بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از مواد بیومس برای تولید سوخت به عنوان یک منبع جایگزین برای سوخت های فسیلی یک تکنولوژی رو به رشد می باشد. در این راستا، چوب درخت پسته که به عنوان یکی از ضایعات حاصل از هرس درختان پسته در مناطق زیر کشت پسته در ایران و علی الخصوص در استان کرمان به وفور یافت می شود می تواند در صنعت تولید زغال با کیفیت بالا بکار گرفته شود.
در این تحقیق یک دستگاه به منظور انجام فرایند تجزیه حرارتی روی نمونه های چوب و پودر چوب پسته و تولید زغال از این نمونه ها ساخته شد. در این تحقیق، درصد رطوبت چوب پسته براساس وزن خشک بعد از گذاشتن آن طی مدت 24 ساعت در آون در دمای 105 درجه سانتیگراد، میزان %7.8 به دست آمد. سپس نمونه های 10 گرمی پودر چوب و استوانه چوب در سطوح دمایی مختلف از 300 تا 600 در جه سانتیگراد در بازه های دمایی 50 درجه ای حرارت داده شدند.
به این ترتیب که این آزمایش در 7 سطح دمایی 300، 350، 400، 450، 500، 550 و 600 درجه سانتیگراد و زمان ماند 10 دقیقه ای در راکتور ساخته شده انجام و تغییرات وزن نمونه پس از این زمان 10 دقیقه ای در سطوح دمایی مذکور ثبت گردید. پس از ثبت داده ها و رسم نمودار مقایسه ای آنها، مشخص شد که بیشترین افت وزنی نسبت به سطح دمایی قبلی در نمونه چوب در دمای 450 درجه سانتیگراد و برای پودر چوب در دمای 350 درجه سانتیگراد رخ داده است که این میزان افت برای نمونه چوب 3/97 و برای نمونه پودر چوب 2/73 گرم می باشد.
و نشان داد که فرایند تولید زغال پس از زمان ماند 10 دقیقه ای در راکتور تقریبا در دماهای 350 و 450 درجه سانتیگراد به ترتیب برای پودر چوب و چوب پسته به پایان رسیده و پس از آن، نمونه از لحاظ افت وزنی به ثبات نسبی می رسد. همچنین با مقایسه شیب حاصل از نمودارهای مربوط به چوب و پودر چوب نتیجه می شود که سرعت تولید زغال از نمونه پودر چوب نسبت به چوب به طور قابل ملاحظه ای بالاتر است.
مقدمه
افزایش روز افزون قیمت سوخت های فسیلی و همچنین منابع محدود این سوخت ها، پیدا کردن منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر را به یک مسئله مهم تبدیل کرده است. از این رو توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر و کم هزینه با توجه به تقاضای انرژی و نگرانی های موجود در زمینه آلودگی های زیست محیطی بسیار مهم است.
بیومس یک منبع تجدیدپذیر بسیار فراوان و در دسترس است که توسعه روش های موثر و اقتصادی برای تولید سوخت ن از آن به کاهش نیاز بشر به منابع انرژی دیگر و همچنین کاهش نگرانی های زیست محیطی منجر خواهد شد.
فرایندهای مختلفی برای تبدیل مواد بیومس به سوخت وجود دارد. فرایند تجزیه حرارتی یکی از فرایندهای کاربردی در زمینه تبدیل ترموشیمیایی مواد بیومس می باشد. بنا به تعریف، تجزیه حرارتی; تجزیه یک ماده به اجزای تشکیل دهنده آن از طریق حرارت و در غیاب اکسیژن - یا در حضور اندکی اکسیژن - است.
در فرایند تجزیه حرارتی در اثر حرارت اعمال شده به نمونه مقدار زیادی گاز متصاعد می شود که باید تقطیر شده و به روغن تبدیل شود. همچنین مقداری از ماده اولیه بعد از انجام فرایند به صورت زغال1 باقی می ماند - خسرو انجم و همکاران، . - 1388 فرایند تجزیه حرارتی باتوجه به شرایط انجام فرایند، به دو دسته تجزیه حرارتی آرام - متداول - یا سریع دسته بندی می شود.
تجزیه حرارتی آرام از هزاران سال پیش مرسوم بوده و بیشتر برای تولید زغال کاربرد دارد. در تجزیه حرارتی آرام چوب، به چوب تا دمای حدود 500 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود - بریج واتر و همکاران، . - 2001 در تجزیه حرارتی آرام، مدت زمان خروج مواد فرار از چوب بین 5 تا 30 دقیقه متغیر می باشد. تجزیه حرارتی سریع، فرایندی با دمای بالاست که در طی آن بیومس در غیاب گاز اکسیژن سریعا حرارت داده می شود - بوچر و همکاران، . - 2000 در طی این فرایند بخار آئروسل و مقداری زغال تولید می شود.
