المشاكل وقود الديزل الحيوي: التمايز الكيميائية مع petrodiesel

القراء الأعزاء،

هذا هو أول وظيفة على المشاكل العملية من استخدام وقود الديزل الحيوي في محركات دينا. كتبها مهندس كيميائي مع عقود من الخبرة، هي وظيفة فنية للغاية ولكن المشكلة أيضا تناول القليل المنير جدا: الاستعاضة الكمال من وقود الديزل التقليدية (petrodiesel) لانتاج الديزل الحيوي.

Salu2،

AMT

عندما أفكر في وقود الديزل الحيوي، أتذكر من "لا شيء جديد تحت الشمس" العبارة، وبالفعل في عام 1893 تم تشغيل المهندس الألماني رودولف ديزل لأول مرة محرك اسطوانة واحدة مع تغذيه سوى زيت الفول السوداني.

وكان لرؤيتها مذهلة في كلمة في عام 1912 قال: "إن استخدام الزيوت النباتية كوقود محرك قد تبدو غير ذات أهمية اليوم، ولكن مع مرور الوقت سوف يكون من المهم أن يكون بديلا عن النفط والفحم"

على الرغم من هذه البداية، تم استبدال الزيوت النباتية بسرعة عن طريق الحصول عليها من الهيدروكربونات تقطير البترول بسبب انخفاض التكلفة وخصائص ومزايا تقنية أفضل. جزء من الزيت المستخدم كوقود لمحركات الديزل، هو ما نسميه الديزل (زيت الغاز والديزل) تكريما للمخترع المحرك.

في أعقاب أزمة النفط في 70S من القرن الماضي، تم احياؤها مرة أخرى استخدام الزيوت النباتية كنقطة انطلاق لتطوير وقود الديزل.

حل المشكلات التي تنتج من استخدام المباشر من الزيوت النباتية كوقود في محركات الديزل وكانت قد شهدت أهمها:

عالية اللزوجة (من الصعب رش غرفة الاحتراق)

انخفاض معدلات التقلب (يعيق تشكيل خليط الهواء والوقود)

ارتفاع في درجة الحرارة التبلور (المواد الهلامية في الشتاء شكلت أدناه C ° 10-15)

غير كاملة الاحتراق الميل لتشكيل بقايا الكربون والبوليمرات مطاطي في غرفة الاحتراق

هذه المشاكل هي بسبب الزيوت النباتية كيميائيا هي الدهون الثلاثية، أي استرات من الأحماض الدهنية والجليسرول مختلف أو الجليسرين (propanetriol).

كل جزيء يتكون من ثلاثة أحماض الدهنية التي قد تكون مطابقة أو مختلفة وجزيء واحد من الجلسرين، الوزن الجزيئي عالية هي المسؤولة عن تقلبات منخفضة وعالية اللزوجة.

والأحماض الدهنية، والزيوت الهيدروكربونية هي سلاسل خطية أساسا من C4 إلى C30 ومجموعة حمض إنهاؤها. يمكن المشبعة سلاسل (على سبيل المثال، حامض دهني) وغير المشبعة واحد (على سبيل المثال حمض الأوليك)، وهما (على سبيل المثال اللينوليك) وتصل إلى ثلاث روابط ثنائية (PE ينولينيك).

الأحماض الدهنية وجود العديد من أوجه التشابه مع الهيئات المكونة الهيدروكربونية البترولية من وقود الديزل (petrodiesel)، كان يعتقد أن فصل الجليسرين وتغيير من قبل سلسلة قصيرة أحادية الكحول (الميثانول والإيثانول) لديها السلوك مشابهة جدا لpetrodiesel.

وضعت وقود الديزل الحيوي وهكذا، فإن عملية حتى الآن الأكثر استخداما لصنعها هو الأسترة في كسر ثلاثي الإستر الجلسرين الحمضية ويحل محله monoalcohol (الميثانول والإيثانول) في وجود عامل حفاز عادة ما القلوي قوية (الصودا والبوتاس) والنتيجة هي تشكيل من ثلاثة جزيئات من إستر (ميثيل ايثيل) والجليسرين.

                           1 3 1 3

لصالح العائد رد فعل، فإنه يجب استخدام الكحول وجود فائض من خلال رد فعل متكافئة وساخنة جعل تقريبا إلى نقطة الغليان من الكحول.

ما زالت نهاية كمية معينة من الدهون الثلاثية غير المتفاعل، diglycerides (ينتقل فقط من الأحماض)، monoglycerides (نقل اثنين فقط من الأحماض) جنبا إلى جنب مع الكحول، والغليسرين الزائدة وحافزا استرات المخلفات.

ينبغي أن تكون رد فعل للرطوبة خالية قدر الإمكان من وجود الماء يؤدي تشكيل الصوديوم أو البوتاسيوم الصابون من الأحماض الدهنية.

