Wpływ metali nieżelaznych na stabilność oksydacyjną paliw do silników o zapłonie samoczynnym

• Autorzy: Sacha Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.09.07

Warianty tytułu

EN

Influence of non-ferrous metals on the oxidation stability of diesel fuel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wraz z szybkim wzrostem światowej gospodarki zapotrzebowanie na energię zaczęło gwałtownie rosnąć. Wzrost ten powoduje nadmierne wykorzystanie światowych zasobów paliw kopalnych. Aby poradzić sobie ze zwiększonym zapotrzebowaniem na energię, od wielu lat prowadzone są szerokie badania w dziedzinie paliw alternatywnych, a w szczególności nad biodieslem, który jest dobrym zamiennikiem oleju napędowego pochodzenia naftowego. Biodiesel ma lepsze właściwości paliwowe niż olej napędowy z ropy naftowej, ponieważ jest on odnawialny, z natury nietoksyczny i zasadniczo wolny od siarki i związków aromatycznych. Może być stosowany w dowolnym silniku wysokoprężnym bez jego modyfikacji. Jedną z wad paliw z zawartością bioestrów i biodiesli jest to, że są one podatne na utlenianie, które może wywołać polimeryzację bioestru, w wyniku czego powstaną nierozpuszczalne osady, blokujące filtry paliwowe. Kwaśne produkty reakcji utleniania bioestrów mogą powodować korozję układu napędowego. Niniejszy artykuł dotyczy oceny stabilności oksydacyjnej paliw do silników z zapłonem samoczynnym z zawartością bioestrów w kontakcie dynamicznym z metalami nieżelaznymi. Europejska norma dotycząca paliw do silników z zapłonem samoczynnym PN-EN 590+A1:2017-06 wymaga określenia stabilności oksydacyjnej w 110°C metodą Rancimat (PN-EN 15751), zakładając minimalny czas indukcji 20 h. Stwierdzono negatywny wpływ metali na stabilność oksydacyjną. Ich dynamiczny kontakt z paliwem do silników o zapłonie samoczynnym zawierającym bioestry wielokrotnie przyspieszał proces utleniania, potwierdzając fakt, że metale mają katalityczny wpływ na ich stabilność oksydacyjną. Najsilniejszy negatywny wpływ na stabilność oksydacyjną miały miedź i ołów. Wykazano zależność stabilności utleniania od rodzaju metalu i czasu dynamicznego kontaktu.

EN

With the global economy experiencing rapid growth, energy demands are rising at a very high rate, thus resulting in excessive utilisation of fossil fuel resources. To cope with the energy demand, extensive research is carried out in the field of alternative fuels. Biodiesel fuel has better fuel properties compared to petroleum diesel – it is renewable, non-toxic in nature and essentially free of sulphur and aromatics and can be used in any diesel engine without modification. One drawback of biodiesel is that it is susceptible to oxidation that can induce polymerization of the ester and can form insoluble gums and sediments that are known to cause fuel filter plugging. The present paper deals with the evaluation of the oxidation stability of biodiesel in dynamic contact with metals. The paper also investigates the impact of nonferrous metals on the oxidation stability of various biofuel sources. The European diesel standard PN-EN 590 calls for determining oxidation stability at 110°C with a minimum induction time of 20 h with the use of the Rancimat method (PN-EN 15751). A negative effect of metals on oxidation stability was found. Metals have a catalytic effect on biodiesel stability. Even small concentrations of metal contaminants showed nearly the same impact on oxidation stability as large amounts. The strongest negative effect on oxidation stability was demonstrated by copper and lead. The dependence of oxidation stability on the type of metal and time of dynamic contact was shown.

