دانلود مقاله بنزین

بنزین برشی از نفت است که برای سوخت موتورهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد .

این سئخت مخلوطی است از گروههای مختلف هیدروکربنی که در مولکولشان بین 4 تا 12 کربن دارند .

نقطه های جوش آنها بین 30 تا 120 درجه سانتی گراد است .

دو نوع سوخت مونور در بازار عرضه می شود : 1 – بنزین معمولی 2 – بنزین سوپر ، که تفاوتشان در عدد اکتان (درجه آرام سوزی ) است .

این دسته بندی بنزین اتومبیل بر مبنای عدد اکتان در حقیقت بر پایه مرغوبی بنزین است .

زیرا هر چه عدد اکتان بنزین بالاتر باشد ، مرغوبتر است .

از دهه 1920 به بعد برای بالا بردن درجه اکتان از ترکیبات سرب دار مانند تترااتیل سرب ( TEL ) استفاده می شود .

به علت سمی بودن این ماده و جلوگیری از آلودگی محیط زیست ، اغلب کشورهای صنعتی به تدریج استفاده از این ماده ممنوع شده است .

به جای آن از بنزین بدون سرب استفاده می شود .

در ایران پالایشگاه اراک ، اولین پالایشگاهی است که بنزین بدون سرب تولید می کند .

بررسی مشخصات بنزینها معمولا از نظر کاربردشان در موتور مورد توجه قرار می گیرد .

در زیر این گونه مشخصات ارائه گردیده است .

الف – چگالی نسبی چگالی نسبی نمی تواند به تنهائی کیفیت یک بنزین را مشخص کند .

چگالی نسبی بنزین معمولی 76/0 و در بنزین سوپر 77/0 می باشد .

ب – تقطیر منحنی تقطیر ASTM انعکاسی از ترکیب بنزین است و اطلاعاتی درباره سهولت راه اندازی موتور در سرما ، رقیق شدن روغن و امکان فرسایش پوشش ها می دهد .

چنانچه دمای 10% تقطیر بین C 60-50 باشد ، مقدار حداقلی از برشهای سبک وجود دارد که تبخیرشان برای راه اندازی موتور در سرما کفایت می کند .

اگر نقطه 50% بین C 110-90 باشد ، فراریت قسمت میانی بنزین مناسب است و تبخیر سوخت به خوبی صورت می گیرد ، در نتیجه امکان استفاده از حداکثر قدرت موتور میسر می شود .

برای قسمت انتهایی بنزین نقطه 95% کمتر از c 205 در نظر گرفته شده است .

در قسمت انتهایی ، هیدروکربن های سنگین قرار دارند که از نظر ارزش گرمائی مفیدند ولی فراریت اندکشان موجب بعضی اشکالات می شود از قبیل تبخیر نامناسب بنزین و تولید رسوب در نتیجه احتراق ناقص ، شستشوی پوششها و رقیق کردن روغن .

این اشکالات بلافاصله پس از راه اندازی موتور به وجود می آید .

همچنین تا زمانی که موتور به دمای عادیش نرسیده و جریان سوخت حاوی قطرات مایع است ، توزیع تترااتیل سرب در سیلندرها مناسب است زیرا دمای جوش این ماده C 200 است و دیرتر تبخیر می شود و در قطرات تبخیر نشده غلضتش افزایش می یابد و در مواقع خروج ، رسوبهایی بر روی سوپاپ ها به جا می گذارد .

با توجه به گستره تقطیر بنزین ، مشخص می شود که هیدروکربن های سازنده آن از C4 تاC12 می باشند و نقطه آنها میان 30 تا 210 درجه سانتیگراد است .

ج – فشار بخار مواد فرار باعث سهولت راه اندازی موتور در زمستان می شوند ولی احتمال انجماد سوخت را نیز به وجود می آورند که با کاهش فشار بخار و افزایش ضد یخ به بنزین ، از این امر جلوگیری می شود .

در تابستان نیز مقدار زیاد هیدروکربن های سبک به علت تشکیل سدی از بخار در لوله بنزین ، باعث توقف موتور می شود .

در این حالت باید صبر کرد تا موتور سرد شود سپس آن را راه انداخت .

د – صمغها غلظت صمغ موجود در بنزین نباید از 10 میلی گرم در cc 100 تجاوز کند .

صمغها ترکیباتی هستند که در اثر اکسید شدن و پلیمری شدن اولفین های ناپیدار ایجاد می شوند .

اگر غلظتشان بیش حد مجاز باشد ، اشکالاتی پیش می آورند ، از جمله ایجاد رسوبهای بسیار مزاحم در نقاط داغ لوله ها که منجر به انسداد آنها می شود .

مخزن بنزین نیز از یک ورقه صمغ پوشیده می شود که در صورت جدا شدن ، باعث انسداد لوله مکش خواهد شد .

