مهندسی شيمی و نفت 3

[فلفل نمك]

تبدیل مواد آلی به کروژن و گاز


در باره نحوه تبدیل مواد آلی رسوبات به نفت و گاز با مطالعات جدید ژئوشیمیائی و جمع آوری اطلاعات تجربی ثابت شده است که قسمت اعظم هیدروکربنهای طبیعی در اثر کراکینگ کروژن ناشی از حرارت زمین (ژئوترمال) تولید می گردد. همانطور که بیان گردید برای بوجود آمدن نفت و گاز وجود مواد آلی فراوان و تشکیل کروژن در هنگام دیاژنز رسوبات ضروری می باشد. پس سنگ مادر (Source Rock) سنگی است که دارای مقدار کافی کروژن باشد. شرایط مساعد رسوبی برای تجمع و ذخیره شدن مواد آلی شامل گیاهان و جانوران دریائی و همچنین مواد آلی خشکی که توسط رودخانه ها به حوزه رسوبی حمل می گردد، رسوبات رسی و یا گل کربناته (ریزدانه بودن و محیط آرام رسوب گذاری) می باشد. علاوه بر این محیط کف دریا بایستی محیط احیاء کننده باشد تا از اکسیدشدن مواد آلی جلوگیری بعمل آید.
طبیعی است هرچه میزان کروژن در سنگ مادر بیشتر باشد توانائی بیشتری برای تولید هیدروکربن وجود دارد لکن علاوه بر درصد مواد آلی، سنگ مادر بایستی ضخامت کافی نیز داشته باشد. براساس مطالعات ژئوشیمیائی انجام شده برای اینکه سنگ مادری بتواند هیدروکربن تولید نماید باید دارای حداقل تراکمی از کربن آلی باشد که از آن کمتر قادر به تولید هیدروکربن نخواهد بود. این حداقل عمدتا” ۵/۰ درصد کربن آلی برآورد می شود.
سنگ مادرهائی که در حوزه های رسوبی ایران دیده می شود نظیر سازند کژدمی در ناحیه زاگرس حدود ۱۰-۵ درصد کربن آلی دارد که بیشتر از جلبکها منشاء گرفته است.
هیدروکربنها در اثر کراکینگ کروژن بوجود می آیند. کراکینگ کروژن عمدتا” در درجه حرارتهای ۱۰۰-۸۰ درجه سانتیگراد شروع می شود. این درجه حرارت در یک ناحیه رسوبی با درجه حرارت ژئوترمال طبیعی معادل عمقی بین ۳۰۰۰-۲۰۰۰ متر می باشد. بنابراین یک سنگ مادر هرچه قدر هم ضخیم و غنی از مواد آلی باشد تا در اعماق فوق قرار نگیرد نمی تواند هیدروکربن تولید نماید. بر همین اساس ابتدا نفت خام سنگین تولید می گردد. چگالی و وزن مخصوص نفت خام با ازدیاد عمق کاهش می یابد. هرچه قدر سنگ مادر عمیقتر مدفون گردد نفت تولید شده سبکتر است و گاز معمولا” محصول آخرین این فعل و انفعالات است.
بنابراین ابتدای نفت های بسیار سنگین، نفتهای پارافینیک، نفتهای سبک، نفتهای میعانی و نهایتا” گاز بدست می آید. وقتی درجه حرارت از ۱۶۵ درجه سانتیگراد ***** کند فقط گاز تولید خواهد شد یعنی تقریبا” از عمق ۵۰۰۰ متر بیشتر (ضخامت رسوبی) احتمال یافتن نفت بسیار کم می شود و فقط می توان انتظار یافتن گاز را داشت. در درجه حرارتهای بالاتر از ۲۳۰ درجه سانتیگراد کروژن یک بافت گرافیتی ثابت پیدا می کند که با ازدیاد درجه حرارت هیدروکربنی تشکیل نمی شود (نسبت هیدروژن به کربن تغییر نمی یابد). به طور کلی ازدیاد عمق باعث ازدیاد درجه حرارت می گردد که این ازدیاد درجه حرارت دو اثر دارد:
الف- کراکینگ کروژن و تبدیل مولکولهای بزرگ به مولکولهای کوچکتر مانند تشکیل نفت و گاز
ب- پلیمریزاسیون مولکولها که به تشکیل متان و گرافیت ختم می گردد (کروژنهای گرافیتی)
گازطبیعی موجود در مخازن عمدتا” از متان، اتان، پروپان، بوتان و تعداد بسیار ناچیزی از هیدروکربنهای سنگینتر تشکیل می گردد. نفت مایع از بوتان به بالا است.
نکته مهم دیگری که در مورد تشکیل هیدروکربنها وجود دارد زمان زمین شناسی می باشد. به عبارت دیگر رسوبات قدیمی تر (از نظر زمین شناسی) در درجه حرارتهای پائین تر، همان محصولی را می دهد که سنگ مادری با سن زمین شناسی کمتر در درجه حرارتهای بالاتر هیدروکربن تولید خواهد نمود
آیا می دانستید؟
- تقریباً۳۰۰۰ فرآورده‌ی نفتی وجود دارد. علاوه بر تولید فرآورده‌هایی نظیر گازوئیل، سوخت دیزل، نفت سفید و نفت خام برای تولید محصولاتی نظیر: جوهر، مداد شمعی، آدامس بادکنکی، مایع‌های ظرفشوئی، خوشبو کننده‌ها، لنزهای چشمی، نوارهای کاست، لاستیک اتومبیل، آمونیاک و دریچه‌های مصنوعی قلب نیز به کار می‌رود.
اولین موتور با سوخت گاز طبیعی در سال ۱۸۶۰ ساخته شد.
- خانه‌های ایران بیشتر با گازهای طبیعی گرم می‌شوند تا سوخت‌های دیگر.
- وقتی گاز طبیعی می‌سوزد دی‌اکسیدکربن و بخار آب تولید می‌کند. این دو ماده همان موادی هستند که از تنفس انسان نیز بر جای می‌مانند.
- گاز طبیعی در حالت عادی بدون بو است. به گاز طبیعی قبل از توزیع یک ماده از ترکیبات سولفور به نام تجاری مرکاپتان اضافه می‌شود تا هنگام نشت احتمالی گاز به ما کمک کند.
- تعداد بنزین مصرفی اتومبیل‌های امریکا در سال می‌تواند یک زمین فوتبال را تا ارتفاع … پرکند.
- بزرگترین ایالت ذغال‌سنگ در آمریکا وایومینگ است که درسال ۱۹۹۶، ۲۷۸ میلیون تن ذغال‌سنگ تولید کرد.
- صنعت استخراج زغال سنگ هم اکنون از لحاظ صدمات و یا بیماریهای وارده به کارگران از ایمن‌ترین صنایع است.
- اعضای اتحادیه‌های کارگری فقط بر روی چهل درصد صنایع استخراج ذغال‌سنگ فشار وارد می‌کنند.
- ۲/۳ تولید ذغال‌سنگ امریکا توسط راه‌آهن حمل می‌شود.
- از هر ده تن ذغال‌سنگ مصرفی در امریکا ۹ تن آن در تولید برق مصرف می‌شود.
- وقتی که ذغال سنگ در یک نیروگاه برق بخار می‌سوزد، بخار یک توربین را به حرکت درمی‌آورد. این توربین یک مولد برق را به حرکت درمی‌آورد. در طی این فرآیند ۲/۳انرژی تولید شده توسط ذغال‌سنگ طی ۲۰ سال گذشته ۱میلیون هکتار اراضی معدنی را استخراج کرده این مساحت از ایالت دلاور نیز کمتر است .

