تولید زیست بنزین / الفین سبک از زیست توده

مقدمه

به دلیل افزایش وابستگی سبک زندگی ما به انرژی و افزایش جمعیت جهان مصرف انرژی جهانی در حال بیشتر شدن است. حمل و نقل که سهم ۲۰ درصدی از کل مصرف انرژی را به خود اختصاص داده است یکی از اصلی­ترین بخش­های مصرف کننده سوخت به شمار می­رود. کشف نفت خام دریچه جدیدی بر روی تولید کنندگان مواد شیمیایی و سوختی گشود. با این حال، کاهش منابع هیدروکربن فسیلی و افزایش تقاضا برای سوخت و برخی محصولات پایین دست دولت­ها و صنایع را ملزم به اکتشاف منابع جدید برای تولید سوخت و مواد شیمیایی وابسته کرده است. علاوه بر آن، آزادسازی گازهای گلخانه­ای (GHG) همچنان یک چالش بزرگ برای صنایع مربوط به نفت خام به شمار می­رود.

بدین ترتیب، ارائه مسیرهای جدید تولید انرژی مواد شیمیایی و سوختی دوستدار محیط زیست در حال حاضر ضروری به نظر می­رسد (بالات، ۲۰۱۱؛ هابر و همکاران، ۲۰۰۶؛ مورتنسن و همکاران، ۲۰۱۱؛ نیگام و سینگ، ۲۰۱۱؛ سورل و همکاران، ۲۰۱۰؛ ون روجون و ون وورن، ۲۰۰۹).

بنزین و الفین

 

بنزین و الفین محصولات اصلی می­باشند که به طور مستقیم یا غیرمستقیم از سوخت­های فسیلی بدست می­آیند. راه­های مختلفی برای تولید این دو وجود دارد.

بنزین که سوخت مایع اصلی موتورهای سوخت داخلی است همواره از نفت خام تولید می­شود. ترکیبات بنزین متفاوت بوده و بستگی به منبع نفت خام اولیه و پروسه پالایش مورد استفاده دارد. بنزین به طور کلی ترکیبی از موادی همچون راست زنجیر، آلیفاتیک چرخه­ای و شاخه­ای، آروماتیک، و مواد افزودنی و ترکیبی می­باشد. بنزین معمولی حاوی۴تا ۸% آلکان، ۲۵تا۴۰% ایزولکان، ۲تا۵% آلکن، ۳تا۵% آلکان­­های حلقه­ای، ۱تا۴% آلکن­های حلقه­ای، و ۲۰تا۵۰% آروماتیک (درصد حجم) می­باشد. پالایشگاه­های مسئول تولید بنزین مواد گوناگونی با ویژگی­های مختلف جهت تولید بنزین ترکیب می­نمایند. بنزین اولین تقطیر (نفتا) به طور مستقیم از نفت خام تقطیر می­شود، اصلاح و توسط اصلاح کننده کاتالیزوز با محتوی آلکن کم و آروماتیک بالا بدست می­آید، بنزین شکسته کاتالیک (نفتا ترک خورده کاتالیزور) بدست آمده توسط شکست کاتالیزور نفتا توسط آروماتیک متوسط و محتویات آلکن بالا، و هیدروکراکت بدست آمده از هیدروکربنی، با محتویات آلکن بالا، و برخی بخارهای پالایشگاه ترکیب شده در حالات مختلف جهت تولید درجات مختلف (با تعداد اکتان گوناگون) بنزین (میز، ۲۰۰۴؛ پارکاش، ۲۰۰۳؛ اسپیت، ۲۰۱۵). همچنین می­توان بنزین را از متانول نیز تولید کرد. در این پروسه، متانول ابتدا به دیمتیل اتر (DME) و پس از آن با اعمال کاتالیزور زئولیت به نفتن، آروماتیک، و پارافین­های سبک و سنگین تبدیل می­شود (کیل، ۱۹۹۹؛ اولسبی و همکاران، ۲۰۱۲؛ استوکر، ۱۹۹۹).