يتم الحصول أجل تقليل تشكيل أحادية diglycerides والكحول أقصر سلسلة أفضل أداء عندما عائقا أقل الفراغية ضد الدهون الثلاثية، لذلك مزيدا من الكحول المستخدم هو الميثانول.

بعد رد الفعل يجب الشروع في عمليات فصل الشوائب وجميع منتجاته من رد الفعل، والدقيق، وإضافة المواد المضافة لتحسين خواص اللزوجة، نقطة التجمد ومضادات الأكسدة. تخزينها في أماكن جافة والودائع التي صممت خصيصا لهذا النوع من الوقود.

واسترات الميثيل للأحماض الدهنية، والتي تحتوي على جزيء في واثنين من ذرات الأكسجين في سلاسل الأحماض الدهنية من السندات المزدوجة (التشبع) لها سلوك مختلف جدا من الهيدروكربونات petrodiesel.

وجود الأكسجين يعطي أكثر القطبية، وبالتالي ارتفاع اللزوجة، وارتفاع الكثافة، درجة أعلى من درجة حرارة الهلام، وانخفاض محتوى الطاقة لكل وحدة حجم (7٪)، وتشكيل زيادة أكاسيد النيتروجين في الاحتراق، وزيادة الميل إلى تكون مركبات حمضية، وزيادة الطاقة مهاجمة وتليين جوانات المطاط والمذيبات على اتصال. في ودائع والمركبات الواردة petrodiesel فقط، ووضع وقود الديزل الحيوي، ويحل كل الشوائب التي كانت في الصناديق وقنوات، ومنع الفلاتر وعن طريق الحقن. وهو أكثر استرطابي ويمتص الرطوبة.

الرابطة المزدوجة هي عرضة للأكسدة البيروكسيدات شكل من الأشكال، ومركبات حامض، مما تسبب في تشكيل البوليمرات واللك في غرفة الاحتراق والتآكل في المعادن الناعمة (النحاس والقصدير، وما إلى ذلك).

كما تتأكسد بسهولة أكبر، محدودة الوقت والحياة تضاف على الرغم من وقود الديزل الحيوي يتم الاحتفاظ في خزانات مناسبة ومواد مضافة، يستمر ما لا يزيد عن حوالي 6 إلى 10 شهرا.

وثمة مشكلة أخرى خطيرة هي أن في وجود الرطوبة، ويتم تشكيلها بسهولة المستعمرات عجل من البكتيريا اللاهوائية في ودائع وأموال الرواسب غائر في خطوط، ومنع مرشحات بسهولة.

كما المزايا بمزيد من السلطة لتشحيم وتشكيل انخفاض أول أكسيد الكربون (CO) في الاحتراق، وانخفاض الانبعاثات الهيدروكربونية والمركبات العطرية خالية من وcycloaliphatic. انخفاض تشكيل microparticle كربونية في غازات العادم وخالية أساسا من الكبريت. عالية القابلية على التحلل الحيوي.

جيدة لتحريك، ولديها عدد cetane عالية (C16 الهيدروكربونات) في الديزل ستصل إلى اوكتان البنزين في حالة

والأحماض الدهنية استرات الميثيل أو FAME لINGES قصيرة (الدهنية حمض الميثيل استر) يمكن أن تستخدم وحدها (100٪) من نوع النفط يسمى "B100" في بعض المركبات أو المخلوطة مع الديزل النفطي. وعادة ما تستخدم ل5٪ (نوع ديزل "B5")

الزيوت المستخدمة كمصدر وقود الديزل الحيوي من بذور اللفت وعباد الشمس في البلدان المعتدلة (أوروبا) زيت فول الصويا وزيت النخيل في البلدان الاستوائية.

متوسط ​​إنتاج النفط في معالجتها هي:

زيت بذور اللفت: 954 اللفتنانت / ها

زيت فول الصويا: 922 "

زيت عباد الشمس: 767 "

زيت النخيل: 4570 "

انه يعمل جاهدا على محاولة الحصول على الزيوت من الطحالب الدقيقة زراعة، ولكن لم نصل بعد الى مرحلة من محطة تجريبية.

وبصرف النظر عن طريقة الأسترة، وصفت بأنها وسائل أخرى للتعديل سواء الخضار والزيوت الحيوانية والتي يمكن الحصول على مختلف تكوين النفط والغاز قادرة على استخدامه كوقود لمحركات الديزل، ولكن كل مستهلكي الطاقة.

على سبيل المثال، لتجنب المشاكل وعدم التشبع أيضا تحديد الأحماض الدهنية التي نعتبرها سلسلة الأمثل لإعطاء محصول جيد وعدد cetane عالية، على سبيل المثال يمكن استخلاص FAME في برج تحت فراغ عالية وتحديد الفترة الزمنية الفاصلة التقطير الأمثل لمحركات الديزل، أو هل يمكن أن تفعل أو حمض التحلل القلوي من الزيوت والأحماض الدهنية التي تم الحصول عليها منفصلة، ​​ومن ثم استخلاص طعم esterificarlos.