Słowa kluczowe

PL

stabilność oksydacyjna; kontakt dynamiczny; miedź; ołów; biodiesel

EN

oxidation stability; dynamic contact; copper; lead; biodiesel

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 9
• Strony: 579--586
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sacha Dariusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Abramek K., Osipowicz T., Gołębiewski W., Kowalek S., 2014. Wpływ zanieczyszczeń paliwa na zużycie wybranych elementów układu Common Rail. Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, 5: 33–36.
• ACEA – European Automobile Manufacturers’ Association, 2013. Worldwide Fuel Charter, Fifth Edition. September.
• Ashok B., Nanthagopal K., Mohan A., Johny A., Tamilarasu A., 2017. Comparative analysis on the effect of zinc oxide and ethanox as additives with biodiesel in CI engine. Energy, 140 (Part 1): 352–364.
• Bukrejewski P., Wardzińska P., 2016. The influence of copper on the oxidation stability of commercial diesel oil. The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji, 72(2): 5–14.
• Clark R.H., 1988. The Role of a Metal Deactivator in Improving the Thermal Stability of Aviation Kerosines. [w:] Proceedings of the 3rd International Conference on Stability and Handling of Liquid Fuels, London, UK, 13–16 Sept. 1988, s. 283.
• Fitch J., Gebarin S., 2006. Sludge and Varnish in Turbine Systems. Practicing Oil Analysis Magazine, Noria Corporation, May.
• Gatto V., Moehle W., Cobb T., Schneller E., 2006. Oxidation Fundamentals and Its Application to Turbine Oil Testing. Journal of ASTM International, 3(4): 1–20.
• Hoshino T., Iwata Y., Koseki H., 2007. Oxidation stability and risk evaluation of biodiesel. Thermal Science, 11(2): 87–100.
• Jain S., Sharma M., 2010. Stability of biodiesel and its blends. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14: 667–678.
• Jakóbiec J., 2009. Procesy starzenia estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. Inżynieria Rolnicza, 5(114): 85–90.
• Knothe G., 2005. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Processing Technology, 86(10): 1059–1070.
• Knothe G., 2007. Some aspects of biodiesel oxidative stability. Fuel Processing Technology, 88: 669–677.
• Knothe G., Kevin R., Steidley K., 2018. The effect of metals and metal oxides on biodiesel oxidative stability from promotion to inhibition. Fuel Processing Technology, 177: 75–80.
• Kupczyk A., Mączyńska J., Sikora M., Tucki K., Żelaziński T., 2017. Stan i perspektywy oraz uwarunkowania prawne funkcjonowania sektorów biopaliw transportowych w Polsce. Roczniki Naukowe Ekonomii Rolnictwa i Rozwoju Obszarów Wiejskich, 104(1): 39–55.
• Lee A., Bennet J., Manayil J., Wilson K., 2014. Heterogeneous catalysis for sustainable biodiesel production via esterification and transesterification. Chem. Soc. Rev., 43: 7887–7916.
• Lee A., Wilson K., 2015. Recent developments in heterogeneous catalysis for the sustainable production of biodiesel. Catal. Today, 242: 3–18.
• Łukasik Z., Łenyk M., 2008. Działanie korozyjne paliwa biodiesel (FAME) – przyczyny i przeciwdziałanie. Archiwum Motoryzacji, 1: 51–68.
• Marek A., Hefczyc B., Stec Z., 2015. Badania szybkości inicjowania procesów wolnorodnikowych wybranymi inicjatorami. Materiały Politechniki Śląskiej, Wydział Chemiczny, Katedra Technologii Chemicznej, Organicznej i Petrochemii.
• Markowski J., 2011. Badanie stabilności nowych dodatków FBC oraz uszlachetnionych tymi dodatkami paliw. Nafta-Gaz, 10: 736–741.
• Oleksiak S., Żółty M., 2012. Wybrane metody badań do monitoringu środków smarowych. Nafta-Gaz, 58: 834–841.
• Sanders J., Tock R., Yang J., 2009. Nano-sized metal and metal oxide particles for more complete fuel combustion. U.S. Patent 20090000186, p. 1.
• Stanik W., Jakóbiec J., Wądrzyk M., Janus R., 2015a. Wpływ stabilności termooksydacyjnej biokomponentów ON na pracę układu wysokociśnieniowego wtrysku paliwa Common Rail. Logistyka, 5: 569–576.
• Stanik W., Mazanek A., Jakóbiec J., 2015b. Study of diesel oil containing 7% (v/v) of FAME and cetane boost additive for the assessment its utility and purity of injectors. Combustion Engines, 162(3): 933–943.
• Verma P., Sharma M., Dwivedi G., 2015. Investigation of Metals and Antioxidants on Stability Characteristics of Biodiesel. Materials Today: Proceedings, 2: 3196–3202.
• Walling C., 1957. Free Radicals in Solution. John Wiley and Sons, NY: 427.
• Żółty M., Krasodomski W., 2018. Stabilność oksydacyjna estrów metylowych kwasów tłuszczowych stanowiących samoistne paliwo lub biokomponent olejów napędowych. Nafta-Gaz, 5: 399–404. DOI: 10.18668/NG.2018.05.08.
• Akty prawne i normatywne
• PN-EN 16091:2011 Ciekłe produkty naftowe – średnie destylaty, estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) i ich mieszanki – Oznaczenie stabilności oksydacyjnej w teście przyspieszonego utleniania w małej skali.
• Ustawa z dnia 30 listopada 2016 r. o zmianie ustawy – Prawo energetyczne oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. z 2016 r., poz. 1986).
• PN EN 14214+A1:2014-04 Paliwa do pojazdów samochodowych – Estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) do silników o zapłonie samoczynnym (Diesla) – Wymagania i metody badań.
• PN-EN 15751:2014-05 Paliwa silnikowe – estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) jako paliwo lub komponent paliwa do silników Diesla – Oznaczanie stabilności oksydacyjnej w teście przyspieszonego utleniania.
• PN-EN 590+A1:2017-06 Paliwa do pojazdów samochodowych – Oleje napędowe – Wymagania i metody badań.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).