[فلفل نمك]

تکنولوژی تبدیل متانول به اولفین(MTO )


گاز طبیعی موارد مصرف گوناگونی داشته و بعضا به عنوان سوخت و یا ماده اولیه در تهیه محصولات شیمیایی به کار می رود که از مهمترین این محصولات می توان آمونیاک و متانول را نام برد.
به طور کلی قیمت گاز در سطح جهانی بسیار متفاوت بوده و معمولا بین ۴-۰.۵ به ازای هر میلیون BTU متغیر است. چنانچه گاز طبیعی به آمونیاک یا متانول تبدیل شود ارزش افزوده ای معادل ۶-۴ دلار به ازای هر میلیون BTU خواهد داشت. در هنگام استخراج نفت خام، مقادیر کمی گاز طبیعی نیز حاصل می شود که یا در محل سوزانده و یا در محیط رها می شوند که به دلیل قوانین دشوار محیط زیستی و مالیات های حاکم بر آن تولیدکنندگان همواره درصدد یافتن راهی برای حل این مشکل بوده اند. در شرایط موجود منطقی ترین روش، تبدیل این گازها به متانول می باشد که از شرایط جابه جایی و حمل ونقل راحت تری برخوردار است.
در سال های اخیر نیز با توجه به تنوع بازار مصرفی متانول(پیل های سوختی، تصفیه آب و …) تولیدکنندگان در جستجوی بازارهای جدیدتر بوده و در نهایت اقدام به تبدیل متانول به پلی الفین ها کرده اند.
فرآیند M TO مطالعات اولیه فرآیند M TO با تحقیقات به عمل آمده برروی کاتالیست ها توسط شرکت یونیون کارباید صورت گرفت و از سال ۱۹۸۸ با واگذاری این بخش به u op و امضای قرارداد مشارکت همکاری با شرکت Norsk Hydro به کار خود ادامه داده است. مشخصه اصلی واحد MTO ،خوراک آن یعنی متانول خام می باشد و به دلیل اینکه نیازی به تقطیر اولیه نیست در صورت احداث واحد M TO در کنار واحد متانول، هزینه های سرمایه ای کاهش می یابد. در شکل زیر شمای کلی واحد دیده می شود که قلب فرآیند شامل راکتور و بخش احیای کاتالیست می باشد.
نمودار متانول خام پس از ورود به راکتور به مخلوطی از اتیلن و پروپیلن تبدیل شده و محصول حاصل از بالای راکتور خارج می شود. کاتالیست مصرف شده نیز از پایین راکتور به محفظه احیاء هدایت می شود.
محصول بالای راکتور یعنی مخلوط اتیلن و پروپیلن در بخش بازیابی حرارت، عمده آب خود را از دست می دهد. این عمل پیش از آنکه از درون دی اکسید کربن عبور کند، صورت می پذیرد. در ستون های تقطیر، مخلوط فوق به صورت اتیلن، پروپیلن، متان، اتان، پروپان و برش C 4 تجزیه می گردد. شرکت Norsk Hydro براساس طرح فوق یک واحد با ظرفیت سالانه ۲۵۰ هزار تن و با راندمان۸ /۹۹ درصد در کشور نروژ احداث نموده است. راه های استفاده از این فرآیند در حال حاضر سه امکان استفاده از فرآیند M TO وجود دارد: ۱) واحد MTO و واحد متانول در یک سایت دراین حالت مجتمعی شامل: واحدهای متانول ،M TO ، پلی الفین و یا واحدهای پایین دستی اولفین ها شامل آکریلو نیتریل، اتیلن اکساید و اتیلن گلیکول در نظر گرفته می شود.
۲)واحد MTO به تنهایی در این حالت یک واحد بزرگ متانول با خوراک گاز طبیعی احداث شده و متانول تولیدی با شرایط آسان تری نسبت به حمل گاز طبیعی جابه جا می گردد و توسط تانکر به واحد M TO که در مجاورت واحدهای پایین دستی احداث گردیده است، حمل می گردد.
