75 лет Геннадию Андреевичу Кулябину (стр. 31 )

, (3)

где ε1,2 – степень черноты соответственно излучающего и поглощающего тела; Т1,2– температура соответственно излучающего и поглощающего тела, К; S – площадь поверхности излучающего тела см2; – время, с.

Тогда отношение теплоты, переданное излучением к стенке с нагаром и без нагара, определяется следующим выражением:

, (4)

где εпл, мет, наг – степень черноты соответственно пламени, чистой стенки и нагара; Т пл, мет, наг – температура соответственно пламени, чистой стенки и нагара, К. Принимаем εпл = ε мет = 0,5, εнаг =0,95.

Результаты расчетов влияния отложения нагара на теплоотвод излучением из объема камеры сгорания к стенке цилиндра в зависимости от толщины его слоя, температуры внутренней поверхности чистой стенки, представлены (рисунок).

Таким образом, при образовании нагара на стенках цилиндра из-за снижения теплоотвода от внутренней поверхности стенок камеры сгорания к охлаждающей жидкости и повышения температуры стенок снижается на 5-10% и более доля теплоты, отводимой из объема камеры сгорания к стенкам. В результате увеличивается максимальная температура в цилиндре.

Рисунок. Влияние нагара на теплоотвод из объема

к стенкам камеры сгорания (ТОЖ=95°С)

По мере накопления нагара в камере сгорания и достижения некоторого равновесия по его толщине для обеспечения бездетонационной работы двигателя, требуемое октановое число бензина повышается, как известно, до 10 пунктов [5-7]. Это объясняется увеличением скорости реакций в соответствии с уравнением Аррениуса и, что более существенно, повышением концентрации ионов и электронно-возбужденных молекул, вступающих в реакции со значительно большей скоростью, чем радикалы [8]. Устранение нагарообразования должно, таким образом, привести, благодаря смягчению температурного режима в двигателе, к снижению требований к октановому числу используемого бензина до 10 пунктов.

Оксид азота в двигателе образуется по реакции:

N2 +O2 2NO - 181 кДж

Используя кинетические данные [9], оценим изменение скорости прямой реакции, а также равновесной концентрации оксида азота при снижении температуры, считая, что концентрации азота и кислорода в газовой смеси при различных температурах одинаковы. Результаты расчетов представлены в табл. 2. Со снижением температуры скорость реакции образования оксида азота резко снижается, равновесная концентрация NO при сильной зависимости константы равновесия от температуры быстро падает.

Таблица 2

Изменение скорости реакции образования оксида азота и его концентрации

в равновесной смеси в зависимости от максимальной температуры в двигателе

( – константа скорости реакции N2 +O2 2NO, vT – скорость реакции,

– константа равновесия, – равновесная концентрация оксида азота

при температуре Т)

Т, К	, см3/моль·с
2500	105,21	1	10-2,31±0,30	1
2250	104,08	0,074	10-2,71±0,31	0,40±0,01
2000	10-1,14	4,5∙10-7	10-3,17±0,33	0,14±0,01

При сгорании топлива при стехиометрическом (a=1) соотношении воздух: топливо и при избытке кислорода (a>1) содержание оксида углерода в отработавших газах определяется диссоциацией углекислого газа при максимальных температурах, достигаемых в двигателе [10]. При давлении 1 МПа в продуктах горения углеводородов в кислороде концентрация оксида углерода в равновесной смеси составляет 18 % об. при 2000К и 23% об. при 3000К. При максимальной температуре пламени концентрация оксида углерода велика и тем выше, чем выше температура. За фронтом пламени оксид углерода окисляется до диоксида, но с понижением температуры скорость реакции быстро убывает и реакция «замораживается».

Таким образом, устранение нагарообразования в двигателе, значительно понижающее максимальную температуру в камере сгорания, приведет к существенному сокращению выбросов оксидов азота и углерода с отработавшими газами.

Кроме того, устранению нагара сопутствует почти полное устранение выбросов с отработавшими газами автомобилей с бензиновыми ДВС полициклических ароматических углеводородов, являющихся предшественниками нагара, в том числе сильнейшего канцерогена – бенз(α)пирена.

