بخشی از مقاله
چکیده
دیمتیلاتر سادهترین اتری است که میتواند جایگزین سوختهایی نظیر گاز طبیعی مایع شده و سوخت دیزل گردد. بطور کلی دیمتیلاتر با دو روش سنتز مستقیم و غیر مستقیم تولید میشود. اگر چه روش سنتز مستقیم هنوز تجاری نشده است، ولی بررسیهای مختلف نشان میدهد که بکارگیری این روش موجب هم افزایی واکنشها، افزایش درصد تبدیل گاز سنتز و کاهش قیمت تمام شده محصول میگردد. روش غیر مستقیم از متانول به عنوان خواراک مستقیم استفاده میکند. امروزه این روش در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است. راکتورهای مختلفی برای تولید دیمتیلاتر مورد قرار میگیرد. مانند راکتور بستر ثابت، بستر سیال و راکتور حبابی- دوغابی. در بین این راکتورها، راکتور بستر ثابت بدلیل عملکرد ساده بوده از نظر عملیاتی بیشتر در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد.
واژگان کلیدی: دیمتیلاتر، سوخت پاک، گاز سنتز، سنتز مستقیم، سنتز غیر مستقیم، راکتور.
-1 مقدمه
امروزه نه تنها توسعه، بلکه ادامه زندگی نیز نیازمند انرژی است. در جهان امروز تأمین انرژی از طریق حاملهای متنوع چون نفت، گاز، فرآوردههای حاصل از نفت و گاز، برق و انرژیهای تجدیدپذیر صورت میگیرد. با توجه به گسترش روزافزون جوامع و گسترش صنعت و زندگی ماشینی، مسئله محیط زیست و آلودگیهای زیست محیطی و افزایش بیش از حد گازهای گلخانهای به یکی از معضلات مهم جوامع تبدیل شده است .[1] امروزه دولتها هزینههای هنگفتی را در زمینه کاهش آلودگیهای زیست محیطی میپردازند، اما باز هم این معضل بر سر جای خود باقی مانده است و آلودگی، جان میلیونها انسان را تهدید میکند. یکی از این معضلات مهم مسائل مربوط به سوخت و بخصوص سوختهای فسیلی میباشد، که به وفور در شهرها و مراکز صنعتی در حال مصرف هستند.
با توجه به تقاضای روزافزون بخش صنعت به انرژی، سوختهای فسیلی به عنوان اولین و بزرگترین منبع انرژی شناخته شده و به طور قطع تا چندین دهه آینده نیز مهمترین منابع تولید انرژی میباشند. همچنین این سوختها مهمترین منبع انتشار گازهای گلخانهای به اتمسفر نیز محسوب میشوند. نابودی محیطزیست گیاهی و جانوری در کل دنیا شده است. لذا در سازمانها و مراکز تحقیقاتی، تحقیقات گستردهای بر روی منابع جدید و تجدیدپذیر انرژی که پاک و سازگار با محیط زیست باشند در حال انجام است. طی برنامههای دهه گذشته، تأمین انرژی مناطق مختلف کشور، در راستای تلاش برای جایگزینی فرآوردههای نفتی با گاز طبیعی و سوختهای پاک بوده است.
اما این روش تأمین انرژی در کشور بدون در نظر گرفتن منافع ملی و ملاحظات مدیریت بهینه انرژی، نه تنها انتخاب صحیحی نبوده بلکه با رشد و توسعه اقتصاد ملی و منافع کشور نیز در تضاد است. از این رو میبایست برنامههای انتقال حاملهای انرژی و تأمین انرژی مورد نیاز مناطق مختلف کشور مورد بازنگری و ارزیابی مجدد قرار گرفته و سیاستگذاریها و تصمیمگیریها در این زمینه بهبود یابد .[1-3]با توجه به گزارشات بدست آمده از مراکز تحقیقاتی و صنعتی، نیمی از کل انتشار دیاکسیدکربن که مهمترین گاز گلخانهای محسوب میشود توسط صنایع و نیروگاههای با منبع سوخت فسیلی تولید میگردد.