چون واکنش های اکسید شدن و پلیمری شدن اولفین های موجود در بنزین ادامه می یابد ، بنابراین اندازه گیری صمغ موجود باید درست قبل از مصرف بنزین انجام شود و غلظت آن نباید از ml 10 در cc100 تجاوز نماید .

در حالتی که بنزین باید مدتی نگهداری شود ، برای آگاهی از میزان صمغی که در این مدت تشکیل خواهد شد ، آزمایش صمغ بر پتانسیل که عبارت است از پیر کردن مصنوعی بنزین ، انجام می شود .

تشکیل صمغ بر روی عدد اکتان میز تاثیر می گذارد ، بدین ترتیب که تبدیل اولفین ها به پلیمرها باعث کاهش عدد اکتان بنزین می شود .

( 2 تا 3 واحد ) این کاهش عدد اکتان را باید در موقع انبارکردن طولانی بنزین در نظر گرفت .

ه – پایداری یکی از ویژگیهای بنزین ، پایداری آن در برابر اکسیژن است .

برای تعیین این ویژگی ، بنزین را تحت psi100 و دمای C100 در ظرفی سربسته قرار می دهند .

زمان را از شروع آزمایش تا هنگام افت فشار اکسیژن که نشانگر به پایان رسیدن مقاومت بنزین است ، تحت عنوان زمان پایداری بنزین گزارش می دهند .

برای بهبود پایداری می توان از مواد ضد اکسید شدن استفاده کرد .

و – گوگرد حد مجاز مقدار گوگرد در بنزین معمولی 17/0% وزنی و در مورد بنزین سوپر 15/0% می باشد .

با این مصرف بنزین هائی با 25/0% و حتی 4/0% گوگرد نیز اشکالات عمده به وجود نمی آورد .

بعضی اشکالات ناشی از حضور گوگرد در بنزین ها عبارتند از : تولید اندیریدهای سولفورو و سولفوریک بر اثر احتراق ، این ترکیبات که در حضور بخار آب اسید سولفوریک رقیق بسیار خورنده تولید می کنند .

آلودگی محیط زیست بر اثر دودهای سولفور روی مسموم کننده .

کاهش حساسیت سرب بنزین .

هر چه میزان گوگرد سوخت بیشتر باشد ، افزایش عدد اکتان سوخت به ازای مقدار معینی سرب ، کمتر خواهد بود .

این کاهش حساسیت تابع نوع ترکیبات گوگردی است .

مثلا برای بنزینی که 10/0% گوگرد دارد ، در صورتی که تمام این گوگرد به صورت مرکاپتان ها باشد ، 70% سرب بی اثر می شود .

اگر گوگرد به صورت آزاد باشد 50% سرب بی اثر شده و اگر گوگرد تیوفنی باشد ، 40% سرب بی اثر می شود .

ز – عدد اکتان ( آرام سوزی ) همانگونه که بیان شد ، عدد اکتان معرف کیفیت احتراق بنزین است .

با آن که در استانداردهای رسمی عدد اکتان را با روش پژوهش تعیین می کنند ، ولی اگر دو روش پژوهش ( F1 ) و موتور ( F2 ) استفاده شود ، تصور بهتری از آرام سوزی سوخت به دست خواهد آمد .

اختلاف F1-F2 یاحساسیت سوخت تابع ترکیب شیمیائی آن است .

هیدروکربن های پارافینی حساسیت خیلی کمی دارند ، در حالی که جساسیت آروماتیک ها زیاد است .

شرط مرغوبیت یک بنزین تنها بالا بودن عدد اکتان نیست .

سایر ویژگیها نظیر فشار بخار ، منحنی تقطیر ، مقدار صمغ و گوگرد نیز باید در حد مطلوب باشند .

انواع مواد افزودنی مواد افزودنی ، موادی هستند که می توانند در بهبود کیفیت بنزین مؤثر باشند ، این مواد عبارتند از : مواد افزایش دهنده عدد اکتان : در این رابطه تترااتیل سرب ماده بسیار مؤثری است که کاربرد آن در همه جا متداول است .

عیب این ماده سمیت و آلوده نمودن محیط زیست است و به همین دلیل سعی در جایگزینی آن شده است .

طبق آخرین تحقیقات ، ماده متیل ترشیئری بوتیل اتر ( MTBE ) می تواند جانشین مناسبی برای تترااتیل سرب باشد .

مواد بازدارنده تشکیل صمغ نظیر فنل ها و آمین ها مواد بازدارنده تشکیل رسوبهای سخت مواد ضد یخ رنگها برای تمایز انواع بنزین سرب دار .

این رنگها هیچ ارتباطی با کیفیت بنزین ندارند و فقط نشان می دهند که بنزین حاوی سرب است و به علت سمیت نباید به غیر از موتور در جای دیگر به کار رود .

دسته بندی بنزین ها بر اساس درجه آرام سوزی و یا درجه اکتان صورت می پذیرد .

