معرفی روشی جدید برای تولید سوخت پاک

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۳/۸ | 

محققان دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با ارائه روشی برای توصیف رفتار سیال در رآکتور جریان برخوردی، راهکاری برای تولید سوخت پاک منطبق بر استانداردهای جهانی ارائه کردند.
به گزارش روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر : هدی صفائی مجری طرح با بیان اینکه گازوئیل به طور طبیعی شامل یکسری ترکیبات گوگرددار از قبیل "تیوفن" ها است، گفت: این ترکیبات هنگام سوختن گازوئیل در موتور خودروها، اکسیدهای گوگرد تولید می‌کنند که این امر انتشار آلاینده‌هایی از قبیل اکسیدهای گوگرد در جو زمین را در پی دارد.
وی تشدید پدیده گلخانه‌ای و گرمایش زمین را از پیامدهای انتشار گازهای آلاینده در جو نام برد و یادآور شد: این گازهای همچنین علاوه بر آنکه در انسان مشکلات تنفسی ایجاد می‌کند و منجر به بارش باران‌های اسیدی خواهد شد که این امر منجر به نابودی جنگل‌ها و آلودگی آب‌ها خواهد شد.
صفایی اضافه کرد: به منظور حفظ محیط زیست و جلوگیری از انتشار آلاینده‌هایی مثل اکسید گوگرد در جو زمین، در سال‌های اخیر قوانین سخت گیرانه‌ای بر میزان مجاز گوگرد موجود در سوخت‌های فسیلی از قبیل گازوئیل وضع شده است و بر این اساس در ایران تلاش‌هایی در این زمینه صورت گرفته است.
مجری طرح عرضه سوخت با استاندارد یورو ۴ (سوخت با محتوای گوگرد کمتر از ppm ۵۰) به مصرف‌کنندگان را از جمله این اقدامات نام برد و اظهار کرد: این در حالی است که محتوای مجاز گوگرد در سوخت‌های فسیلی در اروپا و امریکا و سایر کشورهای توسعه یافته کمتر از ۱۰ PPm در نظرگرفته شده است.
وی ادامه داد: با توجه به مشکلات آلودگی هوا از قبیل پدیده وارونگی در زمستان‌ها در تهران و یا آلودگی هوای کلان شهر اهواز، مطالعه و پژوهش در این باره و ارائه روش‌هایی که قابلیت تولید سوخت با محتوای گوگرد کمتر داشته باشد، بسیار ضروری است.
صفایی از اجرای طرح تحقیقاتی با عنوان "به کارگیری رآکتور جریان برخوردی در اکسایش ۴و۶-دی متیل دی بنزوتیوفن" خبر داد و گفت: روش اصلی گوگردزدایی در پالایشگاه‌های ایران و جهان هیدرودی سولفوریزاسیون است. گرچه این روش بسیار خوبی است و از مدت‌ها قبل تجاری شده است، ولی تولید سوخت پاک که با استانداردهای جهانی مطابقت داشته باشد از این راه به سختی انجام می‌شود؛ زیرا یکسری ترکیبات تیوفنی در گازوئیل وجود دارند که نسبت به هیدرودی سولفوریزاسیون بسیار مقاوم هستند و به سختی توسط این فرآیند حذف می‌شوند.
این محقق یکی از راه‌های بهبود حذف ترکیبات تیوفنی، اکسایش این ترکیبات ذکر کرد و ادامه داد: در فرآیند اکسایش ترکیبات تیوفنی، یک اکسید کننده که در فاز آبی است با یک ترکیب تیوفنی که در فاز آلی است،‌ واکنش میدهد. از آنجایی که فاز آبی و آلی در کنار هم امولسیون تشکیل می‌دهند، انتقال جرم و انجام واکنش بین دو فاز به سختی انجام می‌شود و این فرآیند به طور معمول نیازمند همزدن‌های طولانی مدت است.
وی اضافه کرد: از این رو محققان در سراسر دنیا بسیار تلاش کردند تا از طریق بهبود خواص کاتالیست، به کارگیری اکسیدکننده فعال یا به کارگیری مواد فعال سطحی بر این اشکال فرآیندی غلبه کنند و زمان انجام واکنش را کاهش دهند، ولی تاکنون توجه کمتری به بکارگیری یک تجهیز فرآیندی که قابلیت غلبه بر محدودیت‌های انتقال جرم و حرارت را داشته باشد،‌ شده است.
صفایی با تاکید بر اینکه در این زمینه سیستم‌های برخوردی در بهبود فرآیندهای انتقال جرم عملکرد ممتازی دارند، یادآور شد: در آزمایشگاه دکتر سهرابی در دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر تجربه خوبی در به کارگیری رآکتورهای جریان برخوردی برای بهبود فرآیندها وجود دارد و بیش از سی مقاله علمی توسط وی و همکارانش درباره موضوع طراحی و ساخت رآکتورهای جریان برخوردی، مدل سازی آنها و به کارگیری آنها در واکنش‌ها به چاپ رسیده است.
وی افزود: به همین علت در این تحقیق با به کارگیری رآکتور جریان برخوردی تلاش شده است که اکسایش ۴و۶-دی متیل دی بنزوتیوفن بهبود داده شود و این واکنش در مدت زمان کوتاه‌تری انجام شود.
