كاهش آلودگی زیست محیطی با كاربرد الكل در سوخت خودرو

طرح تولید الكل با توجه به كاربردهای وسیع الكل به عنوان ماده اولیه صنایع شیمیایی و امكان استفاده از آن در صنایع نفت به عنوان ماده افزودنی به سوخت مصرفی كشور و همچنین جایگزین مناسب برای تترااتیل سرب مورد استفاده در بنزین مورد توجه قرار گرفته دارد اتانول به عنوان یكی از مواد اكسیژن به بالابرنده عدد اكتان بنزین موتور و جایگزین ماده افزودنی تترااتیل سر

موضوع:

كاهش آلودگی زیست محیطی با كاربرد الكل در سوخت خودرو

چكیده:

طرح تولید الكل با توجه به كاربردهای وسیع الكل به عنوان ماده اولیه صنایع شیمیایی و امكان استفاده از آن در صنایع نفت به عنوان ماده افزودنی به سوخت مصرفی كشور و همچنین جایگزین مناسب برای تترااتیل سرب مورد استفاده در بنزین مورد توجه قرار گرفته دارد. اتانول به عنوان یكی از مواد اكسیژن به بالابرنده عدد اكتان بنزین موتور و جایگزین ماده افزودنی تترااتیل سرب در دنیا مطرح شده است. پس از بحران انرژی در سال 1973 و توجه بیشتر دنیا به تامین منابع انرژی، این توجه جهانی بطور مضاعف افزایش یافته است.

تاكنون بسیاری از كشورهای پیشرفته و در حال رشد پژوهش‌هایی را در مورد كاربرد الكل‌ها به عنوان سوخت خودروها به انجام رسانیده‌‌اند. نتایج بدست آمده ر این زمینه نشان می‌دهد كه الكل‌ها و اترها با داشتن عدد اكتان بالا می‌توانند به عنوان جانشین برای تترااتیل سرب موجود در بنزین موتور خودروها مطرح باشند.

آلودگی پایینتر از حد استاندارد ناشی از احتراق الكل نیز عامل موثری در توجه به این سوخت می‌باشد. تحقیقات كاربردی در مورد مخلوط‌های اتانول و بنزین در كشورهای آمریكا، ژاپن، هلند، بلژیك، سوییس و اتریش صورت پذیرفته است و هنوز هم ادامه دارد.

مقدمه

احتراق

در یك موتور متعارف بنزینی، سوخت و هوا در یك سیستم ورودی مخلوط می‌گردند و از طریق سوپاپ ورودی وارد سیلندر می‌شوند. در سیلندر اختلاط با گاز باقیمانده صورت گرفته و سپس این مخلوط متراكم می‌شود. تحت شرایط معمولی كاركرد، احتراق در انتهای مرحله تراكم و در اطراف شمع بوسیله جرقه الكتریكی آغاز می‌‌شود.

در احتراق عادی شعله ایجاد شده توسط جرقه، به آرامی در محفظه احتراق حركت كرده، تا مخلوط سوخت و هوا كاملاً مصرف شود. عوامل متعددی مانند تركیب سوخت، بعضی پارامترهای خاص و طراحی و عملیاتی و رسوبات محفظه احتراق ممكن است از وقوع فرآیند عادی جلوگیری نمایند. دو نوع احتراق غیرعادی وجود دارد كه عبارتند از: ضربه و افروزش سطحی.

ضربه مهمترین پدیده احتراق غیرعادی می‌باشد. نام آن از صدای حاصل از خوداشتغالی قسمتی از مخلوط سوخت، هوا و گاز باقیمانده جلوتر از شعله در حال پیشروی، ناشی می‌شود. همانطور كه شعله در محفظه احتراق انتشار می‌یابد، مخلوط نسوخته جلوتر از آن موسوم به گاز پایانی فشرده شده و موجب افزایش فشار، دما و دانسیته آن می‌‌شود. در قسمتی از مخلوط سوخت و هوای گاز پایانی ممكن است قبل از احتراق عادی، فعل و انفعال شیمیایی رخ دهد.

محصولات حاصل از این فعل و انفعال ممكن است بعداً خودبخود مشتعل شوند، یعنی تمام یا قسمتی از انرژی خود را به سرعت آزاد نمایند. در این صورت گاز پایانی خیلی سریع سوخته و انرژی شیمیایی خود را خیلی سریع سوخته و انرژی شیمیایی خود را آزاد می‌كند. این امر موجب ایجاد صدای فلزی تیزی به نام ضربه می‌شود.

برای از بین بردن ضربه در موتورهای درون‌سوز از الكیل‌های سرب بخصوص تترااتیل سرب كه یك ماده افزودنی ضدضربه‌ای بسیار موثر می‌باشد، استفاده می‌كند. ایجاد این ضربه در سوخت‌های مختلف متفاوت است.

جهت مشخص نمودن سوخت‌های مختلف از نقطه نظر ایجاد ضربه، درجه آرام‌سوزی یا عدد اكتان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

توضیح مقاله

عدد اكتان

كیفیت آرام‌سوزی بنزین را بر حسب عدد اكتان تعیین می‌كنند. برحسب تعریف، برای ایزواكتان (2-2-4 تری‌متیل‌پنتان) عدد اكتان 100 و برای نرمال هپتان عدد اكتان صفر منظور شده است. اگر سوختی با درصد معینی ایزواكتان و نرمال هپتان تهیه شود، بر حسب درصد موجود هر كدام در مخلوط، دارای عدد اكتانی بین صفر تا 100 خواهد بود.

امروزه مواد شیمیایی گوناگونی جهت جلوگیری از ایجاد ضربه و یا بالا بردن اكتان بنزین بكار می‌رود. تعدادی از این مواد عبارتند از: بنزین، الكل اتیلیك، تركیبات آلی فلزی مثل كربونیل‌های آهن یا نیكل و بسیاری از آمین‌ها.

خواص مواد اكسیژنه

مواد اكسیژنه به تركیباتی اطلاق می‌گردد كه در ساختمان مولكولی آنها اتم اكسیژن بكار رفته است. امروزه دو نوع ماده اكسیژنه برای تركیب با سوخت مصرفی (بنزین) مورد استفاده قرار می‌گیرد كه عبارتند از الكل‌ها و اترها.

تمام تركیبات اكسیژنه دارای عدد اكتان بالا و نقطه جوش قابل مقایسه با بنزین مصرفی می‌باشند: تركیبات الكلی مقدار اكسیژن بیشتری نسبت به تركیبات اتری دارند و اتم اكسیژن بیشتر باعث بهبود احتراق سوخت می‌گردد.

یكی از بزرگترین تفاوت‌ها بین الكل‌ها و اترها میزان حلالیت آنها در آب می‌باشد. الكل‌ها به مراتب بیشتر از اترها در آب حل می‌گردند و این به علت وجود اتم اكسیژن در تركیب الكل می‌باشد كه پیوند قطبی‌تری نسبت به پیوند اكسیژن موجود در اترها بوجود می‌آورد و حلالیت بیشتر در آ