الفین­ها (که آلکن نیز نامیده می­شوند) ترکیبات هیدروکربن آلیفاتیک با جفت اتم­های کربن هستند که توسط دو پیوند به یکدیگر متصل شده­اند. ملوکول­های اشباع نشده الفین در مقایسه با پارافین­های اشباع معادل (یعنی، پارافین­های تعداد کربن (CN) مشابه) دو اتم هیدروژن کمتر دارند. بدین ترتیب، میل الفین به واکنش بیش از پارافین می­باشد. واکنش پذیری بیشتر آنها به دلیل وجود پیوندهای کربن-کربن نوع پی یا الکیل CH می­باشد (مک­موری، ۱۹۹۶؛ واد، ۲۰۰۶). الفین­ها نیز مانند پارافین­ها بدون رنگ، ناقطبی، غیرقابل اشتعال، و تقریباً بدون بو می­باشند. الفین­ها به سختی در آب حل می­شوند. در فشار و دمای معمولی الفین­ها با CN تا چهار، در حالت گاز و بیش از آن در حالت مایع می­باشند. الفین­ها به دلیل مشارکت در واکنش­های گوناگون (از جمله آبدهی به الکل، پلیمری شدن، و آلکیل دار شدن)نقش مهمی در صنعت پتروشیمی ایفا می­کنند. الفین­ها مواد خام جهت تولید انواع مواد شیمیایی از جمله پلیمرها، چسب­ها، مواد شوینده، و محلول­ها می­باشند. اتیلن و پراپیلن­ها بلوک­های تشکیل دهنده در تولید محصولات پلاستیکی می­باشند. الفین­های بالاتر از جمله پلی الفین­ها و آلفا الفین­ها به ترتیب به عنوان مواد لغزنده و هم تکپار استفاده می­شوند (بندر، ۲۰۱۴؛ رحیمی و کریم­زاده، ۲۰۱۱؛ صدرعاملی، ۲۰۱۶؛ زیکینگ و همکاران، ۲۰۰۶؛ زکریا و همکاران، ۲۰۱۳). دو نوع اصلی پلیمرهای ترکیبی تولید شده از الفین­ها پلی ا­تیلن و پلی­پروپیلن می­باشند. پلی ا­تیلن که دارای یک ساختار خطی می­باشد، عمدتاً در تولید روغن، ریسمان، و ریسمان­های چند لا استفاده می­شوند. پلی­پروپیلن با ساختار سه بعدی کاربردهای گوناگونی از جمله کاشی و سرامیک، بسته­بندی، بخش­های پلاستیکی، و مواد قابل بازیافت دارند (کادولف، ۲۰۱۲؛ زکریا و همکاران، ۲۰۱۳).

به طور کلی مونوالفین، دی الفین، و تری الفین وجود دارد که به ترتیب دارای یک، دو، و سه پیوند دوتایی در ساختارهای خود می­باشند. مونوآلفین اکیلی با فرمول کلی CnH2n (که n یک عدد صحیح است) به ندرت در طبیعت یافت می­شوند. در واقع، آنها در مقیاس گسترده در کارخانه­های پتروشیمی یافت می­شوند. فناوری­های اولیه شکست نفت پترولیوم را برای تولید گسترده الفین­ها، به ویژه مونوالفین بکار می­گرفتند (زکریا و همکاران، ۲۰۱۳). شکست گرمایی، شکست کاتالیزور مایع (FCC)، و شکست آبی پروسه­های تجاری هستند که توسط آنها مولکول­های هیدروکربن به موارد کوچکتر همچون الفین­ها تبدیل می­شوند (بندر، ۲۰۱۴؛ رحیمی و کریم­زاده، ۲۰۱۱؛ صدرعاملی، ۲۰۱۶؛ زیکینگ و همکاران، ۲۰۰۶). با این حال طبق آخرین یافته­ها، تولید الفین از منابع مواد دور ریختنی حاصل می­شود (پلی و همکاران، ۲۰۱۱). در حقیقت، کاهش منابع سوخت فسیلی و قوانین محیط زیستی انگیزه­ای برای کشف راه­های جدید تولید الفین می­باشند (فوگاسی و همکاران، ۲۰۱۰؛ هو و همکاران، ۲۰۱۰؛ کیون و همکاران، ۲۰۱۱؛ پرجو و بوستی، ۲۰۱۱؛ رضایی و همکاران، ۲۰۱۴؛ سرانو-رویز و دومسیک، ۲۰۱۱).

