بیودیزل Biodiesel

پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریتگروه مهندسی شیمی

انرژی یکی از عوامل مهم در زندگی بشر  و توسعه پایدار آن می باشد.سوخت های فسیلی عمده ترین منبع برای تامین انرژی در زمان حال محسوب می شود ؛اما با توجه به محدودیت سوخت های فسیلی و آلودگی های ناشی از آن ،یافتن منابع انرژی جایگزین برای آن ضروری به نظر می رسد . در چند سال گذشته تحقیقات بر روی یافتن منابع انرژی تجدید پذیر و پاک همچون انرژی خورشیدی،انرژی بادی وسوخت هایی هم چون بیودیزل افزایش یافته و به نتایج مفید و موثری هم دست یافته شده است . در این مطلب در پی این هستیم که بیودیزل به عنوان یک سوخت پاک و تجدیدپذیر  را معرفی کنیم .

بیودیزل چیست؟

بیودیزل را می توان با ترکیب شیمیایی هر روغن طبیعی یا چربی با الکل مانند متانول یا اتانول تولید کرد.اغلب در تولید تجاری بیودیزل از متانول به عنوان الکل استفاده می شود.از لحاظ ویژگی فیزیکی  بیو دیزل یک مایع روشن تا زرد تیره است که عملاً غیرقابل مخلوط با آب بوده و  نقطه جوش بالا و فشار بخار پایینی دارد.بزرگترین و مناسب ترین منابع روغن برای تولید بیودیزل از روغن محصولاتی همچون سویا و پالم به دست می آید.در مناطق مختلف جهان بسته به شرایط اقلیمی و خاک به روغن های گیاهی خاصی جهت تولید بیودیزل توجه شده است.  گیاهان روغنی قابل کشت در اقلیم ایران چهار دانه روغنی سویا، گلرنگ، کلرا و بزرک که امکان گسترش کشت آن در مناطق مختلف کشور وجود دارد مناسب است.

مزایای بیودیزل

• به علت دارا بودن نقطه اشتعال 150 درجه سانتیگرادی نسبتاً غیرقابل اشتعال و بسیار ایمن‌تر از دیزل می باشد.

• بیودیزل را می توان با هر نسبتی حتی در نسبت  پایین با سوخت های دیزل ترکیب کرد؛این کار موجب افزایش روان شدگی(سایش کمتر موتور) تا 65 درصد می شود .

• سوخت های بیودیزل تقریبا همان قدرت اسب بخار ی که سوخت های دیزلی تامین می کند را فراهم می کند .

• مصرف سوخت های بیودیزل در موتور های دیزلی نسبت به سوخت های دیزلی ،هیدروکربن های نسوخته ،ذرات معلق و مونواکسید کمتری تولید می کند.

معایب بیودیزل

• عدم صرفه اقتصادی

• مشکلات فرآیندی تولید بیود دیزل

• تولید NO_x بیشتر نسبت به سوخت دیزل به دلیل محتوای بالاتر اکسیژن بیودیزل

• اکسید شدن بیودیزل در معرض هوا

فرآیندهای تولید بیودیزل

همانطور که اشاره کردیم از ترکیب شیمیایی هر روغن گیاهی یا چربی با الکل سوخت بیودیزل تولید کرد ؛ برای تولید بیودیزل سه فرآیند اساسی متداول است:

• ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن

• ترنس استری فیکشن مستقیم اسیدی روغن

• تبدیل روغن به اسیدهای چرب و سپس به بیودیزل

تقریبا تمام بیودیزل  از روش   ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن تولید می شود؛ زیرا این فرآیند هم از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بوده و هم  دما و فشار این واکنش پایین  و دارای بازدهی تولید 98٪ است.  مشکل اصلی این روش، حساسیت کاتالیزورهای قلیایی با خلوص ماده خام است. حضور اسید های چرب آزاد و آب در مواد خام تاثیر قابل توجهی بر واکنش پرتوزیسیون دارند.