۲) افزودن واحد MTO به واحد کراکر نفتا/LPG آغاز کار با استفاده از یکی از دو روش فوق (۱ یا ۲) می باشد، با این تفاوت که بخش جداسازی واحد MTO به واحد کراکر ادغام می گردد، که نتیجه آن صرفه جویی در هزینه های بالا سری می باشد. مزایای اقتصادی به گفته تحلیلگران شرکت UOP ، هزینه احداث واحدهای MTO و پلی اولفین بسیار قابل توجه بوده (شاید ۹۰۰میلیون دلار برای واحدهای جدید التاسیس و ۶۰۰ میلیون دلار برای واحدهای نصب شده در مجاورت واحدهای موجود) ، آیا به راستی ارزش افزوده محصول جبران هزینه ها را می نماید؟
در سال ۱۹۹۹ این شرکت مبادرت به ارائه نتایج یک بررسی مطالعاتی در زمینه بازگشت سرمایه برای واحدهای تبدیل گاز به متانول و تبدیل گاز به پلی الفین نمود.
این بررسی ها با فرض اینکه هر دو واحد متانول و پلی اولفین در خلیج فارس و به صورت تازه تاسیس نصب و از خوراک گاز طبیعی به قیمت ۷۵/۰ دلار در هر میلیون B TU استفاده شود و ظرفیت مورد نظر نیز در مورد این واحدها در مقیاس جهانی (۳۵/۱میلیون تن در سال متانول و -۲۵۰-۲۰۰ هزار تن در سال پلی اتیلن و پلی پروپیلن) انجام گرفته است. یک واحد متانول نیز با ظرفیت ۴۰۰ هزار تن در سال جهت تامین خوراک واحد MTO در نظر گرفته شد. قیمت های در نظر گرفته شده برای محصولات نیز قیمت های اروپایی غربی طی سالهای ۹۹-۱۹۸۵ در نظر گرفته شده و میانگین یدست آمده HDPE LLDPE پلی پروپیلن متانول نام محصول ۸۷۹ ۱۰۱۳ ۸۴۹ ۱۷۵ قیمت (دلار/تن) نتایج بدست آمده از بررسیهای فوق حاکی از آنست که بازگشت سرمایه عموما شبیه بهم بوده هر چند برگشت سرمایه برای متانول از وضعیت بهتری برخوردار بوده است.
بازگشت سرمایه:
متانول در مقایسه با MTO تبدیل گاز به پلی اولفین ها تبدیل گاز به متانول همچنین به علت مناسب MTBE طی سالهای ۹۹-۱۹۹۴، متانول از بازگشت سرمایه مطلوبتری برخودار بوده و پلی اولفین ها بعدا به سطح فوق رسیده اند. لیکن روزهای اوج متانول دیگر به پایان رسیده ولی در مورد پلی اولفین ها مشخص گردیده که از رشد سالانه ای معادل ۵ درصد تا سال ۲۰۰۷ در کشور آمریکا برخوردار می باشند، در حالی که متانول کماکان با مازاد ظرفیت مواجه بوده و این وضعیت طی دهه آینده نیز ادامه خواهد داشت. این امر بیانگر اهمیت تبدیل متانول به الفین ها از طریق فرآیند MTO می باشد.
دست آوردهای تجاری تاکنون در هیچ نقطه ای از جهان احداث واحد MTO به صورت Full Scale در نظر گرفته نشده است. لیکن چندین طرح در حال بررسی فنی –اقتصادی می باشد.در کشورهای مصر و چین طرح های احداث این واحد در مجاورت مجتمع های بزرگ پتروشیمیایی و گازی و در کشورهای ترینیداد و استرالیا نیز طرح احداث این واحد در مجاورت واحدهای متانول در حال بررسی می باشد.
MTO به دلیل تبدیل گاز طبیعی به الفین ها می تواند به عنوان نوع دیگری از فرآیند GTL در نظر آید. این فرآیند در حال رقابت با روش های معغمولی تهیه اتیلن نیز بوده و بنابر مطالعات انجام یافته در شرکت UOP این فرآیند می تواند رقابت موثری با روش کراکینگ نفتا داشته باشد. بنابر این می توان اظهار کرد که MTO یکی از روش های مختلف در تبدیل گاز طبیعی به مایع بوده که در تلاش برای دستیابی به موقعیت مناسب می باشد و با توجه به وضعیت فعلی بازار به نظر می رسد که زمان استفاده از MTO فرا رسیده است.

