Αξιολόγηση Φυτικών Ελαίων ως Σταθεροποιητές σε Μίγματα Ναυτιλιακού Ντήζελ με Αιθανόλη

Χαρίτος, Ιωάννης-Νικόλαος; Charitos, Ioannis-Nikolaos

dc.contributor.author	Χαρίτος, Ιωάννης-Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Charitos, Ioannis-Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2024-08-30T09:21:38Z
dc.date.available	2024-08-30T09:21:38Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60061
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27757
dc.rights	Default License
dc.subject	Μίγμα Ναυτιλιακό Ντήζελ/Φυτικό Έλαιο/Αιθανόλη	el
dc.subject	Ισορροπία Φάσεων	el
dc.subject	Ιδιότητες Ψυχρής Ροής	el
dc.subject	Ποιότητα Ανάφλεξης	el
dc.subject	Ναυτιλιακό Καύσιμο	el
dc.subject	Marine Diesel/Vegetable Oil/Ethanol Blend	en
dc.subject	Phase Equilibrium	en
dc.subject	Cold Flow Properties	en
dc.subject	Ignition Quality	en
dc.subject	Marine Fuel	en
dc.title	Αξιολόγηση Φυτικών Ελαίων ως Σταθεροποιητές σε Μίγματα Ναυτιλιακού Ντήζελ με Αιθανόλη	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Chemical Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-01-23
heal.abstract	Η ναυτιλία είναι ένας από τους μεγαλύτερους κλάδους της οικονομίας παγκοσμίως και συμμετέχει σε ένα ή περισσότερα στάδια της παραγωγικής αλυσίδας των περισσοτέρων προϊόντων. Η ναυτιλία βασίζεται σχεδόν εξ ολοκλήρου στα ορυκτά καύσιμα, ως εκ τού-του το περιβαλλοντικό αποτύπωμα αυτής είναι σημαντικό. Η δυνατότητα χρήσης εναλλα-κτικών καυσίμων στον τομέα της ναυτιλίας θα έχει ως αποτέλεσμα τη σημαντική βελτίω-ση του περιβαλλοντικού αυτού αποτυπώματος. Στην παρούσα εργασία μελετάται η αιθα-νόλη ως υποκατάστατο του ναυτιλιακού diesel με χρήση φυτικών ελαίων ως συνδιαλύ-τες. Η χρήση συνδιαλύτη καθίσταται απαραίτητη καθώς η αιθανόλη εμφανίζει προβλήμα-τα αναμιξιμότητας με το diesel. Για την αξιολόγηση της δυνατότητας χρήσης των φυτικών ελαίων ως συνδιαλύτες εξετάζεται η ισορροπία φάσεων των μιγμάτων ναυτιλιακού diesel/φυτικού ελαίου/αιθανόλης μέσω της κατάστρωσης των σχετικών διαγραμμάτων ισορροπίας φάσεων. Επίσης, μελετώνται οι ιδιότητες των μιγμάτων αυτών, ούτως ώστε να προβλεφθεί η συμπεριφορά τους κατά τη χρήση σε έναν κινητήρα diesel. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η ισορροπία φάσης των μιγμάτων ναυτιλιακού diesel/φυτικού ελαίου/αιθανόλης, χρησιμοποιώντας δυο δείγματα Gasoil που παραχω-ρήθηκαν από τα Ελληνικά Πετρέλαια ως καύσιμα βάσης. Τα φυτικά έλαια που χρησιμο-ποιήθηκαν ήταν τα αραβοσιτέλαιο, βαμβακέλαιο, ηλιέλαιο, πυρηνέλαιο και σογιέλαιο. Η αιθανόλη ήταν υψηλής καθαρότητας. Η μελέτη της ισορροπίας φάσεων ήταν απαραίτητη ούτως ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα για τη σταθερότητα των μιγμάτων, η οποία είναι αναγκαία κατά τη χρήση ενός καυσίμου σε έναν κινητήρα. Η μελέτη της ισορροπίας φά-σεων πραγματοποιήθηκε μέσω της κατασκευής των διαγραμμάτων ισορροπίας φάσεων των μιγμάτων καυσίμου βάσης/φυτικού ελαίου/αιθανόλης. Συνολικά κατασκευάστηκαν 10 διαγράμματα. Από την μελέτη της ισορροπίας φάσεων προέκυψε το συμπέρασμα ότι όλα τα υπό εξέ-ταση φυτικά έλαια μπορούν να χρησιμοποιηθούν επιτυχώς ως συνδιαλύτες. Το ηλιέλαιο εμφανίζεται ως το φυτικό έλαιο το οποίο επιτρέπει τη μέγιστη δυνατή διαλυτότητα αιθα-νόλης στα μίγματα. Βρέθηκε ότι για τα χρησιμοποιηθέντα καύσιμα βάσης δεν ήταν απα-ραίτητος ο συνδιαλύτης για την ισορροπία του μίγματος όταν το περιεχόμενο της αιθανό-λης είναι στο 2.5% v/v. Στο επίπεδο προσθήκης 5% v/v αιθανόλης ο συνδιαλύτης ήταν απαραίτητος και όλα τα φυτικά έλαια μπόρεσαν επιτυχώς να διατελέσουν αυτόν τον ρόλο με τη χαμηλότερη ποσότητα απαιτούμενης προσθήκης φυτικού ελαίου να αντιστοιχεί στο ηλιέλαιο. Στο επίπεδο περιεκτικότητας 10% v/v αιθανόλης παρατηρήθηκε ότι απαιτούνται πολύ υψηλές ποσότητες φυτικού ελαίου για τη