Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Решение экологической и энергетической проблемы в промышленной и транспортной отрасли путем совершенствования существующих конструкций предусматривает применение различных устройств для обезвреживания отработавших газов дожиганием, каталитической и жидкостной нейтрализацией, фильтрацией и т. д. К сожалению, применение этих довольно сложных и дорогостоящих устройств малоэффективно и связано… Читать ещё >

Содержание

  • Обозначения
  • ГЛАВА I. Литературный обзор
    • 1. 1. Способы подготовки топливовоздушной смеси
    • 1. 2. Образование токсичных веществ при сгорании углеводородного топлива
  • ГЛАВА II. Термоокислительный крекинг углеводородного топлива
    • 2. 1. Механизм реакций термоокислительного крекинга углеводородного сырья
    • 2. 2. Математическое описание процесса
      • 2. 2. 1. Кинетическая модель процесса термоокислительного крекинга
  • ГЛАВА III. Экспериментальная часть
  • ЗА Определение диапазона коэффициентов избытка воздуха
    • 3. 2. Результаты эксперимента
    • 3. 3. Определение эффективной температуры процесса
  • ГЛАВА IV. Обработка и анализ экспериментальных данных
    • 4. 1. Определение констант скоростей реакций
    • 4. 2. Определение энергий активации реакций
    • 4. 3. Методика расчета малогабаритного реактора термоокислительного крекинга
  • ГЛАВА V. Результаты оценки работы малогабаритного реактора
    • 5. 1. Определение детонационной стойкости бензовоздушной смеси
    • 5. 2. Определение общей массы выбросов загрязняющих веществ
      • 5. 2. 1. Испытание на токсичность отработавших газов
      • 5. 2. 2. Расчет общей массы выбросов загрязняющих веществ
    • 5. 3. Оценка эффективности использования малогабаритного реактора для бензиновых энергосиловых установок

Малогабаритный реактор для процесса термоокислительного крекинга углеводородного жидкого топлива (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Промышленные и транспортные объекты являются основными потребителями нефтяных топ лив. По последним оценкам доля токсичных выбросов в продуктах сгорания топлива силовых энергоустановок составляет 85% от общего загрязнения окружающей среды [1, 2]. С учетом масштабов использования таких объектов, к которым, в частности, относятся двигатели транспортных средств, промышленные и бытовые генераторы электроэнергии, нагревательные приборы, совершенствование их функционирования должно быть направленно на факторы как экономического характера (снижение расхода топлива), так и экологического (уменьшение вредных выбросов в атмосферу) характера. Эти задачи пытаются решать с помощью создания более совершенных энергоустановок нового типасовершенствования рабочего процесса традиционных энергоустановок и применения систем нейтрализации продуктов сгораниядобавки присадок к топливу, повышающих его детонационную стойкостьиспользования в традиционных энергоустановках альтернативных видов топлива (диметиловый эфир, водород, растительные спирты и масла) [3,4].

В нашей стране, США, Японии и ряде других высокоразвитых странах проводятся комплексные научно-исследовательские работы по использованию водорода в качестве топлива для энергоустановок и, прежде всего — для двигателей транспортных средств [5]. Применение водорода для энергоустановок определяется его экологической чистотой, неограниченностью и возобновляемостью сырьевых запасов и прекрасными моторными свойствами. Несмотря на ряд преимуществ использования водорода в качестве топлива для энергоустановок существуют и проблемы. Они включают довольно обширный круг вопросов: изучение возможности перевода на водород современных топливных энергоустановок (в том числе и бензиновых двигателей) — определение оптимальных способов регулирования рабочего процесса, обеспечивающих минимальную токсичность отработавших газов и максимальную топливную экономичностьразработку систем питания и эффективных способов хранения водородаразработку высокоэффективных способов получения водородаснижение стоимости получения водорода.

Использование различного рода присадок к топливу повышают эксплуатационные характеристики энергосиловых установок, но в то же время увеличивают концентрацию токсичных веществ в продуктах сгорания топлива.

Решение экологической и энергетической проблемы в промышленной и транспортной отрасли путем совершенствования существующих конструкций предусматривает применение различных устройств для обезвреживания отработавших газов дожиганием, каталитической и жидкостной нейтрализацией, фильтрацией и т. д. К сожалению, применение этих довольно сложных и дорогостоящих устройств малоэффективно и связано со значительными затратами [6]. Применение противотоксичных устройств ухудшает ряд важных эксплуатационных характеристик, таких, как топливная экономичность, динамика и др. Например, самые лучшие в мире каталитические нейтрализаторы компании «Энгельгардт» увеличивают расход топлива автомобиля на 7 — 10%.

