گازهای گلخانه ای و مشکل نشر بیش از حد آنها در پی استفاده ی بیش از حد منابع فسیلی یکی از مهمترین مشکلات پیش روی جامعه ی جهانی از نگاه زیست محیطی است. سوخت دیزل را می توان یکی از مهمترین حامل های انرژی است که مورد استفاده قرار می گیرد. بیودیزل سوختی است که از منابع زیستی تولید می شود و پتانسیل های لازم جهت استفاده بعنوان سوخت دیزل در موتور های دیزلی را دارا می باشد. با توجه به استفاده از منابع زیستی بعنوان مواد اولیه، این سوخت می تواند سبب نشر کمتر گازهای آلاینده شود و همچنین نگرانی های حاصل از عدم تجدید پذیری منابع فسیلی را بر طرف کند. مهمترین مشکل این ماده قیمت نهایی بیشتر آن در مقایسه با سوخت دیزل حاصل از منابع فسیلی است. یکی از مهمترین رویکرد ها برای کاهش هزینه-های تولید، بهبود فرآیند های جداسازی و استفاده از بهترین روش برای انجام فرآیندهای جداسازی است که این امر مستلزم شناخت دقیق روش های جداسازی در فرآیند تولید بیودیزل و مقایسه ی مزایا و معایب هر کدام از آنهاست. دراین مطالعه روش های جداسازی و تغلیظ بیودیزل مورد بررسی قرار می گیرند.

کلمات کلیدی

گازهای گلخانه ای، سوخت دیزل، بیودیزل، زیست توده، تبادل استری.

Biodiesel separation methods, Study of advantages and disadvantages

S. S. Meshkat, S. M. sadati. T

ABSTRACT

Energy, climate change and biofuels have receQWO\ EHFRPH DPRQJ WKH KRW ʽEX]]ZRUGVʼ DQG ZLWK JRRG

reason. In the production of biodiesel via the transesterification of vegetable oils, purification to international standards is challenging. A key measure of biodiesel quality is the level of free glycerol in the biodiesel . In order to remove glycerol from fatty acid methyl ester (FAME or biodiesel), a membrane separation setup was tested. The main objective of this thesis was to develop a membrane process for the separation of free glycerol dispersed in FAME after completion of the transesterification reaction and to investigate the effect of different factors on glycerol removal. At present, membrane separation technologies are new to biodiesel purification processes. However, recent work has shown the efficacy of using membrane technology in the production of biodiesel. Membrane technology needs to be explored and exploited to overcome the difficulties usually encountered in the separation and purification of biodiesel . In this paper both conventional and most recent membrane technologies used in refining

biodiesel have been critically reviewed.

KEYWORDS

Green houses gas, Diesel fuel, Biodiesel, biomass, transesterification.

دانشجوی دوره ی کارشناسی دانشگاه صنعتی ارومیه. آذربایجان غربی، ارومیه، ابتدای جاده بند، دانشگاه صنعتی ارومیه.

هم اندیشان چرخه علم و صنعت ۱ ۱۳۹۲

.۱ مقدمه:
اقتصاد جهـانی کـاملا وابسـته بـه دو نـوع حامـل انـرژی اسـت. هیــدروکربنهــا (نظیــر گــاز طبیعــی و گازوئیــل و نفــت) و انــرژی الکتریکی. از آنجایی کـه عرضـه منـابع اولیـهی انـرژی در کشـوری متفاوت از کشورهای دیگر است و انرژی الکتریکی را میتوان محصول انرژیهای هیدروکربنی دانست میتوان گفت جهان کاملا وابسـته بـه منابع هیدروکربنی برای تولید انرژی است. سهم انرژیهای فسیلی در دنیا بعنوان سوخت به بیش از ۸۰ درصد میرسد. نفـت بخـش قابـل توجهی از انرژی دنیا یعنی حدود ۳۵ درصد از آن را تـامین مـیکنـد

.>11@
استفاده ی بیرویه از منابع فسیلی امروزه بعنوان عاملی غیر قابـل تحمل که سبب تجمع بیش از حد گازهای گلخانهای در جو شد برای همگان مورد پذیرش قرار گرفته است. برای رسیدن به ایـدهآل هـای محیط زیستی نه تنها تجدید پـذیر بـودن، بلکـه پـارامتر محصـولات سوختن، نظیـر مقـدار کـربندیاکسـید در گـاز دودکـش حاصـل از سوختن باید مد نظر قرار گیرند. انرژیهای تجدیدپذیر ( انرژیهـایی نظیر زمینگرمایی، باد، خورشید و …) حدود ۶۶ درصد از کل انـرژی های دنیا را شامل می شوند. پالایشگاههـای زیسـتی و سـوختهـای تولیدی با استفاده از زیستتوده نیـز بـه همـین دلیـل بسـیار سـریع پیشرفت کردند .>15@

