2-3. پالایش نفت
مجموعه عملیاتی را که توسط آنها بسیاری از مواد گوناگون از جمله گازمایع، بنزین، نفت سفید، حلالها، نفتگاز، نفتکوره، گریس، قیر و غیره از نفتخام بهدست میآید پالایش نفتخام نامیده میشود. عملیات اساسی پالایش نفت را میتوان به سه دسته کلی تقسیم کرد:
جدا کردن مواد با استفاده از روش تقطیر جزء به جزء
تبدیل اجزاء نامرغوب و کممصرف به اجزاء مرغوب
تصفیهی فراوردههای نفتی (حذف ناخالصیها و تصفیه با حلال)
بیش از یک قرن از مصرف فراوردههای نفتی بهصورت غیر از سوخت میگذرد که به مرور زمان و با پیشرفت علم و فنآوری، انسان تعداد روزافزونی از هیدروکربنها را بطور خالص از سایر فراوردههای نفتی جدا کرده و به مصرف تولید سایر مواد شیمیایی و صنعتی رسانده است[4].
2-4. ویژگیهای فیزیکی و آزمایش کنترل کیفیت فراورده ها
آزمایشهایانجامیافتهبررویفرآوردههاینفتیبهمنظوردوهدفکلیانجاممیشود:
1-تشخیصدرستیکارواحدهایعملیاتیبهطورسریع
2-اطمینانازهمخوانیماهیتفرآوردههاینهاییبااستانداردهایمربوط
پیشازاینکهویژگیشیمیاییوآزمایشهایانجامشدهرویفرآوردههارابررسیکنیملازماستبهطورمختصرلزومرعایتویژگیهایفیزیکیموادنفتیرابررسیوعلترعایتبرخیازآنهارابیانکنیم.
درآزمایشهایفرآوردههاینفتیسهاصلدرنظرگرفتهمیشود.
اینسهاصلعبارتنداز:
الف) رعایت کمینه یا مینیمم
دربرخیازفرآوردههارعایتحداقلیکویژگیمهماست،مثلاًدرنفتسفیدیکیازآزمایشهاییکه انجاممیشود، سنجشنقطهاشتعالاست.اینمشخصهبایدحداقل43 درجه سانتیگراد باشد، چرا که اگر نقطه اشتعال کمتر ازاینمقدارباشد،احتمالخطرآتشسوزیمادهنفتیزیادوازطرفینشاندهندهعدمکارکرددرستدستگاه در فرایند مربوطمیباشد.
ب) رعایت بیشینه یا ماکسیمم
دربرخیازفرآوردههارعایتبیشینهمقداریکویژگیمهماستونبایدازحداستانداردبیشترشود. مثلاًبازهمدرنفتسفید، نقطهجوشپایانیآنمعمولاًبایستی حداکثر275 درجه سانتیگراد باشد،حالاگرازاینحدبیشترشودنشاندهندهایناستکهحینتصفیهنفتگاز ،واردنفتسفیدشدهوباعثبالابردننقطهیدود10 نفتسفیدمیگردد.
ج) رعایت حداکثر و حداقل
دربرخیازفرآوردههارعایتهردواصلمهمبودهودرصورتعدمتوجهایجاداشکالخواهدشد .
مثلاًدرجهی آرامسوزیدربنزینموتوردرصورتیکهرعایتحداقلنشودایجادضربهوبدکارکردنموتورودر نتیجهپایینآمدنکاراییموتورخواهدشد. همچنینازآنجاییکهبالابردندرجهاکتانبااستفادهازمواد شیمیاییمانند MTBE11انجاممیشود ( حداکثر مقدار مجاز استفاده از آن 15% حجمی است)،پسعدمرعایتحداکثرنشاندهندهمصرفزیادمادهبودهواینامرباعثآلودگیهواواشکالدرسامانهسوخترسانی خودروهامیشود.پسنتیجهگرفتهمیشودکهدرآزمایشهر فرآوردهنفتیاصولاستانداردبایدکاملاًرعایتشودتابتوانهمازدستگاهحداکثراستفادهرابردوهم فرآوردههایمناسبتهیهکردوهمچنینازمصرفبیرویهموادشیمیاییجلوگیری نمود[8].
2-5. فرآورده های بدست آمده از نفت خام
دریکپالایشگاهکهمجموعهایازواحدهایتقطیر،تبدیلوسایرواحدهااست، اغلبسهنوعفرآورده تولیدمیگردد:
الف) فرآوردههاینیمهنهایی12
اینفرآوردهها،موادیهستندکهبایددوبارهعملیاتیرویآنهاانجامگیردوبهطورمستقیمقابلاستفاده ویاعرضهبهبازارنیستند.مانندبنزینسنگینوبنزینسبک
ب)فرآوردههاینهایی13
فرآوردههاییهستندکهبهطورمستقیمقابلعرضهبهبازارهستند.مانندنفتسفید،نفتگاز ونفتکوره.
