تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - سوختهای جدید


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

عنوان : سوختهای جدید

كلمات كلیدی: بیودیزل , كاتالسیت , بیوماس , هیوروژناسیون

 

چكیده:
با شنیدن كلمه سوخت عمدتا" اولین موضوعی كه به ذهن خطور میكند سوختهای فسیلی است. نیروی محركه صنعت و حمل و نقل جهان هستند كه در سالهای اخیر پیشرفت محافل آكادمیك به بررسی اتمام منابع سوختی صرف شده است و تحقیقات فراوانی در خصوص جایگزین كردن سوختهای جدید با دارا بودن شرایطی چون:

 

1) آلایندگی كم

2) صرفه اقتصادی

3) گسترش مواد تشكیل دهنده اولیه

 انجام شده است موفقیت های بدست آمده آنچنان است كه برخی از كشورهای جهان به آرامی سوخت مصرفی فسیلی كشور خود را با سوختهای جدید معاوضه میكنند كه خود این یك موفقیت چشم گیری برای پژوهشگر است

در این مقاله تلاش شده تا تحقیقات جدید جهان در خصوص سوختهای جدید با دیدی تحلیلی بررسی شود .


 

كلمات كلیدی : بیودیزل , كاتالسیت , بیوماس , هیوروژناسیون

مقدمه :

استفاده روز افزون سوختهای فسیلی , افزایش قیمیت محصولات نفتی و كاهش ذخایر موجود محققان را در جهت یافتن منابع جدید انرژی غیر نفتی ترغیب نموده است .در حال حاظر میزان تقریبی حجم ذخایر نفتی به اندازه ای است كه چنان چه روند تكیه بر سوختهای فسیلی ادامه یابد در آینده نزدیك جهان با مشكلات زیادی در مورد زیست محیطی و كمبود مواد اولیه مواجه خواهد شد عمده تریت مصرف سوختهای فسیلی در موتور های احترق داخلی میباشد كه به دلیل خاصیت آلوده كنندگی زیاد رو به جاگذاشتن ذرات معلق و مضر همچون سرب در هوا باید به دنبال راههای بهینه سازی و جایگزین كردن سوختهای جدید بود .

به عنوان مثال : بنزین كه عمده ترین سوخت و نیروی محركه در خدمت حمل و نقل جهان است . برای بهتر سوزی آن از ماده ای به نام MTBE استفاده میشود كه mtbe یك ماده آلی مصنوعی اكسیژن دارا است به عنوان جایگزین آن معرفی و امروزه در ایران و برخی كشورهای جهان به صورت گسترده ای در بنزین های بدون سرب استفاده میشود گه استفاده این مواد در سوخت مزاهای زیادی داشت در دهه 8.9 میلادی مورد مصرف قرار گرفت ولی پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شد كه امكان تاثیرات سوئ روی بدن انسان و مضرات زیست محیطی وبده و آلودگی آنها بر روی آبهای زیر زمینی از مهم ترین جنبهای زیست محیطی آن میباشد . 

MTBE:

مستطیل ترسیم بوتیلاتریك یك تركیب آلی با فرمول شیمیایی c5h12o میباشد در دما و فشار استاندارد مایعی بی رنگ , قابل اشتغال و قابل احترق است.جرم ملكولی آن 15188بوده و دارای نقته ذوب -9 درجه سانتی گراد و نقطه جوش 55/2-53/6 درجه سانتی گراد می باشد.چگالی این ماده 758%و 744% گزارش شده است انحلال پذیری mtbe در آب بسیار بالا است 540/mg گزارش شده است.