Представляется перспективным каталитическое ускорение протекания реакций газификации и окисления нагара в двигателе, что существенно повысит экологическую безопасность и эффективность эксплуатации автомобилей с бензиновыми двигателями. Снижение выбросов оксидов углерода, азота, полициклических ароматических углеводородов, требований к октановому числу бензина при устранении нагарообразования в двигателе установлено экспериментально [10].

Выводы

·  Теоретически показано, что устранение отложений нагара в бензиновых двигателях приводит к снижению выбросов оксидов углерода и азота.

·  Объяснено повышение требований двигателя к октановому числу бензина с отложением в двигателе нагара.

Список литературы

1.  Сюняев , облагораживание и применение нефтяного кокса / / - М., 1973.

2.  / //Нефтяной углерод. - М., 1980.

3.  Физическая энциклопедия. Т. 1 / гл. ред. .- М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 699 с.

4.  Физическая энциклопедия. Т. 5 / гл. ред. .- М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 760 с.

5.  Нефтепродукты. Свойства, качество, применение: справочник / Под ред. . - М.: 1966. - 776 с.

6.  Грузе переработки нефти/ , //- Л.: Химия.1964. -607 с.

7.  Гуреев бензины. Свойства и применение/ , // - М.: Нефть и газ. 1996. - 444 с.

8.  Кондратьев и механизм газофазных реакций/ , // - М.: Наука, 1974. - 558 с.

9.  Кондратьев скорости газофазных реакций: справочник/ // - М.: Наука, 1970.

10. Магарил качества моторных топлив на эксплуатационные и экологические характеристики автомобилей: монография/ // - М.: КДУ, 2008. - 164 с.

Сведения об авторах

, д. т.н., заведующая кафедрой «Экономика химической промышленности» Уральский федеральный университет имени первого Президента России ,

Магарил Ромен Зеликович, профессор, д. т.н., Тюменский государственный нефтегазовый университет, , *****@***ru

, аспирант, Уральский федеральный университет имени первого Президента России , тел.:[phone]

, д. х. н., профессор, Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.:[phone]

Magaryl E. R., PhD, head of Department «Economics of Chemical Industry», Ural Federal University named after B. N. Eltsin, first President of Russia, phone: [phone]

Magaryl R. Z., PhD, professor, Tyumen State Oil and Gas University, phone: [phone], *****@***ru

Chenderev A. V., postgraduate student, Ural Federal University named after B. N. Eltsin, first President of Russia, phone: [phone]

Korzun N. V., PhD, professor, Tyumen State Oil and Gas University, phone: [phone]

УДК 550.47

СЕРОСОДЕРЖАНИЕ И МЕТАЛЛОНОСНОСТЬ НЕФТЕЙ

КАК ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

,

(Институт нефте - и углехимического синтеза при Иркутском государственном университете)

Ключевые слова: серосодержание, металлоносность, корреляция, нефтегенез

Key words: sulfur content, metal contents, correlation, neftegenez

В последнее время все более доказательными становятся решающая роль эндогенных факторов в генезисе нефтегазовых систем и недостаточность осадочно-миграционной теории для объяснения всего комплекса данных об этом процессе [1].

Доминирующий характер приобретает признание возможности совместной реализации эндо-и экзогенных процессов в нефтеобразовании как свойстве земных оболочек [2]. В связи с этим возникает необходимость оценить вклады био - и абиогенных составляющих.

Одной из главных задач дальнейшего развития представлений о генезисе нефтегазовых систем является также необходимость объяснения наблюдаемой для нефтей ассоциации элементов. Окончательно не ясно, являются ли гетероэлементы «спутниками», внедряющимися в том или ином количестве в углеводородную систему на какой-либо из стадий ее генезиса и придающими нефти лишь некую специфику, но не определяющими такие важные характеристики, как конденсированность системы в целом и фракционный состав нефти, либо гетероэлементы ак­тивно участвуют в процессе нефтеобразования с самых начальных его стадий и их воздействие носит детерминистический характер.