فرآیند زیر ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن را بیان می کند:

تولید بیودیزل

به طور معمول تولید بیودیزل از طریق مراحل زیر صورت می گیرد:

1)مخلوط کردن الکل با کاتالیست

به طور عمده از هیدروکسیدسدیم (سود سوزآور) یا هیدروکسید پتانسیم(پتاس) به عنوان کاتالیست استفاده می شود؛ابتدا  مخلوط الکل / کاتالیست به یک ظرف واکنش بسته و روغن یا چربی اضافه می شود.در این مرحله سیستم به منظور جلوگیری از هدررفت الکل  طور کامل ایزوله  است.

به منظور انجام واکنش  و افزایش سرعت آن ، واکنش را در دمایی بالاتر از  نقطه جوش الکل (حدود 160 درجه فارنهایت) انجام می دهند  .

زمان توصیه شده  برای واکنش 1 تا 8 ساعت می باشد، و در برخی از سیستم ها توصیه می شود  که واکنش در دمای اتاق انجام می شود.

معمولا از الکل اضافی  بمنظور  اطمینان از تبدیل کل چربی یا روغن به استر های آن استفاده می شود. باید نسبت  آب و اسید های چرب آزادی که  در روغن یا چربی وجود دارد   کنترل کرد؛ در صورتی که سطح آب یا سطح  اسید چرب آزاد بیش از حد بالا باشد، ممکن است با تشکیل صابون و جداسازی محصولات جانبی گلیسیرین در پایین دست، مشکل ساز شود.

همین که واکنش کامل شد دو محصول مهم خواهیم داشت که عبارتند از گلیسیرین و بیودیزل که هر یک دارای مقادیر اساسی از الکل اضافی بوده که در واکنش مورد استفاده قرار گرفته است.

2)حذف الکل

هنگامی که فازهای گلیسیرین و بیودیزل جدا شده اند، الکل اضافی موجود در  هر فاز از طریق  فرآیند تبخیر فلاش یا تقطیر حذف می شود. در سیستم های دیگر، الکل حذف می شود و مخلوط  قبل ازاین که  گلیسیرین و استرها جدا شوند خنثی می شود. در هر دو حالت  الکل با استفاده از تجهیزات تقطیر بازیافت می شود و دوباره استفاده می شود.

لازم به ذکر است که باید از جمع شدن آب بر جریان الکل بازیافتی اطمینان حاصل شود

3)خنثی سازی گلیسیرین

گلیسیرین حاصل از ترکیب کاتالیست و صابون مصرف نشده ،توسط اسید خنثی می شود و به عنوان گلیسیرین خام  ذخیره می شود.در برخی موارد نمک تشکیل شده در این فاز برای استفاده به عنوان کود بازیافت و مورد استفاده قرار می گیرد. در بیشتر موارد نمک در گلیسیرین باقی می ماند. آب و الکل برای تولید  گلیسیرین خام 80-88 درصد حذف می شود تا آماده عرضه به عنوان گلیسیرین خام شود. در فرآیند های پیشرفته ، گلیسیرین به میزان 99٪ و حتیبالاتر تقطیر  شده و به بازار لوازم آرایشی و دارویی فروخته می شود.

4)شستشوی متیل استر

گاها پس از جداسازی بیودیزل از گلیسیرین ،میتوان با شست و شوی آرام با آب گرم کاتالیست و صابون باقی مانده خشکانده  و برای انباشت ارسال می شود.در برخی از فرآیند ها وجود این مرحله ضرورتی ندارد.

به طور معمول در انتهای فرآیند تولید ،مایعی زرد کهربایی رنگ با چسبندگی شبیه به گازوئیل  حاصل می شود .

5)کیفیت وثبت محصول

پس از تولید محصول نهایی ، باید کیفیت آن را از ابعاد مختلف مورد بررسی و تجزیه و تحلیل   قرار داد از جمله :

• واکنش کامل

• حذف گلیسیرین

• حذف کاتالیست

• حذف الکل

• عدم وجود اسیدهای چرب آزاد