تولید نفت کوره از ضایعات پلی اتیلن سبک LDPE

تولید نفت کوره از ضایعات پلی اتیلن سبک LDPE و ترکیب آن در عملکرد موتور

با کاهش منابع نفتی و افزایش تقاضای انرژی، محققان درحال بررسی راه هایی برای تبدیل ضایعات به سوخت های باکیفیت که می توانند جایگزین سوخت های فسیلی شوند هستند. باوجود نگرانی های روزافزون از تجمع ضایعات پلاستیکی، این ضایعات می تواند منبع ارزشمندی باشد. این مطالعه به بررسی پتانسیل نفت کوره (FO) تهیه شده از ضایعات پلاستیکی (پلی اتیلن سبک) به عنوان یک منبع سوخت می پردازد. روغن های سوختی از پلی اتیلن سبک به ترتیب در دمای 340 و 450 درجه سانتیگراد تولید شدند. خواص این روغن ها و ترکیبات آنها با گازوئیل تجاری با استفاده از انجمن تست و مواد آمریکا (ASTM) تجزیه و تحلیل شدند. سپس آزمایشات موتور با استفاده از روغن سوخت، درمقایسه با دیزل انجام شد. این ترکیب همچنین حاوی مقدار نسبتا بیشتری دی اکسید کربن (CO₂)، دی اکسیدهای نیتروژن (NOₓ) و هیدروکربن نسوخته (HC) است. با این حال، شباهتی در عملکرد حرارتی ترمز، مصرف سوخت و انتشار مونوکسید کربن از نفت کوره و گازوئیل وجود دارد. علاوه براین، افزودن گازوئیل به نفت کوره عملکرد موتور را بهبود می بخشد. خواص نفت کوره به‌دست‌آمده از پلی اتیلن سبک با گازوئیل قابل قیاس بود که استفاده مستقیم بالقوه از آن را به عنوان سوخت موتور یا خوراک پالایشگاه نشان می دهد. موتور یکنواخت عمل می کند و با 30 درصد ترکیب، بازدهی حرارتی ترمز بهبود یافته و مصرف سوخت نسبت به گازوئیل خالص کاهش می یابد. این امر نیاز به تحقیقات بیشتر درمورد تقسیم بندی سوخت یا تغییرات موتور را باهدف بهینه سازی عملکرد و به حداقل رساندن انتشار بیان می کند.

قرن بیست و یکم به "عصر پلاستیک" شناخته می شود؛ به این معنا که پلاستیک در زندگی انسان ادغام شده است. در اوایل قرن هفدهم، پلاستیک به معنای "قالب کردن" موادی تعریف شد که به راحتی به شکل‌ها و طرح های مختلف تبدیل می شوند. از پلاستیک می‌توان به دلیل خواص متنوعی که دارد ازجمله نسبت استحکام به وزن، سفتی، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی، پایداری حرارتی و عایق الکتریکی در کاربردهای مختلف استفاده کرد. هزینه کم، تطبیق پذیری و دوام پلاستیک موجب افزایش تقاضا در بازارهای نوظهور شده است. روزانه بیش از 300 نوع پلاستیک به عنوان پلاستیک های همه منظوره یا مهندسی طبقه بندی می شوند. استفاده از پلاستیک در صنعت بسته بندی روبه افزایش است و به تبع، نگرانی هایی از ایمنی آن نیز وجود دارد؛ یک پایگاه داده 900 ماده شیمیایی مرتبط با بسته‌بندی‌ های پلاستیکی را شناسایی کرده است که 63 مورد از آنها بالاترین تاثیر را بر سلامتی انسان دارند و 68 مورد دارای اثرات منفی زیست محیطی هستند. به چند علت بایستی خطرات این مواد شیمیایی را درک کرد. اول، بسته بندی پلاستیکی می تواند شامل انواع مختلفی از پلاستیک و مواد افزودنی باشد. دوم، بسیاری از مواد شیمیایی به کار رفته در بسته بندی های پلاستیکی به درستی ثبت نشده اند. پرمصرف ترین پلاستیک ها شامل پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی استایرن (PS) و پلی یورتان (PU) می شود. گزارش سازمان ملل حاکی از تغییر رویه از پلاستیک های بادوام به SUP ها است به طوری که استفاده از SUP در بسته بندی بر تولید آن غالب است. این امر تولید جهانی پلاستیک در سال 2018 را به 360 میلیون تن متریک در سال افزایش داده است و SUP نیمی از پلاستیک های مصرف شده را تشکیل می دهند. PP و PE کاربرد گسترده ای در ساخت محصولات یکبار مصرف مانند بسته بندی و بطری دارند. از پلاستیک های یکبار مصرف نیز در کشاورزی برای تولید فیلم های مالچ پاشی و گلخانه ها استفاده می شود. بسیاری از SUP ها پس از یک بار استفاده دور ریخته یا در محل های دفن زباله دفن می شوند که به آلودگی اقیانوس ها، رودخانه ها و خاک منتهی می شوند. این ضایعات پلاستیکی به محیط زیست آسیب می رسانند. با این حال، بایستی ازطریق دولت ها و موافقت نامه های بین المللی آنها را مدیریت کرد. تنوع باورنکردنی و مقرون به صرفه بودن پلاستیک زندگی روزمره را متحول کرده است؛ از صنعت بسته بندی گرفته تا تولید مصالح ساختمانی. کاربردهای بی شماری برای پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) وجود دارد. در جدول زیر انواع متداول پلاستیک ها و خواص آنها در بسته بندی و ساخت مصالح ساختمانی ارائه شده است.

