ENG

Автобиография

Библиотека

Ссылки

Отчет о поиске

ДонНТУ

Портал магистров ДонНТУ


"Разработка мероприятий для уменьшения выбросов от АЗС"

Тарковская М.В.

ВВЕДЕНИЕ

Чем крупнее город, тем более в нем усложнены отношения между человеком и природой. Крупные города вследствие задымленности и запыленности атмосферы получают на 10-15% меньше солнечной радиации и на 10-30% больше осадков и тумана, чем неурбанизированные территории, в их атмосфере содержится на 2-3 порядка больше ядовитых соединений.

Современный благоустроенный город обеспечивает множество удобств жизни, то, что принято называть комфортом. Но не все задумываются над тем, что платить за этот комфорт людям приходится не чем иным, как собственным здоровьем и здоровьем своих детей.

Следовательно, экология городской жизни - это очень сложное явление, в котором биологические процессы, индустриально-технические и социальные условия должны развиваться, не противореча, друг другу, и в целом обеспечивать оптимальные условия жизни человека. Нет нужды доказывать, что сами собой эти условия не создаются. Нужны усилия, разумное и дальновидное отношение к проблеме экологии городской жизни. Наше время характеризуется бурным развитием городов и обострением проблем, связанных с взаимоотношением природы и общества. Одна из этих проблем – противоречие между ростом городов, с одной стороны, и стремлением сохранить живую природу в городских и пригородных территориях, с другой.

Экстенсивный характер развития производительных сил общества обусловил возрастание интенсивности и масштабов антропогенного воздействия на природную среду, привел к опасному рубежу локальных и региональных экологических кризисов и практически к повсеместному обострению угрозы экологических катастроф. Серьезную опасность представляет усиливающееся загрязнение природных сред - атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. При этом под антропогенным загрязнением природной среды понимается загрязнение, возникающее в результате деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на интенсивность природного загрязнения. Загрязнение характеризуется привнесением в среду или возникновением в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических и биологических агентов, также превышением в рассматриваемое время среднемноголетнего уровня концентрации перечисленных агентов в среде.

При решении проблем природопользования приходится исходить из признания невозможности полного предотвращения в настоящее время и в предвидимом будущем антропогенного влияния на природную среду даже при условии совершенствования производства и других сфер человеческой деятельности. Поэтому на первое место должно выдвигаться осуществление системы мер, направленных на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающих сохранение и восстановление природных ресурсов, предупреждающих прямое или косвенное влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека.

Проблемы улучшения условий окружающей среды в современном городе сложны и многообразны, но технически разрешимы. Решаются же они по-разному, в зависимости оттого, что является основным стимулом формирования среды города - получение прибыли или забота о человеке.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Ущерб, наносимый потерями нефтепродуктов на АЗС (слив, хранение, заправка) состоит не только в уменьшении топливных ресурсов и стоимости теряемых продуктов, но и в негативном воздействии на атмосферный воздух, а так же окружающую природную среду в целом.

Отрицательное влияние автозаправочных станций на окружающую среду, по сравнению с другими хранилищами нефтепродуктов, проявляется в большей мере. Это связано с тем, что, с одной стороны, выбросы происходят из источников высотой 2-3 м от поверхности земли, а с другой – преимущественное количество АЗС размещается в черте крупных мегаполисов с высокой плотностью застройки и значительной концентрацией автотранспорта.

Поэтому на данном развитии общества, при постоянном росте парка автомобильных средств, борьба с потерями нефтепродуктов является одним из актуальных направлений.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Целью данной работы является разработка мероприятий для уменьшения выбросов от АЗС.

Задачи:
      - Осуществить расчет выбросов нефтепродуктов на единицу топлива, для того, что бы затем можно было рассчитать количество выбросов для любой АЗС, с любым типом резервуара, зная только годовой объем хранения топлива (для упрощения расчета выбросов);
      - для выбранного объекта осуществить расчет количества выбросов нефтепродуктов;
      - рассмотреть физико-химические свойства бензинов с целью предложения оптимальной установки для их улавливания.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

На украинских АЗС не применяется не какие установки для снижения выбросов от АЗС, кроме газоуравнительной системы. Все имеющиеся разработки в данной области имеют ряд недостатков, а так же довольно высокую цену и длительный период окупаемости.

ЛОКАЛЬНАЯ СИТУАЦИЯ

(МАГИСТРЫ ПРОШЛЫХ ЛЕТ)

Магистром 2002 года выпуска Лукиной В.Е. была выполнена магистерская работа на тему «Влияние выбросов автозаправочных станций на состояние атмосферного воздуха г. Донецка». В работе рассмотрены АЗС, которые были построены за период 1998 – 2002 года (выбор периода обусловлен тем, что именно на 1998 год приходится начало интенсивного строительства АЗС). Так же был выполнен расчет рассеивания выбросов от АЗС по программе «ЭОЛ – плюс», в результате чего была получена карта рассеивания паров бензина (рисунок 1).

Карта рассеивания паров бензина

Рисунок 1. Карта рассеивания паров бензина

В данной работе была предложена газоуравнительная система для уменьшения выбросов на АЗС, но на данный момент это уже не актуально, т.к. практически все АЗС уже оснащены ею, следовательно, необходима новая установка для рекуперации паров бензина которые «гуляют» по газоуравнительной системе.