در این فرایند، بسته به نوع ماده اولیه؛ % 60-70 روغن، % 15-25 زغال و %10-20 گازهای غیر قابل تقطیر تولید می شود - طهرانی زاده، . - 1390 بهترین رنج دمایی برای تولید محصولات پیرولیز - تجزیه حرارتی - بین دماهای 625 تا 775 درجه کلوین - یعنی تقریبا 350 تا 500 درجه سانتیگراد - است - کرتای، . - 2011 از فرایند تجزیه حرارتی همچنین برای تولید زغال نیز می توان استفاده کرد. به طور کلی زمانی که عمل تولید زغال در یک ظرف سربسته و در غیر مجاورت هوا صورت میگیرد این عمل را تقطیر خشک می گویند.
در این روش، چوب ها را در مخزن سربسته که دارای یک لوله خروجی گاز است گذاشته و از بیرون حرارت می دهند زمانی که دما به 170 درجه سانتیگراد رسید ابتدا بخار متصاعد می شود و در دای 280-270 درجه سانتیگراد گاز های منوکسید کربن و دی اکسید کربن - گازهای غیر قابل تراکم - و مقدار کمی از گازهای استیک اسید و الکل متیلیک - گازهای قابل تراکم - خارج می شود. بعد از افزایش دما از دمای 280 تا 400 درجه سانتیگراد، بجای گاز اکسیژن دار گازهای متان استن استات و استیک اسید بوجود می آید.
همچنین در دماهای بین 280 تا 380 درجه سانتیگراد قطران رقیق و در دماهای بالای 380 درجه سانتیگراد قطران غلیظ تولید می شود. با افزایش دما به بالای دمای 400 درجه سانتیگراد میتوان گفت که عمل زغالگیری به پایان رسیده است اما اگر افزایش دما تا دمای 500 درجه سانتیگراد صورت گیرد مرحله نهایی تجزیه زغال صورت میگیرد و در این مرحله نیز مقدار زیادی قطران تولید می شود.
در دماهای بالای 500 درجه سانتیگراد، به جای گازهای هیدروکربور، گاز هیدروژن تولید خواهد شد. در فرایند تجزیه حرارتی سلولز، در دمای کمتر از 300 درجه سانتیگراد، فرایند حاکم کاهش میزان پلیمریزاسیون است. در مرحله بعد و در دماهای بالای 300 درجه سانتیگراد؛زغال، قطران و عناصر گازی به وجود می آیند، در زیر واکنش های تجزیه سلولز در اثر حرارت نشان داده شده است
محصولات حاصل از پیرولیز اولیه بیومس؛ گاز چوب، قطران چوبی و زغال جامد بیان شده اند که در زیر به صورت جزئی بیان شده اند
در زمینه تجزیه حرارتی مواد بیومس پژوهش های زیادی صورت گرفته است. طی تحقیقی فرایند پیرولیز آرام روی پوست پسته به منظور بررسی اثر دمای فرایند پیرولیز روی بازده و ترکیب ماده حاصله انجام شد. سطوح دمایی استفاده شده در این تحقیق به ترتیب 300، 400، 500، 550 و 700 درجه سانتیگراد بودند. در نهایت مشخص شد که محصولات جامد و مایع حاصل از انجام فرایند تجزیه حرارتی روی پوست پسته، تشابه هایی را با سوخت های مرسوم دارای ارزش سوختی بالا دارا می باشد
-2 مواد و روش ها
-1-2آماده سازی نمونه
در این پژوهش نمونه چوب مورد نظر از باغات پسته منطقه بهرمان شهرستان رفسنجان تهیه گردید. پس از توزین نمونه، به منظور تعیین میزان رطوبت، به مدت 24 ساعت در آون در دمای 105 درجه سانتیگراد قرار داده شد. قبل از انجام آزمایش نمونه ها به دو صورت استوانه چوبی - با استفاده از اره - و پودر چوب - با استفاده از آسیاب - در آورده شد. همچنین پودر چوب بعد از آسیاب شدن، از الک با شماره مش 6 و اندازه سوراخ 3.35 میلیمتر عبور داده شد. در زیر نمایی از پودر چوب و استوانه های چوبی را می توان در شکل شماره 1 مشاهده کرد.