این ماده به عنوان جایگزین سرب در بنزین قرار گرفت و دارای مزایایی همچون افزایش عدد اكتان بنزین كاهش نشع گاز های آلاینده منتشر از اگزوز خودرو مانند :منو اكسید كربن و ازن , حذف سرب از بنزین ,به همراه تاثیرات بهبود نسبی كیفیت هوا ,تولید آسان و سهولت اخطلاط با بنزین میباشد .ولی متاسفانه این ماده mtbe از سه طریق خوردن یا آشامیدن ,استنشاق و تماس پوستی میتواند سلامت انسان را تهدید كند . (1)


 

سوختهای الكلی:

استفاده از الكل به عنوان سوخت موتورهای درون سوز به تنهایی یا به صورتی تركیب با دییگر سوخت ها ,بیشترین توجه را در سالیان اخیر به خود سبب داده است . دلیل آن هم فواید زیست محیطی و اقتصادی دراز مدتی است كه نسبت به سوختهای فسیلی دارد .متانل و اتانول برای این منظور مناسب هستند . در حالی كه هر دو این الكل ها میتوانند از نفت خام یا گاز طبیعی هم بدست آیند . در این میان اتانول اهمیت بیشتری دارد چرا كه بعنوان یك منبع تجدید پذیر به آسانی و از مواد آلی همچون دانه های گیاهی و یا چغندر قند و ......... به دست می آیند .

پیشنهاد و استفاده از الكل جهت استفاده در حمل و نقل و بخصوص در جایگزین نمودن آن با بنزین و گازوییل مطرح شده است
  اتانول:

اتانول میتواند از مواد زیر بدست آید :

مواد دور ریختنی گندم ,ذرت آب و پنیر و ...  از نفت خام هم میتوان اتانول را تهیه نمود.

اتانول قابل اشتغال است و بسیار بهتر از سوختهای دیگر میسوزد . وقتی به صورت كامل بسوزد حاصل آن فقط آب و دی اكسید كربن است به همین دلیل سوختی بسیار مناسب برای وسایل نقلیه و اتوبوس ها مصوب میشود . هر چند اتانول خالص به مواد پلاستیكی صدمه میزند و همچنین نمیتوان به صورت خالص در موتورهای اتومبیلها به عنوان سوخت به كار رود .علاوه بر این به دلیل اینكه عدد اكتان اتانول بسیار بالاتر از سوختهای اتومبیلهاست , نیاز دارد كه در زمان جرقه دهی (سیستم جرقه اتومبیل) تغیراتی بوجود آید .

یك مخلوط حاوی حداقل ده درصد اتانول و بنزین "گازول" نام دارد (Gasohol) یك نمونه شناخته شده از این ماده به نام E15 شامل درصد اتانول و85 درصد اتانل است. اینچنین مخلوطی برای موتور های اتومبیل معمولی ضرری تدارد .
"
E85" برای سوختی است كه حاوی 15درصد بنزین و 85درصد اتانول است. اتومبیلهای كه از این سوخت استفاده میكند (اكثر خودروهای سبك) به صورت دو سوخته طراحی میشوند به طوری كه میتوان از سوختهای معمولی هم استفاده كنند

متانول:

متانول نیز به عنوان سوخت در نظر گرفته شده است .بخصوص تركیب متانول با بنزین مورد توجه بوده است . متانول كمتر از اتانول مورد توجه بوده است .

به این دلیل كه استفاده از ماتنول مشكلاتی بیشتری را در پی دارد .در اینجا یكی از نكات قابل توجه و سودمند متانول .تولید آن از متان است (از گاز طبیعی كه ارزان است) و همچنین به وسیله تجزیه گرمایی نیز بدست میاید .متانول یك ماده سمی است كه موجب آسیب های دائمی از جمله كوری میشود .ناتنول به وسیله نصعید بیشتر,ریسك آتش سوزی و انفجار بالاتری دارد .با همه این اوصاف ,با مخلوط كردن متانول با بنزین در برزیل به كار برده شده است . (2)

سوخت هیدروژنی:

در سالیان اخیر توجه به كار ,بر روی هیدروژن به عنوان جایگزین سوختهای معمول افزایش یافته است .

