تولید سوخت پاک توسط محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر
باشگاه خبرنگاران/ محققان دانشکده مهندسي شيمي دانشگاه صنعتي اميرکبير با ارائه روشي براي توصيف رفتار سيال در رآکتور جريان برخوردي، راهکاري براي توليد سوخت پاک منطبق بر استانداردهاي جهاني ارائه کردند. هدي صفائي مجري طرح با بيان اينکه گازوئيل به طور طبيعي شامل يکسري ترکيبات گوگرددار از قبيل "تيوفن"هاست، گفت: اين ترکيبات هنگام سوختن گازوئيل در موتور خودروها، اکسيدهاي گوگرد توليد ميکنند که اين امر انتشار آلايندههايي از قبيل اکسيدهاي گوگرد در جو زمين را در پي دارد. بارانهاي اسيدي، نابودي جنگل و آلودگي آب وي تشديد پديده گلخانهاي و گرمايش زمين را از پيامدهاي انتشار گازهاي آلاينده در جو نام برد و يادآور شد: اين گازهاي همچنين علاوه بر آنکه در انسان مشکلات تنفسي ايجاد ميکند و منجر به بارش بارانهاي اسيدي خواهد شد که اين امر منجر به نابودي جنگلها و آلودگي آبها خواهد شد. صفايي اضافه کرد: به منظور حفظ محيط زيست و جلوگيري از انتشار آلايندههايي مثل اکسيد گوگرد در جو زمين، در سالهاي اخير قوانين سختگيرانهاي بر ميزان مجاز گوگرد موجود در سوختهاي فسيلي از قبيل گازوئيل وضع شده و بر اين اساس در ايران تلاشهايي در اين زمينه صورت گرفته است. مجري طرح عرضه سوخت با استاندارد يورو ۴ (سوخت با محتواي گوگرد کمتر از ppm ۵۰) به مصرفکنندگان را از جمله اين اقدامات نام برد و اظهار کرد: اين در حالي است که محتواي مجاز گوگرد در سوختهاي فسيلي در اروپا و امريکا و ساير کشورهاي توسعه يافته کمتر از ۱۰ PPm در نظرگرفته شده است. وي ادامه داد: با توجه به مشکلات آلودگي هوا از قبيل پديده وارونگي در زمستانها در تهران و يا آلودگي هواي کلان شهر اهواز، مطالعه و پژوهش در اين باره و ارائه روشهايي که قابليت توليد سوخت با محتواي گوگرد کمتر داشته باشد، بسيار ضروري است. به کارگيري رآکتور جريان برخوردي در اکسايش ۴ و ۶-دي متيل دي بنزوتيوفن صفايي از اجراي طرح تحقيقاتي با عنوان "به کارگيري رآکتور جريان برخوردي در اکسايش ۴ و ۶-دي متيل دي بنزوتيوفن" خبر داد و گفت: روش اصلي گوگردزدايي در پالايشگاههاي ايران و جهان هيدرودي سولفوريزاسيون است. گرچه اين روش بسيار خوبي است و از مدتها قبل تجاري شده است، ولي توليد سوخت پاک که با استانداردهاي جهاني مطابقت داشته باشد از اين راه به سختي انجام ميشود؛ زيرا يکسري ترکيبات تيوفني در گازوئيل وجود دارند که نسبت به هيدرودي سولفوريزاسيون بسيار مقاوم هستند و به سختي توسط اين فرآيند حذف ميشوند. اين محقق يکي از راههاي بهبود حذف ترکيبات تيوفني، اکسايش اين ترکيبات ذکر کرد و ادامه داد: در فرآيند اکسايش ترکيبات تيوفني، يک اکسيد کننده در فاز آبي با يک ترکيب تيوفني که در فاز آلي است، واکنش ميدهد. از آنجايي که فاز آبي و آلي در کنار هم امولسيون تشکيل ميدهند، انتقال جرم و انجام واکنش بين ۲ فاز به سختي انجام ميشود و اين فرآيند به طور معمول نيازمند همزدنهاي طولاني مدت است. وي اضافه کرد: از اين رو محققان در سراسر دنيا بسيار تلاش کردند تا از طريق بهبود خواص کاتاليست، به کارگيري اکسيدکننده فعال يا به کارگيري مواد فعال سطحي بر اين اشکال فرآيندي غلبه کنند و زمان انجام واکنش را کاهش دهند، ولي تاکنون توجه کمتري به بکارگيري يک تجهيز فرآيندي که قابليت غلبه بر محدوديتهاي انتقال جرم و حرارت را داشته باشد، شده است. صفايي با تاکيد بر اينکه در اين زمينه سيستمهاي برخوردي در بهبود فرآيندهاي انتقال جرم عملکرد ممتازي دارند، يادآور شد: در آزمايشگاه دکتر سهرابي در دانشکده مهندسي شيمي دانشگاه صنعتي اميرکبير تجربه خوبي در به کارگيري رآکتورهاي جريان برخوردي براي بهبود فرآيندها وجود دارد و بيش از سي مقاله علمي توسط وي و همکارانش درباره موضوع طراحي و ساخت رآکتورهاي جريان برخوردي، مدل سازي آنها و به کارگيري آنها در واکنشها به چاپ رسيده است. وي افزود: به همين علت در اين تحقيق با به کارگيري رآکتور جريان برخوردي تلاش شده است که اکسايش ۴ و ۶-دي