ج)فرآوردههایحدواسط14
اینفرآوردهها،موادیهستندکهبهعنوانمواداولیهدرصنعتپتروشیمیبهکارمیروند [10]:
فرآوردههایمهمیکهازپالایشنفتخامدرپالایشگاهتبریزبهدستمیآیندعبارتنداز:
1- گازمایع
2-بنزینموتور
3-نفتسفید
4- نفت گاز(گازوئیل)
5-نفتکوره
6- قیر
شکل (2-1): تفکیک برشهای مختلف نفتی در برج تقطیر در اتمسفر

2-5-1. گاز مایع(L.P.G)15
عملیاتپالایشیکهرویموادنفتیانجاممیگیردباعثمیشودطیمراحلگوناگونپالایش،گازهای سبکیازقبیلمتان،اتان،اتیلن،پروپان،پروپین،بوتان،بوتینو… و گازهاییمانند H2S حاصلشود.آنچه کهقابلمایعشدناستمانندپروپانوبوتانبهصورتگازمایعدرآمدهوباقیماندهدرحینعملیاتبه مصرفمیرسد.گازمایعمخلوطیازگازهایپروپانوبوتانومقداریناچیزیپروپیلنوبوتیلناستکه طیفرآیندسادهایازسایرگازهاجداشدهودرمخازنتحتفشاربهطورجداگانهذخیرهسازی میشوندوپسازاینپروپانوبوتانباتوجهبهفصولمختلفسالبهنسبتهایمتفاوتباهممخلوط شدهوجهتاستشمام در صورت نشتی و جلوگیریازبروزحوادثانفجاروآتشسوزیمادهبدبویاتیلمرکاپتانبهآنافزوده میشود. معمولاًمیزانپروپان درزمستان50درصدودرتابستان30درصدحجمیمخلوطراتشکیل میدهد[7-8].
2-5-2. بنزینموتور16
مشخصات و ترکیب شیمیایی بنزین موتوردر ادامه بهصورت کلی توضیح داده خواهد شد.
2-5-3. نفتسفید17
یکیدیگرازفرآوردههایبهدستآمدهازپالایشنفتخام،نفتسفیدیانفتچراغمیباشدکهبیشترمصارفروشنایی،سوختچراغهاونیزسوختتوربینهاونیزسایرمصارفرادارد.
ترکیباتاینفرآوردهازهیدروکربنهاییکهنقطهجوشاولیهونهاییآنهابین150تا300درجه سانتیگراداستتشکیل یافتهوبیشترشاملهیدروکربنهایپارافینی،نفتنیوآروماتیکمیباشد. هیدروکربنهایپارافینیموجوددرنفتسفیددارایتعداد کربن10تا15هستندکهیابهصورتپارافینهاینرمالبودهویابهصورتایزومرهایشاخهدارهستند.هیدروکربنهاینفتنیموجوددرنفتسفیدبیشترازسیکلوپارافینهاماننددکالین، تترالین و هیدروکربنهایآروماتیکموجوددرنفتسفید،بیشترازهیدروکربنهاییکحلقهایآروماتیکمانند آلکیلبنزنویاچندحلقهایمانندنفتالینتشکیلیافتهاست[7-8].
2-5-4. نفتگاز
یکی دیگر از مهمترین و پرکاربردترین فراوردههای تولید شده در پالایشگاههای نفت، نفتگاز میباشد. که بهطور وسیعی بهعنوان سوخت در موتورهای دیزلی بهکار میرود.نفتگاز حاوی هیدروکربنهای C14-C20و حتی تا C25میباشد که عمدتاً از سه گروه پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک تشکیل شده است. بدیهی است که نسبت اجزاء مختلف هر یک از سه گروه سبب میشود که نفتگاز مورد نظر، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به یکدیگر داشته باشند.بطور معمول نفتگاز با کیفیتهای مختلف در واحدهای تقطیر اتمسفریک18، تقطیر در خلاء19و آیزوماکس20 تولید میشود. نفتگاز و نفتسفید واحد آیزوماکس بسیار مرغوب بوده و بعد از اختلاط با نفتگاز و نفتسفید تولید شده در واحد تقطیر روانهی بازار میشود[10].
2-5-5.نفتکوره21
یکیدیگرازفرآوردههاینفتخام،نفتکورهیاسوختکورهاستکهازسوختهایعمدهکشتیها وواحدهایصنعتیبزرگوکوچکمانندنیروگاههایبرقمیباشد.ترکیباتاینفرآوردهبیشتراز هیدروکربنهایسنگینکهدارایترکیباتگوگرددار،اکسیژندار،نیتروژندارواملاحفلزاتهستندتشکیل یافتهاست.اینسوختبهعلتداشتنموادسنگینبهآسانیقابلسوختننیستومیبایدبااستفادهاز مشعلهایمناسبوبخارآبوهوایفشردهآنرابهصورتذراتریزدرآوردکهدراینحالتمیتوان بهخوبیازآنبهعنوانسوختاستفادهکرد.اینفرآوردهازبازماندهتقطیرنفتخامدربرجهایتقطیردر فشارجووخلأویافرآوردههایبهدستآمدهازدستگاهکاهشگرانرویوشکستنکاتالیستی بهدست میآید.
