Μελέτη της ανοχής σε νερό μιγμάτων βενζίνης με αιθανόλη και ΕΤΒΕ

Πολυδώρου, άγγελος; Polydorou, angelos

dc.contributor.author	Πολυδώρου, άγγελος	el
dc.contributor.author	Polydorou, angelos	en
dc.date.accessioned	2023-02-14T09:32:49Z
dc.date.available	2023-02-14T09:32:49Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57131
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24829
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κατακράτηση	el
dc.subject	Νερό	el
dc.subject	Αιθυλοτριτ-βουτυλαιθέρας	el
dc.subject	Επίδραση	el
dc.subject	Οξυγονούχα	el
dc.subject	Όρια	el
dc.subject	Διαχωρισμός	el
dc.subject	Φάσεων	el
dc.subject	Θερμοκρασία	el
dc.subject	Αιθανόλη	el
dc.subject	Βενζίνη	el
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Ethyl tert-butyl ether	en
dc.subject	ETBE	en
dc.subject	Ethanol	en
dc.subject	Gasoline	en
dc.subject	Blends	en
dc.subject	Bioethanol	en
dc.subject	Temperature	en
dc.subject	Water	en
dc.subject	Phase	en
dc.subject	Tolerance	en
dc.subject	Separation	en
dc.subject	Ανοχή	el
dc.title	Μελέτη της ανοχής σε νερό μιγμάτων βενζίνης με αιθανόλη και ΕΤΒΕ	el
dc.title	Water tolerance of gasoline-ethanol-ETBE blends	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υγρά καύσιμα	el
heal.classification	Liquid fuels	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-03
heal.abstract	Η παγκόσμια πληθυσμιακή αύξηση της κατά κεφαλήν κατανάλωσης ενέργειας έχει συμβάλει σημαντικά στη δημιουργία μιας ενεργειακής κρίσης. Ένα από τα κυριότερα περιβαλλοντικά προβλήματα που αντιμετωπίζουμε σήμερα είναι η αέρια ρύπανση του περιβάλλοντος εξαιτίας υψηλών επιπέδων εκπομπών CO 2 , καθώς και άλλων επικίνδυνων αέριων εκπομπών στην ατμόσφαιρα. Μεγάλο μέρος της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης επωμίζεται ο τομέας των καυσίμων. Η συνεχής αύξηση της ζήτησης πετρελαϊκών πόρων απαιτεί την εκμηδένιση των ρύπων, των διυλιστηριακών αποβλήτων αλλά και τη χρήση ανανεώσιμων ενεργειακών πόρων. Η χρήση πρόσθετων όπως η αιθανόλη και ο αιθυλοτριτ-βουτυλαιθέρας (ETBE), με υψηλό βαθμό καθαρότητας σε μείγματα βενζίνης, έχει παρουσιάσει έντονη αποδοχή από τη βιομηχανία παραγωγής καυσίμων. Η χρήση βιοαιθανόλης και αιθυλοτριτ-βουτυλαιθέρα ως πρόσθετα για την αύξηση του αριθμού οκτανίου, είναι ευρέως γνωστή και εφαρμόζεται κατά κόρον. Μια μικρή προσθήκη ποσότητας βιοαιθανόλης, δύναται να καλυτερεύσει την ποιότητα του καυσίμου ως προς τον αριθμό οκτανίου, σε επίπεδα που μπορεί το καύσιμο να βρίσκεται εντός προδιαγραφών σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα. Ο αιθυλοτριτ-βουτυλαιθέρας ως πρόσθετο αποτελεί υποκατάστατο του μεθυλ-τριτ-βουτυλαιθέρα (MTBE) του οποίου η χρήση έχει περιοριστεί λόγω της τοξικότητάς του αλλά και της μόλυνσης των υπόγειων υδάτων. Η αιθανόλη βρίσκεται σε μειονεκτικότερη θέση έναντι του αιθυλοτριτ-βουτυλαιθέρας, αφού είναι υδατοδιαλυτή και αυτό μπορεί να φέρει προβλήματα διαχωρισμού φάσεων, υποβαθμίζοντας έτσι την ποιότητα του καυσίμου ως προς τον αριθμό οκτανίου. Σκοπός την εργασίας αυτής, είναι να εξετάσει τα όρια ανοχής νερού σε μίγματα βενζίνης αιθανόλης- αιθυλοτριτ-βουτυλαιθέρα -ΤΑΕΕ πριν να επέλθει ο διαχωρισμός φάσεων. Η μεθοδολογία που τηρήθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία ήταν η εξέταση συστατικών ανάμιξης ως προς τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά. Τα συστατικά ανάμειξης που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή χαμηλού και υψηλού αριθμού οκτανίου ήταν Dimate, Alkylate, FCC, Isomerate και Reformate. Όσον αφορά τα οξυγονούχα συστατικά που χρησιμοποιήθηκαν, η καθαρότητα της αιθανόλης ήταν 99,5%, του αιθυλοτριτ βουτυλαιθέρα 95% και του ΤΑΕΕ 95%. Στη συνέχεια, έγινε προσθήκη των οξυγονούχων σε αναλογίες τέτοιες ώστε, να ισχύουν οι προδιαγραφές των αντίστοιχων καυσίμων που υπάρχουν στην αγορά. Η πληθώρα διαφορετικών αναλογίων στα μίγματα από την πιο μικρή αναλογία στην πιο μεγάλη που ήταν επιτρεπτή βάση προδιαγραφών, προσέφερε την ευκαιρία να ελεγχθεί η ανοχή των μιγμάτων. Εξετάζοντας διεξοδικά τη συμβολή της παρουσίας του εκάστοτε συστατικού στην ανοχή του νερού. Επιπλέον, η πειραματική διαδικασία παρέχειτην ευκαιρία να εντοπιστεί η οριακή κατάσταση, που το μίγμα δεν εμφάνισε διαχωρισμό φάσεων, αλλά μια θολερότητα. Αυτό έδειξε τη μέγιστη οριακή ανοχή στο νερό. Γνωρίζοντας πλέον το οριακό αυτό σημείο, εξετάσθηκε σε δεύτερη φάση η συμβολή της θερμοκρασίας στο διαχωρισμό φάσεων. Εξαιτίας των αποτελεσμάτων που πηγάζουν από τη μελέτη και την επιβεβαίωση όσων προέκυψαν από βιβλιογραφικές πηγές, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η παρουσία αιθανόλης αποτελεί τον σημαντικότερο παράγοντα στο διαχωρισμό φάσεων. Ενώ σε αντίθεση, η παρουσία αιθέρων δεν επηρεάζει την ανοχή νερού στα δείγματα, αφού κατά την προσθήκη διάφορων αναλογιών αιθέρων για το ίδιο ποσοστό αιθανόλης, η απόκλιση στην ανοχή μεταξύ των μετρήσεων, βρέθηκε να μην ξεπερνά το 0,1%. Όσον αφορά την αιθανόλη, η παρουσία του πολικού υδροξυλίου και του πολωμένου μορίου του νερού συμβάλλει στην ανάπτυξη ισχυρών δεσμών ανάμεσα σε αιθανόλη και νερό. Έτσι, στην περίπτωση προσθήκης νερού σε ένα μίγμα αιθανόλης - βενζίνης το νερό βάση χημικής δομής αναπτύσσει δεσμούς με την αιθανόλη. Η φυσική επιλογή του νερού ως προς την αιθανόλη, μειώνει την διαλυτότητα της αιθανόλης στην βενζίνη και όταν ξεπεραστεί η οριακή κατάσταση επέρχεται ο διαχωρισμός φάσεων. Μέσα από τα αποτελέσματα αυτά, φαίνεται ότι η διαδοχική αύξηση της αιθανόλης δεν αντιστοιχεί σε διαδοχική αύξηση της ανοχής του νερού. Πιο συγκεκριμένα, σε μια ποσότητα αιθανόλης κάτω του 10% του δείγματος, στη προσθήκη 2% αιθανόλης σε βενζίνη υψηλού αριθμού οκτανίου, η ανοχή στο νερό καταγράφεται στο 0,25 %. Σε ποσοστό 4% αιθανόλης η ανοχή ανέρχεται στο 0,35%, και σε ποσοστό 8% αιθανόλης στο μίγμα η ανοχή στο νερό καταγράφεται στο 0,6%. Όταν όμως η ποσότητα της αιθανόλης ξεπεράσει το 10% του δείγματος, η ποσότητα του νερού που μπορεί να υπάρξει στο διάλυμα είναι υπερδιπλάσια. Δηλαδή, σε βενζίνη υψηλού αριθμού οκτανίου, με προσθήκη 10% αιθανόλης η ανοχή στο νερό καταγράφεται στο 0,7 %, για αιθανόλη σε ποσοστό 16% η ανοχή ανέρχεται στο 1,4%. Ως επακόλουθο αυτό παρατηρείται και στην παρουσία 20% αιθανόλης που η ανοχή καταγράφεται στα 1,9 %. Συγκρίνοντας τα δύο δείγματα χαμηλού και υψηλού αριθμού οκτανίου, παρατηρείται μια σταδιακή αύξηση στην ανοχή νερού και στα δυο δείγματα με την αύξηση προσθήκης αιθανόλης. Για την βενζίνη χαμηλού αριθμού οκτανίου, καταγράφηκε μικρότερη ανοχή κατά 0,05-0,1 % από αυτή του υψηλού αριθμού οκτανίου. Αυτή η μεγαλύτερη ανοχή στην περίπτωση της βενζίνης υψηλού αριθμού οκτανίου, μπορεί να επιβεβαιώσει ότι η παρουσία αρωματικών συμβάλλει θετικά στη ανοχή νερού. Τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε αρωματικά την συναντούμε στην περίπτωση υψηλού αριθμού οκτανίου (35,46%) σε