مقاله در مورد سوختهای جایگزین در موتور دیزل

اگرچه کاهش بسیار قابل ملاحظه‌ای در میزان سولفور سوخت دیزل محقق گردید، اما گره خوردن کاهش گوگرد با کاهش میزان ترکیبات آروماتیک سوخت دیزل، افزایش مراحل پیچیده شیرین‌سازی گازوئیل و نیز بالا رفتن قیمت تمام شده آن، استفاده از سوختهای جایگزین را مطرح می‌کند.

راه حل سازگاری با استانداردهای جدید آلایندگی، استفاده از منابع جدید سوخت دیزل است. به بیان دیگر با روی آوردن به منابع دیگر سوخت دیزل، مثل سوختهای با منبع طبیعی تجدیدپذیر، می‌توان استانداردهای جدید آلایندگی را ارضا نمود، در عین حال می‌توان میزان وابستگی به منابع فسیلی را کاهش داد و سوخت ارزانتری را فراهم آورد.

فصل1 - مقدمه

سیکل تولید توان تراکمی (دیزل) راندمان حرارتی بالا و میزان تولید دی‌اکسیدکربن پایینی دارد، اما همیشه با مسئله تولید اکسیدهای نیتروژن، دوده و ذرات معلق مواجه بوده است.

سوخت دیزل که به اختصار آنرا گازوئیل می‌نامیم، از منابع فسیلی بدست می‌آید و همواره دارای مقادیری آب و گوگرد (به صورت سولفور) بوده است. سولفور موجود در سوخت دیزل در فرایندهای پس از احتراق شرکت کرده و تولید اکسید گوگرد می‌نماید. اکسید گوگرد در ترکیب با آب، تشکیل اسید سولفوریک می‌دهد و خوردگیهایی را در مسیر خود، در بدنه سیلندر، درگاه خروجی و اگزوز ایجاد می‌نماید. علاوه‌براین اکسید گوگرد خارج شده از اگزوز، در آب باران حل می‌شود، اسید سولفوریک تولید میکند و یکی از منابع اصلی ریزش بارانهای اسیدی را تشکیل می‌دهد.

براساس تحقیقات انجام شده، مقدار ذرات معلق و دوده تولید شده در موتورهای دیزل رابطه مستقیمی با میزان سولفور و آروماتیکهای موجود در سوخت مصرفی دارد. بطوریکه هرچه میزان سولفور و آروماتیکها در سوخت دیزل بیشتر باشد، میزات دوده و ذرات معلق تولید شده در موتور دیزل بیشتر خواهد بود[1,2].

از آنجاییکه موتورهای دیزلی که امروزه تولید می‌شوند، از نظر میزان مصرف، آلایندگی، توان و گشتاور برتری غیر قابل انکاری نسبت به موتورهای سیکل اتو (احتراق جرقه‌ای) یافته‌اند، 45 درصد اتومبیلهای تولیدی امروز در اروپا و امریکا با موتورهای دیزل ارائه می‌شوند. به همین دلیل دستیابی به سوخت دیزل کم سولفور از سال 1992 در دستور کار وزارت انرژی ایالات متحده و اتحادیه اروپا قرار گرفته است.

میزان سولفور موجود در سوخت دیزل، بستگی زیادی به منبع فسیلی تولید آن دارد. تا قبل از سال 2001 سوخت دیزلی که حاوی کمتر از 500 واحد در میلیون گوگرد (<500ppm) بود، سوخت کم سولفور خوانده می‌شد. از ابتدای سال 2001، سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده قوانین جدیدی را برای کاهش میزان گوگرد سوخت دیزل و براساس استاندارد ASTM D975 وضع کرد که طبق آن میزان گوگرد سوخت دیزل تا سال 2005 باید به زیر 50 واحد در میلیون کاهش میافت، تا براساس آن تولید کنندگان موتور و خودرو بتوانند میزان تولید آلاینده های خود را با قوانین جدید[1] تطابق دهند.

با تحقق این قانون در سال 2005، میزان گوگرد سوخت دیزل در سال 2006 به 10- 20 واحد در میلیون در کشور انگلستان و به 1 واحد در میلیون در کشور سوئد و به 15 واحد در میلیون در ایالات متحده کاهش یافت. پیش‌بینی می‌شود که افزایش قیمت ناشی از اعمال این قوانین 2 تا 4 سنت در هر گالن سوخت دیزل خواهد بود که ناشی از سولفور زدایی، افزودنیهای روانکار و حمل و نقل می‌باشد.