ویژگیهاینفتکورهباتوجهبهشرایطمحیطکارونیازبازارمصرف،تعیینشدهودارایمشخصاتی متفاوتاست،بنابراینآنرابهسهدستهتقسیمکردهاند:
الف) نفتکورهیسبک:
نفتکورهیسبکدارایگرانرویپائینبودهوبرایتهیهآناز فرآوردههایسبکیمانندنفتسفید،نفتاونفتگاز استفادهمیشود.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ب)نفتکورهیمعمولی:
ایننفتکورهدارایگرانرویبیشترازقبلیبودهوبرایدستگاههاییکهدارایسیستمگرمکنندههستند مناسببودهوبیشتردرمراکزحرارتیونیروگاههابهکارمیرود.
ج)نفتکورهیسنگین:
ایننفتکورهنسبتبهدوحالتپیش،دارایگرانرویبیشتریبودهودردستگاههاییکههمدارای سیستمگرمکنندهوهممشعلهایمناسبمیباشدمانندنیروگاههایواحدهایصنایعسنگینبهکار میرود [4].
2-5-6. قیر22
قیریکیدیگرازفرآوردههایی استکهازفرآورشنفتخامدرپالایشگاهها بهدستمیآید.قیراز تهماندهبرجتقطیردرخلأ بهدستمیآید.هیدروکربنهایتشکیلدهندهیاینفرآوردهشامل هیدروکربنهایپیچیدهایاستکهدارایوزنمولکولیبالاییهستندومقادیرکمیتریبات گوگرددار، اکسیژندارونیتروژنداردارند.کیفیتقیربهدستآمدهازنفتخامهایمختلفمتفاوتاست.
قیربهخاطرویژگیهاییمانندچسبندگی،خاصیتپلاستیکیوضدرطوبتیکهدارد،دارایکاربردهای گوناگونیبودهکهازجملهمیتواندرراهسازیازآناستفادهکرد.ویژگیبرگشتپذیری موجبمیشودتاقیربتواندتحملفشاروتغییراتدرجهحرارت (گرما و سرما)رادرفصولمختلفسال داشتهباشدواینیکیازمواردمهمدرکاربردقیردرامورراهسازیوجادهسازیاست[6-7].
بهطورکلیهرچههیدروکربنهایپارافینیتشکیلدهندهقیربیشترباشدتغییرخواصآنباتغییراتدما کمتروهرچههیدروکربنهایآروماتیکیقیربیشترباشدتغییرخواصبیشترخواهدشد.درحالتیکه هیدروکربنهایتشکیلدهندهقیرنفتنیباشندتغییراتخواصنسبتبهدمامابیندوحالتیادشده خواهدبود.
مهمترینآزمایشیکهنشاندهندهیکیفیتقیروردهبندیآنمیشودگرانرویآناست.
قیرهابهطورکلیبهسهگروهزیردستهبندیمیشوند:
قیر نرم23
قیر مایع24
قیر جامد25
2-6. ترکیب شیمیایی بنزین موتور
بنزین موتور مایعی مشتق شده از نفت که عمدتاً شامل هیدروکربنها بوده و همچنین حاوی مقادیری بنزن می باشدو بهعنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار میگیرد. در غالب موارد جهت اصلاح مشخصات کیفیتی آن از مواد بالا برنده آرامسوزی مانندمتیل ترشیو بوتیل اتر(MTBE26) استفاده میشود. هیدروکربن ها شامل نفتنها ، پارافینها ، آروماتیکها و الفینها میباشند که از این میان نفتنها ، آروماتیکها و الفینها درجه آرام سوزی را افزایش و پارافینها برعکس در جهت کاهش آرامسوزی عمل مینمایند[9].
2-6-1. تجزیه شیمیایی محصول
بنزین در پالایشگاههای نفت تولید میشود. مادهای که در تقطیر از نفتخام جدا میشود، بنزین برش مستقیم27 نامیده میشود که ویژگیهای مورد نیاز برای موتورهای امروزی را ندارد اما بخشی عمده از مخلوط را تشکیل خواهد داد. تودهی بنزین شامل هیدروکربنهای دارای 5 تا 7 اتم کربن در هر مولکول میباشد[10].

فراوردههای مختلف پالایشگاه با هم آمیخته شده و بنزین با خواص مختلف ایجاد میگردد. بعضی از جریانهای مهم تشکیل دهنده بنزین عبارتند از:
ریفرمیت28 که توسط واحد ریفرمینگ کاتالیستی29 با درجه آرام سوزی بالا و مقادیر بالای آروماتیک و الفین پایین تولید میگردد.
بنزینی که توسط کاتالیزور شکسته شده، نفتای شکسته شده نیز نامیده میشود و توسط واحد کراکینگ کاتالیستی تولید میگردد. این ماده از فرایند تجزیه کاتالیزوری با درجه آرام سوزی متوسط و محتوای آلکنها و الفینهای بالا و مقادیر متوسط آروماتیک تهیه میشود.