درجه اکتان بنزین معمولی و سوپر در چند کشور منتخب در جدول بالا و مشخصات بنزین های تولیدی در پالایشگاههای ایران در جدول پائین نشان داده شده است .

درحالی‌که مصرف کننده عادی تصور می‌کند که شمار فراورده‌های نفتی نظیر بنزین ، سوخت جت ، نفت سفید و غیره محدود است، ولی بررسیهایی که موسسه نفت آمریکا ( API ) در مورد پالایشگاههای نفت و کارخانه‌های پتروشیمی انجام داده است، نشان می‌دهد که بیش از 2000 فراورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می‌شود که در 17 گروه طبقه‌بندی می‌شوند و عبارتند از: گازهای سوختی - گازهای مایع - انواع بنزین - سوختهای توربین گازی (جت) - نفت سفید - فراورده های میان تقطیر (سوخت دیزل و نفت کوره های سبک) - نفت کوره باقیمانده ای - روغن‌های روان‌ساز - روغن‌های سفید - فراورده های میان روغن‌های ترانسفورماتور و کابل- گریس- مومها (واکس) - آسفالتها - ککها - دوده‌ها - مواد شیمیایی ، حلالها ، متفرقه.

معمولا شمار فراورده‌هایی که طراحی پالایشگاه را جهت می‌دهند نسبتا کم است.

فرایندهای اصلی پالایش را با توجه به فراورده‌هایی که تولیدشان زیاد است مانند بنزین ، سوخت جت ، سوخت دیزل طراحی می‌کنند.

بعضی از اجزای نفت خام را همان‌گونه که هستند (یعنی فراورده ها تقطیر مستقیم) بفروش می‌رسانند و یا اینکه عملیات پالایش بعدی را بر روی آنها انجام می‌دهند تا فراورده‌های با ارزشتری بدست آورند.

فرایندهای پالایش در پالایشگاه تقطیر نفت خام دستگاه‌های تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فراورش (پالایش) عمده در پالایشگاه هستند.

تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می‌گیرد، اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار اتمسفر و سپس ارسال باقیمانده دیر جوش این مرحله به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلاء شدید عمل می‌کند.

بنابراین ، نفت خام پس از حرارت در کوره در برج تقطیر اتمسفری به فراورده های زیر تفکیک می شود : گازهای سوختی ( که عمدتا شامل متان و اتان است ) ، گازهای سبکتر (شامل پروپان ، بوتان و همچنین متان و اتان است) ، نفتهای سبک تثبیت نشده ، نفتهای سنگین ، نفت سفید ، نفت گاز اتمسفری و باقیمانده خام برج تقطیر اتمسفری (ARC).

در برج تقطیر در خلاء نیز باقیمانده برج تقطیر اتمسفری به جریان نفت گاز خلاء و باقیمانده برج تقطیر در خلاء (VRC ) تفکیک می‌شود.

نفت گاز اتمسفری و نفت گاز خلاء را غالبا برای تولید بنزین ، سوخت هواپیما و سوخت دیزل به واحد هیدروکراکینگ یا کراکینگ کاتالیزی می فرستند .

باقیمانده برج خلاء را نیز می‌توان در واحدهای گرانروی شکن ، کمک‌سازی و یا آسفالت‌زدایی برای تولید نفت کوره سنیگن و یا خوراک واحد کراکینگ و یا مواد خام روغن روان‌سازی پالایش کرد.

باقیمانده نفت خامهای آسفالتی را می‌توان برای تولید آسفالت جاده سازی و یا پشت بام ، مورد عملیات یا پالایش دیگری قرار داد.

رفرمینگ (تبدیل) کاتالیزی و همپارش نیاز اتومبیلهای امروزی به بنزینهای با عدد اکتان بالا ، محرکی برای استفاده رفرمینگ کاتالیزی شد.

در رفرمینگ کاتالیزی ، تغییر در نقطه جوش ماده‌ای که از این واحد می‌گذرد، نسبتا کم است، زیرا مولکولهای هیدروکربن ، شکسته نمی‌شوند، بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می‌شوند تا آروماتیکهای با عدد اکتان بالا تولید شوند.

منابع خوراک واحد رفرمینگ کاتالیزی عبارتند از: بنزینهای سنگن تقطیر مستقیم (HSR ) و نفت سنگین حاصل از واحدهای برج تقطیر نفت خام ، کک سازی و کراکینگ.

فراوده های حاصل تبدیل کاتالیزی برای فروش به عنوان بنزین معمولی و بنزین سوپر با هم مخلوط می شوند .

عدد اکتان نفتهای سبک ( LSR ) را می‌توان با استفاده از فرایند همپارش که طی آن پارافینهای نرمال (راست زنجیر) به همپارهایشان تبدیل می‌شوند، بهبود بخشید.