  چرا بنزین و الفین زیستی؟

در سالهای اخیر افزایش قابل توجه تولید الفین در سطح جهانی مشاهده شده است. شکل۱ رشد ظرفیت اتیلن در نواحی مختلف تا سال ۲۰۱۱ را نشان می­دهد (زکریا و همکاران، ۲۰۱۳). علیرغم این موضوع، بر اساس یک مطالعه جهانی در زمینه بازار اتیلن و پروپیلن، یک نگرانی در خصوص افزایش هزینه تولید الفین­های سبک وجود دارد. ممکن است این افزایش به دلیل بالا رفتن هزینه مواد خام باشد (زکریا و همکاران، ۲۰۱۳). بدین ترتیب، فناوری­هایی که از موادی با هزینه­های کمتر استفاده می­نمایند به طور بالقوه می­توانند منجر به هزینه کمتر تولید الفین گردند. به علاوه، تولید الفین از منابع هیدروکربنی از جمله نفتا می­تواند منجر به آزادسازی گازهای گلخانه­ای شود (رحیمی و کریم­زاده، ۲۰۱۱؛ رضایی و همکاران، ۲۰۱۴). مسائل محیط زیستی فراوانی از جمله تغییر الگوی آب و هوا، گرمتر شدگی زمین، و مشکلات متنوع زیستی بر اثر آزاد سازی گازهای گلخانه­ای رخ داده­اند. بنابراین، استفاده از راه­های جدیدی که از مواد خام ارزانتر استفاده کرده و گازهای گلخانه­ای کمتری آزاد نمایند بسیار مورد توجه خواهد بود (نیگام و سینگ، ۲۰۱۱).

وضعیت مشابهی نیز برای بنزین وجود دارد. هرچند سوخت­های فسیلی منبع اصلی سوخت مایع از جمله بنزین و محصولات پتروشیمی می­باشند، ماهیت تجدید ناپذیر و غیر ماندگار و همچنین آسیب­های محیطی انگیزه­ای برای یافتن جایگزین مقرون به صرفه با آزادسازی دی اکسید کربن کمتر می­باشند (هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ مورتنسن و همکاران، ۲۰۱۱).

زیست توده منبع عظیمی از کربن می­باشد. در این راستا، الفین سبز و الفین زیستی (یعنی الفین تولید شده از زیست توده) و بنزین زیستی را می­توان رقبایی برای الفین­ و بنزین­های سنتی تولید شده از منابع هیدروکربن دانست. تجدیدپذیری و ماندگاری مزایای تولید الفین و بنزین زیستی نسبت به روش­های سنتی هستند که می­توانند بازار بسیار خوبی برای آنها در آینده­ای نزدیک پیدا کنند (هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ نیگرام و سینگ، ۲۰۱۱؛ زکریان و همکاران، ۲۰۱۳).

شکل۱ گرایش رشد ظرفیت اتیلن در نواحی مختلف تا سال ۲۰۱۱٫

داده گرفته شده از زکریان، امین، لینکسکی، ۲۰۱۳٫ چشم انداز تبدیل کاتالیزور گلیسرون به الفین.