هیدروکرکیت30 ( سنگین، متوسط و سبک) توسط واحد هیدروکراکر31 با درجه آرام سوزی متوسط تا پایین و سطح ماده آروماتیک متوسط تهیه میشود.
بنزین برش مستقیم (که دارای نامهای زیادی از جمله بنزین خام است) مستقیماً از نفت خام و با درجه آرام سوزی پایین، مقادیر آروماتیک پایین( به نفت خام بستگی دارد)، مقداری نفتن و بدون الفین تولید میگردد.
آلکیلات32 تولید شده در واحد آلکیلاسیون33 دارای درجه آرامسوزی بالا و پارافینهای خالص است. عموماً دارای زنجیرهای شاخهدار میباشد.
ایزومریت34 (با نامهای مختلف) که توسط ایزومراسیون35پنتنها و هگزنهای نفتای سبک برش مستقیم جهت دستیابی به درجهی آرامسوزی بالا تولید میگردد[9].
نسبتهای دقیق این مواد به عوامل زیر بستگی دارد[4]:
پالایشگاه نفت که سازنده بنزین است. چون پالایشگاههای مختلف شرایط عملیاتی مشابه و یکسانی را ندارند.
نفتخام خوراک مورد استفاده برای پالایشگاه.
امروزه بسیاری از کشورها در مورد ترکیبات آروماتیک بنزین بهطور عام و بنزن بهطور خاص، و مقادیر الفینها محدودیتهایی را اعمال میکنند. افزایش تقاضا برای اجزای تشکیل دهندهی پارافینهای خالص با درجه آرامسوزی بالا، از قبیل آلکیلاتها،در حال افزایش است. همچنین پالایشگاهها مجبور به افزودن واحدهای عملیاتی جهت کاهش محتوای بنزن میباشند[10].
در شکل (2-1) ساختار تعدادی از هیدروکربنها نمایش داده شده است.
شکل 2-1 ساختار و نام برخی از هیدروکربنها
2-7. واحدهای تولید کنندهی بنزین
تعدادی از واحدهای تولید کننده بنزین عبارتند از: ریفرمینگ، کراکینگ کاتالیزوری، هیدروکراکینگ، آلکیلاسیون و ایزومریزاسیون. از آنجا این تحقیق بر روی بنزین موتور تولید شده درپالایشگاه تبریز صورت گرفته است، فقط واحدهای ریفرمینگ و هیدروکراکینگ موجود در پالایشگاه بهطور مختصر شرح داده میشوند.
2-7-1.ریفرمینگ
ریفرمینگ کاتالیزوری یکی از واحدهای اساسی هر پالایشگاه است که هدف آن افزایش درجه آرامسوزی بنزین میباشد.
خوراک واحد ریفرمینگ، بنزین سنگین و نفتاست. فاصلهی جوش این خوراک در محدودهی 80-210°C قرار داردکه با توجه به شرایط هر پالایشگاه میتوانداندکی تغییر نماید. ریفرمینگ برشهای سبک ( که پایینتر از 80°C میجوشند) به علت تمایلشان به تجزیه و ایجاد بوتان و گازهای سبکتر مقرون به صرفه نیست. همچنین هیدروکربنهایی که بالاتر از 210°C میجوشند، بعلت شکسته شدن پی در پی و تولید زیاد کربن، برای ریفرمینگ مناسب نیستند. اساس کار این واحد تغییر آرایش یا ساختار مولکولهای هیدروکربن نفتا میباشد که به ترکیبات حلقوی اشباع نشده تبدیل میگردد. فرایند شامل جدا کردن اتمهای هیدروژن میباشد که به دنبال آن مقدار زیادی گاز هیدروژن تولید میگردد.مجموعه واکنشهای کاتالیستی صورت گرفته در Cat Reformingکه ما آن را تبدیل کاتالیستی می نامیم به بیان ساده شامل فرآیندهائی است به منظور افزایش درصد ترکیبات آروماتیک در بنزین. معروفترین کاتالیست پالایشگاهی مورد استفاده در این فرآیند کاتالیستی از جنس فلز پلاتین بر پایه آلومینا است.فراورده اصلی ریفرمینگ، بنزینی با درجه آرامسوزی بالاست که اصطلاحاًReformateنامیده می شود، با سایر بنزینهای پالایشگاهی مخلوط میشود[9-10].
2-7-2. هیدروکراکینگ
هیدروکراکینگ برشهای نفتی همواره مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر بهعلت تغییر ساختار پالایشگاهها، افزایش تقاضا برای فراوردههای سبک مانند بنزین، تولید هیدروژن فراوان و ارزان از واحد ریفرمینگ و بهبود کاتالیزورها، فرایند هیدروکراکینگ بهسرعت افزایش یافته است. همانند کراکینگ کاتالیزوری، هیدروکراکینگ نیز برش های هیدروکربنی سنگین و ارزان را به برشهایسبکتر و با ارزشتر میکند.