ترکیبی از شدت افزایش قیمت نفت خام (به ویژه در دهه ی اول و دوم قرن (۲۱، آگاهیهای محیطزیسـتی، هزینـههـای کمتـر مـواد گیاهی نسبت به مواد شیمیایی و توسعه ی پالایگاههای زیستی انسان را آمادهی یک گذر تاریخی به جامعهای پایدار کـه در آن مـواد خـام زیستی، فرآیندها و محصولات آن تبدیل به ارکان اصلی اقتصاد شـود
.>11@

سیکل دیزل که به وسیله ی رادولف دیزل مطرح شد در مقایسـه با سیکل اتو که مخلوطی از سوخت بنزینی با هوا در آن مورد استفاده قرار میگیرد مزیتهای بسیاری دارد. بازده بالاتر یکی از آنهـا اسـت. اما متاسفانه سیستم موتورهای دیزلی در مقایسه با موتورهای برپایـه ی چرخهی اتو وزن موتور را بسیار بالا میبرد .>4@

پالایشگاه زیستی عبارتست از مجموعهای از تجهیزات و فرآیندها جهت تولید سوخت، توان و محصولات شـیمیایی بـا ارزش دیگـر، بـا استفاده از بیومس. در پالایشگاههای زیستی خوراک اصلی قند اسـت. فرآیندهای شیمیایی و حرارتی متنوعی همراه با بکـارگیری مخمرهـا در دستور کار قرار میگیرند تا محصولات مطلوب حاصـل شـود .>1@ اصطلاح بیومس نیز مربوط به هر مادهی آلی (زیسـت تخریـبپـذیر) دســترس پــذیر و تجدیــد پــذیر در دورهی زمــانی محــدود از جملــه محصولات زراعی اختصاص داده شده به انرژی، درختـان، ضـایعات و باقی ماندههای کشاورزی و غذایی، گیاهان آبزی، چوب و باقی مانـده های چوب، مواد زائـد حیـوانی و دیگـر (مثـل مـواد زائـد صـنعتی و شهری) است که پس از انجام یک سـری فرآینـدها بـه جـای منـابع سوخت های فسیلی مورد اسفاده قرار می گیرد و استفاده از آنها مـی

توان به توسعه ی محصولات با ارزش افزوده مانند بـرق، گرمـا، مـواد شیمیایی و کالا های مصرفی رسید .>11@

سوخت های زیسـتی و مخصوصـا بیـودیزل سـوختی اسـت کـه پتانسیل های بسیار بالایی جهت حایگزینی سـوخت هـای فسـیلی از خودش نشان داده است. به طو کلی سوخت های زیستی مزیت هـای بسیار بیشتری در مقایسه با سوخت های فسیلی دارد. از جمله ی این ویژگیها میتوان به قابلیـت تجزیـه شـدن در محـیط، مقـدار کمتـر خروجی گازهای گلخانه ای، توسعه ی منطقه ای، پیشرفت کشاورزی، حذف از محیط زیست و استفاده ی دوباره از برخی مواد زائد و قابیت جلوگیری از وابستگی کشور در زمینه ی سوخت اشاره کرد .>10@

بیودیزل، سوخت جایگزین دیزل، از منابع زیسـتی تجدیـد پـذیر مانند روغن های گیاهی و چربیهای حیوانی ساخته شده است. ایـن زیست تخریب پذیر غیر سمی است، و دارای پروفایل های انتشار کم میباشد و بنابراین برای محیط زیست سودمند است . یک صـد سـال پیش، رودولف روغنهای گیاهی را به عنوان سوخت برای موتور دیزل خود آزمایش کرد. با ظهور نفت ارزان، تصفیه مناسب بیودیزل سـبب تکامل مناسب روغن خام به عنوان سوخت دیزل و موتورهای دیزلـی در کنار نفت خام گردید.[۱۹,۶,۲]

