03. Оценка экологических свойств рапсовых масел для применения в качестве моторного топлива сельскохозяйственного трактора / С. А. Плотников, П. Я. Кантор, И. С. Козлов .

Печать

УДК 621.892.096

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202001.043-059

Оценка экологических свойств рапсовых масел для применения в качестве моторного топлива сельскохозяйственного трактора

Плотников Сергей Александрович
профессор кафедры технологии машиностроения ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет» (610000, Россия, г. Киров, ул. Московская, д. 36), доктор технических наук, Researcher ID: R-8491-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8887-4591, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Кантор Павел Яковлевич
доцент кафедры физики и методики обучения физике ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет» (610000, Россия, г. Киров, ул. Московская, д. 36), кандидат физико-математических наук, Publons ID: https://publons.com/researcher/3178809/pavel-kantor/, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3033-6512, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Козлов Илья Сергеевич
аспирант кафедры машин и технологий деревообработки ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет» (610000, Россия, г. Киров, ул. Московская, д. 36), Publons ID: https://publons.com/researcher/3299873/ilya-kozlov/, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1448-5144, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Втюрина Марина Николаевна
доцент кафедры почвоведения, мелиорации, землеустройства и химии ФГБОУ ВО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия» (610017, Россия, г. Киров, Октябрьский проспект, д. 133), кандидат химических наук, Researcher ID: AAC-7407-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2366-3929, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Актуальность исследования диктуется необходимостью оценки влияния смесевого топлива, включающего дизельное и биотопливо (рапсовое масло), на экологические показатели дизеля сельскохозяйственного трактора при выполнении полевых и транспортных работ. Цель исследования – прогнозирование, получение и проверка количественных зависимостей выхода токсичных компонентов при работе дизеля трактора «Беларус-922» на смесевом топливе при выполнении операций в сельском хозяйстве.
Материалы и методы. Для достижения цели проведены: определение количественных показателей компонентного состава образцов рапсового масла различного происхождения, теоретическая оценка, сравнение расчетных и экспериментальных экологических характеристик тракторного двигателя с использованием необходимого оборудования.
Результаты исследования. Впервые получены количественные значения показателей компонентного состава образцов рапсового масла различного происхождения. Анализ показал, что наиболее предпочтительным для использования в качестве топлива является образец с максимальной долей непредельных кислот в его составе, что позволит иметь максимальную скорость и полноту сгорания. Расчеты показывают снижение рабочей температуры вследствие добавки рапсового масла на 200 К, что должно приводить к уменьшению константы скорости реакции и концентрации оксидов азота приблизительно в 2,7 раза. На концентрацию оксидов азота в отработавших газах существенно влияет эндогенное происхождение соединений азота.
Обсуждение и заключение. На основе анализа механизмов образования оксидов азота при сгорании рапсового масла теоретически обосновано и экспериментально подтверждено выражение расчета константы скорости реакции, показывающее их результат на полуколичественном уровне.

Ключевые слова: экологические показатели, рапсовое масло, моторное топливо, токсичные компоненты, стендовые испытания

Для цитирования: Плотников, С. А. Оценка экологических свойств рапсовых масел для применения в качестве моторного топлива сельскохозяйственного трактора / С. А. Плотников, П. Я. Кантор, И. С. Козлов [и др.]. – DOI 10.15507/2658- 4123.030.202001.043-059 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 1. – С. 43–59.

Благодарности: Работа выполнена в рамках плана НИР ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет». Авторы выражают благодарность сотрудникам УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия» за помощь в проведении полевых испытаний.

Заявленный вклад соавторов: С. А. Плотников – общее руководство, постановка задач исследования, формулирование выводов; П. Я. Кантор – проведение теоретического анализа; И. С. Козлов – проведение стендовых испытаний тракторного дизеля; М. Н. Втюрина – проведение экспериментальных исследований в химической лаборатории.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 21.10.2019; принята к публикации 18.12.2019;
опубликована онлайн 31.03.2020

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Williams, F. A. Combustion theory / F. A. Williams. – [2^nd ed.]. – Menlo Park, California : The Benjamin/ Cummings Publishing Company, 1985. – 665 p. – ISBN 0-8053-9801-5. URL: http://behineh-sazan.ir/wp-content/uploads/2016/12/Williams-F.A.-Combustion-Theory-2ed.-Benjamin-Pub.-1985.pdf (дата обращения: 20.01.2020).