σταθεροποίηση του μίγματος, κάτι το ο-ποίο περιορίζει σημαντικά την δυνατότητα αξιοποίησης του μίγματος ως καύσιμο. Για την αξιολόγηση των ιδιοτήτων των μιγμάτων παρασκευάστηκαν 14 δείγματα. Τα δείγ-ματα αυτά περιλάμβαναν τα 2 δείγματα καυσίμου βάσης, 2 δείγματα καυσίμου βά-σης/αιθανόλης και 10 δείγματα καυσίμου βάσης/φυτικού ελαίου/αιθανόλης. Τα μίγματα καυσίμου βάσης/αιθανόλης περιείχαν αιθανόλη σε ποσοστό 2.5% v/v, ενώ τα μίγματα καυσίμου βάσης/φυτικού ελαίου/αιθανόλης περιείχαν αιθανόλη σε ποσοστό 5% v/v. Οι ιδιότητες ψυχρής ροής των μιγμάτων αφορούν στη συμπεριφορά του μίγματος σε χα-μηλές θερμοκρασίες και μελετήθηκαν μέσω της διεξαγωγής των μετρήσεων του σημείου θόλωσης, του σημείου απόφραξης ψυχρού φίλτρου και του σημείου ροής. Η θερμοκρα-σία του σημείου θόλωσης αυξάνεται εξαιτίας του διαχωρισμού των φάσεων του μίγματος και όχι του σχηματισμού κρυστάλλων παραφίνης. Από τις μετρήσεις του σημείου από-φραξης ψυχρού φίλτρου και του σημείου ροής βρέθηκε ότι οι αυτές οι ιδιότητες των μιγ-μάτων δεν επηρεάζονται σημαντικά από τα προστιθέμενα συστατικά (φυτικά έλαια και αι-θανόλη), αλλά καθορίζονται από τα αντίστοιχα καύσιμα βάσης. Παρατηρήθηκε μία εξαί-ρεση στον παραπάνω κανόνα στο μίγμα του ηλιέλαιου με ένα μόνο από τα δύο καύσιμα βάσης, όπου η θερμοκρασία του σημείου απόφραξης ψυχρού φίλτρου μειώθηκε σημα-ντικά, προσδίδοντας έτσι σε αυτό το μίγμα καλύτερα χαρακτηριστικά ψυχρής ροής. Το ιξώδες των καυσίμων είναι ιδιότητα που σχετίζεται με τη ροή του καυσίμου και στα υπό εξέταση μίγματα δεν βρέθηκαν σημαντικές αποκλίσεις από τα καύσιμα βάσης εξαιτί-ας της χαμηλής ποσότητας προσθήκης αυτών. Βρέθηκε ότι το πυρηνέλαιο αυξάνει πε-ρισσότερο το ιξώδες από οποιοδήποτε άλλο φυτικό έλαιο. Η πυκνότητα των δειγμάτων που μελετήθηκαν βρέθηκε ότι αυξάνεται στα μίγματα καυσί-μου βάσης/φυτικού ελαίου/αιθανόλης λαμβάνοντας παραπλήσιες τιμές ανεξάρτητα από το προστιθέμενο φυτικό έλαιο. Ο αριθμός και ο δείκτης κετανίου μετρήθηκαν και υπολογίστηκαν για λόγους σύγκρισης αντίστοιχα και βρέθηκε ότι σε όλα τα μίγματα είναι χαμηλότεροι από τα αρχικά καύσιμα βάσης. Ο υψηλότερος αριθμός κετανίου μεταξύ των μιγμάτων καυσίμου βάσης/φυτικού ελαίου/αιθανόλης παρατηρήθηκε για το βαμβακέλαιο, ενώ ο υψηλότερος δείκτης κετανί-ου για το μίγμα που περιείχε αραβοσιτέλαιο. Οι ιδιότητες των μιγμάτων που μετρήθηκαν βρίσκονται εντός των ορίων που προβλέπο-νται από τις προδιαγραφές του διεθνούς προτύπου ISO 8217 για τα ναυτιλιακά καύσιμα τύπου DMB. Τα μίγματα δεν πληρούν όλες τις προδιαγραφές για τα καύσιμα τύπου DMA/DMZ.	el
heal.abstract	The maritime trading industry is one of the largest sectors of the worldwide economy and it is typically involved in some stage of the production chains of most of the produced goods. The shipping industry is almost exclusively reliant on fossil fuels which in turn makes its environmental footprint sizable. The possibility of alternative fuels usage in this industry would lead to a significant reduction of said environmental footprint. In this study, ethanol is investigated as a substitute for marine diesel fuel with the use of vege-table oils as cosolvents. The use of a cosolvent is necessary due to immiscibility prob-lems that are present in diesel/ethanol blends. For the assessment of the capability of vegetable oils to act as cosolvents the phase stability of marine diesel/vegetable oil/ethanol blends is examined by constructing the relevant phase diagrams. The blends’ properties are also examined, with the goal of predicting their behavior when used as fuels for a diesel engine. In the present dissertation the phase equilibrium of marine diesel/vegetable oil/ethanol blends was investigated using two Gasoil samples that were supplied by Hellenic Petro-leum as base