بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به رشد صنایع و جمعیت جهانی و همچنین با توجه به افزایش بهاء قیمت جهانی نفت و آلودگی زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی باعث شده است که توجه زیادی به سوخت های زیست سازگار و زیست تخریب پذیر جلب شود. در سال های اخیر تحقیقاتی به منظور یافتن منبعی مناسب بجای سوخت های فسیلی صورت گرفت. بیودیزل سوختی است که با توجه به خواص آن امروزه بطور قابل ملاحظه ای مورد توجه قرار گرفته است.
در این بررسی، به منظور تولید بیودیزل از روغن دانه انگور به عنوان خوراک اولیه، متانول و سدیم هیدروکسید به عنوان کاتالیزور استفاده شد. به منظور بهبود خواص سوخت، آن را با بیودیزل در نسبت های مختلف ترکیب کرده و خواص آن بر اساس استاندارد ASTM D 6751 مورد بررسی و آنالیز قرار گرفتند و مشخص شد که با افزایش میزان بیودیزل خواصی نظیر ویسکوزیته سینماتیکی و دانسیته آن با افزایش مقدار بیودیزل ترکیب شده با گازوئیل، دانسیته و ویسکوزیته سینماتیکی آن افزایش یافت.
-1 مقدمه
رشد سریع جمعیت همراه با تحولات صنعتی و تکنولوژی منجر به کاهش منابع سوخت های فسیلی جهان و افزایش آلودگی های زیست محیطی شده است. در حال حاضر، پژوهش هایی در جهت یافتن منابع سوخت های تجدیدپذیر برای جایگزین کردن سوخت های فسیلی افزایش یافته است Xiaoling Miao] وهمکاران، .[2006 بیودیزل در سال های اخیر بیش از بیش مورد توجه قرار گرفته است زیرا بیودیزل در مقایسه با سوخت های مشتق شده از نفت، تجدیدپذیر و اثرات زیان بار کمتری بر محیط زیست بر جای می گذارد Junhua Zhang] و همکاران، .[2010 بیودیزل، آلکیل استر اسیدهای چرب امروزه بیشتر مورد توجه واقع شده است زیرا علاوه بر تجدیدپذیر بون، سوختی است که زیست سازگار بوده و در مقایسه با سوخت های مشتق شده از نفت غیر سمی و زیست تخریب پذیر است علاوه بر این در اثر احتراق بیودیزل گازهای خطرناک برای سلامتی انسان و محیط زیست کمتری تولید می گردد در حالی که در اثر احتراق سوخت های فسیلی ترکیبات خطرناک و گازهای مضری برای سلامتی انسان و محیط زیست تولید می شود که این گازها می توانند باعث افزایش دمای جهانی و تغییر آب و هوای کره زمین گردد.
گرم شدن کره زمین در اثر تولید گازهای گلخانه ای مانند کربن منوکسید - - CO، کربن دی اکسید - CO2 - ، سولفور دی اکسید - SO2 - و نیتروژن اکسید - NOx - است Engiz Öner] و همکاران، [2009 که در اثر احتراق سوخت های فسیلی تولید می گردند. در مطالعات صورت گرفته شده بر روی بیودیزل نشان می دهد که این سوخت در گرم شدن آب وهوای جهانی نقشی ندارد زیرا در اثر احتراق آن CO2 تولیدی را در مقایسه با سوخت های فسیلی به میزان %87 کاهش می دهد Sheehan] و همکاران، [1998 بیودیزل بصورت مونوآلکیل استر اسیدهای چرب تعریف می شود که از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی از طریق فرآیند ترانس استری شدن تولید می گردد.
برای تولید بیودیزل روش های مختلفی وجود دارد که از این روش ها می توان به رقیق سازی، میکروامولسیون، پیرولیز، کراکینک با تحریک کننده - catalytic cracking - و ترانس استری شدن را نام برد F. Ma, M.A. Hanna]، .[1999 از بین روش های ذکر شده، فرآیند ترانس استری شدن برای تولید بیودیزل بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. فرآیند ترانس استری شدن فرآیندی است که در آن روغن با الکل دارای شاخه های کوتاه در حضور کاتالیست واکنش می دهد و بیودیزل و گلیسرول تولید می گردد.
واکنش ترانس استری شدن به نوع الکل مورد استفاده در واکنش، نسبت مولی گلیسرید به الکل، مقدار و نوع کاتالیست، زمان واکنش، دمای واکنش، اسیدهای چرب آزاد و مقدار آب موجود در روغن های گیاهی و چربی های حیوانی وابسته است A. Demirbas]، .[2006 در فرآیند ترانس استری شدن می توان از الکل های مختلفی استفاده کرد که از میان آنها می توان به متانول، اتانول، پروپانول، بوتانول و آمیل الکل - amyl - alcohol اشاره کرد Ayhan Demirbas]، .[2007 اتانول و متانول نسبت به بقیه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرندزیرا اتانول و متانول نسبت به بقیه الکل ها دارای خصوصیاتی هستند که مابقی الکل ها از آن برخوردار نیستند.