قوانین فوق هر ساله مورد بازنگری قرار می‌گیرد، بطوریکه میزان سولفور موجود در سوخت دیزل براساس قوانین CARB باید به 15 واحد در میلیون در ایالات متحده و براساس استاندارد EURO به 10 واحد در میلیون در اروپا در سال 2010 برسد. شکل 1 میزان سولفور مجاز را در برخی کشورها تا سال 2010 نشان می‌دهد. نمونه ای از قانون تولید آلاینده ها در اروپا در ضمیمه 3 آمده است.

مقدار آروماتیکهای سوخت دیزل در سال 2007، 35 درصد حجمی بوده است که طبق قوانین مقدار مجاز آن باید به 10 درصد حجمی در آمریکا در سال 2010 و 15 درصد حجمی در استاندارد آلایندگی اروپا EURO V برسد.

شکل1. میزان سولفور مجاز در سوخت دیزل در برخی کشورها تا سال 2010[28]

فصل2 - روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی

استفاده مستقیم از روغنهای گیاهی یا استفاده از مخلوط روغن گیاهی با سوخت دیزل، رویای مقرون به صرفه‌ایست که در مقیاس کوچک و در مصرف کوتاه مدت به تحقق رسیده است. مزیت این روش اینست که روغن گیاهی تجدیدپذیر می‌باشد، ارزش حرارتی بالایی دارد و بدون هیچ فرایندی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده مستقیم از روغنهای گیاهی در موتور دیزل معایبی نیز دارد، از جمله احتراق ناقص، شک در نازل، تهنشین شدن کربن در موتور و مخزن، رقیق سازی روغن روانکار، چسبنده سازی رینگها و نقص در روانکاری[3].

یکی از سوختهایی که دکتر رادولف دیزل برای استفاده در موتور خود بکار برد، روغن گیاهی بود. اولین تجربه استفاده از روغن گیاهی با شکست مواجه شد ولی موتور دیزل رادولف دیزل در سال 1900 در نمایشگاه پاریس با روغن بادام زمینی خالص کار کرد[4].

فرایند تولید روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی

روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی از خانواده تری‌گلیسریدها[2] هستند که از دانه های روغنی گیاهان و چربیهای ذخیره شده در بدن حیوانات بدست می‌آید. فرمول خانواده تری‌گلسیریدها C55H98O6 است که در شکل زیر نمایی از آرایش مولکولی آن هم به نمایش درآمده است.

شکل1. شماره آرایش مولکولی خانواده تری‌گلیسریدها

تفاوتهای روغنهای گیاهی با سوخت دیزل

محتوی اکسیژن

تری‌گلسیریدها حاوی 11.2 درصد وزنی اکسیژن در ساختار خود هستند که به احتراق کاملتر و پاکتر کمک میکند [4].

نقطه اشتعال

نقطه اشتعال روغنهای گیاهی بالاست و به راحتی تبخیر نمی‌شوند[4].

حلالیت

خاصیت اسیدی روغنهای گیاهی به علت حضور اسیدهای چرب محسوس است[4].

گوگرد

همانطور که در جدول1 دیده می‌شود، محتوی گوگرد روغنهای گیاهی کمتر از 0.01 درصد وزنی است. این مقدار در مقایسه با مقدار مجاز برای سوخت دیزل در همین جدول1 ناچیز است[4].

سازگاری

اکسید شدن روغنهای گیاهی تولید هیدروپراکسید[3] می‌کند که بر الاستومرها و لاستیکهای درزبند‌ سیستم سوخت‌رسان تاثیر منفی می‌گذارد[5].

لزجت

لزجت تری‌گلسیریدها بطور متوسط بسیار بالاتر از سوخت دیزل است. به همین علت روی دیواره‌های سیلندر می‌چسبد و به روغن روانکار اضافه می‌شود. این پدیده موجب تغییر غلظت روغن روانکار شده و اثرات سایشی مخربی بر قطعات دوار موتور می‌گذارد[4].

جدول1. خواص فیزیکی و گرمایی روغنهای گیاهی [4]

عدد ستان

عدد ستان روغنهای گیاهی بین 37 تا 49 متغییر است و حداقل استاندارد سوخت موتور دیزل را دارد[4]. (جدول1)

خواص جریان سرد

نقطه ریزش و نقطه ابری شدن روغنهای گیاهی بسته به نوع منبع روغن، تفاوت زیادی را نشان می‌دهد. (جدول1) درکل علیرغم نقطه ریزش نسبتا مناسب، روغنهای گیاهی دمای ابری شدن مناسبی برای بکارگیری در شرایط واقعی محیط را ندارند و در حدود صفر درجه سانتیگراد کدر می‌شوند و موجب انسداد مدار سوخت‌رسان می‌گردند[4].

پایداری

معیار سنجش پایداری در برابر اکسیداسیون با عدد ید[4] بیان می‌شود. این عدد بیان‌کننده مجموع تعداد پیوندهای دوگانه (غیر اشباع) در سوخت دیزل است. حداکثر عدد قابل قبول آن 115 است[5].

عدد ید روغنهای گیاهی 105 تا 135 است و نشان می‌دهد که پایداری روغنهای گیاهی در برابر اکسیداسیون کم است. روغنهای گیاهی با اکسیژن هوا واکنش می‌دهند و در دراز مدت بخاطر اکسید شدن، تشکیل رسوب غلیظ[5] می‌دهند. همچنین در دراز مدت پلیمری می‌شوند[4]. (جدول1)

ارزش حرارتی

روغنهای گیاهی در دمای عادی مایعند و90 درصد محتوی انرژی گازوئیل را دارا هستند[4].

مزایای اختلاط روغنها و چربیها با سوخت دیزل

روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی تجدیدپذیرند و تولید و مصرف آنها بار آلایندگی را بر اتمسفر تحمیل نمی‌کند. توسعه کاشت گیاهان روغنی باعث تثبیت نیتروژن در خاک می‌شود. تولید روغنهای گیاهی تکنولوژی ساده‌تری دارد و انرژی کمتری نسبت به استخراج و پالایش سوختهای فسیلی مصرف می‌کند که در نتیجه قیمت قابل رقابتی با سوختهای فسیلی خواهند داشت[4].

خواص روانکاری

خواص روانکاری روغنهای گیاهی مناسب است[6].

عملکرد موتور و آلایندگی

عملکرد موتور وقتی با روغنهای گیاهی کار می‌کند مطلوب است و رشدی در تولید آلایندگی آن دیده نمی‌شود، اما در طولانی مدت مشکلاتی در دوام قطعات و کارکرد موتور بوجود می‌آید[6].

مزایای روغنهای گیاهی به سوخت دیزل

عمده ترین مزیت روغنهای گیاهی به سوختهای فسیلی، تجدیدپذیر بودن آنهاست. یکی از راههای استفاده مستقیم از روغنهای گیاهی مخلوط کردن آنها با سوخت دیزل است. به طور نمونه 25 و 50 درصد حجمی روغن گیاهی با سوخت دیزل مخلوط و در موتور دیزل استفاده شده است که نتایج آن در ادامه میآید[8].

آلایندگی [8]

میزان تولید مونوکسیدکربن به ترتیب 10.8 و 5 درصد کاهش داشته است.

هیدروکربنهای نسوخته 11.6 و 6.1 درصد کاهش میابد.

تولید ذرات معلق وقتی از مخلوطی با 25 درصد اختلاط استفاده میشود 8.6 درصد کاهش میابد و با افزایش درصد اختلاط به 50 درصد تا 16.8 افزایش میابد.

جدول 2. مقایسه میزان آلایندگی روغنهای گیاهی و گازوئیل[8]

راندمان حرارتی

رفتار متفاوتی را نشان میدهد ولی حداکثر 11.2 افزایش میابد[8].

معایب روغنهای گیاهی به سوخت دیزل

آلایندگی

استفاده طولانی مدت از روغنهای گیاهی بخاطر تولید آلاینده‌های غیر منظم[6] می‌تواند بر مبدلهای کاتالیزوری و فیلترهای ذرات معلق اثر منفی بگذارد[6].

اکسیدهای نیتروژن 3.7 و 9.5 درصد اضافه میشود [8].

تولید دی‌اکسیدکربن و ذرات معلق در نسبت اختلاط 50 درصد، 7.5 و 16.8 افزایش میابد [8].

توان و گشتاور

[1] محدودیت تولید آلایندگی برای موتور دیزل در امریکا براساس CARB(California Air Resource Board) ، تولید حداکثر 0.05mg/mi اکسید نیتروژن در 50000 مایل اول و 0.07mg/mi در 120000 مایل بعدی و نیز تولید حداکثر 0.01mg/mi ذرات معلق در 120000 مایل در سال 2004 است. معادل همین قانون در اروپا با کد Euro IV به این شرح است: تولید حداکثر 0.4mg/mi، معادل 3.5gr/Kwh اکسید نیتروژن و 0.04mg/mi، معادل 0.02gr/Kwh ذرات معلق. قانون بعدی آلایندگی اروپا ERUO V ، مقادیر بالا را در تولید 2gr/Kwh اکسید نیتروژن و 0.02gr/Kwhذرات معلق محدود می‌کند. [28]

دانلود با لینک مستقیم

مقاله در مورد سوختهای جایگزین در موتور دیزل

فی لوو

پیوندها

دسته‌ها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

مقاله در مورد سوختهای جایگزین در موتور دیزل