fuels. The vegetable oils that were used were corn oil, cotton seed oil, sunflower seed oil, olive pomace oil and soybean oil. The ethanol that was used was of high purity. The study of the phase equilibrium was necessary to draw conclusions on blend stability, which must be achieved to facilitate the use of the blend as fuel in an en-gine. The phase equilibrium was studied via the plotting of the phase equilibrium charts of the base fuel/vegetable oil/ethanol blends. In total, 10 charts were plotted. Based on the phase equilibrium investigation it was concluded that all the examined vegetable oils were able to be used successfully as cosolvents. Sunflower seed oil was found to enable the maximum possible miscibility of ethanol in the blends. It was also found that the use of cosolvent was rendered redundant for ethanol concentration of 2.5% v/v. For ethanol contents of 5% v/v the use of cosolvent was necessary and all the vegetable oils successfully fulfilled that role, while the use of sunflower seed oil allowed for the minimum requirement of vegetable oil addition. At 10% v/v levels of ethanol pre-sent in the blend it was observed that significantly high amounts of vegetable oils were required to achieve blend stability, which drastically impairs the usability of these blends as fuels. For the purpose of assessing the properties of the blends 14 samples were prepared. These samples were 2 samples of base fuel, 2 samples of base fuel/ethanol blends and 10 samples of base fuel/vegetable oil/ethanol blends. The blends of base fuel/ethanol contained 2.5% v/v ethanol, whereas the blends of base fuel/vegetable oil/ethanol con-tained 5% v/v ethanol. The cold flow properties of the blends are linked to the behavior of the blends at lower temperatures and they were assessed by the measurement of the cloud point, the cold filter plugging point and the pour point. The cloud point temperature of the blends was increased due to phase separation and not the formation of paraffin crystals. The meas-urement of the cold filter plugging point and of the pour point showed that these proper-ties are not significantly altered by the addition of ethanol and vegetable oil and were mostly dictated by the base fuel properties. The exception to the above rule was the blend of sunflower seed oil with one the base fuels, which lead to a significant reduction in the temperature of the cold filter plugging point, giving that specific blend better cold flow characteristics. The viscosity of fuels is a property that is associated with the flow of said fuels and in the examined blends it was not significantly affected by the addition of ethanol and vegeta-ble oils, due to the low amounts that were added. Olive pomace oil increased the viscos-ity of the blends more than any other vegetable oil. The density of the samples was increased in the base fuel/vegetable oil/ethanol blends and the measurements did not exhibit significant differences between the different vege-table oils. The cetane number was measured, while the cetane index was calculated for compari-son purposes and it was found that they were both lower for the blends compared to the base fuels. The highest cetane number of the blends corresponds to cotton seed oil, whereas the highest cetane index corresponds to corn oil. The properties of the blends are found to be within the allowed values as is described in the ISO 8217 international standard for the category of DMB marine fuels. The blends do not meet the all of the criteria for the category of DMA/DMZ marine fuels.	en
heal.advisorName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.committeeMemberName	Χαμηλάκης, Στυλιανός	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false