ویژگی اصلی هیدروکراکینگ عملکرد در فشار بالای هیدروژن میباشد. همچنین هیدروکراکینگ روشی است بسیار انعطافپذیر که امکان استفاده از خوراکهای مختلف را میدهد. البته خوراک معمول هیدروکراکینگ، نفتگاز سنگین است. در پالایشگاههای کشورمان، هدف اصلی هیدروکراکینگ تولید مواد میانتقطیر (نفت سفید و نفتگاز) از نفتگاز سنگین خلأ میباشد. همزمان با فراوردههایمورد نظر، گاز مایع، بنزین سبک و سنگین نیز تولید میشود[10].
2-8- مشخصات بنزین
بررسی مشخصات بنزینها معمولاً با توجه به کاربردشان در موتور مطرح است. در این قسمت برخی از مهمترین این مشخصات ارائه میشوند.
2-8-1. چگالی

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

چگالی معمولاً به وسیله هیدرومتر در 15°C اندازهگیری شده و بر حسب Kg/l بیان میشود. تغییرات چگالی با دما برطبق رابطه زیر میباشد:
(2-1) ρt=ρ15-k(T-15) 2
که ρtوρ15به ترتیب چگالی در دمای T°C و 15°C می باشند.
K ضریبی است که در مورد بنزینها حدود00085/0 میباشد.
معمولاً مصرف کنندگان بنزین سنگین را ترجیح میدهند چون باعث کاهش مصرف سوخت میشود.
2-8-2. تقطیر
منحنی تقطیر ASTM معرف ترکیب بنزین است و بهطور مثال اطلاعاتی در باره سهولت راه اندازی موتور در سرما در اختیار قرار میدهد. اگر دمای 10% تقطیر بین 50-60°C باشد، مقدار حداقلی از برشهای سبک در بنزین وجود دارد که تبخیرشان برای راهاندازی موتور در سرما کفایت میکند. اگر مقدار50% برگشتی در حدود90-110°C باشد فراریت قسمت میانی بنزین مناسب است و تبخیر سوخت برای شتاب گیری و رانندگی پایدار مناسب است. این اجزاء دارای ارزش حرارتی بالای بوده و لذا در مصرف سوخت مؤثر میباشند. اگر مقدار برگشتی در 90% در حدود160-180°C باشد امکان به کارگیری حداکثر قدرت موتور فراهم میشود و درنهایت نقطهی جوش سنگینترین هیدروکربنها نباید از 200-210°C فراتر رود، چون برخلاف ارزش بالای حرارتی، تولید رسوب در اثر احتراق ناقص برای مصرف کننده مطلوب نمیباشد. و همچنین عوارضی از قبیل رقیق کردن روغن کارتر را رقم میزند. این اشکالات بلافاصله پس از روشن کردن موتور بهوجود میآید[4].
2-8-3. درجه آرام سوزی
قبل از بررسی مفهوم درجه آرامسوزی، نگاهی گذرا به وضعیت احتراق در موتور مینماییم.
وضعیت احتراق سوخت در موتور:
در حالت عادی، احتراق مخلوط هوا-بنزین با جرقه شمع شروع می شود و شعله به صورت امواج هم مرکز با سرعت زیاد در داخل سیلندر منتشر می شود.
هرگاه پیشروی شعله در تمام حجم سیلندر به همین ترتیب ادامه یابد احتراق به آرامی صورت گرفته و با افزایش یکنواخت فشار، پیستون به سمت جلو رانده میشود. این روند شامل چهار مرحله مکش36، تراکم37، انفجار38 و تخلیه39 میباشد که در شکل(2-2)وضعیت احتراق در یک موتور چهار سیلندر به نمایش گذاشته شده است.
شکل (2-2) وضعیت احتراق در پیستون های یک موتور چهار سیلندر
با توجه به شرایط موتور و ماهیت شیمیایی سوخت، گسترش و پیشروی جبهه شعله گازهای سوخته نشده در سیلندر را متراکم می کند و باعثبالا رفتن دمای آن می شود، این پدیده باعث ایجاد احتراق های پیش از موعد مقرر همراه با حالت انفجاری در سیلندر شده که از آن به کوبش یا تقه یادمی شود. علت آن هم احتراق خود به خودی سوخت تحت فشار تراکمی پیستون در سیلندر است. آثار مخرب این پدیده مکانیکی- حرارتی می باشد.
سیستم خنککنندهی خودروها اغلب توانایی حذف گرمای ناشی از انفجار را ندارد لذا با گذشتن از حد معین دمای سیلندرها شرایط برای تشکیل پراکسیدها و احتمال اشتعال رسوبهای کربنی (زغالی شکل) در سر پیستون مهیا می شود، این شعله مانند جرقه شمع عمل می کند و بدین ترتیب با از بین بردن لایه روانکار(Lubricant) باعث چسبیدن قطعات موتور می شود. در شرایط تنظیم شده و تحت کنترل، کیفیت احتراق سوخت در موتور بستگی به ترکیب سوخت دارد و معیار سنجش آن درجه آرام سوزی است[11].