[فلفل نمك]

بیودیزل چیست؟


بیودیزل چیست؟
بیودیزل (منو اکلیل استر) یک سوخت گازوئیلی پاک است که از منابع طبیعی و قابل تجدید مانند روغن‌های گیاهی ساخته می‌شود. بیودیزل درست مانند گازوئیل نفت در موتورهای احتراقی کار می‌کند و برای این کار اصولاً هیچگونه تغییر موتوری لازم نیست. بیودیزل، ظرفیت و دامنه کار گازوئیل را حفظ می‌کند.
استفاده از بیودیزل در یک موتور گازوئیلی معمولی منجر به کاهش اساسی هیدروکربن‌هاینسوخته، منواکسید کربن و ذرات معلق می‌شود. خروج اکسیدهای نیتروژن بسته به سیکل کاری و روش‌های آزمایشی، کمی کاهش و یا افزایش می‌یابد. با بکاربردن این سوخت، از سهم کربن موجود در ذرات معلق کاسته می‌شود (چون اکسیژن موجود در بیودیزل احتراق کامل به CO2 را ممکن می‌سازد).
بخش سولفات از بین می‌رود (زیرا در این سوخت اصلاً سولفور وجود ندارد) اما قسمتی محلول یا هیدروکربن به همان صورت باقی می‌ماند یا افزایش پیدا می‌کند، بنابراین بیودیزل باتکنولوژی جدیدی مانند کاتالیست‌ها (که از ذرات محلول گازوئیل می‌کاهند نه کربن جامد) وEGR (با کربن کمتر عمر موتور بیشتر می‌شود) بسیار خوب کار می‌کند.ویژگی‌های شیمیایی: ویژگیهای فیزیکی بیودیزل بسیار شبیه گازوئیل معمولی است. با این حال،ویژگیهای خروجیهای اگزوز بیودیزل بهتر از گازوئیل معمولی است
ویژگیهای فیزیکی بیودیزل
• وزن مخصوص ۸۸/۰
• ویسکوزیته ۲۰ درجه سلسیوس (سانتی استوک) ۵/۷
• عدد ستان(اندیس ستان) ۴۹
• نقطه اتصال ********** سرد(درجه سلسیوس) ۱۲-
• ارزش حرارتی خالص (کیلوژول در لیتر) ۳۳۳۰۰
بیودیزل چگونه ساخته می‌شود؟
بیودیزل را میتوان از روغنهای گیاهی تازه و یا مستعمل و چربی حیوانات تولید کرد. این گازوئیل از منابع داخلی قابل تجدید بوجود می‌آید. این سوخت، قابل تجزیه بیولوژیکی است و هنگامیکه بعنوان یک جزء ترکیبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیازمند حداقل تغییرات در موتور است و نسبت به گازوئیلی که جایگزینش می‌شود، سوختی پاک است.روغن‌های گیاهی می‌توانند برای تولید ترکیبات شیمیائی- که استر خوانده می‌شوند- ، با یک الکل (معمولاً متانول) ترکیب شوند. زمانیکه این استرها به منظور سوخت مورد استفاده قرار میگیرند،بیودیزل خوانده ‌شوند. گلیسیرول (که در داروسازی و تولید لوازم آرایش نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد) به عنوان یک محصول فرعی تولید می‌شود اخیراً بیودیزل طی فرایندی با نام Transesterification تولید ‌شود.
در این فرآیند ابتدا روغن گیاهی( یا چربی حیوانی) از ********** عبور داده می‌شود، سپس برای از بین بردن اسیدهای چرب آزاد،با قلیا فرآیند می‌گردد؛ بعد با یک الکل (معمولاً متانول) و یک کاتالیزور (معمولاً هیدروکسید سدیم یا پتاسیم) ترکیب می‌شود. تری گلیسریدهای روغن برای تشکیل استرها و گلیسرول واکنش شیمیایی انجام می‌دهند و بعداً‌ از یکدیگر جدا شده و مورد تصفیه قرار می‌گیرند. بیشتر تمایلاتی که امروز برای تولید بیودیزل وجود دارد ناشی از ظرفیت بسیار بالای تولید سویا،تولیدات مازاد و کاهش قیمت‌ها است. متیل سویات، یا سوی دیزل که از واکنش متانول با روغن سویا حاصل می‌شود، اصلی‌ترین شکل بیودیزل در آمریکاست.
چربیهای بلااستفاده حیوانی و روغن سوخته ( که بعنوان ” شبه گریس“ شناخته می‌شوند) نیز منابع و ذخایر خوبی هستند. این منابع از روغن سویا ارزان‌ترند و به عنوان راهی برای کاهش هزینه‌های تامین مواد اولیه در نظر گرفته می‌شوند. بادام زمینی، پنبه دانه، گل آفتاب گردان و کنولا (گونه‌ای از دانه شلغم روغنی) نیز از منابع روغنی دیگرند. استرهایی که از هر یک از این منابع ساخته شده‌اند گرچه شاید در میزان انرژی عدد ستان (مشابه اکتان بنزین) یا دیگر مشابهات فیزیکی کمی متفاوت باشند اما می‌توانند با موفقیت در موتورهای گازوئیلی مورد استفاده قرار گیرند.
بازار بیودیزل
بیودیزل سوختی تقریباً ناشناخته است و برای رسیدن به استفاده تجاری گسترده، باید از موانع گوناگونی بگذرد. این سوخت می‌بایست قبل از هرگونه ورود به بازار، بر موانع نظارتی فائق آید و قیمت آن نیز رقابتی تر شود.به نقل از سازمان سوخت‌های طبیعی آمریکا، با انگیزه بالای دولت، تولید بیودیزل از دانه‌های روغنی می‌تواند به حدود ۲ میلیارد بشکه در سال برسد که این رقم حدود ۸ درصد مصرف بزرگراهی گازوئیل در اوایل این قرن است. بیودیزل با بازار کنونی‌اش احتمالاً‌ به عنوان سوخت مورد استفاده در ناوگان اتوبوس و کامیون‌های سنگین لحاظ می‌شود ( که در ابتدا به صورت ترکیب با گازوئیل فسیلی با استاندارد ۲۰ درصد است.) اخیراً، هر گالن متیل سویات بیش از ۲ دلار قیمت دارد و قیمت آن با گازوئیل که ۶۵ تا ۷۰ سنت درگالن است رقابت می‌کند. هزینه‌های تامین مواد اولیه علت ۹۰ درصد از هزینه‌های مستقیم تولیدند که هزینه سرمایه و برگشت سرمایه را نیز شامل می‌شوند به عنوان مثال، برای تولید یک گالن بیودیزل به ۷،۳ پوند روغن سویا نیاز داریم که قیمت آن حدود ۲۰ سنت برای هر پوند است.بنابراین فقط هزینه‌های تامین مواد برای تولید هر گالن متیل سویات، حداقل ۱،۵۰ دلار است که این رقم بدون احتساب هزینه‌های بازاریابی است.
تلاش می‌شود که با توسعه گیاه‌های پیوندی سویا که دارای روغن بیشتری هستند، بتوان این هزینه‌ها را کاهش داد. برای مثال، دانه‌های سویا، حدودا ۲۰ درصد روغن دارند در حالیکه دیگر دانه‌های روغنی دارای بیش از ۵۰ درصد روغن‌اند. ذخیره روغن دانه‌های شلغم روغنی اروپا که مورد استفاده قرار می‌گیرند حدوداً ۴۰ درصد است .