در میان صنایع مصرفکننده سوختهای فسیلی، صنایع نیروگاهی، صنایع آهن، استیل و تولید سیمان یکی از بزرگترین منابع مصرفکننده این سوختها میباشند. با مصرف بیرویه سوختهای فسیلی در جهان نه تنها بشر با مشکل کمبود منابع انرژی روبرو شده، بلکه با آلودهکردن محیطزیست و نشر دوده و گازهای سمی، زمینهساز جنبههای تجاری گاز طبیعی در آخرین دهه قرن جدید چنان گسترش یافته که منجر به پدید آمدن فناوریهای نوین در زمینه سوختهای پرانرژی و تمیز شدهاند. از جمله این فناوریها میتوان به تولید دیمتیلاتر اشاره نمود که در سالهای اخیر توجهات زیادی را به خود جلب نموده است. کاربرد فراوان، ویژگیهای منحصر بفرد و گشوده شدن افقهای جدید در بازار مصرف برای این محصول ارزشمند، موجب تشویق صنعت پتروشیمی به سرمایه گذاری در تولید آن شده است .[2]
-2 دیمتیلاتر
دیمتیلاتر - ِ - - Dimethyl ether - DME سادهترین عضو از خانواده اترها و با فرمول شیمیایی C2H6O میباشد. در گذشته از این ماده بیشتر به عنوان پیشرانه افشانهها و سرماساز جایگزین کلروفلوئوروکربنها و سنتز بعضی مواد خاص استفاده میشد. اما، امروزه دیمتیلاتر به عنوان یک سوخت سبز و سازگار با محیط زیست مورد بررسی قرار گرفته و تحقیقات زیادی بر روی آن صورت پذیرفته است. در این ماده، مقدار دیاکسید نیتروژن و مشتقات سولفور بسیار پایین بوده که این نشانگر مزیتهای زیست محیطی دیمتیلاتر است .[4] همچنین به خاطر عدم پیوند کربن-کربن در ساختار این ماده و وجود یک اتم اکسیژن در در بین اتمهای کربن, تشکیل دوده از احتراق آن بسیار ناچیز میباشد.
در صورت انتشار دیمتیلاتر به محیط زیست، این ماده در همان لایههای پایینی جو تجزیه شده و مشکلی برای لایه ازن ایجاد نمیکند. نیمه عمر آن در جو در حدود یک روز است. بر خلاف اترهای همولوگ دیگر، این ماده در مجاورت هوا پراکسیدهای منفجره تولید نمیکند، که این ویژگی ذخیره ایمن آنرا ممکن میسازد. در گذشته دیمتیلاتر در مقیاس صنعتی به عنوان یک فرآورده جانبی فرآیند تولید متانول در فشار بالا بدست میآمد. در این فرآیند حدود 3 تا 5 درصد وزنی دیمتیلاتر تولید میشد که آن را بوسیله تقطیر از متانول جدا مینمودند .[1] اخیراً فرآیندتولید متانول در فشار بالا تقریباً بصورت کامل با فرآیند فشار پایین جایگزین گردیده است؛ این موضوع سبب احداث واحدهای ویژه برای سنتز دیمتیلاتر گردیده است. از ویژگیهای دیمتیلاتر، میتوان به عدد ستان نسبتاً بالای آن اشاره نمود که استفاده از آن را در موتورهای دیزلی توجیه میکند. همچنینن این ماده را میتوان مانند سایر
محصولات نفتی پالایششده به سادگی و با هزینه کم بارگیری و به نقاط دور منتقل نمود. این ماده علاوه بر قابلیت تولید از گاز سنتز و متانول، از مواد تجدید پذیر مانند دیاکسیدکربن و زیستتودهها نیز تولید میگردد. اگر چه این ماده نسبت به سایر سوختها ضریب انتشار دیاکسیدکربن متوسطی دارد، اما میتوان آن را از احیای دیاکسیدکربن نیز به دست آورد .[5] باز چرخش و تثبیت شیمیایی دیاکسیدکربن به دیمتیلاتر از طریق جداسازی دیاکسیدکربن و هیدروژندار کردن آن، میتواند به عنوان روشی برای کاهش میزان انتشار دیاکسیدکربن دانست. در جدول 1 تعدادی از خصوصیات فیزیکی دیمتیلاتر با دیگر سوختهای معمولی مورد استفاده در بخشهای مختلف، مقایسه شده است. همچنین خواص فیزیکی دیمتیلاتر در جدول 2 آمده است.
-1-2 کاربردهای دیمتیلاتر
علاوه بر توجیهپذیری از لحاظ زیست محیطی, از مواردی که برای بکارگیری یک منبع انرژی مورد توجه است، جنبههای تجاری و بازارهای مصرف آن ماده میباشد. در حال حاضر، در ژاپن از گاز طبیعی مایع شده، نفت و گاز مایع شده، نفتخام و زغالسنگ به عنوان سوختهای مصرفی در نیروگاهها استفاده میشود. در چین نیز زغالسنگ به عنوان مهمترین منبع انرژی نیروگاهی در حال مصرف است. نفتخام و زغالسنگ هر دو از مواد آلوده کننده محیطزیست بوده و استفاده از آنها به اقدامات مقتضی جهت کاهش آلودگیهای ناشی از محصولات احتراق آنها نیاز دارد. آلودگی دیاکسیدکربن حاصل از سوختن نفتخام و زغالسنگ به مراتب بیشتر از گاز طبیعی مایع شده است. به نظر میرسد که دیمتیلاتر به خاطر ویژگیهای زیست محیطی سوخت آینده نیروگاهها خواهد بود. برای استفاده از دیمتیلاتر به عنوان سوخت نیروگاه، آزمون احتراق دیمتیلاتر در شرکت جنرال الکتریک انجام گردید و مشاهده شد که نشر آلایندهها، بسیار شبیه گاز طبیعی است. نرخ گرمای آن از گاز طبیعی پایینتر است و میتوان نتیجه گرفت که کارایی انرژی دیمتیلاتر از گاز طبیعی بالاتر است. مقدار برق ایجاد شده توسط