بهعبارت دیگر، عددآرامسوزی عددیاست که نمایانگرمقاومت بنزین در برابر پدیدهی خود اشتعالی میباشد. این پدیده زمانی رخ میدهد که مخلوط سوخت و هوا تحت تاثیر تراکم دخل سیلندر، بدون حضور جرقهی شمع دچار خود اشتعالی بشود[32].

معیار درجهی آرامسوزی با سابقه بیش از 80 سال، برای مشخص کردن کیفیت احتراق سوخت موتورهای درونسوز بهکار میرود. این معیار بر اساس مقایسه کیفیت احتراق سوخت مورد نظر با دو هیدروکربن خالص مبنا که دارای نقطه جوش نزدیک بههم هستند عمل مینماید:
نرمال هپتان هیدروکربن پارافینی با زنجیر مستقیم هفتکربنی که خاصیت انفجاریش زیاد است و به طور قراردادی برای آن درجهی آرام سوزی صفر در نظر گرفته شده است.
ایزواکتان که در حقیقت 4،2،2 تری متیل پنتان است ( و به اشتباه ایزواکتان نامیده میشود)، پارافین شاخه داری است که خاصیت غیر انفجاری دارد و درجهی آرام سوزیش را 100 قرار داده اند.
برای اندازهگیری درجهی آرام سوزی یک سوخت، از موتور CFR استفاده میشود. این موتور تک سیلندر با نسبت تراکم متغیر در سال 1930 توسط شرکت پژوهش سوخت40 ساخته شد. در این موتور تنظیم نسبت هوا و سوخت با تغییر سطح سوخت امکانپذیر میگردد.
شکل(2-3) نمایی از موتور CFR
در این موتور بالا رفتن ناگهانی فشار ناشی از انفجار، باعث پرش سوزنی میشود که بر روی یک غشای انعطافپذیر قرار دارد و به این ترتیب مدار الکتریکی مربوطه بسته میشود. در این مدار یک آمپر سنج وجود دارد که شدت جریان عبوری و در نتیجه، کوبش را نمایش میدهد. همچنین در این موتور کیفیت احتراق سوخت مورد نظر و مخلوطهای مختلفی از ایزواکتان و نرمال هپتان مورد آزمایش و مقایسه قرار میگیرند.
درجه آرامسوزی گزارش شده هر بنزین را می توان درصد حجمی ایزواکتان در مخلوط با نرمال هپتان دانست. درجه آرامسوزی معین می کند که بنزین را در سیلندر تا چه اندازه قبل از آنکه دچار احتراق خود به خودی شود می توان متراکم کرد.درجه آرامسوزی را میتوان به دو روش تعیین کرد: روش پژوهش41 و روش موتور42. در هر دو روش از موتور CFR استفاده میگردد. تفاوت اصلی میان دو روش مربوط به شرایط عمل آنهاست. بدین نحو که روش موتور ( با سرعت دوران 900rpm) نشاندهنده رفتار یک سوخت در رانندگی با سرعت زیاد در جاده است در حالیکه روش پژوهش ( با سرعت دوران 600rpm ) معرف عملکرد سوخت در رانندگی شهری و با سرعت کم میباشد. هنگام گزارش درجه آرام سوزی باید روش بکار رفته را مشخص نمود.
درجه آرام سوزی موتور یک سوخت همیشه کمتر از درجهآرام سوزی پژوهش آن است. اختلاف این دو، حساست سوخت43(S) نامیده میشود که در واقع حساسیت سوخت را نسبت به تغییر شرایط به ویژه تغییر دما نشان میدهد[10-12].
در جدول (2-1) عدد آرامسوزی برخی ترکیبات آورده شده است.
جدول (2-1) مقایسه عدد اکتان برخی ترکیبات[13]

2-9. بهبود درجه آرام سوزی
درجه آرامسوزی هیدروکربنها ارتباط نزدیکی با ساختار شیمیایی آنها دارد. در مورد نرمال پارافینها درجه آرامسوزی با افزایش طول زنجیر کاهش مییابد و در مورد نرمال هپتان به صفر میرسد.
درجه آرامسوزی پارافینها با شاخهدار شدن افزایش مییابد. در مورد پارافینها درجه آرامسوزی موتور معمولاً 2 تا 3 واحد کمتر از درجه آرامسوزی پژوهش است. درجهی آرامسوزی الفینها بیشتر از پارافینهاست و همانند پارافینها بستگی به طول زنجیر و شاخهها دارد. درجه آرامسوزی موتور الفینها 10 تا 15 واحد کمتر از درجهی آرامسوزی پژوهش آنهاست.
درجه آرامسوزی نفتنها بیشتر از همولوگ زنجیریشان میباشد و در مورد آروماتیکها معمولاً بیش از 100 است (115 تا 120). درجه آرام سوزی موتور آروماتیکها نیز حدود 10 واحد کمتر از درجهی آرام سوزی پژوهش آنهاست.
