Валидация расчетной методики определения кривой дистилляции для смесевых углеводород-ных топлив, включающих биокомпоненты


Авторы

Цапенков К. Д.*, Кураева Ю. Г., Сидорова Е. И., Штырлов А. Е., Ястребов В. В., Зубрилин И. А.**

Самарский университет, Самара, Россия

*e-mail: tsapenkov@inbox.ru
**e-mail: zubrilin416@mail.ru

Аннотация

Данная работа посвящена актуальной теме внедрения биотоплив в авиационную отрасль, что является важным шагом к снижению углеродного следа и улучшению экологической ситуации. В рамках исследования проводится апробация расчетных методик определения давления насыщенных паров для различных видов топлива. Рассмотренные методики необходимы для расчетного определения кривой дистилляции по предложенному в данной работе алгоритму. В статье представлен алгоритм расчетного определения кривых дистилляции многокомпонентных топлив, включающих как традиционные нефтяные углеводороды, так и биокомпоненты. Кроме того, работа включает обзор существующих расчетных методик, применяемых для определения давления насыщенных паров нефтяных углеводородов и оксигенатов при заданной температуре. Важной является возможность определения давления насыщенных паров в диапазоне температур, а не при ее конкретном значении, так как температура постоянно меняется в процессе построения кривой дистилляции. Приводятся справочные данные о давлении насы-щенных паров различных топлив, которые используются для валидации расчетных методик. Особое внимание уделено новым экспериментальным данным о кривых дистилляции смесей, состоящих из нефтяных углеводородов и различных оксигенатов, таких как спирты, кетоны и альдегиды. Это расширяет понимание взаимодействия между компонентами и их влияния на характеристики топлива. С помощью представленных методик расчета давления насыщенных паров были построены расчетные кривые дистилляции, которые затем сопоставлены с результатами экспериментов. Помимо валидации на справочных данных представленные методики были проанализированы с точки зрения удобства их применения и точности при расчетном определении кривой дистилляции. В результате проделанной работы, рекомендуется наиболее подходящая расчетная методика для построения кривой дистилляции смесей нефтяных углеводородов с оксигенатами, что может быть использовано при разработке суррогатов авиационных топлив для моделирования процессов нагрева и испарения. Некоторые расчетные кривые показали значительное отклоне-ние от экспериментальных в начале графика, это может быть связано с тем, что для определения давления насыщенных паров смесей нефтяных углеводородов с оксигенатами необходимо применять коэффициенты активности, так как нефтяные углеводороды и оксигенаты представляют разные группы веществ. В дальнейших исследованиях планируется внедрение коэффициентов активности в методику расчетного определения давления насыщенных паров смесей нефтяных углеводородов с оксигенатами.

Ключевые слова:

кривая дистилляции, биокомпоненты, давление насыщенных паров, расчетная методика

Библиографический список

  1. Air pollution and climate change as grand challenges to sustainability / Afifa [et al.] // Science of The Total Environment. 2024. V. 928. pp. 172370. DOI: 10.1016/j.scito tenv.2024.172370
  2. Evaluating the climate impact of aviation emission scenarios towards the Paris agreement including COVID-19 effects / V. Grewe [et al.] // Nature Communications. 2021. V. 12. pp. 3841. DOI: 10.1038/s41467-021-24091-y
  3. Quantifying aviation’s contribution to global warming / M. Klower // Environmental Research Letters. 2021. V. 16. pp. 104027. DOI 10.1088/1748-9326/ac286e
  4. Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation (CORSIA): [сайт]. URL: https:// www.icao.int/environmental-protection/CORSIA/Pages/ default.aspx
  5. Nurdiawati A., Urban F. Decarbonising the refinery sector: A socio-technical analysis of advanced biofuels, green hydrogen and carbon capture and storage developments in Sweden // Energy Research & Social Science. 2022. V. 84. pp. 102358. DOI: 10.1016/j.erss.2021. 102358
  6. Biofuel blending reduces particle emissions from aircraft engines at cruise conditions / R.H. Moore // Nature. 2017. V. 543. pp. 411–415.
  7. Hook M., Tang X. Depletion of fossil fuels and anthropogenic climate change – A review // Energy Policy. 2013. V. 52, pp. 797–809. DOI: 10.1016/j.enpol.2012. 10.046
  8. The ICAO Environmental Report 2022. URL: https://www. icao.int/environmental-protection/Documents/Environm entalReports/2022/ICAO%20EN%20Report%202022% 20F4.pdf
  9. Preferential vaporization impacts on lean blow-out of liquid fueled combustors / S.H. Won // Combustion and Flame. 2019. V. 205, pp. 295–304. DOI: 10.1016/j.com bustflame.2019.04.008
  10. Alptekin E, Canakci M. Characterization of the key fuel properties of methyl ester – diesel fuel blends // Fuel. 2009. V. 88. pp. 75–80. DOI: 10.1016/j.fuel.2008.05.023
  11. Разносчиков В.В., Демская И.А. Математическая модель расчета теплофизических свойств синтетического жидкого топлива // Труды МАИ. 2012. № 50. C.24.
  12. Yaws L. Yaws’ handbook of thermodynamic and physical properties of chemical compounds: Physical, thermodynamic and transport properties for 5,000 organic chemical compounds: monography. Norwich: Knovel, 2003. 2078 p.
  13. Saxena P., Patel J., Joshipura M.H. Comparison of various methods for the estimation of vapor pressure of fatty acid methyl and ethyl esters (FAAE’s) // Fuel. 2016. V. 182. pp. 842–849. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.06.017
  14. Хафизов Ф.Ш., Краснов А.В. Давление насыщенных паров для нефтепродуктов // Нефтегазовое дело. 2012. № 3. C. 406–413.
  15. PubChem: [сайт]. URL: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/
  16. ГОСТ Р 53707-2009. Нефтепродукты. Метод дистилляции при атмосферном давлении. М.: Стандартинфор, 2011. 48 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024