МИРОВАЯ СИТУАЦИЯ

Потери углеводородов при «больших дыханиях» вызваны сжатием паровоздушной смеси (ПВС) в газовом пространстве (ГП) резервуара поступающим в него жидким нефтепродуктом. Когда давление в ГП достигнет некоторого предельного значения, происходит выброс части ПВС в атмосферу через специальный «дыхательный» клапан. Потери от «больших дыханий» определяются рядом факторов:

      - Объемом;
      - температурой и газонасыщенностью закачиваемого в резервуар нефтепродукта;
      - концентрацией паров нефтепродукта в ПВС;
      - давлением в ГП.

Мировая практическая реализация этих путей в виде организационно-технических решений представлена на рисунке 2.

Средства сокращения потерь от испарения лёгких фракций

Рисунок 2. Средства сокращения потерь от испарения лёгких фракций

Но в настоящее время наибольшее распространение за рубежом в качестве средств сокращения потерь углеводородов получили плавающие крыши (ПК) и понтоны. Они обеспечивают значительную степень сокращения потерь и относительно дешевы и просты. Доля резервуаров с ПК и понтонами за рубежом превышает 60 % от общего числа резервуаров. В Росси доля резервуаров с ПК и понтонами составляет около 20 %, однако, эти средства сокращения потерь являются одними из самых распространенных, так как до сих пор велико число резервуаров, не имеющих никаких средств сокращения потерь от испарений.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ВЫБРОСЫ ОТ ЕМКОСТИ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ЕДИНИЦУ ТОПЛИВА

Расчет выбросов при сливе нефтепродуктов определяется по формуле:

Пц=0,248*Vжц*Ps(38)*Mn(K5x+K5m) *10-9

Расчет выбросов при хранении нефтепродуктов определяется по формуле:

Пц=2,52*Vжц*Ps(38)*Mn(K5x+K5m) *К6*К7*10-9

Расчет выбросов при отпуске нефтепродуктов определяется по формуле:

Пц=2,52*Vжц*Ps(38)*Mn(K5x+K5m) *К6*К7*К9*10-9

Где:

Vжц - объем жидкости поступающей в емкость в течении года;

K5x и K5m - коэффициенты зависящие от давления насыщенных парови температуры газового пространства;

Mn - молекулярная масса паров жидкости;

К6, К7, К9 - определяются по таблицам;

Ps(38) - давление насыщенных паров жидкости при температуре 38 град.С

Температура за 6 холодных и 6 теплых месяцев определяется по формулам:

tpгх=К1х+К2х+taх+К3х+ tpжх

tpгm=К4(К1m+К2m+tam+К3m+ tpжm)
Где:

taх, tam - среднее арифметическое значение температуры атмосферного воздуха.

Значение давления насыщенных паров определяется в зависимости от эквивалентной температуры:

tэкв=tнк+(tкк-tнк)/8,8

Где:

tнк, tкк - температура начала и конца кипения многокомпонентной жидкости.

Полученные результаты приведенны в таблице 1.

Таблица 1. - Количества выбросов на единицу топлива, кг/час

Тип резервуара Наземный Подземный
окраска - черная алюминиевая теплоотражающая эмаль
При сливе:
А-80		 1,617*10-5 1,418*10-5 1,253*10-5 1,212*10-5
А-92 1,422*10-5 1,244*10-5 1,253*10-5 1,066*10-5
А-95 1,516*10-5 1,326*10-5 1,167*10-5 1,137*10-5
А-98 1,516*10-5 1,326*10-5 1,167*10-5 1,137*10-5
ДТ 2,67*10-8 2,336*10-8 2,057*10-8 1,992*10-8
При хранении:
А-80		 1,033*10-4 9,057*10-5 8,005*10-5 7,744*10-5
А-92 9,457*10-5 8,275*10-5 7,285*10-5 7,093*10-5
А-95 1,22*10-4 1,068*10-5 9,4*10-5 9,152*10-5
А-98 1,22*10-4 1,068*10-5 9,4*10-5 9,152*10-5
ДТ 7,149*10-8 6,255*10-8 5,507*10-8 5,332*10-8
При отпуске:
А-80		 9,251*10-6 8,361*10-6 7,624*10-6 5,392*10-6
А-92 6,62*10-6 5,792*10-6 5,099*10-6 4,938*10-6
А-95 8,542*10-6 7,474*10-6 6,58*10-6 6,406*10-6
А-98 8,542*10-6 7,474*10-6 6,58*10-6 6,406*10-6
ДТ 5,004*10-9 4,379*10-9 3,855*10-9 3,733*10-9

Для того, что бы посчитать количество выбросов для любой из АЗС, необходимо число из таблица умножить на годовое количество топлива хранящееся на АЗС.

Таким образом были полученны количества выбросов от выбранной АЗС в качестве объекта (таблица 2).

