بخشی از مقاله
چکیده - استفاده از موتور های احتراق داخلی منجر به بهره برداری وسیع از منابع نفتی و اتمام سریع این منابع شده است، همچنین استفاده از منابع نفتی سبب افزایش گازهای گلخانه ای، تخریب لایه اوزون و آلودگی های محیط زیست و اختلالات تنفسی در شهر های بزرگ شده است.با ظهور این مشکلات تحقیقات وسیعی برای یافتن سوخت های جایگزین در جهان انجام گرفته است از روغن های گیاهی و باقیمانده گیاهان و تولید بیودیزل به عنوان سوخت در موتور های دیزل استفاده شده است که بدین منظور خواص سوختن آن ها باید اصلاح شود که معمولترین روش اصلاح استریفیکاسیون می باشد.
در این مقاله با استفاده از نرم افزار hysys فرایند تولید بیودیزل در شرایط بحرانی متانول از روغن های گیاهی در برج تقطیر واکنشی شبیه سازی شده و پارامترهای بهینه دما و فشار و دبی و بدست آمده است. با توجه به شبیه سازی افزایش دبی تاثیر مثبت بر افزایش تولید بیودیزل دارد و به ازای 10 برابر کردن خوراک میزان تولید %10 افزایش می یابد و همچنین با کاهش نسبت متانول به تریئولین میزان تولید بیودیزل افزایش می یابد. در ضمن با بررسی تغییر پارامترهای دما و فشار دریافتیم که افزایش این دو پارامتر در افزایش تولید بی تاثیر می باشند.
-1 مقدمه
به علت محدودیت منابع انرژی فسیلی و افزایش نگرانی های رمحیط زیستی، نیاز به منابع انرژی جایگزین مورد توجه بسیار قرار گرفته است.[1]در این خصوص بیوسوخت هامخصوصاً بیودیزل توجه ویژه ای را به خود جلب کرده اند .بیوسوخت ها نسبت به سوخت های پایه فسیلی، دارای مزایای تکنیکی و محیط زیستی هستند .بیودیزل از ترانس استریفیکاسیون روغن های گیاهی یا چربی های حیوانی با افزایش متانول حاصل می شود .
بیودیزل در خصوصیات پایه ای مانند عدد ستان ، محتوی انرژی، ویسکوزیته و تغییرات فازی کاملا شبیه دیزل مشتق شده از نفت خام است.[2 ] اگرچه بیودیزل حاوی هیچ محصول نفتی نیست اما با پترودیزلکاملاً سازگار بوده و می تواند با هر نسبتی با آن مخلوط گردد تا یک مخلوط پایدار بیو سوخت ی تشکیل دهد .این سازگاری باعث شده که بیودیزل به عنوان یکی از خوش آتیه ترین جایگزین های سوخت اتومبیل ها مطرح شود و همین امر سبب گردیده تا در سال های اخیر صنعت بیودیزل به سرعت توسعه پیدا کند .بر اساس گزارش سازمان همکاری اقتصادی و توسعه تولید بیودیزل می تواند تا سال 2019 به میزان تقریبی 41 میلیارد لیتر برسد انگیزه های دولت ها برای دنبال کردن توسعه بیودیزل پیچیده و چند بعدی است .
نیروی پیش برنده کلیدی سیاست های دولتی توسعه بیودیزل به سه بخش تقسیم می شود: نخست، در بحران انرژی پیش رو بیودیزل نقش بسیار مهمی در تقویت امنیت انرژی ملی بازی خواهد کرد. دوم، بیودیزل به عنوان یک انرژی تجدید پذیر جایگزین سوخت های فسیلی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای نقش دارد .سوم، تقاضای فزاینده محصولات روغنی برای تولید بیودیزل بر درآمد خالص مزارع اثر مثبت دارد .به این دلیل بیودیزل می تواند مانند یک شمشیر دو لبه باشد. در ارتباط با تولید و استفاده بیوسوخت ها چالش ها و فرصت های گوناگون اجتماعی، اقتصادی، زیست محیطی و فنی وجود دارد که این موضوعات را می توان به سه دسته کلی تقسیم کرد:
-1 اثرات اجتماعی و اقتصادی: اثر تعدیل قیمت نفت، بحث غذا در مقابل سوخت، پتانسیلکاهش فقر، تولید بیوسوختهای پایدار
-2 اثرات زیست محیطی :جنگل زدایی و فرسایش خاک، تاثیر بر منابع آب، از دست رفتن تنوع زیستی و آلودگی
-3 مسائل فنی : بهره وری انرژی و تعادل انرژی، نشر کربن، ایجاد تغییرات لازم برای موتورها ی احتراق درون سو[3]
-2 مواد خام بیودیزل
بیودیزل از واکنش شیمیایی روغن های گیاهی یا چربی های حیوانی و متانول در حضور یک کاتالیزور ساخته می شود. موتور دیزل برای استفاده مستقیم از روغن های گیاهی دارای ویسکوزیته بالا و فراریت پایین و حلقه های اشباع نشده، مناسب نیست .این روغن ها می بایستی پالایش شوند تا به سوخت ی با کیفیت تبدیل شوند .روش های مرسوم برای به کارگیری روغن گیاهی در موتور دیزل اختلاط مستقیم روغن با سوخت دیزلی و یا تهیه میکروامولسیونی از روغن، الکل و سورفکتانت هستند .هر دو روش فیزیکی بوده و می توانند ویسکوزیته روغن گیاهی را کاهش دهند، ولی قادر به رفع مشکل ته نشینی کربن ، آلودگی و روان سازی نمی باشند .
پیرولیز، ترانس استریفیکاسیون و استفاده از متانول فوق بحرانی، تکنیک هایی هستند که برای حل مشکلات مرتبط با ویسکوزیته بالای سوخت می توانند مورد استفاده قرار بگیرند.[4 ] فرآیند در شرایط بحرانی توسط دانشمندان مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است، از جمله ساکا که شامل دو مرحله می باشد که در مرحله اول تری گلیسیرید طی واکنش هیدرولیز بدست می آید سپس در مرحله دوم واکنش اسید چرب آزاد با متانول فوق بحرانی واکنش داده و به متیل استر تبدیل می شود این واکنش شبیه سازی فرایند دو مرحله ای در شرایط بحرانی متانول: مبنای این تحقیق فرآیند دو مرحله ای ساکا-دادان می باشد که با توجه به امکان ترکیب مرحله ی استریفیکاسیون و خاص سازی در برج تقطیر واکنشی این دو قسمت ادغام می شوند تا بجای یک راکتور و یک برج تقطیر از یک برج تقطیر واکنشی استفاده شود. معادله ترمودینامیکی برای این شبیه سازی هم NRTL در نظر گرفته می شود. شماتیک شبیه سازی در شکل 3 مشخص است.
-3 خوراک ها
-5 برج تقطیر واکنشی
برای شروع شبیه سازی ابتدا می بایست مواد را انتخاب کرد از اینرو از بانک اطلاعات نرم افزار هایسیس آب ومتانول و گلیسرول و اولئیک اسید را انتخاب می کنیم اما دو ماده متیل اولئات و تریئولین موجود نمی باشند و باید این دو را از قسمت هایپروتک با دادن مشخصات فیزیکی آنها تعریف کرد و بعد از انتخاب 6ماده، معادله ترمودینامیکی را انتخاب می کنیم و وارد محیط شبیه سازی می شویم. طبق جدول1خوراک ها را تعریف می کنیم.
-6 نتایج
بعد از انجام شبیه سازی و بررسی داده های بدست آمده برای اعتبارسنجی شبیه سازی مشخصات خروجی از برج تقطیر واکنشی که نقش محصول بدست آمده را دارد با استاندارد جهانی بیودیزل مقایسه می کنیم[6]، همانطور که در جدول5 مشخص است تمام داده ها از حداکثر میزان اساندارد کمتر هستند و می توان دریافت که شبیه سازی بدرستی صورت گرفته و میتوان هم اکنون نتایج بهینه سازی در شرایط متفاوت برای تولید حداکثر مفدار بیودیزل بررسی کرد.
-7 اثر افزایش دبی خوراک ها بر افزایش تولید بیودیزل
به منظور بررسی اثر افزایش دبی خوراک مفدار جریان خوراک ها را به ترتیب 2، 5 و 10 برابر نموده و میزان تاثیر آن را بر تولید متیل اولئات - بیودیزل - مورد ارزیابی قرار می دهیم و همانطئر که از شکل قابل مشاهده است.
