Способ производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей Российский патент 2023 года по МПК C11C3/04 C10L1/00 C10L1/14 C10G73/04 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может найти применение при изготовлении из семян рапса биотоплива с последующим использованием его в автотракторных двигателях, например для тракторов марки МТЗ-80, МТЗ-82 и др.

Известен способ производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей по патенту 2393209, кл. C11C 3/04, 2010, включающий нейтрализацию жирных кислот рапсового масла, отделение выпавшего осадка, смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом.

Недостатком способа является использование едкого калия, что влияет на себестоимость, и в чистом виде действует на кожу и слизистые оболочки человека прижигающим образом, а также он разрушает кожу и др. материалы органического происхождения. Кроме того, при эксплуатации дизельного двигателя на рапсовом масле при температуре 20°С вязкость рапсового масла (75 мм²/с) увеличивается и становится существенно больше, чем у традиционного дизельного топлива (3,8 мм²/с) (Рапсовое масло как альтернативное топливо для дизеля / В.А. Марков [и др.] // Автомобильная промышленность. -2006. - №2, с. 1-3).

Известен способ производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей (Патент РФ 2735081 РФ, МПК C10L 1/00, С11С 3/04. Способ производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей / И.Е. Припоров, Е.В. Припоров, Е.С. Блаженко; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина». - опубл. 28.10.2020. Бюл. №31 - прототип), включающий отделение выпавшего осадка в рапсовом масле, смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом, использование кларификации для отделения рапсового масла от осадка с последующей тонкой очисткой рапсового масла путем фильтрации с добавлением в него дизельного топлива в соотношении 2:1, проведение кавитационного диспергирования продолжительностью 30-40 минут при температуре 70°С и контроль качества перемешивания.

Недостатком известного способа является неполное сгорание дизельного топлива, а следовательно, повышенная коксуемость, нагары, потеря мощности дизельного двигателя.

Техническим результатом изобретения является повышение качества биодизельного топлива.

Технический результат достигается тем, что в способе производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для автотракторных дизельных двигателей, включающем отделение выпавшего осадка в рапсовом масле, смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом, использование кларификации для отделения рапсового масла от осадка с последующей тонкой очистки рапсового масла путем фильтрации с добавлением в него дизельного топлива в соотношении 2:1, проведение кавитационного диспергирования продолжительностью 30-40 минут при температуре 70°С и контроль качества перемешивания, согласно изобретению предварительно осуществляют подогрев рапсового масла до температуры 70…110°С, при этом после его тонкой очистки осуществляют анализ качества на наличие мелкодисперсной примеси в нем и подают дозированно для смешивания с дизельным топливом.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей отличается из известного способа тем, что повышает качество биодизельного топлива, что невозможно получить известными техническими решениями.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности НОВИЗНА.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ, т.к. относится к сельскохозяйственному производству и может найти применение при изготовлении из семян рапса биотоплива с последующим использованием его в автотракторных двигателях, например для тракторов марки МТ3-80, МТ3-82 и др.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена блок схема устройства для реализации способа производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей.

Система производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для автотракторных дизельных двигателей включает сепаратор 1 для отделения выпавшего осадка в рапсовом масле, масляный фильтр 2 тонкой очистки рапсового масла, кавитационный диспергатор 3 для смешивания очищенного рапсового масла с дизельным топливом. Система имеет электронный блок 4 управления, подогреватель 5 рапсового масла, анализатор 6 качества рапсового масла с клапаном-распределителем, дозаторы 7 и 8 для рапсового масла и дизельного топлива, мультифункциональный блок 9 управления дозаторами, фильтр 10 дизельного топлива, емкость 11 для хранения биодизельного топлива. При этом выходы электронного блока 4 управления соединены со входами подогревателя 5 рапсового масла любой известной конструкцией и сепаратора 1 для отделения выпавшего осадка в рапсовом масле. Масляный фильтр 2 тонкой очистки рапсового масла соединен со входом анализатора 6 качества рапсового масла с клапаном-распределителем, который соединен с выходом электронного блока 4 управления и входом дозатора 7 рапсового масла, выход которого сообщен через кавитационный диспергатор 3 с дозатором 8 дизельного топлива и со входом емкости 11 для хранения биодизельного топлива. Фильтр 10 дизельного топлива соединен с входом дозатора 8 дизельного топлива. Дозаторы 7 и 8 рапсового масла и дизельного топлива соединены с мультифункциональным блоком 9 управления дозаторами.

Система производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для автотракторных дизельных двигателей работает следующим образом.