جدول 1:

همچنین شکل زیر جریان و تجمع پلاستیک در چین را نشان می دهد.

شکل 1:

با تمرکز بر پنج پلاستیک کلیدی (به دلیل دسترسی به داده های بهتر)، در شکل بالا سفر آنها از تولید تا مصرف (1978-2017) ازطریق ساخت محصولات مختلف نشان داده شده است. سپس این محصولات در شش بخش مختلف مورد استفاده قرار گرفته و درنهایت، به مرحله پایان عمر خود می رسند که ممکن است بازیافت شده و یا وارد چرخه مدیریت زباله شوند. هر بخش از این شکل مراحل مختلف چرخه زندگی پلاستیک را نشان داده و فلش ها نیز حرکت پلاستیک را بین این مراحل نشان می دهند.

ترکیب روغن سوخت (FO) با دیزل عملکرد موتور و انتشار گازهای گلخانه ای را تحت تاثیر قرار می دهد. این مطالعه بر سه حوزه کلیدی احتراق، ترکیب گازوئیل و FO، و انتشار گازهای گلخانه ای متمرکز است. این مطالعه همچنین دیزل خالص را با مخلوط های 10، 20 و 30 درصدی FO مقایسه می کند. عملکرد موتور نیز با ترکیبات 25 تا 100 درصدی FO، محدود به نویز و لرزش بررسی شده اند. ارزیابی عملکرد موتور با روغن سوخت مخلوط (FO) و دیزل بر روی بازدهی حرارتی ترمز (BTE) و مصرف سوخت مخصوص ترمز (BSFC) متمرکز است. BTE منعکس کننده خروجی کار قابل استفاده به عنوان درصدی از انرژی سوخت ورودی است درحالی که BSFC مصرف سوخت را در هر واحد خروچی برق نشان می دهد. BSFC کمتر به معنی مصرف سوخت بهتر است. در اینجا BTE و BSFC موتور که بجای ترکیبات مختلف (برای مثال 10، 20 و 30 درصد) با گازوئیل خالص (B0) کار می کند بررسی شده اند. در حالت ایده آل، BTE و BSFC هر دو با افزایش FO بهبود می یابند که نشان دهنده بازدهی بهتر و مصرف سوخت کمتر است. صدای موتور، لرزش و دود اگزوز (NOₓ، CO، CO₂ و دود) بسیار مهم هستند. افزایش صدا، ارتعاش، یا احتراق ناقص می توانند عملکرد موتور را مختل کنند. حتی اگر مصرف سوخت بهبود می یابد، افزایش آلاینده های مضر مزایای زیست محیطی را مختل خواهند کرد. تحلیل این پارامترها ترکیب بهینه دیزل-FO را برای موتور تعیین کرده و همچنین بازدهی سوخت، سلامت موتور و خروجی آلایندگی را متعادل می کند.

نتیجه گیری

در این مطالعه تجربی نفت کوره پلی اتیلن سبک (FO) پیرولیز شده به عنوان یک جایگزین بالقوه برای سوخت دیزل در موتور CI کشف شد. موتور به طور مداوم با ترکیبات FO کار می کرد و احتراق آن با دیزل مشابه بود؛ اگرچه برخی تفاوت های مهم نیز مشاهده شد. بازده حرارتی ترمز (BTE) شاید در ترکیب با FO در بار کامل به دلیل افزایش اتلاف حرارتی اندکی کمتر بوده است. با این حال، مصرف سوخت مخصوص ترمز (BSFC) کمتری را نشان دادند (از 0.0 واحد به یک مقدار خاص در ترکیب) درمقایسه با دیزل مشاهدهش د که نشان دهنده بهره وری بهتر سوخت به دلیل ارزش بالای کالری (محتوای انرژی) در ترکیبات FO است. BTE در برخی از ترکیبات FO (10 و 20 درصد در بار 25 درصدی، 20 درصد در بار 75 درصدی) به علت وجود ترکیبات اکسیژن از گازوئیل پیشی گرفت. درحالی که ترکیبات FO بازدهی سوخت را بهبود می بخشدند (BSFC کمتر و به طور بالقوه مصرف سوخت کلی کمتر)، صدا و لرزش موتور با محتوای 30 درصدی FO بسیار افزایش یافت. با این حال، به نظر می رسد درصورت استفاده از ترکیب 20 درصدی FO در طولانی مدت عملکرد و رفتار موتور متعادل شود.