متيل دي بنزوتيوفن بهبود داده شود و اين واکنش در مدت زمان کوتاهتري انجام شود. صفايي به جزئيات اجراي اين طرح اشاره کرد و گفت: در اين تحقيق، ابتدا يکسري آزمايشهاي مقدماتي بر واکنش مورد نظر انجام شد. به اين ترتيب که اثر پارامترهاي موثر بر اين فرآيند از قبيل دما، مقدار کاتاليست، مقدار اکسيدکننده و دبي جريانهاي تزريقي بررسي شد. مجري طرح ادامه داد:بعد از تعيين مقدار بهينه پارامترهاي مختلف، آزمايش در شرايط بهينه در رآکتور جريان برخوردي انجام شد. سپس اين آزمايش در رآکتور ناپيوسته که به طور معمول براي انجام واکنش گوگردزدايي اکسايشي به کار گرفته ميشود، تکرار شد. به گفته اين دانش آموخته دانشگاه صنعتي اميرکبير نتايج به دست آمده نشان ميدهد استفاده از رآکتور جريان برخوردي در شرايط مشابه و در مدت زمان يکسان، ميزان حذف ۴ و ۶-دي متيل دي بنزوتيوفن را تا دو برابر افزايش ميدهد. وي ادامه داد: همچنين در اين تحقيق براي اولين بار، اثر دبي جريانهاي برخوردي بر سينتيک واکنش اکسايش ۴ و ۶- دي متيل دي بنزوتيوفن بررسي شده است. صفايي در عين حال خاطر نشان کرد: با توجه به اينکه انواع مختلفي از ساختار براي رآکتورهاي جريان برخوردي وجود دارد، انتخاب ساختار مناسب براي رآکتور بسيار زمان بر بود که براي انجام اين کار يک ساختار از رآکتور جريانهاي برخوردي شامل دو جريان مماسي و يک جريان محوري طراحي و ساخته شد. وي با بيان اينکه در آزمايشگاه تحقيقاتي سهرابي، تمايل زيادي براي ساخت و طراحي انواع جديد از ساختارهاي رآکتورهاي جريان برخوردي و مدلسازي آنها وجود دارد، اظهار کرد: در ساختار جديد، چرخش داخلي سيال در درون رآکتور تا حد خيلي زيادي تشديد ميشد. چرخش داخلي سيال در همه رآکتورهاي جريان برخوردي اتفاق ميافتد و امري اجتناب ناپذير است، ولي در اين ساختار خاص تا حد خيلي زيادي تشديد ميشود. با اينکه برخي روشهاي مدلسازي مثل مدل زنجيره مارکو توانايي اثبات شدهاي در توصيف الگوي جريان سيال در رآکتورهاي برخوردي دارند، هيچ کدام از آنها قادر به توصيف چرخش سيال در رآکتور ساخته شده نبودند. وي اضافه کرد: در روش پيشنهادي از رياضيات پيشرفته و معادلات لاپلاس معکوس براي توصيف رفتار سيال در رآکتور جريان برخوردي استفاده شد. خوشبختانه مدل ارائه شده، انعطاف پذيري خوبي دارد و به خوبي چرخش داخلي سيال را در رآکتور جريان برخوردي پيش بيني و توصيف ميکند. مجري طرح حاصل اين کار تحقيقاتي را دو مقاله دانست که يکي از آنها براي چاپ در مجلات ISI پذيرفته شد و ديگري تحت داوري است و يادآور شد: آزمايشهاي بيشتر بر رآکتور ساخته شده، نشان داد که انجام اين فرآيند در رآکتور جريان برخوردي با جريانهاي پاششي از نظر فرآيندي بسيار آسانتر و ارزانتر است. به گفته اين محقق اين دانش بعد از تجاري شدن، قابليت به کارگيري در پالايشگاهها براي توليد سوخت پاک مطابق استاندارهاي جهاني را دارد و پيشنهاد ميشود اين فرآيند بعد از فرآيند هيدرودي سولفوريزاسيون براي حذف ترکيبات گوگردي از قبيل تيوفنها به کار گرفته شود. طرح "به کارگيري رآکتور جريان برخوردي در اکسايش ۴ و ۶-دي متيل دي بنزوتيوفن" از سوي هدي صفايي دانش آموخته دانشگاه صنعتي اميرکبير و با راهنمايي دکتر مرتضي سهرابي (چهره ماندگار شيمي کشور که سال ۱۳۹۳ به ديار باقي شتافتند) و دکتر کاووس فلامکي و با مشاوره دکتر جاويد روئيايي اجرايي شد. وي با تکرار اينکه در آزمايشگاه تحقيقاتي سهرابي، تجربه زيادي براي ساخت و طراحي انواع جديد از ساختارهاي رآکتورهاي جريان برخوردي و مدلسازي آنها وجود دارد. مجري طرح گفت:حاصل کار ۶ مقاله است، دو تا در کنفرانسهاي داخلي ارائه شده، دو تا براي چاپ در ISI پذيرفته شده و دو تاي ديگر براي چاپ در ژورنالهاي ISI تحت داوري است. به گفته اين محقق اين دانش بعد از تجاري شدن، قابليت به کارگيري در پالايشگاهها براي توليد سوخت پاک مطابق استاندارهاي جهاني را دارد و پيشنهاد ميشود اين فرآيند بعد از فرآيند هيدرودي سولفوريزاسيون به عنوان مکمل براي حذف ترکيبات گوگردي از قبيل تيوفنها به کار گرفته شود.