σχέση με την περίπτωση του χαμηλού αριθμού οκτανίου (33,8% περιεκτικότητα σε αρωματικά ). Για την μελέτη της επίδρασής της θερμοκρασίας στον διαχωρισμό φάσεων εξετάστηκαν τα δείγματα τα οποία περιείχαν 6% αιθανόλη και 84% βενζίνη. Η πειραματική διαδικασία στηρίχθηκε στο σκεπτικό δύο μεθόδων (ASTM D4814, ASTM D6422). Επεξηγηματικά,τη βαθμιαία μείωση της θερμοκρασίας μέχριτο διαχωρισμό φάσεων ή μέχρι την εμφάνιση θολερότητας στο διάλυμα. Συγκεκριμένα, το δείγμα ψύχεται με ελεγχόμενο ρυθμό έως ότου να παρατηρηθεί διαχωρισμός φάσεων ή θολερότητα. Έτσι, επιβεβαιώνεται ότι η μείωση της θερμοκρασίας συμβάλλει στο διαχωρισμό φάσεων και ότι όσο μεγαλύτερη είναι η παρουσία του νερού στο μείγμα, το σημείο διαχωρισμού φάσεων εντοπίζεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Στην περίπτωση παρουσίας 0,4% νερού η πειραματική μέτρηση τερματίστηκε στους 12 °C, ενώ στην παρουσία 0,25% νερού η πειραματική μέτρηση τερματίστηκε στους 8 °C.	el
heal.abstract	The global increase per capita energy consumption, which is increasing every year, has contributed significantly to the creation of an energy crisis. One of the main environmental problems we face today is gaseous pollution due to high levels of CO 2 emissions as well as other hazardous gaseous emissions into the atmosphere. Much of the environmental burden falls on the fuel sector. The continuous increase in the demand for oil resources requires the elimination of pollutants, refinery waste and the use of renewable energy resources. The use of additives such as ethanol and ethyl tert-butyl ether (ETBE), with a high degree of purity in gasoline blends, has been strongly accepted by the fuel industry. The use of bioethanol and ETBE as additives to increase the octane number is well known and widely used. A small addition of bioethanol can improve the quality of the fuel in terms of octane number, to levels where the fuel can be within specifications according to European standards. ETBE as an additive is a substitute for methyl tert-butyl ether (MTBE) whose use has been limited due to its toxicity and groundwater contamination. Ethanol is in a lower position of choice than ETBE, as it is water soluble and this can cause phase separation problems, thus degrading the quality of the fuel in terms of octane number. The purpose of this work is to examine the water tolerance limits in ethanol-ETBE-TAEE gasoline mixtures before the phase separation occurs. The methodology that followed in this dissertation was the examination of mixing ingredients in terms of quality, quantity and mixing ingredients used to make low and high octane numbers were Dimate, Alkylate, FCC, Isomerate and Reformate. Regarding the oxygen components, the purity of ethanol was 99.5%, of ETBE 95% and of TAEE 95%. Oxygenators were then added in proportions such as to meet market fuel specifications. The variety of different ratios in the mixtures, from the smallest to the largest ratio that was permissible based on specifications, offered the opportunity to test the tolerance of the mixtures, examining in detail how the presence of each component contributes to the water tolerance. In addition, the experimental procedure gave the opportunity to identify the limit state where the mixture did not show phase separation, but a turbidity. This showed the maximum water tolerance. Knowing this limit point, in a second phase