وبلاگ

سوخت مصنوعی به هرگونه محصول سوختی مایعی اطلاق می شوند که از منشا غیر از آنچه معمول است حاصل می شوند. همانطور که می دانیم منشا تولید سوخت ها، نفت خام است اما با توجه به آنکه ذخایر نفتی روبه کاهش است و قیمت آن روندی صعودی را پیش گرفته است، بشر را به سوی منابعی غیر از نفت خام سوق داده است. منابع غیر از نفت خام شامل زغال سنگ، گاز طبیعی و یا ترکیباتی با ساختار بیولوژیکی می باشند. این سه منشأ مهمترین منابع در تولید سوخت مصنوعی به حساب می آیند. روش های کلی تولید سوخت های مصنوعی به سه دسته کلی زیر تقسیم می گردند:
– تبدیل زغال سنگ به مایعات هیدروکربنی (CTL)
– تبدیل گاز طبیعی به مایعات هیدروکربنی (GTL)
– تبدیل موادی با ساختار بیولوژیکی به مایعات هیدروکربنی (BTL)
زغال سنگ توانایی تبدیل به بنزین و سوخت دیزل را دارا می باشد. روش های مستقیم و غیر مستقیمی را برای فرایند CTL می توان برشمرد. همانطور که از نام فرایند تبدیل مستقیم بر می آید، فرایندی است که در آن زغال سنگ مستقیما به سوخت های مصنوعی تبدیل می شود، این تکنولوژی در ابتدا توسط Friedrich Bergius به صورت تجاری در آلمان مطرح شد و توسعه یافت، این اتفاق پیش از سال های جنگ جهانی دوم حادث شد و در سال های جنگ نیز روند صعودی خود را ادامه داد ولی پس از آن بنابه دلایلی نظیر هزینه های عملیاتی و استفاده مجدد از ذخایر نفتی در اوایل دهه 1950 استفاده از آن کاهش یافت. در سال های اخیر نیز تحقیقات بر توسعه این تکنولوژی در سیستم های آزمایشگاهی محدود شده است و این مسأله دلیلی به جز هزینه های بالا نداشته است. به هرحال با افزایش روزافزون قیمت نفت خام می توان دورنمایی برای این فرایند در نظر گرفت. آنچه حائز اهمیت است این که این فرایند بایستی از لحاظ اقتصاد طرح و مسائل زیست محیطی مورد تصحیح و بازبینی قرار گیرد.

دو نمونه از فرایندهای مستقیم تبدیل زغال سنگ، فرایندهای Bergius و Karrick می باشند. در فرایند Bergius شاهد ترکیب زغال 

سنگ خرد شده با هیدروژن هستیم که طی دو مرحله بنزین با عدد اکتان بالا حاصل می شود. فرایند Karrick را می توان یک کربناسیون دما پایین زغال سنگ، قیر، سنگ رست و یا هر ماده کربن دار دیگری دانست. بنزینی که از فرایند کربناسیون دما پایین زغال سنگ به دست می آید دارای کیفیتی معادل با بنزین همراه با تترا اتیل سرب است.

اما زغال سنگ به صورت غیرمستقیم هم قادر به تولید سوخت های مصنوعی می باشد. برخلاف روش مستقیم، در روش غیرمستقیم شاهد مرحله میانی در تولید سوخت مصنوعی هستیم. اولین مرحله فرایندی، تبدیل زغال سنگ به گاز سنتز می باشد. برای این کار رآکتورهای متنوعی به منظور تولید گاز سنتز موجود می باشند. گاز سنتز طی عملیات بیشتر، در ادامه سرد شده و خالص سازی می شود و پس از جدا کردن آلودگی ها تحت فرایند بیشتر قرار می گیرد و طی فرایندی کاتالیستی توانایی تبدیل شدن به طیف وسیعی از فرآورده ها را دارا می باشد. این فرآورده ها محصولاتی نظیر بنزین و سوخت دیزل می باشند. فرایندهایی نظیر سنتز فیشر تروپش و MTG به منظور تولید سوخت مصنوعی از گاز سنتز به صورت تجاری مطرح می باشند. از زمان کشف فرایند فیشر تروپش در دهه 1920 در طی سالیان متمادی این فرایند دستخوش تحولات گسترده و توقف های بسیاری بوده است. تحقیقات بر روی فرایند سنتز فیشر تروپش ادامه داشته تا آنکه در 1927 فرایند Winkler برای گازدار کردن زغال سنگ در یک بستر سیال ارائه گشت. فرایند مزبور با سپری کردن سیر تکاملی در اواخر 1930 و اوایل 1940 به صورت تجاری درآمده است. با ایجاد چنین واحد تجاری در تولید گاز سنتز مسیر برای تحقیقات بیشتر در توسعه و تجاری نمودن فرایند سنتز فیشر تروپش هموارتر شد. شرکت معتبر ساسول اولین واحد تولید سوخت مصنوعی از زغال سنگ را با بهره گرفتن از فرایند سنتز فیشر تروپش در سال 1955 و در افریقای جنوبی تجربه کرده است. شرکت ساسول فازهای بعدی این طرح را نیز در افریقای جنوبی براساس پیشرفت های صورت گرفته طراحی رآکتورهای سنتز فیشر تروپش توسعه داده است.
سوخت حاصل از فرایند BTL سوختی پاکیزه می باشد که از لحاظ معیارهای سازمان محیط زیست در حد بسیار مناسبی قرار دارد. به منظور تولید چنین سوختی روش های مختلفی وجود دارد. روش های مستقیم در تولید سوخت های با منشا بیولوژیکی شامل واکنش های جایگزینی استری شدن روغن های گیاهی و حیوانی می باشند. چنین واکنش های مستقیمی به صورت کاتالیستی و یا بدون استفاده از کاتالیست قابل انجام می باشند. در طی واکنش کاتالیسیتی جایگزینی استری شدن شرایط واکنشی و محصول نهایی تا حدی مناسب تر خواهد بود. روش مستقیم معمول در تولید سوخت های مصنوعی با منشا بیولوژیکی واکنش روغن سویا متانول در حضور کاتالیست های قلیایی می باشد. چنین روش هایی، روش های صنعتی با ظرفیت تولید بالا نیستند. به عنوان مثال تا پایان سال 2010 تنها 2 الی 5% از حجم مصرف سوخت اروپا از منابع بیولوژیکی تامین خواهد شد. این روش ها و تولید چنین سوختی، روشی نوپا بوده و توجه موسسات تحقیقاتی و محققان را به خود جلب کرده اند، از سوی دیگر این سوخت ها با منشا بیولوژیکی بسیار پاکیزه بوده و این مساله نیز دلیلی دیگر بر توجه افزون تر به سمت توسعه و تولید چنین سوخت هایی می باشد.
تولید سوخت های مصنوعی از منشا بیولوژیکی از طریق تولید گاز سنتز و روش های غیرمستقیم تبدیل نیز قابل حصول می باشد. گاز سنتز حاصل از ترکیباتی این چنین شامل متان، دی اکسید کربن، منوکسید کربن و هیدروژن می باشد، که به منظور استفاده در فرایند سنتز فیشر تروپش ترکیب مناسبی ندارد و محتوی متان این گاز سنتز بالا می باشد. از اینرو بایستی تحت ریفرمینگ قرار گرفته و ترکیب آن به صورتی مناسب و قابل استفاده در فرایند سنتز فیشر تروپش درآید.