Современное направление в решении этих задач состоит в оснащении промышленных и бытовых энергосиловых установок, и двигателей транспортных средств малогабаритными реакторами, в которых реализуется тот или иной химический процесс облагораживания топлива (конверсия, пиролиз, каталитический крекинг, дегидрирование, дегидроциклизация и т. п.) [1, 7]. Большинство такого рода реакторов включают в себя дорогостоящие катализаторы, взрывоопасные воспламенители, не говоря уже о сложности в изготовлении.

Выявленные в процессе эксплуатации недостатки такого рода агрегатов побудили к поиску новых возможностей. С этой целью в ООО.

Кварк-Эко" был предложен способ облагораживания топливовоздушной смеси, реализующий процесс термоокислительного крекинга бензина. В задачу диссертации входило исследование малогабаритного реактора с целью выявления его режимных и конструктивных характеристик, обеспечивающих рациональное функционирование энергосилового агрегата в целом.

Цель работы.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследования входило:

• установление диапазона температур и коэффициентов избытка воздуха, обеспечивающих протекание процесса термоокислительного крекинга бензина в малогабаритном реакторе;

• определение зависимости состава продуктов термоокислительного крекинга бензина от параметров процесса;

• оценки значений режимных параметров термоокислительного крекинга, отвечающие наиболее эффективному режиму целевого процесса агрегата;

• определение констант скоростей и энергий активации реакций термоокислительного крекинга бензина;

• разработка кинетической модели термоокислительного крекинга.

Научная новизна:

• установлен диапазон коэффициентов избытка воздуха термоокислительного крекинга бензина;

• выявлены зависимости состава продуктов термоокислительного крекинга бензина в исследованных диапазонах условий процесса, а также константы скоростей и энергий активации реакций термоокислительного крекинга бензина.

Обоснованность научных результатов заключается в том, что кинетическая модель базируется на уравнениях Аррениуса.

Достоверность научных результатов подтверждается адекватностью результатов расчета по предложенным зависимостям экспериментальным данным в исследованном диапазоне режимных параметров процесса при доверительной вероятности 0,95.

Практическая значимость полученных научных результатов заключается в том, что на их основе разработана математическая модель процесса термоокислительного крекинга бензина и методика расчета малогабаритного реактора, позволяющая определить его режимные и конструктивные характеристики. Результаты испытаний двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оборудованного малогабаритным реактором, показали не превышение содержания компонентов токсичных выбросов, регламентированное стандартом Е1ЖО-3 и существенно более низкое, установленное ГОСТ Р 41.81.99.

Апробация работы.

Результаты работы были доложены и обсуждались на: V Международной научной конференции «Инженерная защита окружающей среды» (Москва, апрель 2003 г) — VII Международном Симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств» (Москва, май 2003 г) — X Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, сентябрь 2003 г) — 6-ой научно-технической конференции, посвященной 75-летию Российского Государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, январь 2005 г).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 4 тезиса докладов.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 109 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 132 страницах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Получены экспериментальные зависимости выходов продуктов (метан, этан, этилен, ацетилен, пропан, пропилен, изо — и н-бутан, монои диоксид углерода и водород) от температуры.

2. Установлено, что степень превращения и выходы целевых продуктов процесса термоокислительного крекинга выше, чем при других термических процессах (термический крекинг, каталитический крекинг и т. д.).

3. Разработана математическая модель для методики расчета процесса термоокислительного крекинга бензина, позволяющая определить состав и выходы получаемых продуктов, и провести проектный расчет малогабаритного реактора.

4. Установлено, что использование малогабаритного реактора в системе подготовки топливовоздушной смеси позволяет повысить октановое число бензовоздушной смеси и понизить удельный расход топлива.

5. Использование малогабаритного реактора в системе питания двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить степень сжатия, а это дополнительно ведет к росту мощности и экономичности двигателя.