مواد خام بدست آمده از زیست توده

بررسی مواد خام زیست توده ارزان قیمت و در دسترس نخستین گام در تولید بیشتر محصولات زیستی می­باشد. در این راستا، مواد خام زیست توده از منابع زیر بدست می­آیند (هوبر و کورما، ۲۰۰۷):

  • زباله از جمله پسماند شهری، پسماند اجساد، چوب، و زباله کشاورزی
  • محصولات جنگلی از جمله درخت، بوته، چوب، و پسماند قطع درختان
  • محصولات انرژی و نشاسته از جمله نفت ذرت، گندم، جو، شکر، علف، و سبزیجات
  • منابع آبی از جمله بذر آبی، سنبل آبی، و جلبک

سه گروه بزرگ زیست توده سلولزی، زیست توده نشاسته/شکر، و زیست توده تریگلیسیرین منابع مواد خامی به شمار می­روند (هوبر و کورما، ۲۰۰۷). به طور کلی و بدون توجه به قوانین محلی، زیست توده سلولزی کمترین هزینه را دارد. با این حال، فناوری تبدیل زیست توده سلولزی هزینه­های اضافی را تحمیل می­نماید. از سوی دیگر، زیست توده سلولزی ارزانترین و در دسترس­ترین  است که به دلیل وضعیت جامد و تراکم انرژی کم بیش از دیگران چالش برانگیز است (هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶). به دلیل اثر ماده خام زیست توده بر ترکیب محصولات بعدی و الفین­ها یا بنزین، ویژگی­های مواد خام زیست توده مختلف اهمیت بسزایی دارند. از این رو، این بخش به این موضوع اختصاص می­یابد.

زیست توده سلولزی شامل سه گروه بزرگ سلولز، همیسلولز، و لیگنین می­باشند که دو مورد اول بیش از لیگنین وجود دارند. در واقع، تا ۹۰% زیست توده­ای که از زمین بدست می­آید (یعنی زیست توده زمینی) از سلولز و همیسلولز تشکیل شده است. جزئیات بیشتر ساختار آنها را می­توان در منابع دیگر یافت (هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ لیند و همکاران، ۱۹۹۱؛ ویمن و همکاران، ۲۰۰۵ب). به دلیل دشواری­های موجود در تبدیل زیست توده جامد به مایع پردازش زیست توده سلولزی همچنان یک چالش محسوب می­شود (کام و همکاران، ۲۰۰۶؛ لیند و همکاران، ۱۹۹۹؛ موزیر و همکاران، ۲۰۰۵؛ ویمن و همکاران، ۲۰۰۵، الف، ب). زیست توده سلولزی طی پروسه زیر پردازش و به محصولات مایع تبدیل می­شود (هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶):

  • آب کافتی که در آن محلول­های شکر آبی تولید می­شوند
  • گرما کافت و میعانی که طی آن نفت زیستی تولید می­شود
  • تبخیری که طی آن سوخت­های مایع تولید می­شوند

زیست توده نشاسته/شکر (که زیست توده خوراکی نیز نامیده می­شوند) تا حدود زیادی از سبزیجات به دست می­آیند. به دلیل ساختار بدون شکل، زیست توده نشاسته/شکر نسبت به سلولزی با روش آسانتری به شکر یا سوخت تبدیل می­گردد. بدین گونه، به عنوان یک ماده خام ارزشمند برای تولید الکل زیستی مورد استفاده است. اتانول زیستی با تخمیر شکرهای قابل تخمیر که ابتدا از زیست توده­ها بدست آمده­اند تولید می­شوند (هوبر و همکاران، ۲۰۰۶). تریگلیسیریدها (با نام چربی نیز شناخته می­شوند) از روغن سبزی، چربی حیوانات، و زیست توده آبی از جمله جلبک بدست آمده و می­توانند به اسیدهای چرب و گلیسرول تبدیل گردند. به علاوه، با تبادل استری به دیزل زیستی (یعنی استر چرب الکیل) و گلیسرول می­تواند به یک سوخت مناسب تبدیل گردد (هوبر و همکاران، ۲۰۰۶). تبدیل گلیسرول بدست آمده به الفین در حال حاضر انجام می­شود (کورما و همکاران، موراتا و همکاران، ۲۰۰۸؛ زکریا و همکاران، ۲۰۱۳). چالش اصلی ماده خام زیست توده اریگلیسیرید (از جمله نفت­های سبزیجات) هزینه پردازش بالاتر نسبت به زیست توده سلولزی می­باشد (هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ زکریا و همکاران، ۲۰۱۳). نوع ماده خام زیست توده مورد استفاده جهت بدست آوردن ویژگی­های شیمیایی و فیزیکی (از جمله ترکیب اولیه، ترکیب شیمیایی، محتوی آب، غلظت، ویسکوزیته، ارزش اسید، ارزش کالری، و ارزش گرمایی بالا) به طور کامل توسط استدیل و همکاران (۲۰۱۵) ارائه شده است.

