CZ306196B6

CZ306196B6 - Palivo na bázi bionafty

Info

Publication number: CZ306196B6
Application number: CZ2011-650A
Authority: CZ
Inventors: Radomír Adamovský; Martin Polák
Original assignee: Česká zemědělská univerzita v Praze
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2016-09-21
Also published as: CZ2011650A3

Abstract

Palivo je tvořeno směsí bionafty a etanolu, kterážto směs obsahuje 1 až 10 objemových dílů etanolu a jako zbytek do 100 objemových dílů bionaftu. Jeho optimální složení spočívá v 2 objemových dílech etanolu a 98 objemových dílech bionafty, která obsahuje metylester řepkového oleje a ropnou naftu, přičemž do směsi je přidán kosolvent.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká paliva na bázi bionafty, které dále obsahuje ropnou naftu s aditivy a etanol.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že v rámci úspory klasických ropných paliv se jako palivo zvláště pro vznětové motory používá tzv. bionafta, což je směs obsahující klasickou ropnou naftu, metylester řepkového oleje a příslušná aditiva. V rámci jednoho známého složení této směsi zaujímá metylester řepkového oleje více než 30 objemových dílů, nejčastěji v rozmezí 30 až 36 objemových dílů; zbytek tvoří ropná nafta a aditiva. Vlastnosti tohoto paliva jsou velice blízké vlastnostem komerční ropné nafty. To je výhoda, která je zesílena tím, že vedle splnění palivářských požadavků toto palivo splňuje i požadavky ekologické, zejména požadavky na biologickou rozložitelnost. Při používání bionafty ve standardních vznětových motorech navíc dochází ke snížení množství emisí oxidu uhelnatého oproti klasické komerční ropné naftě. Rovněž množství nespálených uhlovodíků a oxidů síry je u bionafty menší. Přes tyto výhody však tato známá bionafta obsahuje ve výfukových zplodinách vyšší podíl oxidů dusíku než komerční ropná nafta. Další nevýhodou je, že tato bionafta se zejména u starších vznětových motorů projevuje vyšší kouřivostí výfukových plynů než komerční ropná nafta.

Dále je známa bionafta (US 2003 126790), která obsahuje 80 % objemových ropné nafty, 16 až 19 % objemových bionafty a 1 až 4 % objemová etanolu. Toto palivo se oproti běžně dostupným palivům na bázi bionafty vyznačuje zlepšeným cetanovým číslem, má větší čisticí schopnosti a je odolnější proti tuhnutí za nízkých teplot. Jeho nevýhodou však je, stejně jako v předcházejícím případě, zvýšený obsah oxidů dusíku ve výfukových zplodinách.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody jsou podstatně zmenšeny palivem na bázi bionafty, které dále obsahuje ropnou naftu s aditivy a etanol. Podstata vynálezu spočívá v tom, že palivo je tvořeno směsí sestávající z alespoň 30 objemových dílů metylesteru řepkového oleje, z 1 až 10 objemových dílů etanolu a z do počtu 100 zbývajících objemových dílů ropné nafty, přičemž ke směsi je přidán kosolvent v množství nezbytném pro udržení stability směsi.

Pro optimální složení paliva směs obsahuje 2 objemové díly etanolu.

Nejvýhodnějším kosolventem je terciární butanol.

Výhodou paliva podle vynálezu je jednak částečná náhrada ropných paliv obnovitelnými zdroji energie a jednak menší produkce škodlivých emisí ve výfukových plynech, zejména oxidů dusíku, aniž by se snižoval výkon motoru.

Objasnění výkresu

Na připojeném výkrese je na obr. 1 znázorněna závislost mezi oxidy dusíku NO_X ve výfukových plynech na zvětšujícím se podílu etanolu ve směsi s bionaftou.

- 1 CZ 306196 B6

Příklad uskutečnění vynálezu

Na základě teoretických úvah bylo možno očekávat, že příznivého účinku nového paliva obohaceného bioetanolem se dosáhne při 1 až 10 objemových dílech etanolu, a to i při nižším objemovém zastoupení ropné nafty, než u paliva popsaného ve spise US 2003 126790. Byly proto provedeny experimentální zkoušky s palivem obsahujícím 1, 2, 4, 6 a 8 objemových dílů etanolu v bionaftě. Bionafta použitá jako součást směsi byla prosta jakékoliv formy alkoholu, takže smícháním do 100 objemových dílů s uvedenými objemovými díly etanolu byly získány vzorky paliva s deklarovanými poměry. K experimentům byly použity vznětové motory od různých výrobců, které se vyznačovaly podobnými provozními vlastnostmi, jakými je výkon, jmenovité otáčky apod. Seřizovači parametry motorů, jako např. vstřikovací tlak, úhel předvstřiku apod., odpovídaly základnímu nastavení od výrobce. Zkoušky každého motoru probíhaly v 5 různých zátěžových režimech. Při experimentech byly zjištěny tyto výsledky:

U žádného z motorů nebyly zaznamenány významné změny v celkovém výkonu v závislosti na obsahu etanolu ve směsi s bionaftou.

Z hlediska měrné spotřeby paliva bylo zjištěno, že došlo pouze k nepatrnému nárůstu měrné spotřeby paliva se vzrůstajícím podílem etanolu ve směsi, což je zapříčiněno nižší výhřevností a nižší hustotou směsi s etanolem.

Z hlediska teploty výfukových plynů bylo zjištěno, že se zvyšujícím se podílem etanolu ve směsi teplota spalin mírně klesala. Důvod lze spatřovat ve vysokém výparném teplu etanolu, odváděném ze spalovacího prostoru.