Таблица 1. - Количества выбросов на единицу топлива, кг/час

Тип бензина Количество выбросов нефтепродуктов, кг/час
при сливе при хранении при заправке
А-80 0,011 0,073 6,772*10-3
А-92 0,01 0,067 4,692*10-3
А-95 0,011 0,086 6,054*10-3
А-98 0,011 0,086 6,054*10-3
ДТ 1,682*10-5 4,504-5 3,153*10-6

РАССМОТРЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕНЗИНОВ

ДЕТОНАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ

Одним из основных показателей качества автомобильных бензинов является их детонационная стойкость, от которой в наибольшей степени зависят надежность, повышение мощности, экономичность и продолжительность эксплуатации двигателя автомобиля.

Разработка методов оценки антидетонационных свойств бензинов началась в 1918—1919 гг. почти одновременно с изучением явления детонации в двигателях, когда Г. Рикардо создал двигатель с переменной степенью сжатия и предложил оценивать топливо значением степени сжатия, при котором двигатель развивает максимальную мощность. Этот показатель был назван наивысшей полезной степенью сжатия. Дальнейшие исследования показали несостоятельность метода, так как значение наивысшей полезной степени сжатия не только не оставалось постоянным при переходе на другой двигатель, но изменялось даже при работе на одном и том же двигателе в зависимости от условий окружающей среды. Позже был разработан метод оценки детонационной стойкости топлива с помощью топливных эквивалентов, основанный на сравнении антидетонационных качеств испытуемого топлива с антидетонационными свойствами некоторых определенных видов топлива, принятых за эталон. В качестве эталонных видов топлива выбирались два: одно из которых детонирует слабо, а другое — сильно, с таким расчетом, что все виды топлива, подлежащие испытанию, по своей склонности к детонации находились между выбранными эталонами. За величину, характеризующую антидетонационные качества топлива, было принято процентное содержание слабодетонирующего топлива в эталонной смеси, эквивалентной по детонационной стойкости исследуемому образцу.

Введение сравнительной оценки антидетонационных свойств бензина дало возможность оценивать эти качества с помощью некоторой условной единицы, а также контролировать антидетонационные качества топлива на специальных одноцилиндровых моторных установках, что существенно упростило испытания. Сравнительные испытания проводили на разнообразных установках (двигателях) и при различных режимах работы. В качестве эталонных топлив применяли бензол, толуол, спирт, которые смешивали с каким-либо легкодетонирующим бензином. Однако такие эталоны не позволяли получать удовлетворительные результаты, так как условия работы двигателя на бензоле, толуоле и спирте значительно отличаются от условий работы на товарных бензинах. Кроме того, при использовании в качестве легкодетонирующего эталона промышленного бензина невозможно повсеместно обеспечить строгое постоянство его антидетонационных качеств.

Накопленный опыт показал, что относительное расположение топливо по антидетонационным свойствам не является постоянным, а зависит в значительной степени от режима работы испытательной установки, метод сравнения топлива с эталоном, состава сравниваемых видов топлива и т. д. В связи с этим возникла необходимость установить единую единицу измерения, оценивающую антидетонационные качества топлив, а также разработать единообразные условия испытания.

В качестве эталонного топлива стали применять химически чистые углеводороды — сильнодетонирующий нормальный гептан и слабодетонирующий изооктан (2,2,4-триметилпентан) и их смеси, удовлетворяющие основным требованиям к эталонному топливу: постоянный состав и возможность получения идентичного качества; длительный срок хранения; антидетонационные свойства, охватывающие весь диапазон бензинов; близость условий сгорания в двигателе к условиям сгорания товарных бензинов.

В качестве показателя антидетонационных свойств бензинов, получившего название «октановое число», было принято содержание изооктана в смеси с нормальным гептаном, которая эквивалентна по своим антидетонационным качествам испытуемому топливу. Октановое число химически чистого нормального гептана принято за 0, а октановое число химически чистого изооктана — за 100.

Составляя смеси изооктана с нормальным гептаном в объемных процентах, можно получить эталонные смеси с детонационной стойкостью от 0 до 100 единиц. Из-за трудности подбора эталонного топлива, идентичного испытуемому, ограничились подбором двух эталонных смесей с таким расчетом, чтобы испытуемое топливо по своей детонационной стойкости лежало между ними. При условии, что детонационная стойкость подобранных смесей близка, эквивалентная смесь может быть найдена расчетом, исходя из пропорциональности между изменением октанового числа эталонов и показаниями прибора, регистрирующего детонацию.

Применение такой методики вызвало необходимость измерения интенсивности детонации. Основное требование, предъявленное к способу оценки интенсивности детонации при сравнении топлив, заключается в простоте измерения и получения отсчета непосредственно во время испытаний. Как известно, работа двигателя с детонацией сопровождается появлением стука, а также резким повышением давления в конце сгорания. Именно эти явления были использованы для измерения интенсивности детонации.

Детонационную стойкость автомобильных бензинов определяют на одноцилиндровых установках УИТ-85 (УИТ-65) отечественного производства и установках фирмы «Вокеша» (США). Появившиеся в последнее время в России различные «октанометры» отечественного и зарубежного производства, работающие на принципах измерения диэлектрической проницаемости, углеводородного состава и др., не имеют ничего общего с моторными установками, на которых определяют октановые числа бензинов. В технологических процессах на нефтеперерабатывающих заводах целесообразно использовать различные индикаторы косвенной оценки детонационной стойкости компонентов, но определение октановых чисел товарных бензинов следует определять только на моторных установках.