[فلفل نمك]

دی متیل اتر (DME) چیست؟


دی متیل اتر(DME) چیست؟
دی‌متیل­اتر مولکول سادة اتر به فرمول CH3-O-CH3 می­باشد. این ماده را می­توان مانندLPG به کار برد.اشتعال این ماده نیز مانند گاز طبیعی است. در این ماده مقدار NO2 و مشتقات سولفور بسیار پایین می‌باشد و کمتر از ۱۵ ppm است. این نشانگر مزیت‌های زیست­محیطی DME است و به‌عبارتی حالت دوستی با محیط زیست دارد و با H2O و CO2 واکنش نشان می‌دهد.
کاربردهای DME در بازار
یکی از مواردی که برای به­کارگیری انرژی مورد توجه است جنبه­های تجاری آن انرژی است. برای تجاری شدن به بازار نیاز داریم. یکی از مهمترین بازارهای مصرف DMEنیروگاه‌ها می­باشند. در حال حاضر پیش­بینی می­گردد که این سوخت بتواند در یک نیروگاه ۹۰۰ مگاواتی مصرف گردد. تمام انتخاب‌ها برای LPG (گاز فشردة مایع) را می­توان به DME تغییر داد و به عبارتی در حمل و نقل نیز می­توان از آن استفاده به عمل آورد.
۱) سوخت نیروگاه­ها
در حال حاضر، در ژاپن از LNG ، LPG ، نفت خام و زغال­سنگ به­عنوان سوخت در نیروگاه‌ها استفاده می­شود. نفت خام و زغال هر دو آلود­کنندة محیط­زیست هستند و استفاده از آنها به اقدامات جبرانی برای کاهش آلودگی هوا نیاز دارد. به عبارت دیگر، آلودگی دی­اکسید­کربن حاصل از نفت و زغال به مراتب بیشتر ازLNG است. LNG و LPG سوخت‌های پاکی محسوب می‌شوند، اما از یک طرف هزینه‌های سرمایه‌گذاری LNG بالا است و از طرف دیگر، عرضة LPG خاورمیانه به آسیای­جنوب­شرقی و کشورهای خاور دور محدود است. به­عنوان مثال، ژاپن در سال ۲۰۰۱، حدود ۱۵ میلیون‌تن LPG وارد کرده است که بیش از ۸۰ درصد آن از خاورمیانه و با مشخصات بازار خاورمیانه، وارد شده است.
در مقابل، اولاً DME یک سوخت پاک است، ثانیاً کل هزینة سرمایه­گذاری آن، به خاطر وجود زیر­ساخت‌های LPG که با اندک تغییراتی قابل استفاده برای DME هستند، بسیارکم است و ثالثاً منابع DME محدود به منطقه و کشور خاصی نیست و ذخایر کوچک گاز طبیعی با هزینة اندکی قابل­ استفاده برای تولید DME هستند. بنابراین، به نظر می­رسد که DME سوخت آیندة نیروگاه‌ها خواهد بود.
۲) جایگزینی در بازارهای LPG
تقاضای LPG در ژاپن، چین، هند و آسیای جنوب­شرقی در حال افزایش است. استفادة اصلی از LPG در ژاپن، در بخش‌های خانگی و تجاری است. بنابراین، میزان اختلاف عرضه و تقاضای LPG در آینده، بستگی به طرح‌های پتروشیمی در خاورمیانه خواهد داشت. در هر صورت، به نظر می­رسد که قیمت LPG به لحاظ افزایش تقاضا برای آن در آینده افزایش یابد. بنابراین، بازارهای LPG یکی از بازارهای بالقوة DME در آیندة خواهند بود.
۳)جایگزینی در بازارهای نفت کوره
در حال حاضر، نفت کورة مورد استفاده در کامیون­ها و اتوبوس­ها در شهرهای بزرگی چون توکیو، عامل اصلی آلودگی هوا محسوب می­شود. از اینرو تحقیق و توسعه (R&D) بر روی موتورهای DME، به­عنوان جایگزین موتورهای دیزلی شروع شده­ است. البته عرضة تجاری این موتورها در بلند­مدت امکان خواهد یافت.
۴) DME سوختی برای سلول‌های سوختی و سایر مصارف
در حال حاضر، مطالعات (R&D) وسیعی بر روی سلول­های سوختی در مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی در حال انجام است. اما هنوز اختراعات و پیشرفت­های بیشتری مورد نیاز است تا DMEبتواند با سایر سوخت­های مورد استفاده در سلول­های سوختی (مثل گازوئیل و متانول) قابل رقابت شود. همچنین DME، قابلیت استفاده در فرایند­های مصارف شیمیایی را نیز دارد. به­عنوان مثال، پروپیلن حاصل از DME در حال توسعه است.
مصرف DME در نیروگاه‌ها
آزمون احتراق DMEدر شرکت General Electric انجام شده است و مشاهده شده است که نشر آلاینده‌ها، بسیار شبیه گاز طبیعی است. نرخ گرما یا Heat rateآن از گاز طبیعی پایین­تر است و می­توان نتیجه گرفت که کارایی انرژی DME از گاز طبیعی بالاتر است. مقدار برق ایجاد شده توسط DME از گازطبیعی در مقادیر یکسان بالاتر است. فناوری DME، اثبات شده است و کارخانه­های تبدیل گاز طبیعی به DME بسیار مشابه کارخانه­های تولید متانول می­باشند. به عبارتی هیچگونه مشکل فناوری وجود ندارد.