Při sledování emisních parametrů bylo shledáno, že kouřivost klesala se vzrůstajícím podílem etanolu, a to v důsledku nižší viskozíty, která zapříčiňuje lepší rozprášení vstřikovaného paliva. Nutno poznamenat, že kouřivost jednotlivých typů motorů se od sebe odlišovala, a to v závislosti na teplotě ve spalovacím prostoru, která je, z důvodu konstrukce, u každého typu motoru jiná. Na teplotě spalovacího prostoru totiž přímo úměrně závisí kvalita spalování tak, že při vyšší teplotě spalovacího prostoru vzrůstá i kvalita spalování.

Z hlediska emisí oxidu uhelnatého CO byl naměřen jeho nárůst se vzrůstající koncentrací etanolu ve směsi. Příčinou je lokální nedostatek kyslíku při spalování a nízká rychlost jednotlivých dílčích reakcí oxidace, kdy má dojít k oxidaci oxidu uhelnatého CO na oxid uhličitý CO₂. Malá rychlost reakcí má za následek vyšší obsah oxidu uhelnatého CO ve spalinách. Ale i při 8 objemových dílech etanolu byly emise oxidu uhelnatého CO v povolených mezích, přičemž byly nižší než u dříve známého paliva bez etanolu.

Shodná závislost, tj. vyšší množství nespálených uhlovodíků ve spalinách při zvyšujícím se podílu etanolu, platí i pro nespálené uhlovodíky, které vznikají podobným způsobem jako oxid uhelnatý CO. Příčinou tohoto vztahuje také ochlazování spalovacího prostoru výparným teplem etanolu. Odvod nespálených uhlovodíků do ovzduší nemá jen negativní vliv na životní prostředí, ale znamená i energetickou ztrátu. Spálením těchto uhlovodíků by se totiž zvýšilo množství tepla přivedeného do spalovacího procesu.

Jestliže průběhy dosavadních zkoumaných emisních parametrů lze charakterizovat jako funkce bez lokálních extrémů, pak měření oxidů dusíku NO_X přineslo překvapivé výsledky. Je známo, že oxidy dusíku NO_X vznikají při endotermické reakci ve spalovacím prostoru jako produkt oxidace vzdušného kyslíku. Tyto emise při malém obsahu etanolu ve směsi prudce poklesly, ale při 2 objemových dílech etanolu nastal zlom a se zvyšujícím se podílem etanolu začaly tyto emise mírně narůstat. Situace je znázorněna v grafu na obr. 1, kde v kartézských souřadnicích jsou naneseny na vodorovné ose objemové díly (%) etanolu ve směsi a na svislé ose emise oxidů dusíku ΝΟχ. Číselné hodnoty těchto emisí jsou závislé mj. na typu motoru, ale zlom při 2 objemových dílech etanolu je charakteristický pro všechny zkoumané případy. Z grafu vyplývá, že v tomto

-2 CZ 306196 B6 zlomovém bodě jsou hodnoty emisí oxidů dusíku NO_X podle typu motoru o 20 až 50 % nižší než u bionafty bez etanolu. 1 když se tyto emise se stoupajícím podílem etanolu mírně zvyšují, v žádném případě nepřesáhnou hodnoty, které vykazuje bionafta bez etanolu.

Při zkoumání směsi bionafty s etanolem se vyskytl problémem se stabilitou směsi z hlediska mísitelnosti jednotlivých složek. Voda obsažená v etanolu totiž zapříčiňuje snižující se mísitelnost etanolu s bionaftou. Z tohoto důvodu je nutné do směsi přidávat tzv. kosolvent, který stabilitu zajistí. V experimentu byl jako kosolvent použit terciální butanol.

Jako etanol lze použít palivový i potravinářský líh. Potravinářský líh je však z důvodu odstranění vyšších alkoholů náročným způsobem rafinován. Požadavky na palivový líh však nejsou tak přísné, takže při výrobě etanolu by bylo možno rafinování odstranit a ušetřit tak část výrobních nákladů.

Závěr: Palivo s 1 až 8 objemovými díly etanolu v bionaftě ukazovalo ve všech sledovaných kritériích lepší nebo alespoň shodné vlastnosti s vlastnostmi bionafty bez etanolu. Příznivé výsledky lze proto extrapolovat až do hodnoty 10 objemových dílů etanolu v palivu. Vyhodnocením účinků etanolu v rámci sledovaných kritérií, popsaných výše, bylo zjištěno, že palivo tvořené směsí bionafty s etanolem má optimální vlastnosti při obsahu 2 objemových dílů etanolu a 98 objemových dílů bionafty.

Průmyslová využitelnost

Palivo podle vynálezu vykazuje v porovnání s komerční ropnou naftou nižší emise. To mu umožňuje, aby bylo používáno u všech vznětových motorů, včetně starších typů, u nichž lze tak docílit splnění povolených emisních limitů bez konstrukčních úprav motorů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Palivo na bázi bionafty, které dále obsahuje ropnou naftu s aditivy a etanol, vyznačující se tím, že je tvořeno směsí sestávající z alespoň 30 objemových dílů metylesteru řepkového oleje, z 1 až 10 objemových dílů etanolu a z do počtu 100 zbývajících objemových dílů ropné nafty, přičemž ke směsi je přidán kosolvent v množství nezbytném pro udržení stability směsi.
2. Palivo podle nároku 1, vy z n ač uj í c í se t í m , že obsahuje 2 objemové díly etanolu.
3. Palivo podle nároku 1, v y z n a č uj í c í se t í m , že kosolventem je terciární butanol.