PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : گاز طبیعی و موتورهای دیزل



محمد بهبهانی
10-22-2009, 09:50 AM
کاربرد گازطبیعی در موتورهای دیزل دارای ابعاد مکانیکی است، با این حال، کارکردن بر روی آلاینده های سیستم گازطبیعی در حیطه تخصص مهندسی شیمی قرار می گیرد.مقاله زیر خلاصه ی رساله دکترای ناصر سلامی است که در یک پروژه بین المللی با مشارکت دانشگاه صنعتی شریف، دانشگاه کالگری کانادا، دانشگاه آلبرتای کانادا و چند شرکت صنعتی دیگر کانادایی نگاشته شده است. در این مقاله به فعالیت های علمی در زمینه مبدل های کاتالیستی سیستم گازطبیعی و همچنین مواد افزودنی سوخت توسط مؤلف انجام گردیده، اشاره شده است

در تیم تحقیقاتی این پروژه، گروهی مسئولیت موتور و سیستم گازسوز و گروهی دیگر مسئولیت مطالعه و فعالیت روی مبدل کاتالیستی را برعهده داشتند. مبدل کاتالیستی برای بیش از سه دهه در دنیا روی خودروهای بنزینی مورد استفاده قرار گرفته است. به خصوص تجربه های زیادی در این مقوله برای خودروهای بنزینی وجود دارد. گرچه مرزهای دانش دائما در حال توسعه است و تجربه های جدیدی در زمینه های گوناگون مرتبط با مبدل های کاتالیستی طرح می شود و به کار می روند، ولی مبدل کاتالیستی سیستم گازطبیعی دارای ساختار ویژه ای می باشد. در خروجی موتورهای گازسوز، اعم از سیستم سوخت دو گانه ای (Dual Fuel) و سیستم اختصاصی (Dedicated)، متان به عنوان عمده ترین هیدروکربن نسوخته خروجی وجود دارد. در خانواده هیدروکربن ها، مقاوم ترین هیدروکربن در مقابل اکسیداسیون متان است اگر چه در حال حاضر، در برخی از استانداردهای زیست محیطی، متان به عنوان عامل آلاینده محسوب نمی شود،این دیدگاه همه گیر نیست و مطالعاتی روی تبدیل بهینه متان در خروجی موتورها انجام می گیرد. ما اولین گروهی بودیم که در این زمینه در مقوله سوخت دوگانه کار کردیم و بخشی از فناوری هایی را که پیش از این در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته بود، برای اولین بار در این زمینه مورد ارزیابی قرار دادیم. از جمله بهره گیری از ایجاد شرایط گذرای برنامه ریزی شده برای افزایش عملکرد رآکتورها در برخی از موارد به اثبات رسیده است.

مشکل اساسی در سیستم سوخت دوگانه این است که دمای خروجی موتور برای تبدیل متان در اغلب مبدل های کاتالیستی کافی نیست. شاید از منظر تئوری و با آزمایش روی متان خالص در آزمایشگاه این تبدیل دشوار نباشد، ولی ماهیت خروجی موتور سوخت دوگانه با حضور سایر ترکیبات پیچیده ناشی از احتراق از جمله انواع رادیکال های آزاد و مولکول های گوناگون، مانع تبدیل مناسب متان می شود. از طرفی معمولا عمر مبدل های کاتالیستی که در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرند، چندان طولانی نیست. طی آزمایش های متعدد روی این سیستم تلاش کردیم تا به کمک ایجاد شرایط ناپایدار، دمای خروجی موتور سوخت دوگانه را به صورت کنترل شده و بدون تغییر در موتور، در ساختار مبدل کاتالیستی افزایش دهیم. این تجربه جدید بعدها به صورت پتنت در آمد.باتوجه با دانسیته پایین گازطبیعی، حتی در فشارهای بالا، نیاز به حجم ذخیره سازی بیشتری وجود دارد. به عنوان مثال، ارزش حرارتی حجمی گازوئیل پنج برابر بیش از گازطبیعی در فشار ۲۰۰ بار است. به همین دلیل، حجم مورد نیاز برای موتور گازسوز برای مسافت معادل پیمایش حدود پنج برابر خواهد بود.در حال حاضر شرکت های متعددی در این زمینه در ایران و جهان مشغول فعالیت هستند.

• طرح ساختاری مبدل های کاتالیستی

مبدل کاتالیستی سیستم گازطبیعی از نظر اصولی تفاوتی با سایر مبدل های موجود در بازار ندارد.به عبارت دیگر، معمولا از قالب های متفاوت و متداول سرامیکی و فلزی بدین منظور استفاده می شود. نوع اجزای فعال که در ساختار سیستم کاتالیستی این مبدل تعبیه شده ویژه اجزایی است که در خروجی موتورهای گازسوز یافت می شود. برمبنای نوع موتور مورد نظر، ویژگی هایی به طور اجتناب ناپذیر تحمیل خواهد شد.از جمله حدود دمای اگزوز، میزان دبی خروجی از اگزوز (که معمولا روی زمان اقامت اجزا در مبدل کاتالیستی اثر خواهد گذاشت)، نوع اجزای موجود در این سیستم و غلظت این اجزا از جمله پارامترهایی هستند که تابع نوع و مشخصات موتور است.در مقوله موتورهای گازسوز، بسیاری از کلیات اساسی مشترک هستند.ولی اگر قرار باشد مبدل کاتالیستی برای یک موتور خاص طراحی شود، لازم است پس از شناسایی دقیق موتور، مبدل کاتالیستی مناسب برای آن طراحی شود. از جمله حجم مبدل کاتالیستی به صورت بسیار قابل توجهی به موتور و میزان خروجی موتور بستگی دارد.مثلا موتوری با حجم دو تا سه لیتر با موتوری که چند برا بر آن حجم دارد از نظر میزان و غلظت گازهای خروجی و مشخصات مبدل کاتالیستی با هم تفاوت دارند.مهم ترین بخش در هر مبدل کاتالیستی، اجزای فعال کاتالیستی آن است که باید بتواند در زمان اقامت محدود اجزای آلاینده در مبدل ، تبدیلات مطلوب را انجام دهد.از سوی دیگر ثبات عملکرد مبدل کاتالیستی در فواصلی مثل ۸۰ هزار کیلومتر یا بیشتر (برای یک وسیله سواری شخصی) یا ۱۵۰ هزار کیلومتر(برای یک کامیون حمل و نقل بین شهری)، از جمله ضروریات غیرقابل انکار محسوب می شوند که در استانداردهای جهانی کم و بیش مورد توافق است.

در کشور ما سیستم گاز طبیعی اختصاصی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. به این مفهوم که گازطبیعی به عنوان تنها سوخت در چرخه اتو (Otto Cycle) و طی احتراق به کمک شمع تولید توان خروجی موتور را میسر می سازد.بدین ترتیب موتور را می توان از ابتدا بر مبنای استفاده از گازطبیعی طراحی کرد یا نظیر آنچه در ناوگان اتوبوسرانی شرکت واحد ملاحظه می شود، با نصب شمع و اعمال تغییرات لازم از جمله تبدیل مکانیزم احتراق از چرخه دیزل به سیکل اتو موتور آماده مصرف گاز طبیعی می شود. در این نوع طراحی ، موتور به مصرف گازطبیعی وابسته خواهد شد. در طرح های جدید در کشور، برای خودروهای سواری هم از همین سیستم اختصاصی، البته با حفظ قابلیت مصرف بنزین استفاده می شود.از جمله دلائلی که برای توسعه نیافتن سیستم سوخت دوگانه در ایران ذکر می شود، کیفیت نامناسب گازوئیل، به ویژه از جهت میزان گوگرد است.مزیت ویژه موتور سوخت دوگانه امکان عملکرد با سوخت گازوئیل تنها در مناطق دور از ایستگاه های گاز، عملیات بر مبنای چرخه کارآمد دیزل وعملکرد مناسب در بارگذاری کامل و هزینه به مراتب پایین تر موتورهای مستعمل دیزل است. متأسفانه، توجه سزاواری به این روش در کشور ما نشده است.

• مواد افزودنی سوخت

از جمله دیگر فعالیت ها، مشارکت در یکی از پروژه هایی است که در سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور تعریف شده و در حال اجرا است. در این پروژه ، تلاش به منظور کاهش میزان مصرف سوخت بر مبنای حداقل تغییرات، یعنی استفاده از مواد افزودنی در ساختار سوخت می باشد. درصورت موفقیت، به عنوان روش حل کوتاه مدت یا میان مدت می توان با صرف هزینه ناچیز میزان مصرف سوخت ناوگان کل کشور را در حد سه تا پنج درصد کاهش داد. با درنظر گرفتن میزان چشمگیر مصرف روزانه سوخت در کشور که بالغ بر چند ده میلیون لیتر است، این میزان صرفه جویی به عدد قابل ملاحظه ای تبدیل خواهد شد. از طرفی، تغییرات اساسی در ناوگان خودروهای کشور مستلزم صرف هزینه سنگین و وقت فراوان است. شاید در شرایط کنونی، به کارگیری این افزودنی ها یکی از انتخاب های قابل تأمل باشد . لازم به ذکر است که به طور معمول دو تلقی از لفظ مواد افزودنی وجود دارد.یکی افزودنی (Additive) که در مقادیر بسیار ناچیز در حدود p.p.m مورد استفاده قرار می گیرد و دیگر عامل اختلاط (Blending Agent) که در حد چند درصد به سوخت افزوده می شود. در این پروژه گروه اول از مواد افزودنی موردنظر است، حال آنکه از گروه دوم می توان به MTBE اشاره کرد که به عنوان جایگزین تترا اتیل سرب برای بهبود عدد اکتان مورد استفاده قرار می گیرد. ماهیت عملکرد این مواد افزودنی بهبود عملکرد احتراق به صورت مستقیم یعنی با دخالت در واکنش های احتراقی یا با ایجاد تغییرات در عواملی است که قادرند از طریق تغییر در خواص فیزیکی منجر به افزایش راندمان احتراق شوند. در این مرحله، شناسایی کارآیی مواد افزودنی گوناگونی موردنظر است که در سطوح ملی و جهانی و از طریق فراخوان شناسایی شده اند. چون پیش از این انگیزه ای در سطح ملی برای سرمایه گذاری در این زمینه وجود نداشته است، توقع گرفتن پاسخ از داخل کشور کمتر است و عمده پیشنهادها از طریق شرکت های توانمند بین المللی دریافت شده اند.بی تردید درصورت رسیدن به نتایج مثبت، امکان برنامه ریزی برای تولید داخلی در آینده وجود دارد.برنامه بر اساس اجرای آزمایش های کنترلی تدوین شده است که بتوان ضمن کاهش مصرف ، از عملکرد صحیح موتور با سوخت حاوی ماده افزودنی از جهات مختلف، از جمله توان خروجی، جنبه های زیست محیطی،عدم تأثیر سوء در دراز مدت و موارد مشابه اطمینان حاصل نمود.