2. Guana, M. A Study on Triacylglycerol Composition and the Structure of High-Oleic Rapeseed Oil / M. Guana, H. Chen, X. Xionga [et al.]. – DOI 10.1016/J.ENG.2016.02.004 // Engineering. – 2016. – Vol. 2, issue 2. – Pp. 258–262. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809916309523?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2020).

3. Bocianowski, J. Determination of Fatty Acid Composition in Seed Oil of Rapeseed (Brassica Napus L.) by Mutated Alleles of the FAD3 Desaturase Genes / J. Bocianowski, K. Mikołajczyk, I. Bartkowiak- Broda. – DOI 10.1007/s13353-011-0062-0 // Journal of Applied Genetics. – 2012. – Vol. 53, issue 1. – Pp. 27–30. URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13353-011-0062-0 (дата обращения: 20.01.2020).

4. Gruzdienė, D. Chemical Composition and Stability of Rapeseed Oil Produced from Various Cultivars Grown in Lithuania / D. Gruzdienė, E. Anelauskaite // The 11^th International Congress of Engineering and Food. – Athens, 2011. – Pp. 1–4. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Chemical-composition-and-stability-of-rapeseed-oil-Gruzdiene%CC%87-Anelauskait%C4%97/11a8693031c52d96ebd81d52b2c204535a070466 (дата обращения: 20.01.2020).

5. Плотников, С. А. Исследование моторных свойств смесей дизельного топлива с рапсовым маслом / С. А. Плотников, П. Я. Кантор, И. С. Козлов [и др.] // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. – 2018. – № 2 (121). – С. 169–174. URL: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/ trudy/2018/02/2018-02.pdf (дата обращения: 20.01.2020).

6. Rößler, M. Formation of Engine Internal NO2: Measures to Control the NO2/NOX Ratio for Enhanced Exhaust After Treatment / M. Rößler, A. Velji, C. Janzer [et al.]. – DOI 10.4271/2017-01-1017 // SAE Int. J. Engines. – 2017. – Vol. 10, issue 4. – Pp. 1880–1893. URL: https://saemobilus.sae.org/content/2017-01-1017/ (дата обращения: 20.01.2020).

7. Rößler, M. Mechanisms of the NO2 Formation in Diesel Engines / M. Rößler, T. Koch, C. Janzer [et al.] // MTZ worldwide. – 2017. – Issue 7–8. URL: https://www.fvv-net.de/fileadmin/user_upload/medien/fachzeitschriften/2017-07_08_MTZ_1173_NO2_Formation_Mechanisms_EN.pdf (дата обращения: 20.01.2020).

8. Новопашин, Л. А. Получение и исследования свойств биодизеля в качестве топлива для тракторов в условиях Урала / Л. А. Новопашин, Л. В. Денежко // Аграрный вестник Урала. – 2014. – № 4 (122). – С. 43–49. URL: http://avu.usaca.ru/ru/issues/63/articles/1630 (дата обращения: 20.01.2020).

9. McDonnell, K. Properties of Rapeseed Oil for Use as a Diesel Fuel Extender / K. McDonnell, S. Ward, J. J. Leahy, [et al.]. – DOI 10.1007/s11746-999-0001-y // Journal of the American Oil Chemists’ Society. – 1999. – Vol. 76, issue 5. – Рp. 539–543. URL: https://aocs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1007/s11746-999-0001-y (дата обращения: 20.01.2020).

10. Плотников, С. А. Исследование экономической эффективности от снижения токсичности дизеля 4ЧН 11,0/12,5 путем применения рапсового масла / С. А. Плотников, А. Н. Карташевич, П. Н. Черемисинов [и др.] // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. – 2019. – № 1 (124). – С. 204–209. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-ekonomicheskoy-effektivnosti-ot-snizheniya-toksichnosti-dizelya-4chn-11-0-12-5-putem-primeneniya-rapsovogo-masla (дата обращения: 20.01.2020).

