موضوع:

کاهش آلودگی زیست محیطی با کاربرد الکل در سوخت خودرو

چکیده:

طرح تولید الکل با توجه به کاربردهای وسیع الکل به عنوان ماده اولیه صنایع شیمیایی و امکان استفاده از آن در صنایع نفت به عنوان ماده افزودنی به سوخت مصرفی کشور و همچنین جایگزین مناسب برای تترااتیل سرب مورد استفاده در بنزین مورد توجه قرار گرفته دارد. اتانول به عنوان یکی از مواد اکسیژن به بالابرنده عدد اکتان 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.

تاکنون بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال رشد پژوهش‌هایی را در مورد کاربرد الکل‌ها به عنوان سوخت خودروها به انجام رسانیده‌‌اند. نتایج بدست آمده ر این زمینه نشان می‌دهد که الکل‌ها و اترها با داشتن عدد اکتان بالا می‌توانند به عنوان جانشین برای تترااتیل سرب موجود در بنزین موتور خودروها مطرح باشند.

آلودگی پایینتر از حد استاندارد ناشی از احتراق الکل نیز عامل موثری در توجه به این سوخت می‌باشد. تحقیقات کاربردی در مورد مخلوط‌های اتانول و بنزین در کشورهای آمریکا، ژاپن، هلند، بلژیک، سوییس و اتریش صورت پذیرفته است و هنوز هم ادامه دارد.

مقدمه

احتراق

در یک موتور متعارف بنزینی، سوخت و هوا در یک سیستم ورودی مخلوط می‌گردند و از طریق سوپاپ ورودی وارد سیلندر می‌شوند. در سیلندر اختلاط با گاز باقیمانده صورت گرفته و سپس این مخلوط متراکم می‌شود. تحت شرایط معمولی کارکرد، احتراق در انتهای مرحله تراکم و در اطراف شمع بوسیله جرقه الکتریکی آغاز می‌‌شود.

در احتراق عادی شعله ایجاد شده توسط جرقه، به آرامی در محفظه احتراق حرکت کرده، تا مخلوط سوخت و هوا کاملاً مصرف شود. عوامل متعددی مانند ترکیب سوخت، بعضی پارامترهای خاص و طراحی و عملیاتی و رسوبات محفظه احتراق ممکن است از وقوع فرآیند عادی جلوگیری نمایند. دو نوع احتراق غیرعادی وجود دارد که 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 که 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 ممکن است قبل از احتراق عادی، فعل و انفعال شیمیایی رخ دهد.

محصولات حاصل از این فعل و انفعال ممکن 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 می‌کند. این امر موجب ایجاد صدای فلزی تیزی به نام ضربه می‌شود.

برای از بین بردن ضربه در موتورهای درون‌سوز از الکیل‌های سرب بخصوص تترااتیل سرب که یک ماده افزودنی ضدضربه‌ای بسیار موثر می‌باشد، استفاده می‌کند. ایجاد این ضربه در سوخت‌های مختلف متفاوت است.

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

توضیح مقاله

عدد اکتان

کیفیت آرام‌سوزی بنزین را بر حسب عدد اکتان تعیین می‌کنند. برحسب تعریف، برای ایزواکتان (2-2-4 تری‌متیل‌پنتان) عدد اکتان 100 و برای نرمال هپتان عدد اکتان صفر منظور شده است. اگر سوختی با درصد معینی ایزواکتان و نرمال هپتان تهیه شود، بر حسب درصد موجود هر کدام در مخلوط، دارای عدد اکتانی بین صفر تا 100 خواهد بود.

امروزه مواد شیمیایی گوناگونی جهت جلوگیری از ایجاد ضربه و یا بالا بردن اکتان بنزین بکار می‌رود. تعدادی از این مواد عبارتند از: بنزین، الکل اتیلیک، ترکیبات آلی فلزی مثل کربونیل‌های آهن یا نیکل و بسیاری از آمین‌ها.

خواص مواد اکسیژنه

مواد اکسیژنه به ترکیباتی اطلاق می‌گردد که در ساختمان مولکولی آنها اتم اکسیژن بکار رفته است. امروزه دو نوع ماده اکسیژنه برای ترکیب با سوخت مصرفی (بنزین) مورد استفاده قرار می‌گیرد که عبارتند از الکل‌ها و اترها.

تمام ترکیبات اکسیژنه دارای عدد اکتان بالا و نقطه جوش قابل مقایسه با بنزین مصرفی می‌باشند: ترکیبات الکلی مقدار اکسیژن بیشتری نسبت به ترکیبات اتری دارند و اتم اکسیژن بیشتر باعث بهبود احتراق سوخت می‌گردد.

یکی از بزرگترین تفاوت‌ها بین الکل‌ها و اترها میزان حلالیت آنها در آب می‌باشد. الکل‌ها به مراتب بیشتر از اترها در آب حل می‌گردند و این به علت وجود اتم اکسیژن در ترکیب الکل می‌باشد که پیوند قطبی‌تری نسبت به پیوند اکسیژن موجود در اترها بوجود می‌آورد و حلالیت بیشتر در آ