بدین ترتیب در تولید بنزین جهت گیری باید به سوی جریانهای غنی از آروماتیک ( بنزین تولیدی از واحد ریفرمینگ) و ایزو پارافین ( بنزینهای حاصل از فرایند آلکیلاسیون) باشد. الفینهای موجود در بنزینهای کراکینگ نیز با توجه به برخی خصوصیات نامطلوب باید با احتیاط استفاده شوند. به غیر از تنظیم مناسب هیدروکربنها( که ساختار اساسی بنزین را تشکیل میدهند)، اضافه نمودن برخی مواد افزودنی به بنزین نیز موجب بالا رفتن درجه آرامسوزی آنها میشود که در ادامه مطرح خواهد شد[10].
2-10. مواد افزاینده درجه آرامسوزی
بنزین که یک نوع مخلوط شیمیایی میباشد وقتی در موتورهای احتراق داخلی با فشردگی فیزیکی بالا استفاده میشود خیلی زود شعلهور یا منفجر میشودکه موجب آسیب دیدن موتور میشود.برای افزایش درجه آرامسوزی بنزین علاوه بر ترکیبات موجود در نفتخام تقطیر شده میتوان از مواد دیگری نیز کمک گرفت که بهطور مختصر به آنها اشاره میگردد.
2-10-1. سرب
تحقیقات نشان داد که افزایش مقدار کمی از ترکیبات آلی-فلزی (آهن، قلع، ید و سلنیوم) به بنزین، موجب جلوگیری از تشکیل پراکسیدها شده و مانع حالت زود انفجاری بنزین میشود. پس از آزمایشات متعدد مشخص شد که آلکیلهای سرب نظیر تترا متیل سرب (TML) و تترا اتیل سرب (TEL) و نیز مخلوط این دو میتواند مانع احتراق خودبخود شده، با واسطه اکسید سرب(PbO) مقاومت در برابر کوبش را افزایش دهند.
از میان الکیلهای سرب، تترااتیل سرب که مایعی است سمی، نامحلول در آب به چگالی 66/1 و نقطه جوش 205°C ، بیشتر مورد توجه قار گرفت بهطوریکه به مدت طولانی درسراسر دنیا به عنوان ماده افزاینده درجه آرامسوزی بهکار میرفت و در حال حاضر علیرغم محدودیتهای زیست محیطی در برخی کشورهای جهان سوم از این ماده استفاده میشود[9-12].
2-10-2. الکلها
مقارن با محدودیتهای زیست محیطی برای استفاده از ترکیبات سربدار،‌بررسیهایی جهت یافتن مادهی جایگزین انجام شد. یافتهها حاکی از آن بود که برخی ترکیبات آلی اکسیژندار نظیر الکلها و اترها ( متانول، اتانول، پروپانولها، بوتانولها، متیل و اتیل اترها، متیل ترشیری بوتیل اتر، اتیل ترشیری بوتیل اتر، ترشیری آمیل متیل اتر) با دارا بودن درجه آرامسوزی بالا میتوانند در بهبود خاصیت آرامسوزی بنزینها مؤثر باشند. در این مورد بیشتر از الکلهای سبک نظیر متانول و اتانول استفاده میشود[9-12].
2-10-3. متیل ترشیری بوتیل اتر (MTBE )
متیل ترشیری بوتیل اتر هیدروکربن اکسیژنداری است که به عنوان یک افزایندهیدرجهی آرامسوزی از دهه 80 میلادی مورد توجه قرار گرفته است. این ماده ترکیبی آلی با فرمول شیمیایی C5H12O، مایعی بیرنگ قابل اشتعال و با بویی شبیه به روغن سوخته است که حلالیت نامحدودی در تمام حلالهای آلی متداول و تمامی هیدروکربنها دارد. ارزش گرمایی متیل ترشیری بوتیل اتر بالا و نقطه انجماد آن در حدی مطلوب قرار دارد. ماده فوق در اثر افزایش متانول به ایزوبوتن در حضور کاتالیزور اسیدی تولید میشود[9].
انحلالپذیری این ماده در آب بسیار بالا و در حدود 540mg/lدر دمای 25°C گزارش شده است[12]. و در تمامی نسبتها میتواند با بنزین مخلوط شود،‌بههمین دلیل مسأله جدایی فازها پیش نمیآید. متیل ترشیری بوتیل اتر در مقابل اکسیداسیون بسیار پایدار بوده و مشخصات فیزیکی مناسب و درجه آرامسوزی بالا، آنرا به یک افزودنی عالی بدل مینماید. تنها اشکال آن گرانی است(6 تا 7 برابر گرانتر از تترااتیل سرب برای رسیدن به درجه آرامسوزی مناسب)[10].
در سالهای اخیر و با توجه قوانین محدود کننده استفاده از متیل ترشیری بوتیل اتر بعلت حلالیت بالا در آب و مشکل بودن جداسازی آن از آب، سیاستهای تولید به سمت اعمال تغییرات در فرایندها جهت افزایش هرچه بیشتر درجه آرامسوزی معطوف گردیده است.
2-11.پیشینهی تحقیق
درجهی آرام سوزی بیان کننده خواص ضد ضربه ای و بعبارتی توانائی بنزین در مقابل ضربه هنگام سوختن در محفظه احتراق می باشد. از آنجائیکه درجه آرام سوزی اختلاط بنزین از حالت غیر خطی تبعیت می نماید روش های مختلف و پیچیده ای برای پیش بینی دقیق درجه آرام سوزی مورد نیاز می باشد.