تجهیزات عمومی برای طرح DME برای اجرای طرح DMEبه موارد ذیل نیاز است:
۱- گاز طبیعی (مقدار ۲ تریلیون فوت مکعب ظرف ۲۵ سال طرح)
۲- تجهیزات تهیة گاز شیرین
۳- قیمت گاز در ابتدای واحد DME باید تقریبا ۵۰ سنت به ازای هر میلیون BTU ­باشد.
۴- واحد DME (با مشخصات عنوان شده ظرفیت چنین واحدی حدود ۵۰۰۰ تن در روز و هزینة سرمایه­گذاری چنین واحدی حدود نیم میلیارد دلار تخمین زده می­شود.)
در حال حاضر بسیاری از کشورهای در حال توسعه از جمله هندوستان، درصدد استفاده از این سوخت نوین هستند و در عین حال شرکت ملی نفت ایران نیز در این زمینه فعالیت­هایی را آغاز نموده است. شرکت بی­پی نیز از شرکت‌های دارای این فناوری است و تلاشهای زیادی را در این زمینه انجام داده است.
روش تولید DME از طریق آب­زدایی (دی­هیدرات­کردن) متانول از فرایند سنتز متانول و آب‌زدایی متانول
CO+CO2+5H2O=CH3OCH3+2H2O
این فرایند به ثبت رسیده و در حال حاضر در سطح تجاری در جهان برای تولید DME مورد استفاده قرار می­گیرد. البته باید توجه شود که ظرفیت فعلی تولید DME در مقایسه با آنچه که به­عنوان یک سوخت مطرح، معرفی می­شود، بسیار کم است. اما تکنولوژی آب‌زدایی متانول بسیار شبیه فرایند سنتز، اما ساده­تر از این فرایند است. فرایند آب‌زدایی یک فرایند گرمازا است، اما تولید گرما در این روش بسیار کمتر از روش سنتز است. بنابراین با توجه به این ویژگی­ها، تکنولوژی آب‌زدایی (دی­هیدرات­کردن) متانول می­تواند در مقیاس‌های وسیع در کارخانه­های بزرگ تولید DME به سادگی استفاده شود. این تکنولوژی در ۱۰ سال گذشته توسعه داده شده است. به­عنوان مثال، شرکت TEC یک کارخانه با مقیاس تولید ۱۰ هزار تن در روز، در سال ۱۹۹۷ تاسیس نموده است. در حال حاضر نیز پروژه­های متانول با مقیاس ۵ هزار تن در روز در ایران، توباگو (Tobago) و ترینیداد (Trinidad) طراحی‌شده و در حال تکمیل هستند.
فرایند آب‌زدایی متانول، یک فرایند ساده است. در این روش با استفاده از یک رآکتور ثابت خوابیده (افقی)، بدون اینکه وسیلة خاصی در داخل آن برای انتقال گرما نیاز باشد، می­توان DME تولید نمود. کاتالیست مورد استفاده برای آب‌زدایی نیز یک کاتالیست با ماخذ آلومین (Alumin) است که در بازار کاتالیستی یک مادة شناخته شده است. البته حجم خلل و فرج موجود برروی کاتالیست، برای تبدیل DME بسیار مهم است.
مزیت دیگر این روش نسبت به فرایند سنتز، میزان کمتر مصرف اکسیژن در آن است. اکسیژن مورد نیاز در این روش و روش فرایند سنتز از یک واحد سرما­زای مجزا به‌دست می‌آید که اولاً تجهیزات آن خیلی گران می‌باشد و ثانیاً یک واحد مصرف‌کنندة انرژی هم هست. در حال حاضر در شرکت TEC، در فرایند آب‌زدایی متانول با کاتالیست اصلاح شدة ISOP برای تولید DME با ظرفیت ۵ تا ۶ هزار تن در روز، اصلاً اکسیژن لازم نیست. ولی برای تولید روزانة بیش از ۶ هزار تن متانول (معادل ۴۲۰۰ تن DME)، از یک فرایند ترکیبی استفاده می­شود که در آن مقداری اکسیژن هم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در حال حاضر در فرایند آب‌زدایی متانول در شرکت TEC، برای تولید ۲/۵ میلیون تن DME، به حدود ۲۶۰۰ تن در روز، اکسیژن نیاز است که این میزان کمتر از اکسیژن مورد نیاز در یک فرایند سادة سنتز با حداکثر ظرفیت ۳/۳ میلیون تن است. ویژگی‌های یک کارخانة ۲/۵ میلیون تنی DME به شرح ذیل است:
۱- کاتالیست و طرح سنتز DME به لحاظ تجاری به ثبت رسیده و قابل دسترسی هستند.
۲- هر نسبتی از متانول (۰ تا۱۰۰ درصد) و DME (0 تا ۱۰۰ درصد) بر اساس تقاضای بازار، قابل تولید است.
۳- فرایند سنتز DME بسیار ساده است و هزینة سرمایه‌گذاری آن اندک است.
۴- یک رآکتور افقی ثابت با یک جریان شعاعی (پرتویی) و بدون فرایند انتقالی گرما، می­تواند برای تولید ۲/۵ میلیون تن مورد استفاده قرارگیرد.
۵- برای تولید به میزان کمتر از ۱/۵ میلیون تن در سال، نیازی به اکسیژن نیست.
۶- کل هزینة سرمایه­گذاری به همراه یک واحد کوچک و مجزای هوا، اندک است.
۷- در فرایند سنتز DME ، دی­اکسید­کربن تولید نمی­شود.
۸- گاز طبیعی مورد نیاز برای کل عمر یک پروژة ۲/۵ میلیون تنی، ۲/۲ TC تا ۲/۷ TC است