6. Применение малогабаритного реактора в системе подготовки топливовоздушной смеси повышает гомогенизацию бензовоздушной смеси, что ведет к более полному и быстрому сгоранию горючей смеси в камере сгорания двигателя. В результате этого, концентрация токсичных веществ в продуктах сгорания (СХНУ, СО и NOx) значительно снижается. Полученные экспериментальные значения концентраций токсичных веществ в продуктах сгорания полностью соответствуют международным нормам EURO-3, а в некоторых случаях и ниже норм EURO-4.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Н., Трофименко Ю. В. Промышленно-транспортная экология: Учеб. для вузов / Под ред. В. Н. Луканина. — М.:Высш шк., 2001, 273 с.
  2. В. П. Дорожная экология. М.: Союз, 1997, 190 с.
  3. Bernard Sale. L evolution des convertisseurs d energie de petite moyenne puissance. Rev. gen. therm., 1977, 16, N 181, s. 112.
  4. Marchetti С. Hydrogen and Energy. Chem. Econ. and Eng. Rev., 1973, 5, N l, p. 225.
  5. А. И. Применение водорода для автомобильных двигателей. — Киев: Изд. «Наукова думка», 1984, 143 с.
  6. Callahan J. M. Evidence: the cost of clean air. Automob. int., 1974, N 1, p. 246.
  7. Ю.Т., Чумаченко Г. В., Ефимова A.B. Эксплуатация автомобиля и охрана труда на автотранспорте: Учебник. Изд-е 2, дополненное. Ростов н / Д: Изд. «Феникс», 2002, 416с.
  8. В.А. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебное пособие. Лабораторный практикум. М.: ФОРУМ: ИНФРА — М, 2002, 208с.
  9. Журнал «За рулем»., № 8,9,12, 1999 г.
  10. В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания. — Луганск: Изд. Восточно-украинского государственного университета, 1998 г.
  11. В.Н., Морозов К. А., Хачиян A.C. и др.- Под ред. Луканина В. Н. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 1. Теория рабочих процессов — М.: Высшая школа, 1995., 264 с.
  12. Нефтепродукты: свойства, качество, применение. Справочник / Под ред. Б. В. Лосикова. М.: Химия, 1966, 776 с.
  13. Моторные топлива, масла и жидкости. /Моторные топлива. 1 том. / Под ред. К. К. Папок и Е. Г. Семенидо. М.: Гостоптехиздат, 1957, 512 с.
  14. Г. П. Экологическая безопасность населения и территорий Российской Федерации (Правовые основы, экологическое страхование и экологический аудит).- М.: Издательский центр Аккил, 1998, 288 с.
  15. В. А., Игнатов А. П., Зельцер В. И., Пятков К. Б. Автомобили ВАЗ. Изд. 3-е. перераб. и доп.- М: Транспорт, 1976., 464 с.
  16. Л.Г., Гончаров В. М. Топливо, смазка, вода. М.: Высшая школа, 1981,234 с.
  17. В. П., Воронин В. Ф., Грехов Л. В., Ефимов С. И. и др.
  18. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Изд. 4-е. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990, 468 с.
  19. A.B. Карбюраторы: диагностирование, регулирование, ремонт. М.: Машиностроение, 1995, 258 с.
  20. .Н. Методы химического использования окислов углерода. М.: Химтеорет, 1936, 198 с.
  21. Э.М., Чарковская С. Э., Тесленко В. М. Конверсия метана природного газа. М.: Химия, 1964, 285 с. 21.Патент SU 1 455 028 AI
  22. .Н. Катализ в органической химии. М.: Госхимиздат, 1959, 377 с. 24.Патент RU. 2 076 232. С1
  23. United States Patent 3 828 736
  24. United States Patent 414 714 227. Патент DE 3 607 007 C3
  25. P. 3. Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов. М.: Химия, 1970, 224 с.
  26. Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: АН СССР, 1958, 350 с.
  27. И.И. Технология основного органического синтеза. — М.: Химия, 1968, 848 с.
  28. Т. Н., Черных С. П., Беренц А. Д. и др. Пиролиз углеводородного сырья в присутствии катализаторов. М.: ЦНИИЭнефтехим, 1978, С. 72.32.Патент RU. 2 008 494. С1.
  29. А. Д. Химия моторных топлив. М., Изд. АН СССР, 1953.
  30. В. Д. Термические и каталитические превращения углеводородов и других соединений нефти. М.: Изд. МИНХ и ГП им И. М. Губкина, 1982, 100 с.
  31. Р. А., Шевелькова JI. В., Титов и др. // Нефтехимия, 1976, Т. 16. № 1,С. 100−106.