اتانول از محصولات کشاورزی و تجدیدپذیر وبیولوژیکی تولید می شود در حالی که مابقی الکل ها از منابع سوخت های فسیلی و گازهای طبیعی تولید می گردند و همچنین متانول نیز به دلیل قیمت و بهای کمتر و مزیت های فیزیکی و شیمیایی مورد توجه قرار گرفته است Demirbas]، [2005 و همچنین قابل ذکر است که در بسیاری از مطالعات از متانول به عنوان منبع الکل استفاده گردیده است.
بیودیزل یا متیل استر اسید های چرب تولیدی به وسیله متانول طی فرآیند ترانس استری شدن دارای خواصی خیلی مشابه با سوختهای مشتق شده از نفت است Meei Mei Gui] و همکاران، [2009 که این عامل باعث شده است متانول بیشتر از اتانول مورد توجه واقع شود و در بیشتر مطالعات و تحقیقات مورد استفاده قرار گیرد . در فرآیند ترانس استری شدن می توان از کاتالیست های قلیایی - سدیم هیدروکسید، پتاسیم هیدروکسی - Suzana Yusup] و همکاران، 2010؛ K. Ramezani و همکاران، [2010، اسیدی - سولفوریک اسید - و آنزیمی Shweta Shah] و همکاران، 2004؛ Kai-Pei Zhang و همکاران، [2011 استفاده کرد.
در فرآیند ترانس استری شدن بیشتر از کاتالیست های قلیایی استفاده می شود زیرا کاتالیست های اسیدی مایع برای واکنش به مدت زمان طولانی نیاز دارد 7XED +DWLFH R DQ] و همکاران، .[2013 بیودیزل سوختی زیست سازگار می باشد که می تواند بصورت جداگانه و یا بصورت ترکیب با گازوئیل در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار گیرد. در این مطالعه، به منظور تولید بیودیزل از روغن دانه انگور به عنوان خوراک اولیه استفاده شد. پس از تولید بیودیزل به روش ترانس استریفیکاسیون، آن را با نسبت های مختلفی با گازوئیل ترکیب کرده و خواص فیزیکی آن را بر اساس استاندارد بین المللی سوخت ASTM D 6751 مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روش آزمایش
-2-1 مواد
روغن هسته انگور از سوپر مارکت های محلی بوشهر خریداری و در دمای محیط نگهداری گردید. متانول - 99/5 - ، سدیم سولفات - 99-100 - ، سدیم هیدروکسید از شرکت مرک آلمان خریداری و استفاده گردید.
-2-2 تولید بیودیزل و شستشوی آن
به منظور تولید بیودیزل از فرآیند ترانس استریفیکاسیون استفاده شد و فرآیند بصورت ناپیوسته صورت گرفت. در فرآیند ترانس استری شدن از متانول به عنوان منبع الکلی و از کاتالیست قلیایی NaOH استفاده شد. به منظور تولید بیودیزل از روغن هسته انگور، فرآیند در شرایط آزمایشگاهی نظیر نسبت متانول به روغن 9:1، دمای 700C، زمان 90 دقیقه و مقدار کاتالیست 1 درصد وزنی انجام شد و بیودیزل تولید گردید. پس از تولید بیودیزل از روغن دانه انگور در شرایط ذکر شده، آن را درون قیف جداکننده ریخته و به مدت 24 ساعت درون آن قرار گرفت و فاز بیودیزل و گلیسرول از یکدیگر جدا گردید.
پس از جداسازی فاز گلیسرول از محلول، فاز بیودیزل را ابتدا به وسیله محلول اسید سولفوریک 5 شسته تا مواد صابونی تولید شده درون آن حل گردد و از فاز بیودیزل خارج گردد. پس از چندین بار شستشو با محلول اسیدی5 ، فاز مورد نظر را چندین بار با آب مقطر با دمای 65 0C شسته تا به طور کامل خنثی گردد. پس از خنثی شدن، محصول را درون بشر ریخته و حدود 10 gr سدیم سولفات به آن اضافه کرده و حدود 40 دقیقه همزده شد تا آب موجود درون محصول را جذب کند. محصول حاصل را به وسیله کاغذ صافی و پمپ خلا فیلتر کرده تا سدیم سولفات از محلول جدا گردد. در این مطالعه، همه واکنش ها در فشار اتمسفر و برای تامین حرارت و هم زدن محلول از هیتر مجهز به هم زن مکانیکی مدل yellow MAG HS 7 استفاده شده است. در شکل1 نمایی از فاز بیودیزل و گلیسرول درون قیف جداکننده نشان داده شده است.