 

 

راه­های دست یابی به الفین و بنزین زیستی

راه­های گوناگونی برای تولید الفین و بنزین زیستی از توده زیستی وجود دارد که به صورت تصویری در جدول ۱ ارائه شده است. محتمل­ترین شیوه تبدیل زیست توده سلولزی به نفت زیستی پس از یک پروسه ثانویه از جمله ارتقاء کاتالیزور می­باشد (هوبر و دومستیک، ۲۰۰۶؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶).

نفت زیستی که ترکیبی از بیش از ۴۰۰ ترکیب گوناگون است، عمدتاً از زیست توده سلولزی با گرماکافت (بریجواتر، ۲۰۱۲؛ هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ اسحاق و همکاران، ۲۰۱۲؛ موهان و همکاران، ۲۰۰۶؛ پاپاری و هاوبولت، ۲۰۱۵؛ شارما و همکاران، ۲۰۱۵) یا میعان (بهرنت و همکاران، ۲۰۰۸؛ الیوت و همکاران، ۱۹۹۱؛ تور و همکاران، ۲۰۱۱) بدست می­آید. بنابراین از مواد اولیه گوناگونی از جمله چوب و پسماندهای جنگل می­توان برای تولید نفت زیستی استفاده کرد. هرچند در حال حاضر تولید نفت زیستی از جلبک رایج است (صابر و همکاران، ۲۰۱۶). با توجه به ماده خام توده زیستی، روش تولید نفت زیستی و شرایط اجرا، ترکیبات مختلفی از جمله آروماتیک، فنول، ادلهاید، الکل، استر، کتونف و اسیدها قابل دستیابی هستند (الیوت و همکاران، ۱۹۹۱؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶). گرماکافت پروسه­ای است که طی آن ماده خام توده زیستی در دمای بالا (۳۷۵ تا ۵۲۵ درجه سانتیگراد) به مدت زمان مشخصی و در خلاء گرم می­شود. در نتیجه، یک محصول گازی بدست می­آید که پس از آن به مایع تبدیل می­گردد (بریجواتر، ۲۰۱۲؛ هوبر و کورما، ۲۰۰۷؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ اسحاق و همکاران، ۲۰۰۶؛ پاپری و هابولت، ۲۰۱۵؛ شارما و همکاران، ۲۰۱۵). میعان فرآیندی در فشار بالا (تا ۲۰۰ atm) و دمای پایینتر (۲۵۰ تا ۳۲۵ درجه سانتیگراد) می­باشد. فشار بالا راهی برای کنترل واکنش و مکانیزم به منظور تولید نفت زیستی مایع است (برنت و همکاران، ۲۰۰۸؛ الیوت و همکاران، ۱۹۹۱؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ تور و همکاران، ۲۰۱۱). تولید نفت زیستی از طریق فرآیند گرماکافت هزینه کمتری در پی دارد. با این حال، نفت زیستی بدست آمده از آن طریق اکسیژن بالاتری نسبت به پروسه میعان دارد (هوبر و همکاران، ۲۰۰۶).