was examined the contribution of temperature to the phase separation. From the study of the results and the confirmation of those that emerged from bibliographic sources, we conclude that the presence of ethanol is the most important factor in phase separation. While the presence of ethers does not affect the water tolerance in the samples. Since when adding different proportions of ethers, for the same percentage of ethanol, the deviation in the tolerance between the measurements was found not to exceed 0.1%. In ethanol, the presence of polar hydroxyl and the polarized molecule of water contributes to the development of strong bonds between ethanol and water. Thus, in the case of adding water to a mixture of ethanol - gasoline, the water, according to its chemical structure, develops bonds with ethanol. The natural selection of water over ethanol reduces the solubility of ethanol in gasoline and when this limit state is exceeded, phase separation occurs. From these results, it appears that a sequential increase in ethanol does not correspond to a sequential increase in water tolerance. More specifically, in an amount of ethanol less than 10% of the sample, adding 2% ethanol to high octane gasoline, the water tolerance is recorded at 0.25%. At 4% ethanol the tolerance is 0.35%, this also happens at 8% ethanol in the mixture where the water tolerance is recorded at 0.6%. However, when the amount of ethanol exceeds 10% of the sample, the amount of water that can be saturated in the solution is more than double. In high octane gasoline, with the addition of 10% ethanol the tolerance to water is recorded at 0.7%, for ethanol at 16% the tolerance is 1.4%. This is also observed in the presence of 20% ethanol where the tolerance is recorded at 1.9% water. Comparing the two samples of low and high octane number, the thesis shows a gradual increase in water tolerance in both samples with the increase of ethanol addition. For low octane gasoline, a lower tolerance of 0.05-0.1% was recorded for that of high octane number. This greater tolerance in the case of HIGH RON gasoline can confirm that the presence of aromatics contributes positively to the tolerance. The highest content of aromatics is found in the case of high octane number (35.46%) where there is a greater tolerance to water compared to the case of low octane number (33.8% aromatic content) where the water tolerance is smaller. To study the effect of temperature on phase separation, samples containing 6% ethanol and 84% benzene were examined. The experimental procedure was based on two methods (ASTM D4814, ASTM D6422). The gradual decrease of the temperature until the separation of phases or until the appearance of turbidity in the solution. Specifically, the sample is cooled at a controlled rate, until phase separation or turbidity is observed. It is confirmed that the decrease in temperature contributes to the separation of phases and that the greater the presence of water in the mixture, the phase separation point is located at higher temperatures. In the presence of 0.4% water the experimental measurement was terminated at 12 ° C while in the presence of 0.25% water the experimental measurement was terminated at 8 ° C	en
heal.advisorName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.committeeMemberName	Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false