Длительное время показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов было октановое число, определяемое по моторному методу. Однако на практике было установлено, что октановое число по моторному методу коррелирует с детонационными требованиями полноразмерных двигателей при работе на максимальных мощностях и напряженном тепловом режиме и недостаточно полно отражает всю характеристику детонационной стойкости автобензинов в условиях эксплуатации. В связи с этим был разработан исследовательский метод определения октановых чисел, который характеризует детонационную стойкость автомобильных бензинов в условиях работы двигателя на частичной нагрузке и меньшей тепловой напряженности (движение по городу).

Разница между октановыми числами по исследовательскому методу и моторному методу одного и того же бензина называется чувствительностью. Чем меньше чувствительность, тем лучше антидетонационные свойства бензина. Например, один бензин АИ-95 имеет октановое число по исследовательскому методу (и.м.) 95 ед., а по моторному методу (м.м.) — 86 ед., а второй бензин — 95,6 ед, по и.м. и 85 ед. по м.м. Чувствительность в первом случае меньше и, следовательно, антидетонационные свойства его лучше. Даже если бензин имеет соответствующие стандарту или техническим условиям значения октановых чисел по моторному и исследовательскому методам, есть вероятность того, что антидетонационная характеристика бензина не в полной мере отвечает требованиям двигателя.

Соответствие качества бензина и требований двигателя оценивается сопоставлением фактических октановых чисел при стендовых испытаниях двигателя на установившихся режимах и дорожных октановых чисел на режимах разгона автомобиля с требованиями двигателей к октановым числам на этих режимах. Методы оценки этих показателей соответствия регламентированы стандартом и введены в комплекс методов квалификационной оценки.

Повышение детонационной стойкости бензина также уменьшает вероятность самопроизвольного воспламенения рабочей смеси. Источниками воспламенения могут служить перегретые выпускные клапаны, свечи, кромки прокладок, тлеющие частицы нагара и т. п. Это явление, нарушающее нормальный процесс сгорания, получило название калильного зажигания. Наиболее опасно преждевременное воспламенение (до момента подачи искры), так как оно приводит к снижению мощности, ухудшению экономичности, повышению риска возникновения детонации. Вероятность возникновения преждевременного воспламенения зависит от склонности топлива к образованию нагара в камере сгорания двигателя и свойств образующегося нагара. При сгорании бензинов, содержащих металлоорганические антидетонаторы и большое количество ароматических углеводородов, вероятность появления калильного зажигания и преждевременного воспламенения очень высока.

Некоторые автолюбители для повышения октанового числа бензина добавляют в него нафталин. Действительно, имеются зарубежные патенты, в которых описано использование во впускной системе двигателя «патронов» с нафталином для борьбы с детонацией при разгонах и на высоких скоростях движения автомобиля. Как известно, нафталин возгоняется, и воздух, проходящий через «патрон», насыщается парами нафталина. Чем выше скорость воздуха, тем больше поступает в газообразном виде нафталина в двигатель и снижается вероятность появления детонации. Однако применять нафталин, растворяя его в бензине, не имеет смысла, так как при понижении температуры топлива он будет образовывать кристаллы, которые могут забивать фильтры. Кроме того, нафталин способствует нагарообразованию в камере сгорания. Подавлять детонацию в двигателе можно с помощью впрыска воды. Подача воды в двигатель как способ предотвращения возникновения детонации является одним из наиболее известных и доступных направлений. Механизм действия воды на процессы смесеобразования и рабочий процесс двигателя достаточно известен и изучен. Он связан прежде всего с охлаждением заряда рабочей смеси и деталей цилиндрово-поршневой группы, и таким образом вода понижает требования двигателя к октановому числу применяемого бензина.

Вода не участвует непосредственно в процессе сгорания, но она имеет высокую теплоту испарения 530 ккал/кг, а бензин — 80 ккал/кг, и ее пары, обладая большой теплоемкостью, оказывают существенное влияние на скорость сгорания рабочей смеси, температуру и давление рабочего цикла. Антидетонационный эффект воды проявляется в результате охлаждения заряда рабочей смеси, цилиндра и его деталей (снижение теплонапряженности двигателя) и действия водяного пара как инертной среды на рабочий процесс в двигателе. Добавка воды к бензину снижает тепловые нагрузки двигателя, повышает коэффициент наполнения и снижает содержание окислов азота в отработавших газах. Введение воды в количестве 10% от расхода топлива снижает требования двигателя к октановому числу бензина на 2—3 ед. Реализация подачи воды во впускной трубопровод с технической точки зрения не представляет особых трудностей, и автолюбители для подобных целей используют различные простейшие устройства. Например, подача пара из радиатора. Добавка воды к бензину, применяемому на современных автомобилях, только ухудшает их топливную экономичность.

ИСПАРЯЕМОСТЬ БЕНЗИНА

Испаряемость бензина оценивается показателями фракционного состава и летучести (давление насыщенных паров, потери от испарения и склонность к образованию паровых пробок). Испаряемость бензина должна обеспечивать оптимальный состав топливовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя независимо от способа ее приготовления. По способу приготовления смеси топлива с воздухом различают двигатели карбюраторные, в которых состав топливовоздушной смеси в основном задается конструкцией карбюратора, и инжекторные (с впрыском), в которых состав смеси регулируется электронной системой в зависимости от состояния двигателя и условий его работы.