  32. Р. Б., Калиненко Р. А., Наметкин Н. С. и др. // Кинетика и катализ. 1981, Т. 22. № 2, С. 291−297.
  33. В. И. Развитие каталитического органического синтеза. М.: Наука, 1964, 268 с.
  34. Н. М. Окисление углеводородов в жидкой фазе. Изд. АН СССР, 1954.
  35. С. Г. Проблемы окисления углеводородов. Изд. АН СССР, 1954.
  36. Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. Изд. 3-е. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1974, 400 с.
  37. Н. Н., Манаков М. Н., Швец В. Ф. Теория технологических процессов основного органического синтеза. М.: Химия, 1975, 478 с.
  38. Р. 3. Физикохимия нефти. Физико-химические технологии переработки нефти. -М.: Химия, 1998, 448 с.
  39. Т. Н., Барабанов Н. JL, Бабаш С. Е. Пиролиз углеводородного сырья. М: Химия, 1987,240 с.
  40. П. В. Моторные топлива: ресурсы, качество, заменители. Справочник. — М: Политехника, 1998, 416 с.
  41. В. P., Boyd Н. В., Oriss R. / High Temperature Chem. Reaction engineering Symp. Narrogate. 1975. Lond. 1975. P. 12/1−12/10.
  42. Chambers L. E., PobterW. S./Hydroc. Proc. 1974. V. 53. N l.P. 121−126.
  43. E. E., Беренц А. Д., Машинский В. И. Исследование состава жидких продуктов пиролиза. -М: ЦНИИТЭнефтехим, 1985, 56 с.
  44. С. П., Мухина Т. Н., Фурер С. М. и др. Нефтехимия. 1979. Т. 19. № 4. С. 560−567.
  45. Т. Н., Фурер С. М., Харитонов Б. Е., Нурматов Г. Актуальные направления научно-технического прогресса в производстве низших олефинов. М: ЦНИИТЭнефтехим, 1983. С. 3−8.
  46. Е. В., Теснер П. А. // ДАН СССР, 1973, Т. 212. № 3, С. 660 662.
  47. Р. 3. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. М: Химия, 1976, 312 с.
  48. Е. А., Фурсов А. В. Построение эмпирической математической модели гидравлического сопротивления прямоточно-противоточного контактного аппарата. /Методические указания к лабораторной работе /. — М: МГУИЭ, 2002,14 с.
  49. Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Изд. «Мир», 1973, 256 с.
  50. В.В., Перов B.JL, Мешалкин В. П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. М.: Химия, 1974, 344 с.
  51. А. Г., Статюха Г. А. Планирование эксперимента в химической технологии. Основные положения, примеры и задачи. — Киев: Вища школа, 1976, 320 с.
  52. С. Л., Кахаров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа, 1978, 319 с.
  53. Рузинов JL П., Слободчикова Р. И. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. М.: Химия, 1980, 280 с.
  54. И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976, 390 с.
  55. Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967,406 с.
  56. Н. Ф. Справочник по теплофизическим свойствам углеводородных топлив и их продуктов сгорания. M. JL, Госэнергоиздат, 1962, 288 с.
  57. Автомобильный справочник. / Первое издание /, пер. с англ. М.: Изд. «За рулем», 2000, 896 с.
  58. А. М. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия, 1996, 232 с.
  59. А. И., Ерохов В. Н. Эксплуатация и техническое обслуживание газобаллонных автомобилей. М.: Изд. «Транспорт», 1988, 265 с.
  60. А. В. Улучшение антидетонационных свойств карбюраторных двигателей. // Дисс. канд. техн. наук. М., 1984, 166 с.
  61. В. И., Горячий Я. В., Морозов К. А. Смесеобразование в карбюраторных двигателях. — М: Машиностроение, 1975, 176 с.
  62. . С., Генкин К. И. и др. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного поршневого двигателя. -М: Изд. АН СССР, 1960, 199 с.
  63. С. П., Дмитриев В. М., Довгопол Н. М. // Химическая технология. 1980. № 5. С. 45−47.
  64. Н. G., Schutt С. Н. // Chem. Eng. Prog. 1957 V. 53. N 3. P. 133−139.
  65. D. D., Martin F. F. // Amer. Inst. Chem. Eng. J. 1961. V. 7. N 4. P. 693−698.
  66. W. F., Johnson A. I. // Can. J. Chem. Eng. 1968. V. 46. N 3. P. 172−181.
  67. R., Woinaroschy A. // Rev. Chem. 1973. V. 24. N 5. P. 344−352.
  68. Van Damme P. S., Narayanan S., Froment G. F. // Amer. Inst. Chem. Eng. J. 1975. V. 21. N6. P. 1065−1073.