موانع علمی این امر كه به موانع اقتصادی آن دامن زده است موجب شده كه كمتر از آن به عنوان سوخت یاد شود ولی تحقیقات علمی همچنان ادامه دارد در مقایسه با سوختهای رایج ,هیدروژن حجم بالاتری را به دلیل گاز بودن اشغال میكند یكی از راههای از بین بردن این مشكل بكار بردن اتانول به عنوان حامل هیدرژن است .هیدروژن همراه با اتمهای كربن اتانول حمل میشود و سپس از آن آزاد شده و در اختیار سلول سوختی قرار میگیرد .(این مواد در ماشین های اتانول سوز نیز میسر است . هیدروژن ,منبع نوید بخشی برای تامین انرژی در سوختهای آینده بشمار می آید ,زیرا میتوان آن را در پیلهای سوختی به كار گرفت .از لحاظ نظری ,پیلهای سوختی بازده تبدیل انرژی بالاتری نسبت به تجهیزات احتراقی كنونی دارند.حتی اگر هیدروژن را به عنوان سوختی احتراقی به كار گیریم, هیچ دی اكسید كربن خروجی مشاهده نخواهیم كرد.به هر حال هیدروژن می باید از دیگر منابع انرژی تولید و جدا وبه گونه ای ایمن استفاده شود.


 

بیودیزل:
بیودیزل (منو اكلیل استر)یك سوخت گازوییلی پاك است كه از منابع طبیعی و قابل تجدید مانند روغن های گیاهی ساخته می شود.بیودیزل درست مانند گازوییل نفت در موتورهای احتراقی كار می كند و برای این كار اصولا هیچ گونه تغییر موتوری لازم نیست. بیودیزل ,ظرفیت و دامنه كار گازوییل را حفظ می كند. (4)

استفاده از بیو دیزل در یك موتور گازوییلی معمولی منجر به كاهش اساسی هیدروكربن های نسوخته منو اكسید كربن وذرات معلق میشود .خروج اكسیدهای نیتروژن بسته به سیكل كاری وروش های آزمایشی ,كمی كاهش و یا افزایش می یابد.از به كار بردن این سوخت ,از سهم كربن موجود در ذرات معلق كاسته می شود.

چون اكسیژن موجود در بیودیزل احتراق كامل co2را ممكن می سازد.بخش سولفات از بین می رود زیرا در این سوخت اصلا سولفور وجود ندارد .اما قسمتی محلول یه هیدروكربن به همان صورت باقی می ماند,یه افزایش پیدا می كند .بنابراین بیودیزل با تكنولوژی جدیدی می آید مانند:كاتا لیست ها (كه از ذرات محلول گازوییل می كاهند) كه كربن جامد و )EGR با كمترین موتور بیشتر می شود ) بسیار خوب كار می كند . بیودیزل طی فرایندی به نام Transesterifiation تولید می شود .
یك نوع از تركیب بیو دیزلبه نام
B 100

خصوصیات بیودیزل(5)

ویژگی های فیزیكی بیو دیزل بسیار شبیه گازوییل معمولی است. با این حال ویژگیهای خروجی های اگزوز بیودیزل بهتر از گازوییل معمولی است .

در اینجا به ذكر ویژگیهای فیزیكی بیودیزل می پردازیم:


1)  وزن مخصوص

2)  ویسكوزیته 20درجه سلسیوس (سانتی استوك)

3) عددستان (اندسین ستان )

4)  نقطه اتصال فیلتر سرد (درجه سلسیوس)

5)ارزش حرارتی خالص (كیلو ژول در لیتر)

 ویژگی های شیمیایی :

1)   تجزیه پذیر بودن و عدم اتمام آن

2) كاهش انتشار آلاینده های اكسید گوگرد و منو اكسید كربن

معایب :