بازیابی بخار (واحد صنعتی گاز ) جریانهای گاز تر حاصل از واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ در بخش بازیابی بخار ، به گاز سوختی ، گاز نفتی مایع ( LPG ) ، هیدروکربنهای سیر نشده (پروپیلن، انواع بوتیلن و پنتن )، نرمال بوتان و ایزوبوتان تفکیک می‌شوند.

گاز سوختی در کوره‌های پالایشگاه سوزانده می‌شود و n-بوتان با بنزین و یا LPG مخلوط می‌شود.

هیدروکربنهای سیر نشده و ایزوبوتان بمنظور فراورش ، به واحدهای آلکیل دار شدن فرستاده می‌شوند.

آلکیل دار کردن افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب ، یک واکنش آلکیل دار کردن است.

ولی در پالایش نفت ، واژه آلکیل دار کردن در مورد واکش اولفین های دارای وزن مولکولی پایین با یک ایزوپارافین ، به منظور تشکیل ایزوپارافینهای دارای وزن مولکولی بالاتر ، بکار می رود.

نیاز به سوختهای هواپیمایی با عدد اکتان بالا انگیزه خوبی برای توسعه فرایند آلکیل دار کردن بمنظور تولید بنزین‌های ایزوپارافینی با عدد اکتان بالا بود .

اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا ، بدون نیاز به کاتالیزگر مسیر است، ولی تنها فرایندهایی از اهمیت اقتصادی برخورد دارند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شود.

با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی ، بیشتر فراورده‌ها در گستره جوش بنزین با اعداد اکتان موتوری 88 تا 94 و اعداد اکتان پژوهشی بین 94 تا 99 قرار می‌گیرد.

نحوه سوختن بنزین در موتور چهار حالت موتور چهار زمانه بنزینی: برای به کار در آمدن موتر نیرویی باید باشه تا میل لنگ رو به چرخش در بیاره که برای اولین باربا اختراع ماشین این نیرو به وسیله بخار حاصل از سوختهای ذغال سنگ به وجود آمد.

زمانی که مخترعین توانستند با نیروی حاصل از سوخت مواد نفتی میل لنگ رو وادار به گردش کنند در اصل موتورهای متداول امروزی رو به وجود آوردن که بقیه قطعات هم از نیروی حاصله از گردش میل لنگ بهره گرفته و کار می کنن.

موتور ها بو دو صورت چهار زمانه و دوزمانه کار میکنن که این نوع موتورها به موتورهای انفجاری یا درون سوز معروفند.برای روشن شدن موتور درون سوز انفجاری لازم است که پیستون چهار حالت تنفس-تراکم-تخلیه را با دو بار گردش می لنگ انجام دهند تا موتور به کار بیفتد.

حالت تنفس: در زمان تنفس بر اثر گردش میل لنگ پیستون از نقطه مرگ بالا به طرف پایین حرکت میکند ،چرخ دنده سر میل لنگ با چرخدنده سر سوپاپ طوری تنظیمه که همزمان با پایین اومدن پیستون ،بادامک میل سوپاپ ورودی را باز کرده و عمل مکش از طریق باز شدن سوپاپ ورودی و داخل شدن مقدار معینی مخلوط هوا و بنزین به محفظه سیلندر می پذیرد.و وقتی پیستون با پایین ترین نقطه (همون نقطه مرگ پایین ) میرسه مکش تموم میشه و سوپاپ ورودی بسته و مخلوط هوا و بنزین داخل سیلندر حبس میشن.

نتیجه: 1.در زمان تنفس پیستون از نقطه مرگ بالا به نقطه مرگ پایین میرسد.

2.در زمان مکش سوپاپ هوا و بنزین باز و سوپاپ دود بسته است.

3.میل لنگ نیم دور کامل یا 180 درجه میچرخه و میل سوپاپ 90 درجه می چرخه.

2 - حالت تراکم: بعد تنفس نوبت تراکم است،در حالت تراکم پیستون به طرف نقطه مرگ بالا میره تا مخلوط هوا و بنزین رو متراکم کنه.چون سوپاپ های دود و هوا و بنزین بسته و خوب آب بندی شده اند تا سر نشیمنگاه بشینند و رینگ های کمپرس مانع خروج کمپرس به کارتر و واشر سرسیلندر نیز مانع نشت میشود در نتیجه گاز خوب متراکم میشود.

هرچه پیستون بالا تر میره مولکول های گاز فشرده تر و برای حالت بعدی آماده تر میشن.یعنی وقتی پیستون تو نقطه مرگ پایین هستش پر گازه و وقتی بالا میره همون گاز فشرده میشه.و رابطه حجم کر تقسیم بر حجم محفظه احتراق رو نسبت تراکم میگن.و هرچه نسبت تراکم بالاتر پس احتراق بهتر و موتور قوی تر است و این تو موتور های بنزینی از 6 به 1 الی 11 به 1 متغیره.اگه از اخرین حد نسبت تراکم یعنی 11 تجاوز کنه گز به دلیل تراکم زیاد بیش از حد داغ میشه و قبل از جرقه زدن شمع خود به خود منفجر میشه و این کار باعث میشه در بعضی از ماشین های تقویتی غیر استاندارد ، میل لنگ تاب بر داره.اگه کورس کورس پیستون یا نسبت تراکم موتور از 9 به 1 باشه و واحد نسبت تراکم رو سانتی متر مکعب در نظر بگیریم اتفاقی که داخ سیلندر میفته اینه که 90 سانتی متر مکعب هوای آزاد سسلندر پس از متراکم شدن به 10 سانتی متر مکعب تبدیل میشه.که در این لحظه گاز متراکم شده آماده احتراق هستش.