 

جدول ۱ وضعیت محصولات در پروسه­های گرماکافت گوناگون

پروسه زمان پسماند دما(درجه سانتیگراد) سرعت گرما وضعیت محصول
کربنی سازی معمول ساعت­ها – روزها ۳۰۰-۵۰۰ بسیار کم جامد
کربنی سازی تحت فشار ۱۵ دقیقه – ۲ ساعت ۴۵۰ متوسط جامد
گرماکافت معمول ساعت­ها ۴۰۰-۶۰۰ کم جامد، مایع، گاز
گرماکافت معمول ۵-۳۰ دقیقه ۷۰۰-۹۰۰ متوسط جامد، گاز
گرماکافت سریع ۰٫۱ – ۲ ثانیه ۴۰۰-۶۰۰ بالا مایع
گرماکافت نور کمتر از ۱ ثانیه ۶۵۰-۹۰۰ بالا مایع، گاز
گرماکافت نور کمتر از ۱ ثانیه ۱۰۰۰-۳۰۰۰ بسیار بالا گاز
گرماکافت مکشی ۲ – ۳۰ ثانیه ۳۵۰-۴۵۰ متوسط مایع
گرماکافت آبی فشاری کمتر از ۱۰ ثانیه کمتر از ۵۰۰ بالا مایعات

 داده­های برگرفته از هوبر، ایبورا، کورما، ۲۰۰۶٫ ترکیب ساخت­های حمل و نقل از زیست توده: شیمی، کاتالیزور، و مهندسی. چم ۱۰۶ (۹)، ۴۰۴۴-۴۰۹۸؛ کلاس، ۱۹۹۸٫ مصرف، حفظ، استفاده انرژی، و مسائل محیط زیستی. در: زیست توده برای انرژی تجدید پذیر، سوخت­ها، و مواد شیمیایی، انتشارات آکادمیک، سن دیگو، صفحات ۱-۲۷ (بخش ۱).

همانطور که در بالا اشاره شد، گرما دادن مواد خام توده زیستی و تجزیه گرمایی در زمان عدم وجود اکسیژن جهت تولید نفت زیستی، گرماکافت نامیده می­شود. تولید جامد، مایع، و حتی گاز در زمان گرماکافت عمدتاً بستگی به زمان ماندگاری، سرعت گرما، و دمای هوا دارد. تاثیرات این پارامترها بر وضعیت محصول نهایی در پروسه­های گرماکافت مختلف در جدول ۴٫ ۱ (هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ کلاس، ۱۹۹۸) ارائه شده است. همانگونه که قابل مشاهده می­باشد، در گرماکافت آهسته (یعنی، گرماکافت معمولی) که به زمان زیاد و سرعت گرمایی کم تا متوسط نیاز دارد، میزان فراوانی جامد (ذغال چوب) تولید می­گردد. هرچند ذغال چوب را می­توان به عنوان یک سوخت جامد در پروسه­های بیشتر استفاده کرد، تولید آن موجب کاهش دامنه نفت زیستی می­شود. بنابراین، گرماکافت سریع (یعنی، گرماکافت نوری یا دمای بالا) مطلوب­تر می­باشد. پروسه­های گرماکافت سریع با دامنه بالا تا ۸۰% در ادبیات گزارش شده است (بریجواتر و پیکاک، ۲۰۰۰؛ مهان و همکاران، ۲۰۰۶). از سوی دیگر، دمای پایین و زمان طولانی موجب ترکیب واکنش جهت تولید ذغال چوب شده، و دمای بالا و زمان کم تولید گاز را تسهیل می­کند. شرایط مطلوب تولید مایع دمای متوسط و زمان کوتاه می­باشد (بریجواتر، ۲۰۱۰؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶).

محققان متعددی با هدف دامنه و تولید نفت زیستی بالاتر بر طراحی­های گوناگون در مواد خام توده زیستی گوناگون تمرکز نموده­اند. بریجواتر (۲۰۱۲) ویژگی­های مطالعات خوب گرماکافت سریع از جمله بستر ثابت، بسترهای جریان خروشان، بسترهای جریان در حال چرخش، و بسترهای انتقالی، مخروط­های چرخشی، و راکتور گرماکافت سایشی را گردآوری نموده است. در این مطالعه، عملکرد این راکتورها بر اساس ظرفیت تولید، ظرفیت گرمایی، ظرفیت ذغال،  جدا سازی مقایسه شده است. پیکربندی­های دیگر از جمله راکتور جریان گازبرد، راکتور گرماکافت مکش، کوره گردان و تفال، و گرماکافت مایکروویو نیز بررسی شده­اند (بریجواتر، ۲۰۱۲). جزئیات پروسه­های گرماکافت تجاری تولید زیست نفتی را می­توان در منابع دیگر جستجو نمود (بریجواتر و پیکاک، ۲۰۰۰؛ بریجواتر، ۲۰۱۲؛ سرنیک و بریجواتر، ۲۰۰۴؛ الیوت و همکاران، ۱۹۹۱؛ موهان و همکاران، ۲۰۰۶).