С испаряемостью бензина связаны такие характеристики двигателя, как пуск при низких температурах, вероятность образования паровых пробок в системе питания в летний период, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, а также износ цилиндро-поршневой группы и расход топлива. Фракционный состав бензинов характеризуется температурами начала перегонки и выкипания: 10, 50, 90% объема бензина, конца кипения; объемом остатка в колбе и потери (%). В последнее время чаще стали пользоваться объемами (%) испарившегося бензина при температуре 70, 100, 180 град.С.

Характеристику бензина по холодному запуску принято связывать с температурой перегонки 10% бензина или объемной долей (%) бензина, перегоняемого при 70 град.С. Большинство современных автомобилей отличаются хорошей характеристикой по холодному запуску, и значимость этого показателя спецификации как фактора, ограничивающего запуск, несколько снизилась при условии достаточной испаряемости для прогрева и обеспечения управляемости при движении. Как характеристика прогрева, так и характеристика управляемости при движении в общем чувствительны к испаряемости средних фракций, обозначаемой в спецификациях температурной перегонки 50% бензина или объемной долей бензина, перегоняемого при 100 град.С. Содержание тяжелых фракций бензина ограничивают, так как в определенных условиях эксплуатации они могут испаряться не полностью и попадать в цилиндры двигателя в жидком состоянии. При этом топливо в цилиндрах смывает масляную пленку, из-за чего увеличивается износ, разжижается масло, повышается расход топлива.

В спецификациях на автомобильные бензины предусмотрены ограничения на давление насыщенных паров, в зависимости от климатических условий. Эту физическую характеристику топлива рассматривают как фактор, влияющий на надежность работы топливной системы, а также на потери от испарения, загрязняющие атмосферу при хранении, транспортировании и применении бензина. В лабораторных условиях давление насыщенных паров определяют при температуре 37,8 град.С и регламентированном соотношении паровой и жидкой фаз. Испаряемость топлива влияет на выбросы автомобилей, причем это влияние особенно проявляется при эксплуатации автомобиля в условиях холодной и жаркой погоды. В холодную погоду низкая испаряемость увеличивает продолжительность запуска двигателя, и поскольку топливовоздушная смесь экстремально обогащена, то выбросы несгоревших углеводородов очень велики. Во время прогрева двигателя недостаточная испаряемость бензина приводит к обеднению смеси в начале ускорения, и, если автомобиль отрегулирован на режим, близкий к пределу обеднения, то могут возникнуть проблемы приемистости из-за чередования периодов, когда топливовоздушная смесь находится за пределами диапазона воспламенения. В такие периоды увеличиваются выбросы несгоревших углеводородов и оксида углерода.

Для автомобилей, имеющих воздушную заслонку с ручным управлением, проблемы приемистости могут быть смягчены путем усиленного дросселирования в течение продолжительного времени, но это приводит к еще большему обогащению смеси и, следовательно, к увеличению выбросов несгоревших углеводородов и оксида углерода. В жаркую погоду основная проблема заключается в образовании паровых пробок в результате испарения бензина в топливном насосе и в трубопроводах подачи топлива, что ограничивает подачу топлива в двигатель. Это приводит к обеднению смеси и ухудшению приемистости либо, в экстремальных условиях, к остановке двигателя. На автомобилях с карбюраторными двигателями высокая испаряемость может также привести к кипению топлива в поплавковой камере, вследствие чего в цилиндры поступает очень богатая топливовоздушная смесь и, как результат, увеличиваются выбросы оксида углерода и несгоревших углеводородов.

ХИМИЧЕСКИЙ И УГЛЕВОДОРОДНЫЙ СОСТАВ

Химический состав бензинов характеризуют групповым углеводородным составом, т. е. содержанием в них ароматических, олефиновых, нафтеновых и парафиновых углеводородов. Кроме углеводородов в бензине в незначительном количестве содержатся гетероатомные углеводородные соединения, которые включают серу, кислород и азот. Они попадают в бензин из перерабатываемой нефти, а кислородные соединения образуются в процессе окисления углеводородов при хранении бензина. Компоненты бензина не содержат металлоорганических соединений нефти, которые концентрируются, как правило, в высококипящих фракциях. С целью улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств автобензинов в их состав в ограниченных количествах вовлекают кислородсодержащие компоненты (простые эфиры и спирты), а также специальные антидетонационные присадки, в том числе и металлсодержащие. Для ограничения содержания антидетонационных присадок в спецификациях на бензины предусмотрены максимально допустимые концентрации свинца, марганца, железа.

Содержание серы. Увеличение содержания сернистых соединений в бензине приводит к повышению нагарообразования и износа деталей двигателя, старению моторного масла, а также оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды как непосредственно — выбросы оксидов серы, твердых частиц, так и косвенно — снижение эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Содержание ароматических углеводородов и в первую очередь бензола. Повышение содержания ароматических углеводородов в бензине, как правило, ведет к соответствующему увеличению их в выбросах несгоревших углеводородов. Существенно менее отчетливо выражена эта связь с концентрацией канцерогенных полиароматических углеводородов: при увеличении ароматических углеводородов за счет использования толуола в бензине не отмечается увеличения выбросов бенз (альфа) пирена с отработавшими газами двигателя.