نتیجه: 1-در حالت تراکم پیستون از نقطه مرگ پایین به نقطه مرگ بالا میرسه.

2-سوپاپ های ورودی و خروجی همه بسته اند.

3-میل لنگ نیم دور دیگه یعنی 180 درجه و میل سوپاپ 90 درجه دیگر می چرخد.

3 - حالت انفجار حالت سوم خالت انفجار است.در آخرین مرحله تراکم که پیستون می خواهد به نقطه مرگ بالا برسد شروع قدرت محسوب میشود.در این زمان شمع جرقه میزنه و گاز منفجر میشه.بر اثر انفجار ازدیاد حجم به وجود میاد و چون تمام سوپاپ ها بسته و گاز راه خروج ندارد در نتیجه نیرو را به سر پیستون فشار می آورد و آن را به طرف پایین هل میدهد و در شاتون نیرو را به میل لنگ انتقال میده و باعث حرکت دورانی میل لنگ میشه.

پس تمام قدرت موتور در زمان انفجار به وسیله سر پیستون به شاتون و بعد به میل لنگ و از طریق میل لنگ به فلایول و با تکرار اینها کار داعم موتور شروع میشه.

نتیجه: 1-میل لنگ 180 و میل سوپاپ 90 درجه گردش.

2- تمام سوپاپ ها بسته.

3-دوباره پیستون از نقطه مرگ بالا به نقطه مرگ پایین میرسه.

4 - حالت تخلیه: در این حالت سیلندر پر دود است و پیستون در پایین و بر اثر انفجار پیستون بعدی این پیستون به بالا می رود و همان لحظه سوپاپ دود باز میشود تا سیلندر از دود تخلیه شود.و همینکه به نقطه مرگ بالا میرسه عمل تخلیه تمام شده و با بسته شدن شدن سوپاپ دود 4 عمل موتور نیز تموم میشه.ولی موتور باید برای ادامه باز هم این اعمال رو تکرار کنه.

سوخت های جایگزین بنزین تا کنون مهمترین و معمول ترین سوخت جهت استفاده در سرویس های حمل و نقل، در بسیاری از کشورهای دنیا بنزین و گازوئیل بوده است.

اتومبیل هایی که سوخت بنزین یا گازوئیل مصرف می کنند موجب انتشار مواد مضر و آلاینده با ترکیبات شیمیایی پیچیده می شوند که بنوبه خود، سبب تولید اوزون در سطح جو زمین می شوند.

با آنکه تمهیدات مختلف جهت کاهش آلودگی اعم از برنامه های معاینه فنی خودورها یا نصب سیستم های کنترل انتشار آلاینده در اگزوز خودروها در کشورهای پیشرفته بکار گرفته شده، لیکن این برنامه ها در شهرهای بزرگ مسئله تولید اوزون و سایر آلاینده ها را به حد کافی کاهش نداده است.

وقتی سوختهای فسیلی با ترکیب هیدروکربورهای مختلف بطور کامل می سوزد یعنی با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود، تولید دی اکسید کربن و آب می کند.

حال اگر عمل سوختن کامل نباشد، بجای مقداری از دی اکسید کربن (CO2)، منواکسید کربن (CO) تولید می شود که ماده ای بسیار سمی است.

همچنین برخی از اتمهای کربن موجود در ترکیبات سوخت به صورت نسوخته و ذرات جامد کربن روی هم انباشته شده، همراه هیدروکربورهای نسوخته از اگزوز اتومبیل ها به صورت دوده خارج می شود.

هیدروکربورهای نسوخته نیز بهمراه مقادیری از سوخت که پیش از ورود به موتور تبخیر شده و به هوا منتشر می شود در مجاورت نور خورشید با ترکیبات اکسیدهای نیتروژن حاصل از عمل احتراق در موتور، ترکیب شده و تولید اوزون می کند.

اوزون اگرچه در لایه استراتوسفر مانع از عبور نور ماورای بنفش و رسیدن آن به سمت زمین می شود لیکن در سطح زمین از مهمترین عوامل ایجاد مه دودشیمیایی(SMOG) و تولید کننده مواد سمی مضر برای سلامتی انسان محسوب می گردد.