.۲ بررسی اجمالی تولید بیودیزل
بیودیزل (با نام شیمیایی اسیدهای چرب متیل استر) بـا ۱۴ تـا ۲۴ کربن می باشد. بیودیزل را می توان بصورت ۱۰۰) B100 درصد بیودیزل) تـا B20 (مخلـوطی از ۲۰ درصـد بیـودیزل بـا ۸۰ درصـد سوخت دیزل) به کار برد. بیودیزل برای موتورهای دیزلی رایـج قابـل استفاده است. یعنـی بیـودیزل را بـدون اعمـال تغییـرات در شـرایط موتورهای دیزلی می توان مـورد اسـتفاده قـرار داد. از ویژگـی هـای بیودیزل که به آن اشاره شد کاهش چشـمگیر میـزان فـرآورده هـای نامطلوب سوختن است. در نمودار شماره ی (۱) می توان بـه وضـوح این میزان کاهش را مشاهده کرد .[۴]

طیف گسترده ای زیست توده ها اعم از مواد خـوراکی و یـا غیـر آن، روغن های نباتی، چربی های حیوانی، ضایعات روغنـی، فـرآورده های جانبی روغن های خوراکی، مواد لبنی و اسید های چرب اشـباع شده و یا غیر اشباع دیگر جهت تولیـد بیـودیزل قابـل اسـتفاده مـی باشند. این بیودیزل بوسیله ی تبادل استری و یا استری کردن روغن های نباتی و چربی های جانوری در کنـار متانـل و یـا اتانـل در یـک مخزن مجهز به همزن در حضور کاتالیست تولید مـی شـود ۱۰]و[۱۱ موانعی نیز برای تولید بیودیزل وجود دارد که همواره تلاش می شـود در مسیر تولید، اثرات آن به کمترین میزان برسد. این موانع عبارتنـد از:

– منحصر بودن سرعت واکنش انتقال جرم به بین روغـن و الکل بدلیل انحلال ناپذیر بودن ایندو در هم.

۲ هم اندیشان چرخه علم و صنعت ۱۳۹۲

– برگشت پذیر بودن واکنش تبادل استری سبب مـی شـود در صورت عدم وجـود حـذف پیوسـته ی محصـول بـرای پیشرفت فرآیند یک حد فوقانی در نظر گرفته شود.

– بسیاری از فرآیند های صـنعتی در مقیـاس صـنعتی طـی سیستم های پیمانه ای انجام می گیرد که در این صـورت بسیاری از مزیتهای موجود در فرآیند پیوسته دیگر قابـل دستیابی نیست.

جهت غلبه بر این مشکل زمان طولانی تـر انجـام فرآینـد ، دبـی های مولی بالای روغن، الکل و کاتالیست در نظر گرفته می شـود. در

نمودار .۱ مقدار درصد کاهش نشر آلاینده ها درصورت استفاده از بیودیزل ۱۰۰ درصد (B100) و مخلوط ۲۰ درصدی بیودیزل :TH .(B20) مقدار کل هیــدروکربن هــا. :CO2 کــربن دی اکســید. :CO کــربن مونوکســید. :PM :NOx .Particulate matter نیتـروژن مونوکسـیدها. :PAH هیـدروکربن های پلی سیکلی. :NPAH هیدروکربن های پلی سیکلی نیتراته.

این صورت هزینه های فرآیندی بسیار بالا می رود که برای حل ایـن مشکل نیز جریانهای برگشتی و پالایش محصول بـرای رسـیدن بـه خلوص بالا صورت میگیرد .[۲۳]

سوخت های تولیدی در نتیجـه ی فرآینـدهای پالایشـگاه هـای زیستی را معمولا در ۳ نسل دسته بندی می کنند. این دسـته بنـدی بر اساس نوع مواد اولیه و بـر اسـاس پیشـرفت هـای آن مـی باشـد. محصولات حاصل از موادی نظیر غلات که در زنجیره ی غذایی قـرار می گیرند در دسته ی نسل اول سوخت های زیسـتی دسـته بنـدی می شوند. این در حالی است که توسـعه ی پالایشـگاه هـای زیسـتی جهت استفاده از ضایعات و مواد جانبی نسـل اول و همچنـین منـابع سلولزی و لیگنوسلولزی جنگل ها نسل دوم از سوخت ها را به دسـت می دهد. استفاده از منابعی مانند جلبک نیز سبب شده کـه سـوخت های حاصل را نسل سوم از سـوخت هـای فسـیلی بنامنـد. در شـکل شماره ی .۱ شمای کلی تولید بیودیزل نسل اول آمده است. .>4,1@