Предварительно подготовленное рапсовое масло подогревают до температуры 70…110°С в локальном подогревателе экранного типа с трубчатыми нагревательными элементами, и осуществляют подачу подогретого рапсового масла в сепаратор 1.

Рапсовое масло подогревают до указанной температуры для повышения его вязкости, до значения равного вязкости дизельного топлива, что приводит к возрастанию дальнобойности топливной струи, попаданию на стенки камеры сгорания большего количества дизельного топлива и уменьшению доли объемного смесеобразования [Курочкин А.А. Подогрев рапсового масла как способ повышения эффективности использования его в качестве топлива / А.А. Курочкин, А.А. Жосан, Ю.Н. Рыжов, С.И. Головин // Вестник Орел ГАУ. - 2013. - №1(40). - С. 209-212].

Для отделения выпавшего осадка в рапсовом масле и смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом используют кларификацию с помощью сепаратора 1, в который подают рапсовое масло.

В процессе кларификации, через определенные промежутки времени осадок выбрасывается из сепаратора наружу. В начале процесса выброса осадка (автоматическая очистка сепаратора) подачу рапсового масла в сепаратор 1 прекращают, а оставшийся в сепараторе осадок, удаляют впуском промывочной воды. Так как процесс кларификации известен (https://cyberpedia.su/12x430d.html), то авторы приводят работу сепаратора без ссылки на чертеж. Вода заполняет гидравлическую систему, расположенную в нижней части сепаратора, и открывает пружинные клапаны. Затем под воздействием воды движется вниз подвижная нижняя часть сепаратора. В результате этого открываются выпускные окна, расположенные по периферии сепаратора в его средней части. Осадок выталкивается через эти окна центробежной силой. Затем под воздействием воды поднимается подвижная часть сепаратора вверх в исходное положение. В результате этого выпускные окна закрываются. Затем в сепаратор подается вода для восстановления жидкостного уплотнения (водяного затвора), необходимого для процесса сепарации. После этого возобновляют подачу в сепаратор 1 необработанного рапсового топлива, и продолжается процесс сепарации (https://cyberpedia.su/12x430d.html). Процесс подогревания и кларификации контролируется электронным блоком 4 управления.

Затем осуществляют тонкую очистку путем фильтрации с помощью масляного фильтра 2 и далее очищенное рапсовое масло, поступает в анализатор 6 качества рапсового масла на наличие мелкодиспергированной примеси в нем. Если качество рапсового масла не удовлетворяет требованиям, то его возвращают на дополнительную очистку в масляном фильтре 2 тонкой очистки. Если качество полученного рапсового масла удовлетворяет требованиям, то электронный блок 4 управления подает сигнал на клапан-распределитель анализатора 6 и масло в дозатор 7.

Содержание в рапсовом масле мелкодиспергированных примесей, таких как фосфолипиды, воски, и другие вещества растительного происхождения [Зимин А.Г. Очистка рапсового масла и улучшение его противоизносных свойств для использования в сельскохозяйственной технике: автореф. канд. техн. наук. - Мичуринск: Мичуринский ГАУ, 2011. - 21 с.], а также механических примесей затрудняет проведение технологических операций, например, рафинации и гидрирования. Кроме того, под действием кислорода воздуха фосфолипиды легко окисляются с образованием темноокрашенных соединений, которые ухудшают качество масел.

Воски и воскообразные вещества (сложные эфиры высших жирных кислот и высших жирных спиртов с t_пл. до 90°С). Они образуют тонкие взвеси (так называемые "сетки") и вызывают помутнение масел, что портит их товарный вид.

К механическим примесям относятся обрывки клеток растений, органическая и минеральная пыль. Их содержание не превышает 0,1…0,3%. Содержание механических примесей заметно возрастает в масле, которое подается в производство из нижней части емкостей-хранилищ, т.к. при длительном отстое они оседают на дно [Ларин А.Н. Общая технология отрасли: учеб. пособие. - Иваново: ИГХТУ, 2006. - 76 с.].

Использование в двигателях неочищенного рапсового масла осложняется их высокой вязкостью и образованием отложений нагара на соплах топливных форсунок и в цилиндрах. Поскольку температура поршня при малой нагрузке (включая холостой ход) снижается, то растительные масла (имеющие высокую температуру кипения), находящиеся на стенках охлажденного поршня, не способны к испарению и воспламенению при смешивании с воздухом: они полностью не сгорают. При перемещении поршневыми кольцами несгоревшего топлива вниз (в такте расширения) растительное масло, проникая в картер, смешивается с моторным маслом, ухудшая его качество, что в конечном итоге приводит к выходу двигателя из строя. Этим вызвана необходимость преждевременной замены моторного масла при работе двигателей на растительных маслах, т.е. уменьшение межсервисного периода (https://studref.com/637063/ekologiya/biodizel_ispolzovanie_rapsovogo__drugih_masel_kachestve_topliva).