[فلفل نمك]

LPG & LNG چیست؟


گاز مایع (LPG (Liquefied Petroleum GAS
گاز مایع که بصورت مخفف LPG نامیده می شود معمولاً عمدتاً از دو ترکیب هیدروکربنی پروپان و بوتان با فرمول شیمیایی C4H10, C3H8 تشکیل شده است. بوتان خود شامل دو ترکیب ایزوبوتان ونرمال بوتان است. LPG که معمولاً در برخی نقاط دنیا به نام ترکیب عمده آن، پروپان، نیز شناخته می شود بعنوان محصول فرعی فرآیندهای تصفیه و تولید گاز طبیعی و پالایش نفت خام تولید می شود. LPG در آمریکا عمدتاً از ۹۰% پروپان، ۵/۲% بوتان و هیدروکربنهای سنگین و مقدار کمی نیز اتان و پروپلین تشکیل شده است. گاز مایع فاقد رنگ، بو و مزه است و بطور کلی زیان آور نیست ولی در صورتیکه حجم زیادی از آن استشمام گردد باعث بیهوشی خواهد شد. به منظور آگاهی از نشت گاز مایع ترکیبات گوگرد دار بنام مرکاپتان شامل “اتیل مرکاپتان” و “متیل مرکاپتان” به گاز مایع افزوده می شود. LPG در شرایط فشار و دمای عادی بصورت گاز است و تحت فشار atm10-8 ، اجزا آن به مایع تبدیل می شود. بنابراین نگهداری و حمل و نقل این محصول به سادگی امکان پذیر است. البته ترکیبات LPG برای مکانهای مختلف و در فصول مختلف متفاوت است. برای مثال گاز مایع ارائه شده به مصرف کنندگان در ایران در فصول مختلف بین (۹۰-۵۰) درصد بوتان و (۵۰-۱۰) درصد پروپان و تا ۲% ترکیبات سنگین تر مثلاً پنتان دارد. به علت کیفیت سوخت گاز مایع LPG و کاهش انتشار آلاینده ها، استفاده از این سوخت در جهان به صورت فزاینده ای مورد توجه بوده و در کشورهای مختلف مانند ایتالیا (با ۱۵۰۰۰۰۰ خودرو)، ژاپن، امریکا، انگلیس استفاده از این سوخت جایگزین مورد حمایت و تشویق دولتها می باشد.
مزایای LPG شامل در دسترس بودن ( درکشورهای تولید کننده)، ایمنی، نیاز به تغییرات جزیی در موتور خودروها و بازدهی مناسب سوخت می باشد. جهت مایع نمودن، این گاز در فشار حدود ۸ تا ۱۰ اتمسفر در مخازن فلزی با استحکام مناسب ذخیره می شود. چون این مخازن مجهز به شیر قطع جریان در صورت نشت از خطوط انتقال سوخت هستد استفاده از آنها ایمن تر از بنزین می باشد.
LPG به موتور محفظه احتراق به صورت بخار وارد می شود، لذا روغن را از دیواره سیلندرها نمی شوید، یا در شرایط سرد بودن موتور، روغن را رقیق نمی کند. همچنین، مواد آلاینده مانند اسید سولفوریک، یاذرات کربن را وارد روغن موتور نمی نماید.
بنابراین موتورهایی که با سوخت گاز مایع کار می کنند هزینه تعمیرات و نگهداری کمتری خواهند داشت. چون LPG دارای عدد اکتان بالا حدود (RON=105) می باشد قدرت موتور یا بازدهی سوخت بدون افزایش ضربه در موتور، با افزایش ضریب تراکم قابل افزایش است.
معایب LPG:
در مقایسه با بنزین، LPG دارای محتوای انرژی (energy content) کمتر است، لذا مخزن سوخت باید بزرگتر از مخزن بنزین بوده و بعلت اینکه مخزن تحت فشار می باشد سنگین تر خواهد بود و هزینه خودروهای با سوخت LPG بین ۲۰۰۰ –۱۰۰۰ دلار گرانتر از خودروهای بنزینی می باشد. البته قیمت LPG در سطح جهانی تقریبا” مشابه قیمت بنزین است.
با توجه به اینکه گاز مایع بعنوان محصول فرعی پالایشگاههای گاز و نفت تولید می شود لذا فراوانی منابع آن کاملاً محدود است. لذا بعنوان راه حل اساسی در کاهش الودگی و جایگزینی سوخت در بسیاری از نقاط جهان نمی تواند مطرح باشد.
به لحاظ ایمنی، چون گاز پروپان سنگین تر از هواست در صورت نشت، بصورت لکه روی سطح زمین باقی مانده و در آبهای زیرزمینی نیز نفوذ می کند. امکان شعله ور شدن آن روی سطح زمین نیز هست. لذا از این حیث باید در حمل و نقل و حین استفاده، نهایت دقت در جلوگیری از نشت LPG صورت گیرد.
