Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и создание смесевых топлив с улучшенными энергетическими свойствами на основе бензинов отечественного производства и метилфуранов

Номер контракта: 14.586.21.0022

Руководитель: Новиков Андрей Александрович

Должность: Заведующий лабораторией

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.Губкина"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
фурановые соединения, конверсия лигноцеллюлозы, возобновляемое сырье, 2-метилфуран, 2,5-диметилфуран, смесевые топлива, горение биотоплива

Цель проекта:
1.1 Разработка и создание методики изготовления смесевых топлив на основе бензина, МФ и ДМФ с улучшенными физико-химическими свойствами и характеристиками горения; 1.2 Развитие международных интеграционных процессов в науке и содействие формированию устойчивых кооперационных связей российских и иностранных научно-исследовательских организаций и университетов, направленных на создание технологий, соответствующих мировому уровню, либо превосходящих его.

Основные планируемые результаты проекта:
Основным результатом работы будет создание стабильного смесевого топлива на основе бензина, содержащего метилфураны, пригодного для использования в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Создание такого топлива будет возможно благодаря сотрудничеству российской и европейской научных групп. Научный коллектив РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина изучит физико-химические и потребительские свойства смесевых топлив на основе бензина, содержащих метилфураны, в то время как научный коллектив Университета Лидса комплексно изучит характеристики горения этих топлив в условиях работы двигателей внутреннего сгорания.
По результатам совместной работы будет выпущена статья в одном из ведущих научных журналов, индексируемом базами данных Web of Science или Scopus.
Будут изготовлены экспериментальные образцы смесевых топлив, содержащих бензин и метилфураны. Будет создан лабораторный стенд для определения состава отработавших газов, предназначенный для получения образцов отработавших газов, пригодных для анализа методами газовой хроматографии с масс-спектрометрией и методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также для получения образцов частиц сажи из отработавших газов. Будут разработаны методики определения содержания продуктов неполного сгорания в выхлопных газах двигателя, работающего на экспериментальном смесевом топливе (альдегидов и кетонов, ароматических соединений, моноксида углерода, диоксида углерода, оксидов азота), а также для определения размеров образующихся частиц сажи.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов проекта, будет являться смесевое топливо на основе бензина и метилфуранов (2-метилфуран и 2,5-диметилфуран), пригодное для использования в бензиновых двигателях внутреннего сгорания.
В ходе выполняемого проекта будут определены основные физико-химические и потребительские свойства экспериментальных смесевых топлив. Иностранным партнером будут проведены работы по математическому моделированию процесса ламинарного горения экспериментальных смесей, а также по моделированию их антидетонационных характеристик. Таким образом, результаты выполняемого проекта помогут создать необходимый задел для организации промышленных испытаний разрабатываемых смесевых топлив.

В настоящее время активно изучаются различные виды альтернативных топлив или компонентов топлив, получаемых из растительного сырья. Наибольшее распространение получили 2-метилфуран и 2,5-диметилфуран, в основном, благодаря их энергетическим свойствам: энергетическая плотность ДМФ на 40% превышает энергетическую плотность этанола. В ходе выполняемого проекта впервые будут изучены свойства смесевых топлива на основе бензина российского производства и метилфуранов. Кроме физико-химических свойств, будут изучены экологические характеристики топлив: содержание загрязняющих веществ и сажи в выхлопных газах. Иностранным партнером будет впервые проведено математическое моделирование процесса ламинарного горения смесевых топлив, состоящих из бензина и метилфуранов.

В настоящее время множество научных групп занимается изучением смесевых топлив с различными оксигенатными добавками, в том числе и добавками фуранов. Многие исследования посвящены изучению антидетонационных характеристик смесей эталонного топлива и оксигенатных добавок, а также смесей добавок с товарным бензином и дизельным топливом. Также изучаются физико-химические характеристики смесевых топлив с добавкой метилфуранов, такие как давление насыщенных паров, вязкость, октановое число. Большую популярность приобретают исследования выбросов загрязняющих веществ ДВС, работающих на различных смесевых топливах. Исследования, которые планируется провести в выполняемом проекте, обеспечат всестороннее описание свойств изучаемых топлив, соответствующее содержанию исследований мирового уровня.

Для достижения заявленных результатов будет решен ряд задач.
Во-первых, будет проведен обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках работы.
Во-вторых, будет разработана методика анализа качества исходной смеси метилфуранов, и методика приготовления смесевых топлив.
В-третьих, будут исследованы физико-химические и потребительские свойства полученных композиций, такие как октановое число, давление насыщенных паров, плотность, температура вспышки в закрытом тигле, смазывающие свойства, коррозионная активность, окислительная стабильность. Также будет изучено поведение квазитрехкомпонентной системы «бензин-МФ,ДМФ-вода», что позволит определить устойчивость полученных смесевых топлив в присутствии воды.
В-четвертых, будет проведен анализ выхлопных газов двигателя, работающего на экспериментальных смесевых топливах с различным содержанием МФ и ДМФ.
Иностранным партнером будет проведено математическое моделирование антидетонационных свойств исследуемых смесей, а также моделирование процесса их ламинарного горения.
В заключение работы будет разработан лабораторный регламент приготовления смесевого топлива на основе бензина и метилфуранов, обеспечивающий возможность получения топлива, обладающего наилучшими физико-химическими и потребительскими характеристиками.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты, полученные благодаря совместной работе научных коллективов из России и Великобритании, позволят разработать смесевое топливо на основе бензина и метилфуранов, пригодное для использования в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Разработанное топливо будет отвечать высоким требованиям, предъявляемым к современным бензинам. Однако для полномасштабного внедрения разработанного продукта на российский рынок, необходимо проведение промышленных испытаний, основанных на результатах, полученных при выполнении данного проекта.
Важно отметить, что целью проекта является разработка смесевых топлив, поскольку их использование не требует внесения существенных конструкционных изменений в системы автомобиля, что должно облегчить процесс внедрения биотоплив на российский рынок.
Стоит отметить, что для России, использование метилфуранов как добавки к бензину особенно актуально, поскольку основным сырьем для их получения являются непищевые лигноцеллюлозные отходы, например, древесные опилки или ботва растений. Вовлечение отходов лесоперерабатывающей промышленности в полный цикл переработки позволит как улучшить экономическую ситуацию в отрасли, так и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Текущие результаты проекта:
Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической литературы, ведутся теоретические исследования в области приготовления и применения смесевых топлив, в том числе смесевых топлив с оксигенатными добавками. Проведен патентный поиск в области создания смесевых топлив, содержащих метилфураны. Разрабатывается эскизная конструкторская документация на лабораторный стенд для исследования состава отработавших газов. Разрабатываются методики изготовления экспериментальных образцов смесевого топлива на основе бензина и метилфуранов с различным содержанием метилфуранов, исследования состава исходной смеси метилфуранов, используемой для приготовления смесевых топлив, исследования трехкомпонентной системы «бензин-МФ,ДМФ-вода» с различным содержанием метилфуранов.