يمكن لتجنب أكسدة الأحماض الدهنية غير المشبعة يهدرج.

وقد بذلت محاكمات ل "تكسير" من الزيوت كما لو كان النفط ولكنه يعطي سحابة من الجزيئات غير المرغوب فيها وبصرف النظر عن الأداء المنخفض في فصل الهيدروكربونات غير قابل للحياة.

أي من هذه العمليات تستهلك الكثير من "فاحشة" الطاقة في التدفئة، والتبريد، والإثارة، والترشيح، والبخر، ومعالجة السائل، والصلبة والغازية وغيرها.

ينبغي أن نذكر أيضا أن يتم الحصول على الميثانول من الغاز الطبيعي من احتراق جزئي في وجود الماء (غاز التخليق) عند درجة حرارة مرتفعة وضغط ومع المحفزات النحاس خاصة.

كيميائيا، من خلال قدرته على القيام بما كنت لا تريد، وإلا الطاقة هي تكلفة باهظة من أي عمل بالإضافة إلى مبلغ منتجاته الملوثة.

ولكن، إذا نظرنا إلى وقود الديزل الحيوي والطاقة الناقل للاستخدام في مركبات خاصة وسيارات الإسعاف والشرطة والجرارات الزراعية وغيرها، يمكنك تحمل وقود الديزل الحيوي منخفض TRE الحالية والتكلفة.

بالنظر إلى أن الاستهلاك العالمي في عام 2007 كان petrodiesel MMTn 1157 وبافتراض متوسط ​​العائد من إنتاج النفط من 1 طن / هكتار لإنتاج النفط اللازمة لتحويله إلى وقود الديزل الحيوي المستهلكة خلال هذا العام، ان الامر سيستغرق حوالي 1200 ملم لديه.

هنا حيث ترى في عبثية الاعتقاد بأنهم يمكن أن تبقي على الاستهلاك الحالي لاستبدال وقود الديزل الحيوي وقود الديزل. وسوف تدرس كل الطاقة المستهلكة في زراعة وحصاد البذور مع الأسمدة والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب، ثم كل الطاقة المستهلكة في عملية الحصول على FAME نرى أن معدل العائد الطاقة (ERR) بقدر ما هو 2 -3، أقل بكثير من المسموح (10) وكما المتجددة.

الصالحة للزراعة. ويقدر هذا الكوكب لديها نحو 5017 MMHA من الأراضي الصالحة للزراعة، 38.5٪ من مساحة الأراضي، التي تأخذ معظم الأعشاب، لذلك يقدر أن يستخدم الزراعية أقل من الثلث، 1530 MMHA فقط، أي، 0.22 هكتار لكل من سكان 7000 مليون نسمة، وهذا السطح يتناقص كل سنة بسبب تغير المناخ وزيادة التصحر وغيرها من الأسباب.

الطاقة الأولية. وكان الاستهلاك في عام 2006 11500 مكافئ (مليون طن من مكافئ النفط) مع زيت 33٪ والغاز الطبيعي 21٪ والفحم 26٪ و 1٪ بعيدا عن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

الحبوب. وكان الإنتاج العالمي في عام 2006 من 1،995 مليون طن (مليون طن) منها 598 كانت من القمح، و 30٪ الذرة 693، الأرز 35٪ 420، 21٪، والباقي 284 مليون طن من الذرة الرفيعة والدخن وغيرها . تستهلك غذاء الإنسان 48٪، 29٪ والصناعي 23٪ وكان لتغذية الحيوانات.

البذور الزيتية. وكان إنتاج هذه البذور في 2006 390 مليون طن، 219 الصويا الحالي، (56٪) بذور اللفت 49، (13٪) 42 بذور القطن، عباد الشمس جبل 30 و 50 بذور المتبقية أخرى أقل معروفة .

الوقود الحيوي. إضافة الحبوب والبذور الزيتية و2385 من مليون طن من التي يمكننا الحصول على ما يقدر بنحو 20٪ من الإيثانول أو الديزل الحيوي، فقط 500 طن متري، أي النظرية 4٪ من الطاقة المستهلكة حاليا. وهذا على افتراض أن الناس لا empleáramos 48٪ على الطعام، وغيرها من الأعلاف الحيوانية والاحتياجات الصناعية.

ولكن بالنظر إلى أن هذا الإنتاج كانت متجهة من الحبوب والحبوب الزيتية أو نصف للاستهلاك البشري، وبقية لا تغطي سوى 2٪ من احتياجات الطاقة العالمية الحالية.