Одним из однозначно установленных последствий повышения содержания ароматических углеводородов в бензине является увеличение выбросов в окружающую среду бензола. Проведенными исследованиями установлено, что существует линейная зависимость между содержанием бензола в бензине и его концентрацией во всех видах выбросов несгоревших углеводородов: отработавших газах, испарениях из топливной системы; при заправке автомобиля топливом. Для автомобилей, не оборудованных каталитическим нейтрализатором, основным источником выбросов бензола в атмосферу являются отработавшие газы (около 70%), меньшую роль играет поступление с испарениями (20%), в еще меньшей степени влияют потери при заправке (10%). Экспериментальные оценки показали, что общая эмиссия бензола увеличивается примерно на 2 мг/км на каждый процент увеличения объемного содержания бензола в бензине.

Содержание олефиновых углеводородов. Содержание бензола в отечественных автобензинах не должно превышать 5,0 % об. Содержание бензола в основных компонентах: стабильном катализате риформинга 2,0 — 7,0% об., бензи- • не каталитического крекинга 1,0 — 3,5% об., бензине прямой перегонки 0,5 — 1,5% об.
Максимальное содержание олефиновых углеводородов в товарных автобензинах не должно превышать 18%, так как они являются основным источником образования смолистых веществ в бензине. Увеличение содержания олефиновых углеводородов также влияет на повышение эмиссии в окружающую среду озонообразующих веществ и токсичных диеновых соединений с отработавшими газами.

ВЯЗКОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ

Вязкость — один из важнейших показателей качества моторного топлива. От вязкости зависит надежность работы топливной аппаратуры, возможность использования топлива при низких температурах, противоизносные свойства, процесс испарения и сгорания топлива. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамическая вязкость измеряется в пуазах, а единицей кинематической вязкости является стоке (см2/с).

Вязкость бензина зависит от его химического и фракционного состава. При увеличении содержания ароматических и нафтеновых углеводородов и утяжелении фракционного состава топлива его вязкость возрастает. В настоящее время вязкость автомобильных бензинов в спецификациях не нормируется. Вязкость автобензинов зависит от температуры, при которой они находятся. С понижением температуры и повышением давления вязкость бензинов возрастает.

Для определения вязкости используют приборы, которые называются вискозиметры. Плотность является как физической характеристикой бензина, так и эксплуатационным показателем: при пересчете объема и массы бензина на местах производства, потребления, при транспортировании, а также при определении топливной экономичности, запаса хода, установления конструктивных и регулировочных параметров узлов и агрегатов.

По плотности можно ориентировочно судить и об углеводородном составе бензина, поскольку значения ее для различных групп углеводородов различны. Так, для фракций с одинаковыми температурами начала и конца кипения плотность наименьшая, если они состоят из парафиновых углеводородов, и наибольшая, если содержат в основном ароматические углеводороды.

ХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ

Химическая стабильность бензина характеризует его способность противостоять окислению и химическим изменениям при длительном хранении, транспортировании и применении в двигателе (в системе питания). Химическая стабильность бензинов прежде всего связана с наличием в их составе непредельных углеводородов, которые характеризуются повышенной склонностью к окислению. Наиболее склонны к окислению углеводороды, имеющие сопряженные двойные связи, особенно циклические. Мало устойчивы против окисления и ароматические углеводороды с двойной связью в боковой цепи. С разветвлением молекулы олефина и при приближении двойной связи к ее середине стабильность олефинов понижается. Углеводороды (диены) с удаленными друг от друга двойными связями по стабильности приближаются к олефинам. Под влиянием температуры, кислорода, воздуха, каталитического воздействия металлов (свинца и др.) они быстро окисляются и полимеризуются с образованием смолистых веществ и кислот.

Образование смолистых веществ в результате окисления непредельных углеводородов под воздействием кислорода воздуха при обычных температурах проходит ряд промежуточных стадий. Первичными продуктами окисления углеводородов являются гидропероксиды — соединения мало устойчивые и склонные к быстрому превращению по различным направлениям в зависимости от условий окисления. При низких температурах, характерных для хранения бензинов, гидропероксиды в основном взаимодействуют с исходными углеводородами с преимущественным образованием спиртов, которые, окисляясь, образуют альдегиды, кетоны и кислоты, которые, в свою очередь, претерпевают дальнейшие изменения. Наряду с этим гидропероксиды непредельных углеводородов способны полимеризоваться и инициировать реакции полимеризации непредельных углеводородов, приводя к образованию смолистых веществ.

В начальной стадии окисления содержание в бензине смолистых веществ незначительно, и они полностью растворимы в нем. По мере дальнейшего окисления количество смолистых веществ возрастает, строение их усложняется и растворимость в бензине снижается. На некоторой стадии окисления бензина растворимость смолистых веществ падает настолько, что они выпадают из топлива и осаждаются на стенках и дне емкостей, трубопроводов или баке и топливной системе автомобиля.

Склонность автомобильных бензинов к смолообразованию зависит от температуры: резко возрастает с ее повышением, от поверхности соприкосновения бензинов с воздухом и металлами, от интенсивности обмена воздуха, а также от каталитического воздействия металлов. Сильное воздействие на химическую стабильность бензина оказывают медь и ее сплавы.