1) انتشار اكسید های نیتروژن افزایش می یابد


2) در دماهای پایین برای موتور مشكلی بوجود آورد


3) در مقابل اكسیداسیون پایداری نورزد


4) بیودیزل به علت چگالی كم ذراتش معلق است


این سوخت تقریبا ناشناخته است وبرای رسیدن به استفاده ی تجاری گسترده باید موانع گوناگونی بگذرد. بیودیزل با بازارگرمیش احتما لابه عنوان سوخت مورد استفاده در ناوگان اتوبوس و كامیونهای سنگین لحاظ می شود كه در ابتدا به صورت تركیب با گازوییل فسیلی با استیندارد 20 برابر است.


سوختهای سری : p

سری p یك سوخت جدید است كه تا كنون جزء سوختهای جایگزین طبقی بندی می شود. سری p مخلوطی از تر كیبا ت سنگین گاز طبیعی شامل پنتان و تر كیبات سنگین تر از آن Pentane  اتانول و حلال های تو لید شده از بیوماس (biomass) مانند متیل تترا هیدروفوران (mtnf )می باشد. از بوتان نیز جهت بر طرف كردن اشكال دید روشن شدن خودرو در هوای سرد استفاده می شود .سوختهای سری p مایعاتی شفاف ,بیرنگ ,با اكتان 93-89 بوده و در خودرو های انعطاف پذیر در مقابل سوخت قابل استفا ده اند . این سوختها را می توان به صورت خا لص و یا مخلوط با بنزین در هر نسبت دل خواهی مورد استفاده قرار گیرد .mtnf در حال حاضر در مقادیر بسیار محدود از هیدروژناسیون فورفورال (قابل استحصال از خوراكهای بیوماس و نفتی) تولید شده و به عنوان ماده شیمییی صنایی و مصرفی مورد استفاده قرار می گیرد. در فرایند های شركت Energy corporation pure , خوراكهای لیگنو سلولزی به شكر های 5-6 كربنه تبدبل شده و سپس از طریق روشهای ترمر شیمیا یی و ترمرو تخمیری به اتانول و
Mtnf تبدبل می گردد .


میزان آلایندههای ناشی از سوختهای سری p در مقایسه با بنزین اصلاح ساختار یافته (pfg) ملاحظه می گردد :


-50 در صد كاهش در میزان CO2


-35 در صد كاهش در میزان هیدروكربن ها


-15 درصد كاهش منو اكسید ها


-بیش از 40 درصد كاهش در پتانسیل تشكیل ازن


ودر نهایت سوختهای سری p علیرغم كاهش انتشار آلاینده ها و كاهش وابستگی Argonne به منابع انرژی فسیلی هزینه های تولیدی این سوختها بایستی كاهش یافته تا از لحاظ اقتصادی قابل رقابت با بنزین نسبتا گران باشند.

نتیجه گیری


با توجه به مزیت این سوختها در مقایسه با سوختهای مرسوم :

1) بالا بودن عدد اكتا ن

2) قابلیت آنها در كاهش آلودگی به واسطه عدم وجود سولفور

3) مقدار كمتر هیدروكربن ها ی نسوخته می باشد.

4) وجود منابع متعدد در جهت تولید و عدم نیاز به تغییر زیاد در ساختار موتور هایی كه از این سوختها استفاده می كنند.*

 

 

 

» نویسندگان:
        مجتبی نارنج پور*(naranjpour@yahoo.com
)
        بهزاد شیر مردی
       
شیوا محمودی
        وحیده پزشكیان

» منابع:
        1) پایان نامه :اثرات آلودگیMTBE در منابع آب , محمد كوشا فر
        2) پایان نامه : سوختی برای آینده نویسنده سید فخرالدین افضلی
       
3) سایت دانشگاه اكسفورد
        4) مر كز اطلاعاتی سوختهای جایگزین AFDC

 

منبع : وب سایت www.irche.com

آرشیو مطالب
نظر سنجی
میخواین کجا کار کنین؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