  69. Van Damme P. S., Froment G. F., Van de Steine О. // Ind. Eng. Chem., Ргос. des. devel. 1976. V. 15. N 4. P. 495−504.
  70. Т., Nakashio F., Sakai W. // 169-th Meeting of Amer. Chem. Soc. 1975. P. 99−116.
  71. К. M., Froment G. F. // Chem. Eng. Sei. 1977. V. 32. N 6. P. 609 617.
  72. Р. А., Титов В. В., Романова Е. Г. // Нефтехимия. 1976. Т. 16. № 6. С. 870−876.
  73. Нефтепеработка и нефтехимия. 1980. № 4. С. 26−28.
  74. В. В., Степанов А. В. // Химическая технология. 1975. № 4. С. 18−19.
  75. I., Murata М., Tanaka S., Saito S. // J. Chem. Eng. Jap. 1977. V. 10. N 4. P. 303−307.
  76. Murata M" Saito S. // J. Chem. Eng. Jap. 1975. V. 8. N. 1. P. 39−45.
  77. S., Arai I., Saito S. // J. Chem. Eng. Jap. 1976. V. 9. N. 2. P. 161−163.
  78. С. Термохимическая кинетика. / Пер. с англ. Ю. П. Ямпольского/ Под ред. М. С. Ениколопяна. М.: Изд. «Мир», 1971, 306 с.
  79. H. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: АН СССР, 1958, 350 с.
  80. М. П., Шевчук В. У. //ДАН СССР, 1966, Т. 171. С. 1369−1372.
  81. А. В., Апельбаум А. Л., Фалькович Ю. Г. Производство низших олефинов. / Сбор, трудов НИИСС, 1974, Вып. 5. С. 68−77.
  82. А. Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1982, 288 с.
  83. М. Г. Моделирование и оптимизация каталитических процессов. М.: Наука, 1965, 355 с.
  84. В. Н., Погорелов А. Г. Планирование кинетических исследований. М.: Наука, 1969, 176 с.
  85. В. Н., Морозов К. А., Хачиян А. С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. / В 3-х кн., Кн. 1. Теория рабочих процессов. / Под ред. В. Н. Луканина, М.: Высшая школа, 1999,292 с.
  86. В. Взрывы и горение в газах. М: Изд. иностр. лит., 1952, 687 с.
  87. Lohner К., Muller Н. Gemischbildung und Verbrennung in Ottomotoren. -Springer, 1967.
  88. А. И. Применение водорода для автомобильных двигателей. -Киев: Изд. «Наукова думка», 1984, 143 с.
  89. К.И. Газовые двигатели. М: Машиностроение, 1977, 193 с.
  90. Мау Н., Hattingen U., Jordan W. Termodynamische Untersuchung des Ottomotoren-Prozesses mit Wasserstoff als Zusatzkrafldtoff. — Mot. Techn. Z., 1976,37, N 4, S. 149−150.
  91. Ozaki S., Karematsu K. Study on the emission control of gasoline Engine by Hydrogen addition. J. Mech. Eng. Lab., 1978, 32, N 3, P. 12−22.
  92. Universitat Kaiserslautern: Verbesserung des Wirkungsgrades und der Stoff. Rev. Beige. Trans., 1975, N 2, S. 32−33.
  93. Billings R. E. A Hydrogen Powered Masse Transit System. — In: 1st world hydrogen energy conf. proc.: In 3 vol. (Miami Beach, Florida, 1−3 March 1976), 1976, vol. 3, P. 7C-27−76−40.
  94. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении выбросов в зависимости от топлива, необходимого для двигателей. // Разработан ВНИИНМАШ М.: Изд. Госстандарт России, 2001, 128 с.
  95. Г. Н., Кулешов А. С. Методика расчета рабочего процесса КДВС на ЭВМ. М: Известия ВУЗов., Машиностроение, 1986, N 6, С. 97 101.
  96. Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972, 720 с.
  97. Д. Н., Иващенко В. И. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983, 272 с.
  98. М. М., Рапипорт М. С. Авиационные поршневые двигатели. // Гос. Изд. Оборон. Пром.: М., 1951, 848 с.
  99. Woschni G. Die Berechnung der Wandeverluste und der thermichen Belasttung der Bauteile von Dieselmotoren // MTZ. 1970, N 12, S. 491−499.
  100. Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. М.: Машиностроение, 1961, 556 с.
  101. Разлей цев Н. Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков: Вища школа, 1980, 169 с.
  102. А. М., Eyzat P. Four-Oktane-Number Method for Predicting the Anti-Knock Behavior of Fuels and Engines. SAE Transactions, 1978, vol. 87, pap. 780 080, P. 294−308.
  103. А. Э., Каминский А. И., Моргулис П. С. Турбонаддув высокооборотных дизелей. Л.: Машиностроение, 1976,288 с.
  104. А. Э. Исследование импульсных систем газотурбинного наддува. // Двигатели внутреннего сгорания. — Харьков: вып. 15, 1972, С. 94−98.
Заполнить форму текущей работой