Металл может попасть в бензин непосредственно из нефти при ее переработке, при контакте с металлическими поверхностями при транспортировании и перекачках, от остатков химических реагентов, применяемых при вторичных процессах переработки. Большинство металлов, обладая каталитической способностью, уменьшают индукционный период, увеличивают образование смолистых отложений. Для повышения химической стабильности автомобильных бензинов в их состав добавляют антиокислители и деактиваторы металлов.

Кислотность и содержание фактических смол характеризуют содержание в бензине конечных продуктов окисления на момент их определения. По ним можно судить о запасе качества бензина, т. е. о разнице между допустимым и фактическим содержанием продуктов окисления. Индукционный период и сумма продуктов окисления характеризуют скорость окисления бензинов в процессах хранения и применения. Индукционный период — наиболее распространенный стандартный показатель стойкости бензина против окисления. Метод определения индукционного периода основан на определении времени, в течение которого бензин, находящийся в среде кислорода при повышенных давлении и температуре, практически не подвергается окислению.

Кислотность и содержание фактических смол характеризуют содержание в бензине конечных продуктов окисления на момент их определения. По ним можно судить о запасе качества бензина, т. е. о разнице между допустимым и фактическим содержанием продуктов окисления. Индукционный период и сумма продуктов окисления характеризуют скорость окисления бензинов в процессах хранения и применения. Индукционный период — наиболее распространенный стандартный показатель стойкости бензина против окисления. Метод определения индукционного периода основан на определении времени, в течение которого бензин, находящийся в среде кислорода при повышенных давлении и температуре, практически не подвергается окислению.

КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ И ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА

Автомобильные бензины должны быть химически нейтральными и не вызывать коррозию металлов емкостей, а продукты их сгорания — коррозию деталей двигателя. Коррозионная активность бензинов и продуктов их сгорания зависит от содержания общей и меркаптановой серы, кислотности, содержания водорастворимых кислот и щелочей, присутствия воды. Эти показатели нормируют в спецификациях на автобензины.

Присутствие активных сернистых соединений в бензине определяют испытанием на медной пластинке. Все сернистые соединения, содержащиеся в бензине, по коррозионному воздействию на металлы при обычных температурах подразделяют на соединения «активной серы» и соединения «неактивной серы». В первую группу входят сероводород, свободная сера и меркаптаны, т. е. соединения, которые могут вступать в химическое взаимодействие с металлами при обычных температурах. Остальные сернистые соединения относят ко второй группе. Проба на медную пластинку довольно чувствительна для определения содержания в бензинах сероводорода и свободной серы. При отрицательной пробе содержания сероводорода в бензине не превышает 0,0003%, а свободной серы — 0,0015%.

Меркаптаны могут присутствовать в значительном количестве даже в тех бензинах, которые дают отрицательную пробу на медную пластинку. Содержание меркаптановой серы в товарных бензинах не должно превышать 0,001%.

Водорастворимые кислоты и щелочи являются случайными примесями бензина. Чаще всего в бензинах может присутствовать щелочь после щелочной очистки из-за недостаточной отмывки ее водой. Щелочи корродируют алюминий, поэтому присутствие их в бензинах недопустимо. Попадание в бензин водорастворимых кислот, в частности сульфокислот, образующихся при глубоком окислении некоторых сероорганических соединений, вызывает сильную коррозию металлов. Введение в состав бензинов спиртов и эфиров повышает их гигроскопическую и коррозионную активность. При попадании влаги в бензины коррозия металлов приобретает электрохимический характер, и скорость ее резко возрастает.

Спецификацией на бензины предусмотрено отсутствие в нем воды. Однако вода в бензине может находиться в растворенном состоянии, а также попадать в топливные емкости и накапливаться в них в свободном состоянии. Количество воды, находящейся в свободном состоянии, зависит от условий транспортирования и хранения.

СОВМЕСТИМОСТЬ С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ: РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИМИ ИЗДЕЛИЯМИ, УПЛОТНЕНИЯМИ, ФИЛЬТРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И Т. Д.

Автомобильные бензины не должны оказывать отрицательного влияния на материалы, с которыми они контактируют в процессе изготовления, транспортирования, хранения и применения. При воздействии бензинов на резины, уплотнения и другие материалы они могут набухать, растрескиваться, терять свои прочностные характеристики и разрушаться. Агрессивное воздействие топлива на резины и герметики в основном связано с вымыванием из них антиокислителя и дальнейшем разрушением, обусловленным образованием пероксидов при окислительных процессах, происходящих в самом топливе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа эксплуатационные свойства классов бензинов можна свести в виде следующей таблицы:

Таблица 2. - Эксплуатационные свойства классов бензинов

Наименование свойства Класс бензина
1 2 3 4 5
Давление насыщенных паров
min
max

35
70

45
80

55
90

60
95

80
100
Температура начала перегонки,град.С, не ниже 35 35 Не нормируется
Пределы перегонки, град.С, не выше:
10%
50%
90%

75
120
190

70
115
185

65
110
180

60
105
170

55
100
160
Конец кипения, град.С, не выше 215

Соответственно, можно сделать вывод, метод рекуперации паров нефтепродуктов должен иметь такие физико-химические характеристики, что бы не требовались большие затраты, на их воссоздание (не выгодно для таких маленьких предприятий как АЗС), но лежать в границах эксплуатационных свойств. Наиболее оптимальной установкой будет являтся УУПБА, так как она имеет относительно небольшие размеры, что очень важно для уже существующих АЗС, т.к. они не всегда могут получить разрешение на дополнительный отвод земли.

