация присадки составит 2,60 мг/кг топлива по никелю.
Аналогично рассчитывается оптимальная концентрация присадки, применяемой для снижения вредных выбросов бензиновыми двигателями:
Количество вредных выбросов от концентрации введенной в топливо присадки для двигателя автомобиля УАЗ-452 при испытаниях по методике № 49 ЕЭК ООН приведены в табл.7
Таблица 7
Количество выбросов дизельного двигателя в мг/м3
при применении присадки (двигатель автомобиля УАЗ-452,
испытания по методике № 49 ЕЭК ООН)
| Ni мг/кг топлива | Бензол | Фенол | Формальдегид | Оксиды азота |
| 0 | 69 | 0,5 | 50 | 195 |
| 0,5 | 50 | 0,4 | 50 | 34 |
| 1 | 45 | 0,3 | 50 | 12 |
Используя данные табл. 3,7 произведен пересчет количества вредных выбросов бензинового двигателя в стоимость, табл.8
Таблица 8
Пересчет количества выбросов загрязняющих веществ бензиновым двигателем в стоимость выбросов
| Ni, мг/кг топлива | Бензол | Стоимость, руб. | Фенол | Стоимость, руб. | Формальдегид | Стоимость, руб. | Оксиды азота | Стоимость, руб. |
| 0,0 | 69,0 | 1449,0 | 0,5 | 351,5 | 50,0 | 34150,0 | 195,0 | 10140,0 |
| 0,5 | 50,0 | 1050,0 | 0,4 | 273,2 | 50,0 | 34150,0 | 34,0 | 1768,0 |
| 1,0 | 45,0 | 945,0 | 0,3 | 204,9 | 50,0 | 34150,0 | 12,0 | 624,0 |
Изменение общей стоимости выбросов загрязняющих веществ бензиновым двигателем представлено в табл. 9.
Таблица 9
Изменение стоимости выбросов загрязняющих веществ
бензиновым двигателем
| Концентрация присадки по никелю, мг/кг топлива | 0 | 0,5 | 1 |
| Стоимость выбросов, руб. | 46090,5 | 37241,2 | 35923,9 |
Данные таблицы 28 описываются уравнением
у = 15064х2 – 25231х + 46091 (6)
с достоверностью аппроксимации равной 1.
Продифференцировав данное уравнение, получим:
х = 25231/30128 = 0,837
При применении присадки для снижения вредных выбросов бензиновых двигателей — оптимальная концентрация присадки составит 0,84 мг/кг топлива по никелю.
Таким образом, используя для расчетов количество вредных выбросов дизельных и бензиновых двигателей и стоимость выбросов, рассчитаны оптимальные концентрации присадки для снижения токсичности отработавших газов, которые составляют:
- для дизельных двигателей 2,60 мг/кг топлива по никелю (24,05 мг присадки /кг топлива);
- для бензиновых двигателей 0,84 мг/кг топлива по никелю (7,77 мг присадки /кг топлива);
Выводы
- Автомобильные топлива, выпущенные в России в 1998 — 2004 гг. не соответствуют требованиям государственных стандартов Российской Федерации по различным показателям от 3 до 100%. Дизельные топлива, особенно зимние, не соответствуют требованиям мировой топливной хартии для всех категорий рынков. Ввиду отсутствия эффективного контроля со стороны государства за качеством автомобильных топлив и доступности газовых конденсатов, прямогонных бензинов и антидетонационных присадок в России созданы предпосылки для производства фальсифицированных автомобильных топлив.
- Реальный путь улучшения качества автомобильных топлив и снижения токсичности отработавших газов — применение присадок, улучшающих те или иные свойства автомобильных топлив. Наиболее эффективный путь — применение многофункциональных присадок. Исследованная многофункциональная присадка ценна тем, что она является универсальной — т.е. одинаково эффективной для автомобильного бензина и дизельного топлива, обладает высокой эффективностью по снижению нагара, удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов.
- Разработанную в ТюмГНГУ многофункциональную присадку, в связи с ее высокой моющей способностью, целесообразно вводить в топливный бак транспортного средства самим потребителем, что обеспечит её максимальные моющие свойства и чистоту топлива.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Барабаш В.Б., Куваева Е.Н., Магарил Е.Р. Влияние многофункциональной присадки «КМ» на расход топлива дизель-генератора 1АД9ДГ тепловоза 2ТЭ116. Тезисы доклада в материалах конференции «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки». Тюмень., 2002 — С. 235.
- Барабаш В.Б., Куваева Е.Н., Магарил Е.Р. Влияние многофункциональной присадки «КМ» на нагарообразование в бензиновых и дизельных двигателях. Тезисы доклада в материалах конференции «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки». Тюмень., 2002 — С. 236.
- Барабаш В.Б., Магарил Е.Р. Влияние многофункциональной присадки на процессы горения в ДВС. // Ж. Нефть и газ: Известия высших учебных заведений, - ТюмГНГУ, 2/2005. С. 87 — 88.
- Барабаш В.Б., Магарил Е.Р. Качество автомобильных топлив в России. // Труды Всероссийского молодежного научного симпозиума «Безопасность биосферы-2005», Екатеринбург, 2005. С. 31.
- Барабаш В.Б., Магарил Е.Р. Влияние многофункциональной присадки на снижение расхода топлива дизельными двигателями при снижении выбросов токсичных веществ. // Труды конференции «Менделеевские чтения», Тюмень, 2005. С. 70 — 73.
- Магарил Е.Р., Барабаш В.Б. Проблемы качества моторных топлив в России. // Труды конференции «Менделеевские чтения», Тюмень, 2005 С. 29 — 33.
- Барабаш В.Б., Магарил Е.Р. Обоснование оптимальной концентрации присадки применяемой для снижения удельного расхода горючего.// Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса», Екатеринбург., 2006. С. 57 — 59.
| Подписано к печати | Бум. Писч. № 1 |
| Заказ № | Уч. изд.л. 1,0 |
| Формат 60х84 1/16 | Усл. печ. л. 1,0 |
| Отпечатано на RISO GR 3750 | Тираж 100 экз. |
Издательство «Нефтегазовый университет»
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
625000, Тюмень, Володарского, 38
Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»
625000, Тюмень, ул. Володарского, 38