همانطور که گفته شد فرآیند میعان در فشار بالا و دمای کم رخ می­دهد. در نتیجه، یک نفت زیستی که قابل جل در آب نیست تولید می­گردد. نوع کاتالیزور، فشار، و گازها تعیین کننده مکانیزم و سرعت کنترل واکنش­های مطلوب به منظور کسب نفت مایع با کیفیت بالا می­باشند. در این پروسه، راکتور با بخار کودابه تشکیل شده از ماده خام زیست تودی در یک محلول مایع، گاز کاهنده، و کاتالیزور تغذیه می­شود. گازهای کاهنده اغلب هیدروژن یا مونوکسید کربن می­باشند و کاتالیزور می­تواند الکالی، فلزها، نیکل، یا روتنیوم باشند. بستگی به محلول مایع مورد استفاده، میعان هیدروگرمایی، حلال کافت، و آبکافت امکان پذیر می­باشند (برنت و همکاران، ۲۰۰۸؛ الیوت و همکاران، ۱۹۹۱؛ موتاف و اورلند، ۱۹۸۵؛ تور و همکاران، ۲۰۱۱؛ واناس و همکاران، ۱۹۹۸). علاوه بر آب، اتیلن گلیکول، نفت قطران، و متانول، نفت زیستی نیز قابل بازیافت و استفاده به عنوان حلال می­باشد (موتاف و اورند، ۱۹۸۵). در میعان آبکافت ماده خام زیست توده در زمان وجود هیدروژن فشار بالا و یک کاتالیزور ناهمگن مناسب رخ می­دهد (موتاف و اورند، ۱۹۸۵). حلال کافت یک پروسه فشار بالا است که در آن اتیلن گلیکول، نفت قطران، و متانول، نفت زیستی نیز قابل بازیافت و استفاده به عنوان حلال استفاده می­گردند. میعان آب گرمایی که در آن آب به عنوان حلال استفاده می­شود به دلیل هزینه کمتر بیش از دیگران مورد توجه است. با این وجود، چرخش شکست خروجی نفت زیستی به ورودی راکتور موجب انتخاب پذیری بالاتر می­شود (موتاف و اورند، ۱۹۸۵). یک پروسه میعان برای تولید نفت زیستی توسط گودریان و همکاران (۲۰۰۸) ارائه گردید.