در این راستا، سوختهای پاک دارای خواص فیزیکی و شیمیایی ذاتی هستند که آنها را پاک تر از بنزین با ساختار و ترکیبات فعلی در عمل احتراق می نماید.

بطور کلی این سوختها حین احتراق، هیدروکربور (نسوخته) کمتری تولید کرده و مواد منتشره حاصل از احتراق آنها دارای فعالیت شیمیایی کمتر برای تشکیل اوزون و مواد سمی دیگر می باشند.

استفاده از سوختهای جایگزین، همچنین شدت افزایش و انباشته شدن دی اکسید کربن که سبب گرم شدن زمین می شود را نیز کاهش می دهد.

البته در بنزین اصلاح ساختار یافته (Reformulated Gasoline) انتشار مواد آلاینده تا 25 درصد نسبت به بنزین موجود کاهش می یابد لیکن با توجه به وابستگی آن به منابع نفت خام، بعنوان سوخت جایگزین مطرح نمی باشد.

به این ترتیب، معرفی سوختهای جایگزین و مطالعه در خصوص امکان استفاده و بهره برداری از سوختهای جایگزین، با توجه به ملاحظات فنی- اقتصادی و منابع گسترده موجود برخی از آنها در ایران، همچنین بدلیل روند روبه رشد مصرف سوختهای مایع هیدروکربوری در کشور که هر ساله موجب ضرر و زیان هنگفت به بودجه عمومی و محیط زیست کشور می شود از اهمیت قابل توجهی برخوردار شده است.

انواع سوختهای جایگزین بیودیزل: بیودیزل عبارت است از استرهای منو الکیل اسیدهای چرب با زنجیر طویل که از منابع طبیعی تجدید پذیر مانند روغنهای گیاهی یا چربیهای حیوانی تهیه می شود.

مخلوطهایی تا 20% بیودیزل و مابقی گازوئیل ( دیزل ) می توانند در کلیه تجهیزات مربوط به سوخت دیزل مورد استفاده قرار بگیرند.

مخلوطهایی با نسبتهای بالاتر بیودیزل تا صددرصد بیودیزل خالص در موتورهای ساخته شده از سال 1994 به بعد ، با اندک تغییرات و یا حتی بدون نیاز به آنها ، می توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

گرچه حمل و نقل و ذخیره سازی آنها نیازمند تمهیدات خاصی می باشد.

تفاوتهای اساسی در ترکیب بیودیزل و گازوئیل : مهمترین تفاوت اساسی در ترکیبات بیودیزل و دیزل ، محتوای اکسیژن می باشد.

میزان اکسیژن موجود در دیزل صفر است در حالیکه بیودیزل حاوی 12-10 درصد وزنی اکسیژن می باشد که باعث کاهش دانسیته انرژی و انتشار ذرات معلق می گردد.

بعلاوه بیودیزل عاری از گوگرد می باشد.

در حالیکه در دیزل گوگرد وجود دارد که در سیستم اگزوز موتور به اکسیدهای گوگرد و سپس بخشی از آن به اسید سولفوریک تبدیل می گردد.

این اسید خود منجر به تولیدات ریز می شود.

گازوئیل معمولا" 40-20 درصد حجمی آروماتیک دارد که باعث افزایش انتشار آلاینده هایی نظیر Nox و ذرات معلق می گردد.

بیودیزل اساسا" عاری از آروماتیکها می باشد.

در گازوئیل هیچ پیوند دوگانه ( الفینی ) وجود ندارد در حالیکه در بیودیزل بواسطه حضور قابل ملاحظه محلهای غیر اشباع پایداری در مقابل اکسیداسیون کم می باشد.

ترکیب زنجیرهای اسیدهای چرب : روغنهای گیاهی شامل ترکیبات مختلفی از زنجیرهای اسیدهای چرب می باشند.

خصوصیات سوخت بیودیزل بطور قابل ملاحظه ای به زنجیرهای اسیدهای چرب موجود در خوراک مورد استفاده برای استریفیکاسیون بستگی دارد.

سویا ، بادام زمینی ، پنبه دانه ، گل آفتاب گردان و کنولا ( گونه ای از دانه شلغم روغنی ) از منابع روغنهای گیاهی به شمار می روند.

چربیهای حیوانی و روغن مصرف شده در آشپزی ( که به عنوان شبهه گریس شناخته می شود ) نیز منابع تولید اسیدهای چرب مورد نیاز بیودیزل می باشند.

تولید بیودیزل : برای تهیه بیودیزل ، از روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی استفاده می شود.

چربیها و روغنها با الکلی نظیر متانول واکنش کرده و ترکیبات شیمیایی به نام استرهای متیل اسید چرب را به وجود می آورند.

گلسیرول ، که در صنایع بهداشتی و آرایشی کاربرد دارد، نیز به عنوان محصول فرعی تولید می شود.

بیودیزل را می توان توسط تکنولوژیهای مختلف استریفکاسیون تولید نمود.