Очищенное рапсовое масло с помощью дозатора 7 поступает в кавитационный диспергатор 3, куда подается очищенное дизельное топливо от фильтра 10 дозатором 8. Дозаторы 7 и 8 рапсового масла и дизельного топлива соединены с мультифункциональным блоком 9 управления дозаторами.

Кавитационное диспергирование очищенного рапсового масла с дизельным топливом взяты в соотношении 2:1 продолжительностью 30-40 минут при температуре 70°С и контролируют качество перемешивания. Время перемешивания 30-40 минут. Если перемешивание меньше этого времени, то рапсовое масло будет на дне дизельного топлива, так как его плотность составляет 830 кг/м³, а рапсового масла 916 кг/м³ и при горении выделяются смолистые вещества, которые засоряют отверстия форсунок, а если больше - то дизельное топливо растворится в рапсовом масле и процесс самовоспламенения топлива будет отсутствовать. Если перемешивание равномерное, то биодизельное топливо отправляют на хранение, если неравномерное, то его дополнительно перемешивают.

Кавитационное диспергирование очищенного рапсового масла с дизельным топливом проводят в соотношении 2:1 обусловлено тем, что:

- если больше взять соотношение, то дизельное топливо будет вязкое и происходит его перенасыщение рапсовым маслом, а его коксуемость (0,4-0,5%) превышает коксуемость дизельного топлива (0,3%), что приведет ухудшению его самовоспламенению и сгоранию;

- если меньше - то будет не насыщение дизельного топлива, что приведет загрязнению окружающей среды выхлопными газами.

Кавитационное диспергирование очищенного рапсового масла с дизельным топливом осуществляется при температуре 70°С, объясняется тем, что с повышением температуры вязкость рапсового масла снижается до 17,5 мм²/с, а с понижением температуры вязкость увеличивается [Марков В.А., Стремяков А.В., Девянин С.Н. Работа транспортного дизеля на смесях дизельного топлива и рапсового масла // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2010. №1.-С. 87-101].

Далее полученное биодизельное топливо подается в емкость 11 для хранения.

Справочные данные по концентрации сернистых соединений и вредных газов в выхлопе согласно Байбарину В.А., Божко А.В. приведены в работе [Байбарин В.А., Божко А.В. Влияние отработавших газов двигателей МЭС на экологию и их состав // Вестник аграрной науки Дона. 2014. №4 (28). С. 81-86], которые представлены в таблице 1.

Выполнение технологических операций в способе производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей позволяет повысить качество биодизельного топлива.

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может найти применение при изготовлении из семян рапса биотоплива с последующим использованием его в автотракторных двигателях, например, для тракторов марки МТЗ-80, МТЗ-82 и др. Описан способ производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для автотракторных дизельных двигателей, включающий отделение выпавшего осадка в рапсовом масле, смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом, использование кларификации для отделения рапсового масла от осадка с последующей тонкой очисткой рапсового масла путем фильтрации с добавлением в него дизельного топлива в соотношении 2:1, проведение кавитационного диспергирования продолжительностью 30-40 минут при температуре 70°С и контроль качества перемешивания, причем предварительно осуществляют подогрев рапсового масла до температуры 70…110°С, при этом после его тонкой очистки осуществляют анализ качества на наличие мелкодиспергированной примеси в нем и подают дозированно для смешивания с дизельным топливом. Технический результат - повышение качества биодизельного топлива. 1 табл., 1 ил.

Способ производства биодизельного топлива на основе рапсового масла для автотракторных дизельных двигателей, включающий отделение выпавшего осадка в рапсовом масле, смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом, использование кларификации для отделения рапсового масла от осадка с последующей тонкой очисткой рапсового масла путем фильтрации с добавлением в него дизельного топлива в соотношении 2:1, проведение кавитационного диспергирования продолжительностью 30-40 минут при температуре 70°С и контроль качества перемешивания, отличающийся тем, что предварительно осуществляют подогрев рапсового масла до температуры 70…110°С, при этом после его тонкой очистки осуществляют анализ качества на наличие мелкодиспергированной примеси в нем и подают дозированно для смешивания с дизельным топливом.