2-11-1.مدل ایدهآل44 (مدل خطی)
در این مدل درجه آرام سوزی اختلاط به صورت ترکیبی از درصدهای حجمی اجزای تشکیل دهنده بنزین در مقادیر درجه آرام سوزی مربوزه به دست می آید. رابطه مربوطه به صورت زیر است:
〖(ON)〗_blend=∑_(i=1)^n▒〖u_i (ON)_i 〗 (3-2)
که 〖(ON)〗_iدرجه آرام سوزی (موتور یا پژوهش) مخلوط، u_i درصد حجمی جزء i و 〖(ON)〗_iدرجه آرام سوزی (موتور یا پژوهش) جزء i می باشد [7-16].
2-11-2. مدل اتیل آر تی
مدل اتیلآرتی یکی از روشهای بسیار قدیمی موجود در منابع است که هلی45 در سال 1959 آن را بیان نمود. از این روش بهعنوان شاخص برای تایید روشهای جدید استفاده میشود. این مدل هم غیرخطی بوده و هم غیر خطی بودن اختلاط صریحاً به صورت تابعی از حساسیت، مقادیر الفین وآروماتیک هر جزء بیان گردیده است.
〖RON〗_blend= ¯r+a_1 (¯rs-¯r ¯s)+a_2 (¯(O^2 )-¯O^2 )+ a_3 (¯(A^2 )-¯A^2 ) (4-2)
〖MON〗_blend= ¯m+a_4 (¯ms-¯m ¯s)+a_5 (¯(O^2 )-¯O^2 )+ a_6 [(¯(A^2 )-¯A^2)/100]^2 (5-2)
که r، mو s به ترتیب بیان کننده مقادیر RON و MON و حساسیت میباشند. O و A نیز مقادیر الفین و آروماتیک را به صورت درصد حجمی و a1, a2, … a6 برای تعیین RON و MONهستند که برای تخمین این پارامترها اطلاعات زیر مورد نیاز میباشند:
RON و MONو مقادیر الفین و آروماتیک هر برش خالص
RON و MON هر اختلاط.
یکی از مزایای این معادله توانایی گسترش آن میباشد. بهعنوان مثال میتوان تاثیر عوامل دیگر نظیر گوگرد را در درجه آرام سوزی اختلاط با اضافه کردن عبارتی مشابه عبارت غیرخطی مربوط به مقادیر آروماتیک و الفین به رابطه، در نظر گرفت. انحراف استاندارد خطای پیش بینی برای اختلاط بدون سرب، 82/0 و 79/0 درجه آرام سوزی برای RON و MON در حالت برون یابی و 92/0 و 61/0 درجه آرام سوزی برای RON و MON در حالت برون یابی می باشد [6].
2-11-3. مدل اثر متقابل46
این روش در ابتدا توسط موریس47 در سال 1975 بیان گردید. در این روش، غیرخطی بودن توسط جملهی اثرمتقابل بیان میگردد. این جمله درواقع تأثیر یک عامل را بر روی عامل دیگر به نمایش میگذارد و بهصورت تجربی بیان گردیده است. در این روش غیر خطی بودن درجهیآرام سوزی مخلوط بر روی اثر متقابل بین اجزای شرکت کننده در اختلاط توزیع شده است و درجهیآرام سوزی مخلوط با اضافه کردن جمله اثر متقابل به میانگین حجمی درجهیآرام سوزی بیان می گردد. فقط اثر متقابل بین دو جزء در نظر گرفته شده است و از اثر متقابل بین سه جزء و بیشتر صرفنظر شده است[7]و [11-9]. برای یک سیستم با تعداد n جزء، درجه آرام سوزی اختلاط (پ‍‍ژوهش یا موتور) بدین ترتیب مقایسه میگردد.
〖(ON)〗_blend= ∑_(i=1)^n▒〖[u_i (ON)_i ]+∑_(k=i+1)^n▒〖(u_i u_k I_(i,k))〗〗 (6-2)
که I_(i,k) ضریب اثر متقابل دوگانه بین هر جفت از اجزا میباشد که با استفاده از درجه آرام سوزی هر جفت خالص و درجه آرام سوزی مربوط به اختلاط 50-50 آنها و با استفاده از رابطه زیر به دست میآید:
I_(i,k)=4(ON)_(i,k)-2[(ON)_i+(ON)_k ] (7-2)
که (ON)_(i,k) درجه آرامسوزی اختلاط 50:50 اجزا میباشد.
بنابراین برای یک سیستم n جزئی تعداد ضرایب اثرمتقابل بین هر جفت از اجزاء n(n-1)/2تعداد برای درجهیآرامسوزی موتور و پژوهش میباشدو در کل باید تعداد n(n-1) پارامتر تعیین گردند.دادههای تجربی مورد نیاز برای تعیین این پارامترها عبارتند از:

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید