Технология производства и эффективность использования смесевого топлива на основе рапсового масла

ВестникКрасГАУ. 2015. №5

технической службой предприятия или официального дилера при балластировании тракторов для определений группы операций основной обработки почвы. При подготовке тракторов разных производителей и типоразмеров к эксплуатации более универсальной является методика определения степени балластирования с использованием удельной массы полного, переднего и заднего балластов.

Заключение. Представлены модели и алгоритм рационального балластирования колесных 4к4а тракторов для эффективного использования в технологиях почвообработки. Обоснованы рациональные значения удельной массы общего, переднего и заднего балластов тракторов на одинарных и сдвоенных колесах для операций почвообработки разных групп. Разработана номограмма определения степени балластирования при использовании трактора в технологиях почвообработки.

Литература

1. Селиванов Н.И. Регулирование эксплуатационных параметров тракторов // Вестн. КрасГАУ. - 2013. -№ 7. - С. 234-239.

2. Селиванов Н.И., Запрудский, В.Н., Макеева Ю.Н. Моделирование скоростных режимов и удельных показателей колесных тракторов на основной обработке почвы // Вестн. КрасГАУ. - 2015. - № 1. - С. 81-89.

3. Селиванов Н.И., Запрудский, В.Н., Макеева Ю.Н. Удельная материалоемкость колесных тракторов // Вестн. КрасГАУ. - 2015. - № 2. - С. 56-63.

4. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов. - Красноярск, 2008. - 228 с.

5. Селиванов Н.И. Эксплуатационные свойства сельскохозяйственных тракторов: учеб. пособие / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2010. - 347 с.

6. Руководство по эксплуатации тракторов John Deere [Электронный ресурс] // http://mashintop.ru/manual.php?id=378.

7. Руководство по эксплуатации тракторов Versatile модели 250, 280, 305 [Электронный ресурс] //http://mashintop.ru/manual.php?id=378.

8. Руководство по эксплуатации тракторов Terrion [Электронный ресурс] // http://www.yugprom.ru/technics/tractors/terrion/terrion-atm-5280.php.

УДК 631. 89 (631.3) Н.И. Селиванов, А.А. Доржеев

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА

НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА

В статье представлена технология переработки семян рапса и получения смесевого топлива на основе рапсового масла, реализованная внутрихозяйственным способом. Обоснована технологическая линия производства и показана эффективность применения биотоплива в дизеле.

Ключевые слова: биотопливо, дизель, рапсовое масло, смесевое топливо, технологическая линия.

N.I. Selivanov, A.A. Dorzheev

THE PRODUCTION TECHNOLOGY AND THE USE EFFICIENCY OF THE MIXED FUEL BASED ON RAPESEED OIL

The technology of the rapeseedprocessing and the production of the mixed fuel based on the rapeseed oil implemented by the in-house method is presented in the article. The technological production line is substantiated and the efficiency of the biofuel use in diesel is shown.

Key words: biofuel, diesel, rapeseed oil, mixed fuel, technological line.

Введение. За последние десять лет стоимость дизельного топлива выросла в три раза, что стимулирует применение альтернативных топлив, наиболее реальными из которых являются биотоплива на основе растительных масел. При этом в сельском хозяйстве целесообразно использовать биотоплива, которые можно произвести внутрихозяйственным способом из собственного сырья. К ним относятся, прежде всего, топлива из рапсового масла.

Посевные площади рапса в России за последние пять лет (с 2010 по 2014 г.) выросли в два раза. В условиях Красноярского края урожайность семян составляет около 15 ц/га при себестоимости 12,3 руб/кг. При

81

Технические науки

переработке семян рапса получается до 33 % масла и 67 % жмыха (шрота). Доход от использования жмыха может полностью компенсировать затраты на возделывание рапса и переработку его семян. Себестоимость продукции растениеводства при использовании рапсового масла в качестве основы биотоплива существенно снижается [1].