Российским научно производственным объединением «Химавтоматика» была разработана установка для улавливания паров бензина.

Установка улавливания паров бензина (УУПБА) представляет собой Уникальное и единственное в своем роде серийно производимое оборудование для автозаправочных станций, позволяющее защитить окружающую атмосферу от вредного воздействия паров бензина (рисунок 3).
Установка УУПБА
Рисунок 3. Установка УУПБА (картинка анимирована: 4 кадра, 15 итераций)

Назначение: Установка УУПБА предназначена для улавливания выбросов в атмосферу легких углеводородов при приеме топлива в резервуары АЗС, а также при его хранении. Применяется на АЗС и АЗК.

Принцип действия: Стационарная установка УУПБА представляет собой специальный аппарат типа адсорбера, состоящий из двух фильтров-поглотителей термических, снаряженных специально - разработанным сорбентом, блока автоматической регулировки температур (БАРТ) и ряда вспомогательных устройств. УУПБА осуществляет адсорбцию паров топлива во время заполнения резервуара и десорбцию их обратно в резервуар при выдаче топлива потребителю.

При осуществлении операции по наполнению резервуара топливом из автоцистерны создается избыточное давление (напором столба топлива или насосом), которое вытесняет паро-воздушную смесь топлива из свободного пространства резервуара через фильтры-поглотители, где пары адсорбируются, а очищенный от них воздух через дыхательный пневмоклапан выбрасывается в атмосферу.

При хранении топлива атмосферный воздух поступает в свободное пространство резервуара, а пары топлива выходят из него (при суточных или сезонных колебаниях давления и температур) только через установку.

Десорбция паров бензина начинается автоматически в условиях принудительного прогрева сорбента при температурах 90°C - 130°C независимо от раздачи топлива потребителям. После включения БАРТ установка автоматически поддерживает тепловой режим, достаточный для очистки сорбента. В процессе отпуска топлива потребителям в резервуаре создается вакуум за счет понижения уровня, обеспечиваемого насосами топливораздаточных колонок. Разрежение вызывает открытие предохранительных клапанов и втягивание атмосферного воздуха, который проходит через фильтрующий элемент в резервуар и вызывает процесс дополнительной десорбции, при котором пары топлива попадают обратно в резервуар, где они в дальнейшем конденсируются.

Технические характеристики:
      - Пропускная способность (производительность) - 22 м3/ч;
      - степень улавливания - 60 - 90%;
      - потребляемая электрическая мощность - не более 4 КВт;
      - напряжение сети - 220В;
      - срок службы установки - 10 лет;
      - ресурс сменных фильтров - не менее 3 лет.

Достоинства:
      - Не требуется постоянное техническое обслуживание;
      - удобство в эксплуатации;
      - экономия топлива (4000 литров в год для средней АЗС).

Назначение: Установка УУПБА предназначена для улавливания выбросов в атмосферу легких углеводородов при приеме топлива в резервуары АЗС, а также при его хранении. Применяется на АЗС и АЗК.

На данный момент магистерская работа не завершена и находится в разработке.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Гуреев А. А., Азев В. С. Автомобильные бензины. Свойства и применение. — М.: Нефть и газ, 1996. — 444 с.
  2. Данилов А. М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. — М.: Химия, 1996. - 232 с.
  3. Данилов А. М. Применение присадок в топливах для автомобилей. Справочник. — М.: Химия, 2000. — 232 с.
  4. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник. — М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. — 596 с.
  5. Перспективные автомобильные топлива. — М.: Транспорт, 1982.— 319с.
  6. Гуреев А. А., Жаров Ю. М., Смидович Е. В. Производство высокооктановых бензинов. -М.: Химия, 1981. — 224 с.
  7. Данилов А. М., Емельянов В. Е., Митусова Т. Н. Разработка и производство экологически улучшенных моторных топлив. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1994. — 53 с.
  8. Бондарев В. А., Зоря Е. И., Цагарели Д. В. Операции с нефтепродуктами. Автозаправочные станции. — М.: Издательство «Паритет», 1999. — 338 с.
  9. Цагарели Д. В., Зоря Е. И., Багдасаров Л. Н. Сохранность нефтепродуктов. — М.: ГУП Издательство «Нефть и газ», 2002. - 384 с.
  10. Сафонов А. С., Ушаков А. И., Чечкенев И. В. Автомобильные топлива: Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент. — СПб.: Издательство «НПИКЦ», 2002. — 264 с.
  11. http://www.lib.virginia.edu/brown/guides/s-chprop.htm/
  12. http://www.las-cruces.org/utilities/CleanCities/alternative-fuels.shtm/

Вверх


ENG

Автобиография

Библиотека

Ссылки

Отчет о поиске

ДонНТУ

Портал магистров ДонНТУ