بخشی از مقاله
چکیده
با افزایش علاقه براي کاهش استفاده از سوختهاي پایه نفتی اغلب کشورها تشویق به استفاده از بیوسوختهایی مثل بیودیزل شدند. بیودیزل یک سوخت بر پایهي روغن گیاهی است که میتواند جایگزینی مناسب براي سوختهاي دیزلی باشد. امروزه به علت عملکرد بهتر بیودیزلها در موتورهاي دیزلی استاندارد، به طور گستردهاي از این سوختهاي گیاهی استفاده میشود زیرا نه تنها بیودیزلها با محیط زیست سازگارند بلکه اسب بخار، گشتاور و مسافت طی شدهاي شبیه به دیزلهاي معمولی با روغن کاري بیشتر فراهم میکنند.
یکی از دلایل مهم براي کاربرد این سوختها در موتورهاي احتراقی مزایاي زیست محیطی آن نسبت به دیزل میباشد. هر چند سازگاري این سوختها با مواد و اجزاي سیستمهاي سوخترسانی خودروها یکی از مباحث بسیار مهم است. از آنجایی که بیودیزلها با بعضی مواد فلزي و غیرفلزي واکنش میدهند ضروري است که مواد سازنده مخازن، لولهها، واشرها و دیگر قسمتهایی که در تماس با این سوختها هستند سازگار باشند.
از طرفی وقتی بیودیزل در معرض مواد ناسازگار قرار گیرد امکان دارد که از بین برود و رقیق شود و یا به داخل آنها نفوذ کند. در این مطالعه به مرور اثر بیودیزل بر مواد مختلف سازنده سیستمهاي سوخترسانی اعم از فلزي، پلیمري، پلاستیکی و الاستومري پرداخته شده است. نتایج این مطالعه نشان داد بیودیزلها با فلزاتی همچون مس، برنج، برنز، سرب، قلع و روي سازگار نیستند زیرا این فلزات میتوانند اکسید شوند و محصولات رسوبی تولید کنند. بیودیزل همچنین با بعضی پلیمرها ناسازگاري دارد به عنوان مثال ترکیبات رزین نیتریلی، پلیپروپیلن، پلیوینیل و تیگون در بیودیزل آسیبپذیر میباشند.
-1 مقدمه
- 1-1 بیودیزل
بیودیزل سوختی است که در بردارندهي متیل یا اتیلاستر پایه اکسیژنی از زنجیرهي طولانی اسیدهاي چرب باشد و طی تبادل استري از روغنهاي گیاهی، چربیهاي حیوانی و روغنهاي خوراکی از قبیل آفتابگردان، سویبین، خرما، روغن کانولا - کلزا - و ... مشتق شده باشد.
از دلایل مهم براي کاربرد آن در موتورهاي احتراقی ایجاد آلودگی کمتر نسبت به دیزل است. تمام سوختهاي فسیلی محیط را به واسطه گازهاي ساطع شده از اگزوز آلوده میکنند. سوخت دیزلی هم مستثنی از این امر نیست. یکی از مهمترین آلایندهها گوگرد است. گوگرد از اگزوز به صورت اکسید گوگرد - SOx - ساطع و تبدیل به اسید سولفوریک میشود. وقتی که با رطوبت هوا مخلوط میشود منجر به بارانهاي اسیدي میشود. به همین دلیل گرایش جهانی به سمت کم کردن مقدار مجاز گوگرد در سوختها میباشد. از طرفی سوختهاي کم گوگرد خواص روانکاري خود را از دست میدهند، بنابراین براي جبران این مشکل باید از افزودنیها استفاده شود. بیودیزل نسبت به سوختهاي دیزلی از چربی بالاتري برخورداراست، به طوري که میتواند به عنوان یک افزودنی براي بهبود چربی ملاحظه شود
یکی دیگر از آلایندهها، نیتروژن است. اکسید نیتروژن همچون اکسید گوگرد باعث به وجود آمدن بارانهاي اسیدي میشود - تولید اسید نیتریک - . اگرچه میزان اکسید نیتروژن در گازهاي اگزوز با استفاده از بیودیزل کمی بالاتر از سوخت دیزلی است. به طور کلی وقتی اثرات SOX و NOX در بیودیزل صد درصد خالص با سوخت دیزلی صد درصد خالص مقایسه میشود، بیودیزل آلایندگی کمتري دارد. با این وجود و با در نظر گرفتن آلایندههاي دیگر، در مجموع بیودیزل اثرات آلایندهي کمتري دارد. بیودیزلها داراي هیدروکربنهاي آروماتیک چند هستهاي نمیباشند. در بیودیزل، مقادیر سوخت، ناسوختنی و مونواکسید کربن همچنین میزان دود، ذرات و آلدهیدهاي موجود در گازهاي اگزوز کمتر است. باید توجه داشت که مقایسهي دقیقی از چرایی بهتر بودن بیودیزل نسبت به دیزلهاي مرسوم وجود ندارد. زیرا چنین مقایسهاي، به نوع بیودیزل و سوخت دیزل مورد مقایسه بستگی دارد .
کیفیت بیودیزل به دو فاکتور مهم بستگی دارد:
1. نوع منبع روغنی
2. کیفیت تولید
-2-1 فرآیند تولید بیودیزل، تبادل استري
روغنهاي گیاهی اصولاً شامل استرهایی به نام تريگلیسیرید هستند که یک ترکیب اشباع شده و اشباع نشده از اسیدهاي چرب با وزن مولکولی متفاوت از گلیسرول هستند. وقتی تريگلیسیرید با الکل - اتانول - در حضور یک کاتالیزور قلیایی - سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسید - واکنش میدهد، تولید یک مخلوط گلیسرول و اتیلاستر میکند. شکل 1 فرآیند تبادل استري را نشان می دهد. اگر اسیدهاي چرب آزاد از قبل حذف نشده باشند، آنها با کاتالیزور - KOH - واکنش داده و بازده واکنش تبادل استري را میکاهند. زیرا صابون تولید میشود که بعداً باعث پیچیده شدن مرحله تصفیهي گلیسیرین و بیودیزل میشود. خنثی سازي خاصیت قلیایی میتواند باعث ایجاد صابون سدیمی شود
تمام مواد موجود در سوختها فقط مواد چرب - تريگلیسیرید - یا اسیدهاي چرب، نیستند. روغنها شامل موادي از قبیل polypeptide، phosphotide، lecithin، پروتئین، mucilage، sterol و هیدروکربنها هستند. زمانی که آنها در واکنش تبادل استري شرکت نمیکنند به صورت ترکیبات ناخواسته در بیودیزل ظاهر میشوند و باعث بروز مشکلاتی براي تجهیزاتی همچون موتور ماشینها میشوند.
Phosphotide در چربی نامحلول است و معمولاً به صورت سوسپانسیون کلوئیدي یافت میشود. به طور کلی تمام چسبها و مواد mucilaginous با اسید واکنش میدهند که در بهترین حالت اسید فسفریک تشکیل میشود. پس از آن اسیدیته نهایی - اسیدهاي چرب آزاد - با هیدروکسید پتاسیم خنثی میشود. بوي روغنهاي اشباع نشده نامطبوع - به شکل .1 فرآیند تبادل استري از یک روغن/چربی در تولید بیودیزل سبب هیدروکربن ترپندار - و نیازمند یک فرآیند دفع موثر براي حذف آن میباشد. وجود آب زیان بار است، اگرچه به طور عمده در روغن یافت نمیشود و بیشتر در الکل می باشد. آب باعث رقیق شدن کاتالیزور میشود