11. Baquero, G. Use of Rapeseed Straight Vegetable Oil as Fuel Produced in Small-Scale Exploitations / G. Baquero, B. Esteban, J.-R. Riba [et al.]. – DOI 10.5772/18183 // Biofuel’s Engineering Process Technology. – IntechOpen, 2011. URL: https://www.intechopen.com/books/biofuel-s-engineering-process-technology/use-of-rapeseed-straight-vegetable-oil-as-fuel-produced-in-small-scale-exploitations (дата обращения: 20.01.2020).

12. Merkisz, J. Rapeseed Oil Methyl Esters (RME) as Fuel for Urban Transport / J.Merkisz, P. Fuć, P. Lijewski [et al.]. – DOI 10.5772/62218 // Alternative Fuels, Technical and Environmental Conditions. – IntechOpen, 2016. URL: https://www.intechopen.com/books/alternative-fuels-technical-and-environmental-conditions/rapeseed-oil-methyl-esters-rme-as-fuel-for-urban-transport (дата обращения: 20.01.2020).

13. Tucki, K. The Effects of Pressure and Temperature on the Process of Auto-Ignition and Combustion of Rape Oil and Its Mixtures / K. Tucki, R. Mruk, O. Orynycz [et al.]. – DOI 10.3390/su11123451 // Sustainability. – 2019. – Vol. 11, issue 12. – Рp. 34–51. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/11/12/3451 (дата обращения: 20.01.2020).

14. Desantes, J. M. Evaluation of the Evaluation of the Thermal NO Formation Mechanism under Low-Temperature Diesel Combustion Conditions / J. M. Desantes, J. J. Lopez, P. Redon [et al.]. – DOI 10.1177/1468087411429638 // International Journal of Engine Research. – 2012. – Vol. 13, issue 6. – Рр. 531–539. URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1468087411429638 (дата обращения: 20.01.2020).

15. Yang, J. Chemical Kinetic Study of Nitrogen Oxides Formation Trends in Biodiesel Combustion / J. Yang, V. I. Golovitchev, P. R. Lurbe [et al.]. – DOI 10.1155/2012/898742 // International Journal of Chemical Engineering. – 2012. – Vol. 2012. – 22 p. URL: https://www.hindawi.com/journals/ijce/2012/898742/ (дата обращения: 20.01.2020).

16. Chaurasiya, P. K. Combustion and Emission Characteristics of Diesel Fuel Blended with Raw Jatropha, Soybean and Waste Cooking Oils / P. K. Chaurasiya, S. K. Singh, R. Dwivedi [et al.]. – DOI 10.1016/j.heliyon.2019.e01564 // Heliyon. – 2019. – Vol 5, issue 5. – Pp. 1–7. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844019319942?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2020).

17. Golovitchev, V. I. Construction of Combustion Models for Rapeseed Methyl Ester Bio-Diesel Fuel for Internal Combustion Engine Applications / V. I. Golovitchev, J. Yang. – DOI 10.1016/j.biotechadv. 2009.04.024 // Biotechnology Advances. – 2009. – Vol. 27, issue 5. – Рp. 641–655. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S073497500900072X?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2020).

18. Fenimore, C. P. Formation of Nitric Oxide in Premixed Hydrocarbon Flames / C. P. Fenimore. – DOI 10.1016/S0082-0784(71)80040-1 // Symposium (International) on Combustion. – 1971. – Vol. 13, issue 1. – Pp 373–380. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0082078471800401?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2020).

19. Moskaleva, L. V. The Spin-Conserved Reaction CH+N2→H+NCN: a Major Pathway to Prompt No Studied by Quantum/Statistical Theory Calculations And Kinetic Modeling of Rate Constant / L. V. Moskaleva, M. C. Lin. – DOI 10.1016/S0082-0784(00)80652-9 // Proceedings of the Combustion Institute. – 2000. – Vol. 28, issue 2. – Pp. 2393–2401. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0082078400806529?via%3Dihub (дата обращения: 20.01.2020).

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.