В настоящее время биотопливо из рапсового масла (РМ) используется в дизельных двигателях двух разновидностей:

- метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ), получаемый при метанолизе РМ;

- смесевое топливо (СТ), состоящее из смеси РМ с дизельным (ДТ) или другими нефтяными топливами, а также чистое рапсовое масло холодного отжима.

Химмотологические качества МЭРМ близки к ДТ, поэтому при его использовании практически не требуется адаптация дизеля. Однако технология внутрихозяйственного производства МЭРМ труднореализуема из-за ее сложности и использования чрезвычайно ядовитого метилового спирта.

Учитывая возможность производства РМ на базе специализированного предприятия или внутри хозяйства, а также более высокий выход энергии по топливной составляющей у СТ и РМ по сравнению с МЭРМ, в сельском хозяйстве предпочтительнее использовать для дизельных двигателей СТ [2, 3].

Цель исследований. Обоснование технологии производства рапсового масла и смесевого топлива на его основе.

Задачи исследований. Разработать структурную схему технологии производства рапсового масла и смесевого топлива на его основе; обосновать параметры технологического процесса и оборудования поточной линии производства рапсового масла и смесевого топлива; дать оценку эксплуатационных показателей дизеля на смесевом топливе.

Объекты и методы исследований. Технология производства смесевого топлива на основе РМ включает три взаимосвязанных и последовательно выполняемых процесса:1) прессование семян рапса для получения масла-сырца и жмыха; 2) очистка и нейтрализация масла-сырца; 3) смешивание нейтрализованного масла (РМн) с дизельным или другим минеральным топливом.

Эффективность указанных процессов с позиций ресурсосбережения определяется количественными и качественными характеристиками получаемого продукта, основными из которых являются выход рапсового масла после нейтрализации, его теплотворная способность, вязкостно-температурные и другие свойства. Эти характеристики формируют при смешивании РМн с минеральным топливом, эксплуатационные свойства СТ, которые определяют в итоге энергетические, топливно-экономические, общетехнические и экологические показатели дизельного двигателя и технический уровень машины (трактора, комбайна, автомобиля) в целом.

Структурная схема технологического процесса производства смесевого топлива и параметры оборудования для его реализации выбирались из условия обеспечения производительности по семенам до 1000 кг/ч с выходом масла 30-35 % и осадка после его нейтрализации 5-6 %. Заданные эксплуатационные свойства СТ обеспечивались добавкой в РМн 25-30 % по массе минерального топлива.

Результаты исследований и их обсуждение. Обоснованная совокупность производственных методов и процессов получения смесевого топлива на основе РМн была реализована в КСПК «Союз» Емелья-новского района Красноярского края. Ниже представлена схема технологической линии (рис. 1) с описанием процессов производства СТ.

Процесс переработки семян в масло осуществляется на двух параллельных поточных линиях. Исходное сырье загружается в бункеры 1 и 2 и самотеком через дозатор поступает в зеерную камеру шнековых маслопрессов ММШ-450 (3 и 4) предварительного отжима. Семена захватываются первыми витками шнекового вала и перемещаются по зеерной камере. При этом происходит непрерывное уплотнение и прессование сырья с выделением до 15 % масла, которое вытекает через зазоры зеерных планок и собирается фу-золовушками с пеногасителями и отстойниками, смонтированными на станине прессов, затем перекачивается в резервуар РГС-50 (8). Остальное сырье в виде полуотжатых семян, частиц жмыха и масла перемещается винтовым транспортером на прессы основного отжима (5 и 6), где съем масла достигает 20 %.

Жмых с двух маслопрессов основного отжима винтовыми транспортерами перемещается в бункер временного накопления (7) для последующей реализации сельхозтоваропроизводителям. В результате параллельной работы двух поточных линий выход масла составляет 35 %, т.е. 315 кг/ч (табл. 1).

Для повышения качества очистки рапсового масла за счет подогрева до 50-60°С и гашения гидроударов в линии фильтрации между насосом НШ-10 (2) и фильтрами грубой (4) очистки предусмотрена установка дросселирующего узла 3 типа ПГ-55 (рис. 2).

Шестеренный насос подает отстоявшееся масло через дроссель (3) под давлением 5-7 МПа в линию предварительной очистки, включающую два параллельно работающих фильтра грубой очистки типа Р-531А (4), затем через рампу (7) в линию тонкой очистки из двух параллельно установленных фильтров

82

ВестникКрасГАУ. 2015. №5

ЭТФ-002 (5). Первые отсеивают частицы размерами 8-50 мкм, вторые - 0,5-8 мкм. Фильтры обслуживаются ежесменно с заменой фильтрующих элементов тонкой очистки и промывкой фильтров грубой очистки.

1 3 5

Рис. 1. Схема технологической линии производства смесевого топлива на основе рапсового масла

в КСПК «Союз»

4 7

Рис. 2. Схема системы очистки рапсового масла: 1 - маслозаборник; 2 - насос НШ; 3 - дроссельный узел;

4 - фильтр грубой очистки; 5 - фильтр тонкой очистки с предохранительным клапаном;

6 - нейтрализатор; 7 - рампа

После очистки производится нейтрализация масла раствором КОН при концентрации 0,3 %. Реакцию проводят при температуре 60-70°С, что достигается использованием встроенных электронагревателей мощностью 5 кВт. Перемешивание масла осуществляется механической мешалкой с перегородками. В результате нейтрализации выделяется 3-5 % осадка солей жирных кислот, который сливается через клапан конусного дна нейтрализатора.

Нейтрализованное рапсовое масло РМн перекачивается в смеситель, где добавляется дизельное топливо (30 %), или керосин марки ТС-1 (25 %). Готовая продукция хранится в горизонтальном резервуаре РГС-50 либо реализуется в полиэтиленовой упаковке «Еврокуб» объемом 1 м3 с металлическим каркасом, отгружается фронтальным погрузчиком, склад способен разместить до 50 подобных упаковок. Показатели процесса производства СТ на технологической линии в КСПК «Союз» представлены в табл. 1.

83

Технические науки

Показатели процесса технологической линии

Таблица 1

Параметр Значение параметра

Производительность по семенам, кг/ч До 900

Суммарный выход масла, %

предварительный отжим окончательный

Выход жмыха, %

Потери по исходному сырью из материального баланса, %

Конструкционная масса оборудования, кг 9500

Полная масса линии, загруженной на 100 % по сырью, кг 138900

Установленная потребная мощность при двухстадийном отжиме и полной загрузке линии, кВт 52,5

Выход осадка (суммарный), % 6,0

Себестоимость рапсового масла нейтрализованного, руб/кг 15,54

Себестоимость смесевого топлива СТн (0,7РМн+0,3ДТ), руб/кг 28,0

Себестоимость смесевого топлива СТн (0,75РМн+0,25ТС-1), руб/кг 26,3

Используемая совокупность методов и процессов позволяет обеспечить себестоимость РМн 15,75 руб/кг с учетом реализации жмыха при цене семян рапса 12,5 руб/кг. В зависимости от вида и количества нефтяного топлива для получения СТ себестоимость его производства составляет 26,3-28,0 руб/кг, что на 33-37 % ниже стоимости дизельного топлива.

На рис. 3 показаны зависимости плотности и вязкости биотопливных композиций на основе рапсового масла, полученные по данной технологии.

Рис. 3. Зависимость вязкости и плотности биотопливных композиций от температуры: ----------- СТн

Анализ полученных зависимостей показывает необходимость предварительного подогрева СТ до 65-70°С при его использовании в автотракторных дизелях. Вязкость и плотность смеси 25 % ТС-1+70 % РМн ниже, чем у смеси 30 % ДТ(Л-0,1-40)+70 % РМн, что определяется отличием вязкостно-температурных характеристик дизельного топлива и керосина.