در این تکنولوژیها ، چربیها و روغن فیلتر شده و جهت جداسازی آب و آلودگیها فرآورش می گردند.

در صورتیکه اسیدهای چرب آزاد موجود باشند، می توان آنها را جدا نموده ویا با استفاده از تکنولوژیهای Pretreatment به بیودیزل تبدیل نمود.

این روغنها و چربیها سپس با الکلی نظیر متانول و کاتالیست ( معمولا" هیدروکسید پتاسیم یا سدیم ) مخلوط می گردد.

مولکولهای روغن ( تری گلسیریدها ) سپس شکسته شده و به استرها وگلسیرول تفکیک شده و نهایتا" عمل خالص سازی انجام می پذیرد.

اثرات استفاده از بیودیزل نسبت به سوخت دیزل : از مزایای بیودیزل نسبت به سوخت دیزل به موارد زیر می توان اشاره نمود : تجزیه پذیری بیشتر، کاهش انتشار آلاینده های اکسید گوگرد و منواکسید کربن و ذرات معلق ، کاهش بو ، دوده و ایمنی بیشتر به هنگام استفاده و افزایش روانکاری موتور مشکلات استفاده از این سوخت عبارتند از : - میزان انتشار Nox غالبا" افزایش می یابد.

- بیودیزل ( بخصوص در مورد خوراکهای بسیار اشباع ) در هوای سرد ممکن است منجر به تولید مشکلاتی در موتور گردد.

- پایداری در مقابل اکسیداسیون کم می باشد.

نتیجه : تحقیق بیشتری در خصوص بسط مواد افزودنی و بهبود تاثیر بیودیزل بر روی انتشار Nox ، ویسکوزیته و ناپایداری در مقابل اکسیداسیون جهت تبدیل بیودیزل به یک سوخت قابل قبول از لحاظ تجاری باید انجام پذیرد.

گرچه استفاده از بیودیزل بازار جدیدی برای کشاورزان ایجاد نموده و باعث کاهش انتشار آلاینده های حاصل از موتور دیزلی می گردد ولی هزینه های تولید بالا و همچنین وجود سایر بازارهای مصرف برای منابع مورد استفاده، مانع از تولید آن در مقیاس انبوه می گردد.

- سوخت های الکلی: استفاده ازسوختهای الکلی در موتورهای احتراق داخلی بعنوان سوخت، موضوع جدیدی نیست.

در سال 1872 که OTTO موتورهای احتراق داخلی را اختراع نمود ، بنزین بعنوان یک سوخت هنوز در دسترس نبود و اتیل الکل سوخت این موتور محسوب می شد.

سوختهای الکلی (متانول و اتانول) ، سوختهای مایع با راندمان و عدد اکتان بالا می باشند که در عین حال میزان انتشار مواد آلاینده و ترکیبات تولید کننده اوزون در گازهای حاصل از احتراق آنها در حد پایین است ، لذا بعنوان سوختهای جایگزین مطرح و در مناطقی نیز مورد استفاده قرار گرفته اند.

گرچه الکل سوخت مناسب برای موتور محسوب میگردد ، لیکن برای مصارف خانگی یا مصرف کننده های غیر متحرک انرژی ، سوخت جایگزین مناسبی نیست.

زیرا برای تولید آن باید انرژی مصرف شود و در مصارف گرمایی بهتر است این انرژی بطور مستقیم مصرف شود.

- متانول: متانول سوخت الکلی است که از گاز طبیعی و سایر منابع طبیعی نیز تولید می شود.

متانول یا الکل متیلیک که در آن عامل هیدروکسیل (OH) جایگزین یک اتم هیدروژن شده است با وزن مولکولی 04/32 و چگالی 796/0 سنگین تر از بنزین و دارای عدد اکتان 107 می باشد.

به لحاظ انرژی حرارتی 7/1 گالن متانول معادل یک گالن بنزین خواهد بود.

متوسط قیمت تولید متانول از گاز طبیعی در جهان مشابه بنزین است.

متانول از چوب و زغال سنگ نیز قابل تولید است البته تولید آن از منابع طبیعی و تجدید شونده در مقایسه با گاز از لحاظ اقتصادی گران تر است.

M-85 ترکیب 15 درصد بنزین و 85 درصد متانول است و اولین ترکیبی است که بعنوان سوخت جایگزین مصرف شده است.

این مخلوط در موتور خودروهای تولیدی مهمترین تولید کنندگان اتومبیل قابل استفاده بوده و در آینده اتومبیل هایی که قادر به استفاده از متانول خالص باشند نیز وجود خواهند داشت.

از متانول ماده اکسیژنه MTBE برای مخلوط نمودن با بنزین جهت افزایش عدد اکتان و خوش سوزی آن بدست می آید.

روش تولید: ابتدا از گازطبیعی، گاز سنتز (مخلوطی از H2 و CO ) تهیه و سپس گاز سنتز در راکتور کاتالیستی، به متانول و بخار آب تبدیل می شود.

