21992

21992

مطالعه و بررسي تجربي كاهش آلايندگي سامانه هاي احتراقي با به كارگيري سوخت بيو ديزل و نانوذرات

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي - طراحي فرايند

1398/8/28

دكتر محمدامين ثباتي

مهندسي شيمي

با توجه به رشد جمعيت ، با افزايش مصرف انرژي ، كاهش سطح ذخاير نفتي و افزايش گازهاي آلاينده (NOX ، CO2 ، CO ، VOCs ، دوده ، PM ، آكرولئين و فرمالدئيد) مواجه هستيم كه باعث گرم شدن كره زمين ، تهديد جدي سلامتي و تخريب محيط زيست مي شود. اين مطالعه با هدف كاهش گازهاي حاصل از احتراق بيوديزل با استفاده از نانوذرات فلزي انجام شد. بيوديزل استفاده شده در اين مطالعه از روغن¬هاي پسماند خوراكي تهيه شد. سپس بعد از تعيين مشخصات بيوديزل توليدي و تعيين نوع و ميزان متيل استرهاي موجود در آن با استفاده از كروماتوگرافي گازي (GC-FID) ، اثر افزودن نانوذرات مختلف شامل اكسيد سريم ،اكسيد آلومينا گاما و اكسيد كبالت (CeO2 ، Al2O3 و Co3O4 ) به بيوديزل خالص در كاهش آلايندگي آن در يك سامانه احتراقي مورد ارزيابي قرار گرفت. نانوذرات در فرآيند احتراق نقش كاتاليزور رو بازي مي¬كنند و سرعت احتراق را افزايش داده و باعث احتراق كامل¬تر مي¬شود. اين نانوذرات به طور جداگانه ، تركيبات دوتايي و سه گانه در سه غلظت (25 ، 50 و 100 ppm) در بيوديزل خالص مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج حاصل از آنلايز بيوديزل توليد شده و مقايسه آن با استاندارد نشان داد كه بيشترين ميزان متيل استر موجود در آن به C16:0 و C20:0 تعلق دارد. براي آزمايشات ، از يك ديگ بخار نيمه صنعتي و آنالايزر گاز (Testo 350z) براي محاسبه ميزان گازهاي خروجي از دودكش (CO ، CO2 و NOX) استفاده شد. نتايج نشان داد كه گاز CO حاصل از احتراق نمونه هاي حاوي نانوذرات اكسيد سريم و اكسيد كبالت بصورت جداگانه و تركيب دوتايي آن¬ها نسب به بيوديزل خالص كاهش يافت ، همچنين مقدار انتشار CO براي تركيب سه تايي نانوذرات در غلظت 50 پي¬پي¬ام نسبت به بيوديزل خالص كاهش 40 درصدي داشت. انتشار گاز NOX براي تمامي نمونه¬ها ( جز نمونه حاوي 25 پي¬پي¬ام اكسيد آلومينا) نسبت به بيوديزل خالص كاهش يافت كه بيشترين ميزان كاهش در نمونه حاوي نانوذرات اكسيد سريم و كبالت بصورت تركيبي در غلظت 100 پي¬پي¬ام مشاهد شد. دراين حالت NOX توليد شده نسبت به بيوديزل خالص 39 درصد كاهش يافت. در خصوص گاز CO2 ميتوان گفت كه ميزان درصد اين گاز در خروجي دودكش براي تمام نمونه¬ها (جز نمونه حاوي 25 پي¬پي¬ام تركيب سريم وكبالت اكسيد) نسبت به بيوديزل خالص افزايش يافت.

1399/04/16

Experimental study of combustion systems emission reduction using biodiesel fuel and nanoparticles

11/18/2020 12:00:00 AM

This study aimed to reduce the production of biodiesel combustion gases using metal nanoparticles. The nanoparticles used in this study include CeO2, Al2O3 and Co3O4. These nanoparticles were used separately, binary and triad compounds in three concentrations (25, 50 and 100 ppm) in pure biodiesel. The biodiesel used in this study was prepared from waste cooking oils. Then, after characterizing the produced biodiesel and determining the type and amount of methyl esters contained therein by gas chromatography (GC-FID), the effect of adding different nanoparticles including cerium oxide, alumina gamma oxide and cobalt oxide (CeO2, Al2O3 and Co3O4) to the neat biodiesel was evaluated in a combustion system to reduce its emissions. Nanoparticles play the role of catalysts in the combustion process, increasing the combustion speed and resulting in more complete combustion. These nanoparticles were used separately, binary and triple compounds at three concentrations (25, 50 and 100 ppm) in neat biodiesel. The results of biodiesel analysis produced by comparison with standard showed that the highest amount of methyl ester belonged to C16: 0 and C20: 0. For the experiments, a semi-industrial boiler and gas analyzer (Testo 350z) were used to calculate the amount of exhaust gas (CO, CO2 and NOX). The results showed that the CO gas produced by combustion of samples containing cerium oxide and cobalt oxide separately and their binary composition decreased relative to neat biodiesel, as well as the CO emission value for the ternary compound at 50 ppm. The percentage of neat biodiesel decreased by 40%. NOX emissions decreased for all samples (except the sample containing 25 ppm alumina) relative to pure biodiesel, with the highest reduction observed in samples containing cerium oxide and cobalt nanoparticles in a concentration of 100 ppm. In this case, NOX production decreased 39 percent over pure biodiesel. Concerning CO2 gas, the percentage of this gas in the flue exhaust for all samples (except the sample containing 25 ppm cerium and cobalt oxide) was higher than that of pure biodiesel.