Применение этанола в качестве моторного топлива

 

 

2 Развитие производства этанола как альтернативного источника автомобильного топлива.Применение этанола в качестве моторного топлива в России и зарубежом

 

  В конце 1800-х годов этанол применяли в США в качестве источника питания ламп. После введения налога на этанол, его производство существенно сократилось. Генри Форд в 1880 году создал первый автомобиль (Model  T), работающий на этаноле. В 1906 году  налог отменили, производство процветало до конца конкуренции между нефтяными компаниями, которая значительно сократила его потребление. Германия и США использовали этанол в качестве топлива для военных машин  в годы Второй Мировой войны. Затем наблюдался спад в потреблении этанола до начала 1970-х годов. Первоначально использовался в качестве добавки к бензину, что было вызвано дефицитом нефти.

    Бензин, используемый в качестве источника топлива двигателей внутреннего сгорания, имел много недостатков. Новое топливо характеризовалось более низкой детонационной стойкостью по сравнению с этанолом, большей токсичностью, особенно при смешивании с тетраэтилсвинцом и другими антидетонационными соединениями, большей опасностью для здоровья человека и содержало вредные вещества, загрязняющие атмосферу. Нефть была более легковоспламеняемым топливом, на поверхности хранилища образовывались смолистые выделения, а в камере сгорания двигателя – нагар. По сравнению с этанолом  нефть обладала совсем другими физическими и химическими свойствами , и в целях производства соответствующего автомобильного топлива требовался процесс комплексной обработки.

  Из-за низкого октанового  числа бензина в сопоставлении  с этанолом предполагалось использовать  двигатели более  низкой компрессии  и более мощные системы охлаждения.

  «Закон об альтернативном  моторном топливе» 1988 года предусматривал  создание программ проведения  исследований, научно-технических разработок  и проектов  автотранспортных  средств и топлива. В результате  принятия данного проекта было  выпущено около 20 тыс. автомобилей, потребляющих бензин  с примесью 85% этанола. По данным 2006 года около 3 млн.таких автотранспортных средств находятся в эксплуатации.

Ожидается, что этанол составит самую большую долю возобновляемого топлива, производимого и потребляемого в соответствии с СВТ, поскольку этанол вырабатывается путем брожения сахаров, полученных из зерен другой биомассы. В качестве исходного сырья в производстве этанола выступают зерна кукурузы, пшеницы, ячмени и сорго. Россия обладает всеми необходимыми мощностями для производства топливного этанола. Этанол в России выпускается по несколько нормативно-техническим документам: ГОСТ 18300 и ТУ 242-117-00151727-98.

Результаты проведенного исследования показывают, что в США сегодня предприняты первые шаги по крупнейшему расширению промышленности по производству этанола. В случае реализации всех плановых показателей прироста и расширения производственных мощностей, которые включены в результаты исследования , рост производственных мощностей по этанолу в период 2000-2006 год удвоится с 8,7 млрд.л в год приблизительно до 16,8 млрд.л в год.

В настоящее время в России имеются свободные мощности по производству этанола в объеме 250 тыс.т в год, в том числе половина – из возобновляемых источников. На сегодняшний день Россия – единственная страна в мире , которая обладает многолетним промышленным опытом, позволяющим получать этанол по гидролизным технологиям. Таким образом , Россия обладает необходимым научно-технологическим и промышленными возможностями для производства топливного этанола.

  Увеличение цены спирта и  ужесточение режима его потребления (квотирование, лицензирование, спец.разрешение на поставку и т.д.) для технических  целей резко снижает объемы сбыта и ведет к сворачиванию производства, что в свою очередь, неизбежно приводит к росту себестоимости. Буквально единицы предприятий в этих условиях сохраняют рентабельное производство и держатся «на плаву».

 

Рисунок 1. Производство этанола в США по годам

 

    Бразилия ежедневно с 70-х по 90-е гг. прошлого столетия замещала этанолом до 250 000 баррелей импортируемой нефти. В 90-х гг. в Бразилии чистый этанол в качестве моторного топлива использовали более 7 млн. автомашин, еще 9 млн. машин — его смесь с бензином. В этой стране создана заправочная сеть из 25 тыс. этаноловых заправок. Однако в последние годы наметился спад в использовании этанола как моторного топлива. 
США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. В 1994 г. производилось 5.3 млрд. л этанола, а также строились новые предприятия для производства 900 млн. л в год. Этанол используется в 21 штате, этанолбензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США. 
   Страны ЕС ежегодно производят 2 млрд л этанола, но как топливо используются> 10%. Однако 7 ноября 2001 две комиссии ЕС приняли директивы относительно использования биотоплива странами ЕС - так называемые биодирективы об обязательном применении определенной части биотоплива в обычном топливе для транспорта. К восстановительным топлив отнесены биоэтанол и ЭТБЭ (етилтретбутиловий эфир - естеризований биоэтанол).        Почти все зарегистрированные в ЕС транспортные средства могут использовать топливо с приложением до 15% биоэтанола или ЭТБЭ.

В России до последнего времени вопрос о значительном производстве жидкого биотоплива остро не стоял. Вместе с тем, по оценкам экспертов, с сырьем для производства биоэтанола могут использоваться ресурсы (сверх потребностей на продовольственные и кормовые цели) таких культур, как пшеница, рожь, сахарное сорго, сахарная свекла, картофель, патока, отходы зерновые, а также опилки, солома и др.

В России ежегодно выпускается около 30 млн т бензина (примерно 40 млрд л). Замена 2% на топливный спирт в соответствии с нормами, принятыми в ЕС, потребует 800 млн л этанола. Это равно мощностям примерно 80 средних спиртзаводов, каждый из которых способен обеспечить рабочими местами от 200 до 300 человек, что в условиях безработицы отнюдь не маловажно. Кроме того, для производства такого количества спирта потребуется примерно 240 тыс. т зерна или свекловичной мелассы, то есть сбыт данной сельхозпродукции в названном объеме обеспечен. И, наконец, дополнительно возникнет необходимость создать соответствующие мощности по абсолютированию (обезвоживанию) спирта на базе современных технологий, а это опять же - новые рабочие места.

 

Таблица 1  Программы применения этанола в разных странах

 

 

 

3 Смесевые топлива на основе этанола

 

Необходимо отметить, что «чистый» этанол концентрацией 95 % и более используется в качестве моторного топливо в сравнительно небольших объемах, наиболее широко применяются различные смеси бензина с этанолом, содержащие 5-10% или 85-95 % спирта, при этом в основном используется биоэтанол. Для производства биоэтанола требуется значительно больше энергии, чем для производства традиционного топлива (бензина) из нефти. Энергия, необходимая для посадки, ухода, производства удобрений,уборки и переработки зерна , сахарного тростника или кукурузы  практически равна энергосодержанию  полученного биоэтанола.

    Топливные смеси этанола:

  - Е5, Е7, Е10 — смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов, соответственно), наиболее распространённые в наши дни. В этих случаях добавка этанола не только экономит бензин путём его замещения, но и позволяет удалить вредную оксигенирирующую добавку МТБЭ.

  - Е85 — смесь 85 % этанола и 15 % бензина. Стандартное топливо для т. н. «Flex-Fuel» машин, распространённых, в основном в Бразилии и США, и в меньшей степени — в других странах. Из-за более низкой энергоплотности продаётся дешевле, чем бензин.

   - Е95 — смесь 95 % этанола и 5 % топливной присадки. Компания Scania начала разрабатывать дизельный двигатель для автобуса, работающий на 95 % этаноле в середине 80-х годов. Создана программа испытаний городских автобусов с двигателями, работающими на 95 % этаноле — BEST (BioEthanol for Sustainable Transport).

  - Е100 — формально 100 % этанол, однако в силу того, что этанол гигроскопичен, получение и использование этанола без остаточной концентрации воды невыгодно. Поэтому в большинстве случаев под Е100 подразумевают стандартную азеотропную смесь этанола (96% С2Н5ОН и 4% воды, (по весу); 96,5% и 3,5% в объёмных процентах). Путём обычной дистилляции невозможно получить более высокую концентрацию этанола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

     Таким образом, этанол является высококачественным моторным топливом.

  В данном реферате мы рассмотрели преимущества и недостатки использования этого вида биотоплива. В качестве основных преимуществ выделим:

- Добавление этанола вызывает повышение октанового числа обычного бензина, что, в свою очередь, позволяет увеличить пробег автомобиля.

-Этанол может использоваться как основной компонент топлива (как, например, в Е85), таким образом снижая зависимость от нефтяных продуктов.

-Применение этанола позволяет уменьшить выделение ядовитого газа СО.

-Производство этанола и использование его не вносят вклад в глобальное выделение С02, если оно правильно организовано.

-Этанол может помочь предотвратить замерзание газопроводов в морозную погоду.

-В некоторых местностях газохол и Е85 дешевле, чем обычный бензин.

-Широкое производство и использование этанола в качестве топлива приносят выгоду фермерам благодаря увеличению спроса на их продукцию.

-Растительное сырье, используемое для производства этанола, относится к возобновляемым источникам.

-Этанол не является настолько горючим, как бензин, поэтому он менее взрывоопасен.

    Недостатки эталона в качестве топлива для двигателей:

-Заправочные станции для бензина, содержащего этанол, особенно Е85, не столь широко распространены, как заправочные станции для обычного бензина.

-В некоторых местностях газохол и Е85 дороже, чем обычный бензин.

-Двигатели некоторых транспортных средств могут быть повреждены при неправильном использовании топлива с этанолом. Это особенно касается Е85, если его по невнимательности залили в бак транспортного средства, двигатель которого сконструирован для работы на обычном бензине.

-Поскольку часть, если не сказать большая часть, этанола производится из растительного сырья, которое иначе могло бы использоваться в пищу для людей, то существует мнение, что широкое использование этанола в качестве топлива несправедливо по отношению к голодающим людям, особенно в бедных странах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

Список использованной литературы

1. В.В. Русакова, А.Л.Лапиидус, И.Ф.Крылов, В.Е.Емельянов // Углеводородные и альтернативные топлива на основе природных газов – Москва 2006
2. А.И.Владимирова, А.Л. Лапидус // Газохимия в XXI веке. Проблемы и перспективы – Моска 2003
3. А.Л.Лапидус, И.А.Голубева, Ф.Г. Жагфаров // Газохими часть II – Химическая переработка углеводородных газов – Москав  2004
4. Т.А. Терентьев, В.М. Тюков, Ф.В.Смаль // Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов – Москва 1989
5. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.