اثرات زیست محیطی: با استفاده از M-85 انتشار آلاینده های مولد مه- دود (SMOG) 30 الی 50 درصد کمتر است.

انتشار Nox و هیدروکربورها، مشابه یا کمی پایین تر است.

البته انتشار CO معمولا مساوی یا کمی بیشتر از خودروهای استاندارد بنزینی خواهد بود.

ملاحضات ایمنی: متانول نسبتاً سمی بوده و تماس مسقیم آن با پوست و استنشاق آن در دستگاه تنفسی ایجاد اختلال می نماید.

بعلت درخشندگی و نور کم شعله متانول در روز، تشخیص آن سخت می باشد.

لذا با افزایش بنزین به آن، رنگ و بوی قابل تشخیص به سوخت داده می شود.

نتیجه: چون سوختهای الکلی دارای عدد اکتان بالا هستند استفاده از آنها در موتورهای احتراق از نوع جرقه ای، موجب افزایش قدرت موتور و راندمان حرارتی بیشتر در مقایسه با بنزین خواهد بود.

معایب اصلی در کاربرد متانول که در بازده و عملکرد آن موثر است سختی روشن شدن اتومبیل در حالت سرد cold start و بد سوختن آن در حالت داغ کردن می باشد.

اتانول اتانول یا الکل اتیلیک با ترکیب شیمیایی C2H5OH مایعی روشن ، بی رنگ و با بوی قابل تحمل است.

درحال حاضر این ماده بصورت خالص و یا مخلوط آن با بنزین بعنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.

این ماده با عدد اکتان 113 سوختی مرغوب محسوب شده و بعنوان یک ترکیب اکسیژن دار با اضافه شدن به بنزین می تواند عد اکتان را افزایش داده و انتشار آلاینده هایی نظیرCO ،… را کاهش دهد.

اتانول می تواند در موتورهای جدید بنزین سوز ، بدون هیچ تغییری در سیستم موتور از 3 تا 24 در صددر اختلاط با بنزین مصرف شود ، اما استفاده از این ماده با درصدهای بالاتر نیازمند استفاده از موتورهای اختصاصی ویا دو منظوره است.

مقایسه خواص اتانول سوختی با بنزین در جدول ذیل ملاحظه می گردد.

اتانول بنزین درصد وزنی اکسیژن 8/34 0 نقطه جوش(?C) 78 210-35 ارزش حرارتی خالص(MJ/kg) 8/26 7/42 حرارت حاصل از تبخیر(MJ/kg) 93/0 18/0 نسبت استوکیومتری هوا/سوخت 9:1 1: 6/14 عدد اکتان موتور (MON) 96 82 اگر فقط ارزش حرارتی اتانول مد نظر باشد با توجه به اینکه حدود 35 درصد این ماده را اکسیژن تشکیل می دهد لذا ارزش حرارتی آن به همین نسبت از بنزین کمتر است.

اما از سوی دیگر با توجه به نسبت استوکیومتری هوای مورد نیاز جهت احتراق ملاحظه میگردد که برای سوختن کامل یک کیلوگرم بنزین نیاز به 15 کیلوگرم هوا هست در حالیکه برای همین مقدار هوا مقدار 6/1 کیلو اتانول لازم است لذا راندمان موتور در حالت استفاده از الکل بالاتر است.ثانیا" با مقایسه انرژی در واحد حجم مخلوط بنزین و اتانول با هوا اعداد تقریبا" مشابه 8/94 (بنزین) و 7/94 (اتانول) حاصل میگردد بنابراین ارزش حرارتی هر دو تقریبا" مشابه خواهد بود.

نهایتاً با توجه به اینکه حرارت نهان تبخیر الکل ها بیشتر از بنزین است که این مسئله بنوبه خود منجر به سرد شدن بیشتر مخلوط (هوا- سوخت) و در نتیجه افزایش دانسیته مخلوط شده و قدرت بیشتری در موتور تولید می گردد.

تبخیر مخلوط بنزین و هوا منجر به کاهش دمای 40 درجه فارنهایت می شود و در شرایط مشابه این کاهش دما برای اتانول بیش از دو برابر بیش از بنزین خواهد بود.

این کاهش شدید دما منجر به ورود بیشتر مخلوط سوخت و هوا بدرون موتور می گردد ، بنابر این راندمان حجمی اتانول بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.استفاده از اتانول با ترکیب 10% اتانول و 90% بنزین بیشتر رایج می باشد که به نام سوخت E10 معروف گردیده است .

در برزیل ، این ترکیب شامل 22% تا 24% اتانول است.

اتانول بعنوان سوخت خالص نیز بعنوان جایگزین بنزین مصرف می شود.

در امریکا مخلوطهایی از 85% اتانول و 15% بنزین و 95% اتانول و 5% بنزین به عنوان سوختهای جایگزین مورد استفاده قرارمی گیرند.