Нейтрализованное рапсовое масло в с м е си с минеральным топливом имеет показатели физико-хи мических свойств, сопоставимые с показателями дизельного топлива (табл. 2).

84

ВестникКрасГАУ. 2015. №5

Основные показатели физико-химических свойств топлив

Таблица 2

Показатель 3 t. 5 - CD РМ РМн СТ

Плотность при 200С, кг/м3 Кинематическая вязкость при 840 913-922 924,2 888,4 877,4

20 0С, мм2/с (сСт) Поверхностное натяжение при 3-6 62,6-71,7 76,04 46,5 43,5

200С, Н/м 27 10-3 33,2 10-3 33,210-3 29,3-10-3 29,3-10-3

Цетановое число, не менее 45 38-40 38-40 40-41 41-43

Кислотное число, мгКОН/г Температура, 0С: 0,06 0,04 0,0193 0,02 0,02

воспламенения (не менее) +40 + 240-320 +230 +165 +117

замерзания (не более) Содержание, %: -10 -18 -16 -10 -10

серы, не более 0,2 0,0011 0,001 0,001 0,001

золы, не более 0,02 0,01 0,01 0,01 0,1

воды Содержание фактических смол, - - - - -

мг/100 см3 топлива, не более Низшая теплота сгорания топ- 40 - - - -

лива, МДж/кг 42,5 34,2-37,5 34,2-37,5 39,5 40,5

Испытания на медную пластину Выдер- живает Выдер- живает Выдержи- вает Выдерживает Выдерживает

Результаты сравнительной оценки технико-экономических и экологических показателей дизеля Д-240 на разных топливах приведены в табл. 3.

Таблица 3

Относительные показатели мощности, удельного расхода топлива и дымности отработавших газов

при работе дизеля на разных топливах

Вид топлива Относительные показатели, % при нагрузке

Режим (0,8-0,9 Nea Режим Ne max

Nea qe Км Nea qe Км

ДТ Л-0,15-40 100 100 100 100 100 100

СТ1(75 % РМн+25 % ТС-1) 93-94 112 76 101 108 114

СТ2 (70 % РМн+30 % ДТ) 96 103 66 97 104 112

При работе дизеля на режиме (0,8—0,9) Nea использование смеси СТ1 (75%РМн+25%ТС-1) при &м=60-65°С без перерегулировки ТНВД приводит к снижению мощности Nea в среднем на 6-7 % и ухудшению топливной экономичности qe на 12 %. Дымность Км отработавших газов при этом снижается на 24 %. На смеси СТ2 (70 % РМн+30 % ДТ) снижение мощности составляет 4 %, ухудшение топливной экономичности - 3 %, снижение дымности - 34 %.

На режиме максимальной мощности при использовании СТ1 удельный расход топлива увеличивается на 8 %, дымность ОГ возрастает на 14 %, мощность снижается на 1 %. При работе дизеля на СТ2 ухудшение топливной экономичности составляет 4 %, дымность ОГ возрастает на 12 %, мощность снижается на 3 %.

Заключение. Разработана структурная схема технологии производства рапсового масла и смесевого топлива на его основе, включающая следующие процессы: прессование семян рапса и получение масла-сырца; очистку и нейтрализацию масла-сырца; смешивание нейтрализованного масла с минеральным топливом в соотношении (0,70-0,75 РМн+0,25-0,30 ДТ(ТС-1)). Обоснованные параметры технологического процесса и технического оборудования позволили при производительности по семенам 900 кг/ч обеспечить выход нейтрализованного рапсового масла РМн до 35 % от массы семян с себестоимостью 15,75 руб/кг с учетом цены реализации жмыха и получить смесевое топливо на 33-37 % ниже стоимости дизельного топлива.

85