صفایی به جزئیات اجرای این طرح اشاره کرد و گفت: در این تحقیق، ابتدا یکسری آزمایش‌های مقدماتی بر واکنش مورد نظر انجام شد. به این ترتیب که اثر پارامترهای موثر بر این فرآیند از قبیل دما،‌ مقدار کاتالیست،‌مقدار اکسیدکننده و دبی جریان‌های تزریقی بررسی شد.
مجری طرح ادامه داد:بعد از تعیین مقدار بهینه پارامترهای مختلف، آزمایش در شرایط بهینه در رآکتور جریان برخوردی انجام شد. سپس این آزمایش در رآکتور ناپیوسته که به طور معمول برای انجام واکنش گوگردزدایی اکسایشی به کار گرفته می‌شود، تکرار شد.
به گفته این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر نتایج به دست آمده نشان می‌دهد استفاده از رآکتور جریان برخوردی در شرایط مشابه و در مدت زمان یکسان، میزان حذف ۴و۶-دی متیل دی بنزوتیوفن را تا دو برابر افزایش می‌دهد.
وی ادامه داد: همچنین در این تحقیق برای اولین بار،‌ اثر دبی جریان‌های برخوردی بر سینتیک واکنش اکسایش ۴و۶- دی متیل ‌دی‌ بنزوتیوفن بررسی شده است.
صفایی در عین حال خاطر نشان کرد: با توجه به اینکه انواع مختلفی از ساختار برای رآکتورهای جریان برخوردی وجود دارد، انتخاب ساختار مناسب برای رآکتور بسیار زمان بر بود که برای انجام این کار یک ساختار از رآکتور جریان‌های برخوردی شامل دو جریان مماسی و یک جریان محوری طراحی و ساخته شد.
وی با بیان اینکه در آزمایشگاه تحقیقاتی سهرابی، تمایل زیادی برای ساخت و طراحی انواع جدید از ساختارهای رآکتورهای جریان برخوردی و مدلسازی آنها وجود دارد، اظهار کرد: در ساختار جدید،‌ چرخش داخلی سیال در درون رآکتور تا حد خیلی زیادی تشدید می‌شد. چرخش داخلی سیال در همه رآکتورهای جریان برخوردی اتفاق می‌افتد و امری اجتناب ناپذیر است، ولی در این ساختار خاص تا حد خیلی زیادی تشدید می شود. با اینکه برخی روش‌های مدل‌سازی مثل مدل زنجیره مارکو توانایی اثبات شده‌ای در توصیف الگوی جریان سیال در رآکتورهای برخوردی دارند، هیچ کدام از آنها قادر به توصیف چرخش سیال در رآکتور ساخته شده نبودند.
وی اضافه کرد: در روش پیشنهادی از ریاضیات پیشرفته و معادلات لاپلاس معکوس برای توصیف رفتار سیال در رآکتور جریان برخوردی استفاده شد. خوشبختانه مدل ارائه شده،‌ انعطاف پذیری خوبی دارد و به خوبی چرخش داخلی سیال را در رآکتور جریان برخوردی پیش بینی و توصیف می‌کند.
مجری طرح حاصل این کار تحقیقاتی را دو مقاله دانست که یکی از آنها برای چاپ در مجلات ISI پذیرفته شد و دیگری تحت داوری است و یادآور شد: آزمایش‌های بیشتر بر رآکتور ساخته شده، نشان داد که انجام این فرآیند در رآکتور جریان برخوردی با جریان‌های پاششی از نظر فرآیندی بسیار آسان‌تر و ارزان‌تر است.
به گفته این محقق این دانش بعد از تجاری شدن، قابلیت به کارگیری در پالایشگاه‌ها برای تولید سوخت پاک مطابق استاندارهای جهانی را دارد و پیشنهاد می‌شود این فرآیند بعد از فرآیند هیدرودی سولفوریزاسیون برای حذف ترکیبات گوگردی از قبیل تیوفن‌ها به کار گرفته شود.
طرح "به کارگیری رآکتور جریان برخوردی در اکسایش ۴و۶-دی متیل دی بنزوتیوفن" از سوی هدی صفایی دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر و با راهنمایی دکتر مرتضی سهرابی (چهره ماندگار شیمی کشور که سال ۱۳۹۳به دیار باقی شتافتند) و دکتر کاووس فلامکی و با مشاوره دکتر جاوید روئیایی اجرایی شد.
وی با تکرار اینکه در آزمایشگاه تحقیقاتی سهرابی، تجربه زیادی برای ساخت و طراحی انواع جدید از ساختارهای رآکتورهای جریان برخوردی و مدلسازی آنها وجود دارد،
مجری طرح گفت :حاصل کار ۶ مقاله است ، دو تا در کنفرانس های داخلی ارایه شده، دو تا برای چاپ در ISI پذیرفته شده و دو تای دیگر برای چاپ در ژورنالهای ISI تحت داوری است.
به گفته این محقق این دانش بعد از تجاری شدن، قابلیت به کارگیری در پالایشگاه‌ها برای تولید سوخت پاک مطابق استاندارهای جهانی را دارد و پیشنهاد می‌شود این فرآیند بعد از فرآیند هیدرودی سولفوریزاسیون به عنوان مکمل برای حذف ترکیبات گوگردی از قبیل تیوفن‌ها به کار گرفته شود.