ويستند الزراعة اليوم على استهلاك عالية جدا من الطاقة الأحفورية في عملياتها المختلفة: إعداد والحرث البذر، والأسمدة والري والمبيدات والحصاد والنقل والتخزين وغير ذلك، نود أن تحل محل الوقود الحيوي.

وإلى جانب هذا النموذج الزراعي تعاني من عجز في مجال كفاءة استخدام الطاقة، وهذا هو، لإنشاء وحدة للطاقة، والسعرات الحرارية أمضى أكثر من 10 في النقل والأشغال ومعالجة هذه الزراعة القسري والصناعية.

يستند طاقة الوقود على الفرق في الطاقة الكامنة للسندات، فيما يتعلق عادة المحتملة السندات الكربون والهيدروجين أكسدة الطاقة مرة واحدة، وCO2 H2O. لذا، للحصول على جزيئات عالية مع الرابطة الكيميائية المحتملة، فمن الضروري لتوفير كمية الطاقة أكبر بكثير من الفرق الطاقات ملزمة، وهذا يعني أن جميع الروابط الكيميائية التلاعب به ينطوي على استهلاك الطاقة عالية جدا.

شيء آخر هو أن الطبيعة الحكيم من CO2 في الغلاف الجوي، والمطر H2O، وايونات المعادن من التربة والكلوروفيل في النباتات حافزا رائعا، من خلال القبض على طاقة الفوتون من أشعة الشمس، غير قادرة على كسر O = C السندات = O وHOH لتشكيل السلاسل الهيدروكربونية CH2 CH3-CH2--.... ن، مع المجموعات الوظيفية، وحامض، استر، والكحول، الكيتون، ألدهيد، إدماجها في جزيء من N، S، الخ. وميكانو هذه الأجزاء وغيرها مع الانزيمات بناء تعقيد الكائنات الحية. ثم يتم تحرير الطاقة الشمسية الفوتون المتراكمة في هذه الروابط التي عندما تتأكسد - وإعادة الاستقرار الاحتراق الكيميائية للعناصر البداية. بل هو مثال نموذجي الجبل والوادي، والسندات CH هو في أعلى الجبل، ومرة ​​واحدة طاقتها الكامنة صدر في أكسدة، يعود إلى الوادي حيث (قانون الطاقة الحد الأدنى) الأكثر راحة

وأخيرا، والزراعة ليست مجرد نتيجة ل، الضوئي المياه، وضوء الشمس والمواد المغذية، والتي تعطي محاصيل كل عام. البذور الزيتية والاغتصاب، والنخيل الصويا، الخ. جعل وظيفة الخاص بك في وقت فراغك وعلى الرغم من أننا لا نريد أن تتضاعف وتسريع الإنتاج بمعامل مليون، منذ الأحفوري الطاقة النفطية والغاز الطبيعي والفحم، والتي تضيف 80٪ من الاستهلاك العالمي للطاقة لديه نفس المصدر، ولكن هو نتيجة لعملية التمثيل الضوئي تنتج والتي تراكمت على مدى مئات الملايين من السنين.

في مائة سنة، ونحن نستهلك ما طبيعة التي تراكمت لديها 100،000،000 كل عام أو "قضاء" عاصمة الطاقة المتراكمة أكثر من 1 مليون سنة! والتظاهر الآن أن الطبيعة يعجل 1 مليون مرة، لمواصلة لقضاء نفس في جامعة البلقاء التطبيقية العبث الحالي.

أي محصول يحتوي على العائد الذي تم تحديده وفقا لطبيعة ونعدل ولكن يمكن توفير سابقا يزيد الطاقة، ونحن نريد ان نصل جيدا، للحصول على أفضل المحاصيل الطاقة سوف يتطلب جهدا أنه حتى الآن كان على حساب من "لا ينضب" الطاقة الأحفورية . هددت هذه الطاقة حتى الآن انقذنا في انخفاضه لا يمكن وقفها بمجرد أن ذروة النفط، هو استبدال بعض المنتجات الزراعية: الحبوب والبذور الزيتية والحصول على وجه التحديد مع الوقود الأحفوري التي تهدف إلى استبدال، بالإضافة إلى التدهور البيئي الذي ينطوي على العملية برمتها، ونضوب المغذيات والتربة والمياه، وإغلاق دائرة المستحيل.

ربما ينبغي لنا أن التحقيق هو تحسين التصميم الأصلي لاستخدام الزيوت السيد محركات الديزل مباشرة، فإننا تجنب التلاعب كيميائيا للنفط، ولكن المشكلة أن الطاقة لا تزال هي نفسها. يمكننا تسريع عملية التمثيل الضوئي والأراضي المتاحة للزراعة محدودة وغير وارد للحفاظ على BAU الحالي.

أرماند

المصدر: http://crashoil.blogspot.com.ar/2012/01/los-problemas-del-biodiesel.html