ویژگی­های معمول نفت­های زیستی بدست آمده در گرماکافت سریع و میعان ئ نفت پتروشیمی سنتی در جدول ۲ (سرنیک و بریجوتر، ۲۰۰۴؛ الیوت و شیفلبین، ۱۹۸۹؛ هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ میائو و همکاران، ۲۰۰۴؛یوآن، ۲۰۱۱) مقایسه شده­اند. همانگونه که مشاهده می­شود نفت زیستی بدست آمده توسط گرماکافت سریع بیشترین رطوبت و اکسیژن و هیدروژن و کربن کمتری دارد. به علاوه، این روش ارزش گرمایی و ویسکوزیته کمتری دارد. به دلیل وجود ترکیبات اسیدی، نفت زیستی بدست آمده توسط گرماکافت pH اسیدی دارد. مقدار گرمایی بالاتر میعان نفت زیستی به دلیل وجود کربن بالاتر و اکسیژن کمتر می­باشد. با این حال، ویسکوزیته بالاتر نفت زیستی میعان موجب نامطلوب شدن پروسه­های بیشتر از جمله سوخت موتوری می­شود. در واقع، محتوی اکسیژن بالا در نفت زیستی اثر قابل توجهی بر همگنی، قطبیت، ارزش گرمایی، ویسکوزیته، ترکیب، و اسیدی بودن آن دارد. تولید جامد و پسماند تقطیر برخی از معایب گرماکافت سریع می­باشند. ویژگی­های برخی نمونه­های دیگر زیست نفتی در ادبیات توسط گولاکوتا و همکاران (۲۰۱۶) به طور خلاصه ارائه شده است. نفت­های زیستی میعان مشخصاتی مشابه نفت پتروشیمی سنتی دارند. بنابراین، به نظر می­رسد در طولانی مدت سودمندی بیشتری داشته باشد. با این حال، از نظر اقتصادی، هزینه مورد نیاز برای تسهیلات فشار بالا در پروسه میعان دلیل اصلی تمرکز صنایع بر استفاده از نفت زیستی گرماکافت سریع می­باشد. به علاوه، مشخص شده است ارتقاء میعان هیچ میزیتی بر نفت زیست گرماکافت سریع ندارد (الیوت و همکاران، ۱۹۹۰، ۱۹۹۱؛ الیوت و شیفلبیان، ۱۹۸۹؛ گودریانو همکاران، ۲۰۰۸, هوبر و همکاران، ۲۰۰۶؛ توولر و همکاران، ۲۰۰۴). لازم به ذکر است نفت زیستی یک سوخت کم ارزش است که این به دلیل وجود اکسیژن زیاد است. بدین ترتیب نفت زیستی و تولید محصولات ارزش افزوده از جمله بنزین و الفین در حال حاضر مورد استفاده هستند.

جدول۲: ویژگی­های معمول نفت­های زیستی و نفت پتروشیمی معمول

 

 

منابع:

Adjaye, J.D., Bakhshi, N., 1995a. Catalytic conversion of a biomass-derived oil to fuels and

chemicals I: model compound studies and reaction pathways. Biomass Bioenergy 8 (3),

۱۳۱–۱۴۹٫

Adjaye, J.D., Bakhshi, N.N., 1995b. Production of hydrocarbons by catalytic upgrading of a fast

pyrolysis bio-oil. Part I: conversion over various catalysts. Fuel Process. Technol. 45 (3),

۱۶۱–۱۸۳٫

Adjaye, J.D., Bakhshi, N.N., 1995c. Production of hydrocarbons by catalytic upgrading of a fast

pyrolysis bio-oil. Part II: comparative catalyst performance and reaction pathways. Fuel

Process. Technol. 45 (3), 185–۲۰۲٫

Adjaye, J.D., Katikaneni, S.P., Bakhshi, N.N., 1996. Catalytic conversion of a biofuel to hydrocarbons:

effect of mixtures of HZSM-5 and silica-alumina catalysts on product distribution.

Fuel Process. Technol. 48 (2), 115–۱۴۳٫

Babu, S.P., 2005. Observations on the current status of biomass gasification. Biomass

Bioenergy 29 (4), I–XII.

Baglioni, P., Chiaramonti, D., Bonini, M., Soldaini, I., Tondi, G., 2008. Bio-crude-oil/diesel oil

emulsification: main achievements of the emulsification process and preliminary results of

tests on diesel engine. Progress in Thermochemical Biomass Conversion. Blackwell

Science Ltd., Oxford, pp. 1525–۱۵۳۹٫

Bagnato, G., Iulianelli, A., Vita, A., Italiano, C., Laganà, M., Fabiano, C., Rossi, C., Basile, A.,

  1. Pure hydrogen production from steam reforming of bio-sources. Int. J. 2 (2), 49.

Baker, E.G., Mudge, L.K., Brown, M.D., 1987. Steam gasification of biomass with nickel

secondary catalysts. Ind. Eng. Chem. Res. 26 (7), 1335–۱۳۳۹٫

Bakhtyari, A., Mofarahi, M., 2014. Pure and binary adsorption equilibria of methane and nitrogen

نویسنده مطلب: hamid

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *