Dorota Józwiak, Andrzej Szlęk
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska w Gliwicach
Ocena oleju rzepakowego jako paliwa kotłowego1)
Paliwa ciekłe odgrywają istotną rolę w światowej gospodarce.
Malejące naturalne zasoby oraz wzrastające ceny ropy naftowej
to czynniki powodujące, iż coraz większą uwagę skupia się na
bioolejach, traktując je jako alternatywę dla paliw ropopochod-
nych. Rzepak jest jednym z najbardziej kalorycznych produktów
roślinnych, a wytwarzany z niego olej ma wartość opałową zbli-
żoną do powszechnie stosowanych paliw ciekłych.
Zastępowanie mineralnych paliw ciekłych olejami pochodze-
nia roślinnego to temat:
aktualny popierany przez Unię Europejską, co znajduje
odzwierciedlenie w licznych dokumentach i programach poli-
tycznych takich, jak: Biała Księga Komisji Europejskiej Energia
Rys. 1. Schemat poglądowy możliwości wykorzystania biopaliwa
dla przyszłości odnawialne zródła energii z roku 1997 oraz
rzepakowego [5]
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady Europy w sprawie
promocji elektryczności ze zródeł odnawialnych na wewnętrz-
nym rynku energii elektrycznej z roku 2002; Własności świeżego oleju rzepakowego
zgodny z polityką naszego kraju zakładającą osiągnięcie 7,5%
udziału energii ze zródeł odnawialnych w bilansie paliwowym W celu oceny własności nieprzetworzonego oleju rzepakowe-
kraju do 2010 r. oraz 14% do 2020 r. [1]; go przeprowadzono pomiary następujących wielkości: gęstości
nie do końca poznany i wymagający prowadzenia prac i badań (metodą piknometryczną [6]), lepkości (metodą reometryczną)
naukowych oraz stworzenia nowych rozwiązań technicznych. oraz napięcia powierzchniowego (metodą pęcherzykową [6]).
Ponadto badano także temperaturę zapłonu w tyglu otwartym
Możliwości wykorzystania biopaliwa rzepakowego metodą Marcussona [6].
Badania gęstości, lepkości oraz napięcia powierzchniowego
Zastosowanie biopaliw rzepakowych (estrów) w silnikach prowadzono dla sześciu próbek oleju. Materiał użyty do badań
spalinowych to temat dość dobrze rozpoznany [2 4]. Uzyskiwany to spożywczy, rafinowany olej rzepakowy uzyskiwany na drodze
na drodze estryfikacji ester metylowy wyższych kwasów tłuszczo- zimnego tłoczenia nasion rzepaku. Badane próbki pochodziły
wych ma własności zbliżone do oleju napędowego. Jednak proces od sześciu krajowych producentów oleju rzepakowego, a więc
chemiczny jego pozyskiwania jest kosztowny oraz energochłonny. wytworzone zostały z surowca dostarczonego z różnych upraw.
Z tego względu korzystniejsze byłoby zastosowanie nieprzetwo- Szczegółowe dane na temat uzyskanych własności oleju
rzonego oleju rzepakowego. Jednak olej taki charakteryzuje się rzepakowego przedstawiono w tabeli 1.
wysoką lepkością i jego stosowanie wiąże się z koniecznością
wprowadzenia poważnych zmian konstrukcyjnych silnika [4]. Ist-
Tabela 1
nieje natomiast możliwość zastosowania nieprzetworzonego oleju
Własności sześciu próbek oleju rzepakowego różnego pochodzenia
rzepakowego, uzyskiwanego bezpośrednio z tłoczenia nasion rze-
(t = 20C)
paku, do celów grzewczych. Możliwości wykorzystania biopaliwa
Gęstość Napięcie
Nr Lepkość dynamiczna
rzepakowego schematycznie przedstawiono na rysunku 1.
powierzchniowe
próbki , mPas
, kg/m3 , kg/s2
W celu potwierdzenia faktu, iż świeży olej rzepakowy można
zaklasyfikować do grupy paliw ciekłych przeprowadzono ba-
1 894 0,048 74
dania podstawowych jego własności. Badania te prowadzono
2 880 0,045 65
z szczególnym uwzględnieniem tych cech paliwa, które są istot-
3 886 0,049 66
ne z punktu widzenia możliwości jego zastosowania do celów
4 866 0,046 108
grzewczych, w kotłach energetycznych.
5 916 0,048 72
1)
6 886 0,048 66
Badania przeprowadzono w ramach projektu badawczego KBN (PBU
80/RIE6/2004).
www.e-energetyka.pl
czerwiec 2006 strona 449
Zauważyć można, iż pochodzenie oleju rzepakowego nie Tabela 4
Olej rzepakowy jako paliwo
pozostaje bez znaczenia. Próbki oleju pochodzące z różnych
Olej Ester
zródeł wykazują nieco inne własności. Różnice te uwarunkowane
Olej
rzepa- metylowy
Własność opa-
są sposobem prowadzenia upraw rzepaku, odmianą rośliny oraz
kowy oleju
łowy
rzepakowego
stosowaną technologią pozyskiwania biopaliwa [8].
Dalsze badania miały na celu określenie zależności wybra- Gęstość, kg/m3 886 880 860
nych własności oleju rzepakowego od temperatury. Do analizy
Lepkość, mm2/s, 20C 74 7 3,5
wybrano próbkę oznaczoną w tabeli 1 numerem 6. Zbadano dla
Napięcie owierzchniowe, kg/s2, 20C 0,048 0,025
niej zależność gęstości, lepkości oraz napięcia powierzchniowego
Wartość opałowa, MJ/kg ~38 38,8 43
od temperatury w zakresie 20 80C. Uzyskane wyniki zebrano
Temperatura zapłonu, C >300 170 70
w tabeli 2 oraz zilustrowano na rysunku 2.
Skład elementarny
c, % 77,6 77,0 86,5
h, % 11,7 12,7 13,3
Tabela 2
o, % 10,5 10,2
Wpływ temperatury na wybrane własności oleju rzepakowego
s, % 0 0 0,23
Temperatura, C
Własność
20 40 60 80
Podsumowując analizę własności świeżego oleju rzepakowe-
Gęstość, , kg/m3 886 884 872 855 go można stwierdzić, iż ma on własności zbliżone do powszechnie
stosowanych paliw takich, jak olej opałowy czy estry metylowe
Lepkość dynamiczna , mPas 66 54 42
wyższych kwasów tłuszczowych. Gęstość oleju rzepakowego
Napięcie powierzchniowe, , kg/s2 0,048 0,045 0,043 0,039
wynosi 886 kg/m3, a dla porównania olej opałowy ma gęstość
równą 860 kg/m3. Świeży olej rzepakowy, uzyskiwany na drodze
tłoczenia nasion rzepaku, charakteryzuje się wysoką wartością
opałową, tj. 38 MJ/kg, podobnie jak olej opałowy uzyskiwany
z ropy naftowej (43 MJ/kg) czy estry metylowe (38,8 MJ/kg)
uzyskiwane na drodze estryfikacji. Niepodważalną jego zaletą
jest ponadto zerowa zawartość siarki w paliwie. Olej rzepakowy
ma wysoką lepkość, z badań wynika, iż przewyższa ona ponad
20-krotnie lepkość oleju opałowego.
Podobnie jest z napięciem powierzchniowym, które dla bada-
nej próbki 2-krotnie przekraczało napięcie powierzchniowe oleju
opałowego. Do pokonania problemów związanych z lepkością
oraz napięciem powierzchniowym wystarczająca jest odpowiednia
konstrukcja rozpylacza w palniku olejowym [7].
Temperatura zapłonu biopaliwa
W trakcie badania temperatury zapłonu paliwa rzepakowego
stwierdzono, że nie zapala się on (w rozumieniu zapłonu metodą
Marcussona) nawet w temperaturze 300C. Prawdopodobnie
wynika to z faktu, że dla zaistnienia zapłonu konieczne jest
Rys. 2. Wpływ temperatury na wybrane własności oleju rzepakowego
osiągnięcie na powierzchni cieczy takiego stężenia par paliwa,
które przekracza granicę zapłonu. Temperatura zapłonu jest
Oznaczone własności oleju rzepakowego zestawiono w ta-
ściśle związana ze zdolnością do parowania. W przeciwieństwie
beli 3 z danymi podawanymi w dostępnej literaturze [8, 9]. Po- do olejów mineralnych, olej rzepakowy jest mieszaniną frakcji
nadto w tabeli 4 dokonano ich porównania z własnościami innych
wrzących w szerokim zakresie temperatury. Dlatego osiągnięcie
paliw, takich jak olej opałowy i estry metylowe wyższych kwasów
wymaganego do zapłonu stężenia par jest w tym przypadku dużo
tłuszczowych [8 12].
trudniejsze. Dla przykładu temperatura zapłonu oleju opałowego
oraz estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych wynosi
Tabela 3
odpowiednio 70C oraz 170C.
Zestawienie własności oleju rzepakowego
Obniżenie temperatury zapłonu możliwe jest poprzez doda-
Olej Olej Olej
Własność rzepakowy rzepakowy rzepakowy
nie do oleju rzepakowego frakcji parującej w wąskim przedziale
badany wg [2] wg [3]
temperatury. Najprościej zrealizować to mieszając olej rzepakowy
Gęstość, kg/m3 886 913 917
z olejem opałowym ropopochodnym. Autorzy przeprowadzili
Lepkość kinematyczna, mm2/s, 20C 74 72,8 66,7
badania temperatury zapłonu mieszanki oleju rzepakowego
Wartość opałowa, MJ/kg 36 38 38,7
z opałowym zawierającej od 5 do 95 procent masowych oleju
Temperatura zapłonu, C >300 302 312
opałowego. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 5.
www.e-energetyka.pl
strona 450 czerwiec 2006
Tabela 5
Wnioski
Temperatura zapłonu biopaliwa w zależności od udziału oleju
opałowego w mieszaninie
Na podstawie przeprowadzonych badań i analiz stwierdzić
Udział oleju opałowego, Temperatura zapłonu
można, że:
% wag t, C
u świeży olej rzepakowy uzyskiwany w procesie tłoczenia nasion
0
rzepaku ma własności (gęstość, wartość opałowa) zbliżone do
Problemy z zapłonem
5 tradycyjnie stosowanych paliw ciekłych, takich jak olej opałowy
czy estry metylowe wyższych kwasów tłuszczowych;
10 164
u olej rzepakowy charakteryzuje się wysoką lepkością i napięciem
15 140
powierzchniowym, co utrudnia jego stosowanie jako paliwa;
25 97
u ze względu na fakt, iż olej rzepakowy jest mieszaniną frakcji
50 88
wrzących w szerokim zakresie temperatury występują problemy
75 74
z jego zapłonem;
u dodatek oleju opałowego w biopaliwie rzepakowym wyraznie
90 71
poprawia warunki zapłonu. 10% wagowych oleju opałowego w
95 70
mieszaninie z rzepakowym pozwala na osiągnięcie temperatury
zapłonu równej 164C; jest to wartość zbliżona do temperatury
Otrzymane wyniki potwierdzają hipotezę, iż dodatek oleju
uzyskiwanej w przypadku estrów oleju rzepakowego;
opałowego w mieszaninie z olejem rzepakowym odgrywa istotną
u istnieje minimalny udział oleju opałowego w mieszaninie z rze-
rolę w procesie zapłonu.
pakowym, poniżej którego występują problemy związane z za-
Zależność temperatury zapłonu od udziału oleju opałowego
płonem; z badań wynika, iż wynosi on około 5% wagowych;
w mieszaninie przedstawiono na rysunku 3.
u własności biopaliwa rzepakowego pozwalają na zakwalifiko-
wanie go do grupy paliw ciekłych stosowanych do opalania
typowych urządzeń grzewczych; ponadto można stwierdzić,
iż stanowi on alternatywę dla paliw ropopochodnych, a także
uzyskiwanych w kosztownym i energochłonnym procesie es-
trów oleju rzepakowego.
LITERATURA
[1] Strategia rozwoju energetyki odnawialnej, Sejm RP- 2001
[2] Recep A., Selim C., Huseyin S.: The potential of using vegetable
oil as fuel for diesel engines. Energy Conversion&Management,
42 (2001)
[3] Ramadhas A.S., Jayaraj S., Muraleedharan C.: Use of vegetable
oils as I.C. engine fuels-A review. Renewable Energy, 29 (2004)
[4] Reksa M.: Możliwość wykorzystania paliwa rzepakowego do
silnika Diesla. Regionalna Konferencja Produkcja biopaliwa
na bazie surowców roślinnych szansą polskiej gospodarki .
Wrocław 2001
[5] Hager A., Mieczyński M.: Analiza techniczno-ekonomiczna moż-
liwości wykorzystania biopaliwa w gospodarce. Tamże
[6] Ksiąsz A., Odlanicki - Poczobut T., Szlęk A., Wilk R. (red.), Zajdel
A., Zieliński Z.: Laboratorium techniki spalania. Wyd. Pol. Śl.,
Gliwice 2001
Rys. 3. Temperatura zapłonu biopaliwa w zależności od udziału
[7] Józwiak D., Kubica K., Matuszek K., Szlęk A., Wilk R.: Raw
oleju opałowego w mieszaninie
Rapeseed Oil Utilization for Heating Purposes. XVIII International
Symposium on Combustion Processes. Ustroń2003
[8] Organista W.: Ogrzewanie rzepakiem. Rynek Instalacyjny 2003,
nr 4
Analizując wykres zauważyć można jego wyrazny podział na
[9] Karcz H., Kosiorek A.: Ogrzewanie olejem rzepakowym. Rynek
Instalacyjny 2003, nr 1
trzy obszary.
[10] Organista W., Kuczyk J.: Biopaliwo paliwo rzepakowe. Aspekty
Pierwszy z nich obejmuje biopaliwo o dodatku 25 95% wa-
zastosowania do urządzeń grzewczych małej mocy cieplnej.
gowych oleju opałowego. W zakresie tym skład mieszanki ma
VI Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna Gospodarka
cieplna i eksploatacja pieców przemysłowych . Poraj 1998
bardzo niewielki wpływ na temperaturę zapłonu.
[11] Organista W.: Analiza możliwości zastosowania oleju rzepako-
W drugim obszarze, to jest dla zawartości 25 5% wagowych
wego oraz mieszanin z olejem opałowym lekkim do opalania
oleju opałowego w mieszaninie obserwuje się szybki wzrost
urządzeń grzewczych. VIII Ogólnopolska Konferencja Nauko-
wo-Techniczna Gospodarka cieplna i eksploatacja pieców
temperatury zapłonu wraz z malejącym udziałem oleju opało-
przemysłowych . Poraj 2000
wego.
[12] Lefebvre: Atomization and spray. Hemisphere Publ. Co., 1989
W trzecim obszarze tj. poniżej 5% wagowych oleju opalowe-
go, nie stwierdzono zapłonu pomimo osiągnięcia temperatury
przewyższającej 300C.
www.e-energetyka.pl
czerwiec 2006 strona 451
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Biopaliwa Transestryfikacja oleju rzepakowegoWŁAŚCIWOŚCI BIOMASY JAKO PALIWAEFEKTYWNOŚĆ BIOMASY JAKO PALIWA ENERGETYCZNEGOFunkcjonowanie kobiet po mastektomii jako ocena efektywności leczenia, opieki pielęgniarskiej oraz eKatalog filtrów oleju i paliwa w 206Nauka 16 Ocena ekspercka jako trzeci wymiar ewaluacji krajowych czasopism naukowych8788 regulacja kotlow na paliwa stale zapotrzebowanie powietrzaocena postepu w rozwoju INWENTARZ H C GUNZBURGA JAKO NARZĘ DZIE DIAGNOSTYCZNEJĘZYK SZTUKI OBRAZ JAKO KOMUNIKATKatar jako geopolityczne centrum Bliskiego Wschodu (Biuletyn Opinie)Analiza?N Ocena dzialan na rzecz?zpieczenstwa energetycznego dostawy gazu listopad 09Sylwetka Stefana Żeromskiego jako ucznia kieleckiego gim~403Ocena zmian asymetrii grzbietu grupy dzieci i młodzieży w dziesięcioletniej obserwacji; Kluszczynskiwięcej podobnych podstron