از سایر معایب این سوخت می توان به افت قدرت موتور در موتورهای تبدیلی به میزان ۱۰-۱۵ درصد و عدم توانائی مناسب موتور در عبور از سربالائی ها اشاره نمود.
در موتورهای تبدیلی اگر موتور به طور مناسب تبدیل نگردیده باشد در تابستانها گاز بصورت خشک سوخته و باعث جوش آمدن موتور می گردد. و در زمستان نیز برای شروع و استارت موتور دارای مشکل بوده و باید با بنزین موتور تبدیلی روشن گردد.
انتشار گازهای آلاینده:
از دیدگاه زیست محیطی استفاده از LPG بصورت استاندارددارای کمترین چرخه حیات انتشار گازهای گلخانه ای در مقایسه با سایر سوختهای تجاری است. پتانسیل کاهش اوزون با استفاده از این سوخت به نصف بنزین کاهش می یابد، همچنین انتشار هیدروکربنهای نسوخته ۳/۱ اکسیدهای نیتروژن ۲۰%، منواکسید کربن ۶۰% در مقایسه با بنزین کاهش می یابد
گاز طبیعی مایع (LNG)
گاز طبیعی چنانچه در فشار اتمسفر تا دمای F º۲۶۰- سرد شود، به حالت مایع تبدیل می شود. LNG شامل بیش از ۹۵ درصد متان و درصد کمی اتان و پروپان و سایر هیدروکربورهای سنگین تر است. سایر ترکیبات و ناخالصی های گاز طبیعی مانند اکسیژن، آب، گازکربنیک و ترکیبات گوگردی طی فرآیند سرد کردن از گاز طبیعی جدا شده و گاز طبیعی در حالت مایع بدست می آید. البته LNG تا حد ۱۰۰ درصد متان خالص نیز قابل دستیابی است. حجم LNG 600/1 حجم گاز طبیعی و دانسیته آن ۴۲/۰ دانسیته آب است. این ماده، مایعی بی بو، بی رنگ و غیر سمی است و نسبت به فلزات یا سایر مواد حالت خورندگی ندارد. LNG وقتی تبخیر یا با هوا ترکیب شود در دامنه غلظت ۵ تا ۱۵ درصد می سوزد. LNG یا بخار آن در محیط و فضای باز حالت انفجاری ندارد. کلیه آزمایشات انجام شده و خواص LNG، ایمن بودن این سوخت را کاملاً تائید می کند زیرا نشت مایع LNG یا ابربخارات آن به محض تماس با زمین یا در اثر حرارت محیط به سرعت در هوا تبدیل به گاز شده و چون در این حالت از هوا سبک تر است در محیط پراکنده و منتشر می شود. LNG در وهله اول برای خودروهای سنگین دیزلی (HEAVY DUTY VEHICLE) کاربرد دارد. به لحاظ ارزش حرارتی و دانسیته انرژی، مشابه سوخت دیزل (گازوئیل) هست.
LNG در دمای ºF260- و فشار اتمسفریک در حالت مایع اشباع ( در دمای جوش مایع) است. بنابر این مانند هر مایع در حال جوش چنانچه در فشار ثابت نگهداری شود (حتی با افزایش حرارت) در دمای ثابت خواهد ماند.
مادام که بخار LNG از مخازن خارج می شود (boil off)، دمای مخزن ثابت می ماند. اجزاء سیستم خودروهای با سوخت LNG:
از لحاظ انتقال سوخت به موتور، مشابه موتورهای با سوخت CNG است و سوخت به صورت بخار وارد موتور می شود. فرق اساسی بین موتورهای CNG, LNG در نحوه نگهداری و تحویل سوخت است.
مخازن ذخیره LNG دوجداره می باشند و برای فشار کاری حداکثر تا ۲۳۰ psi یا ۱۶bar طراحی شده است. این مخازن دارای لوله و اتصالات لازم برای خارج کردن گاز در صورت افزایش فشار ( با توجه به انتقال حرارت از محیط به مخزن) و یا انتقال سوخت در زمان مصرف هستند. این مخازن مجهز به سیستم اعلام پایان سوخت گیری (پرشدن مخزن) نیز هستند. موتور خودروها گاز را در فشار ۴ الی ۹ بار (۶۰-۱۲۰ psi) مصرف می کند.
معایب استفاده از LNG:
بسیاری از مردم به استفاده از مواد در دماهای پایین عادت نداشته لذا نیاز به آموزش خاصی در زمینه استفاده از سوخت در دمای خیلی پایین هست.
در ایستگاههای سوخت گیری خطوط انتقال گاز از مخزن به خودرو ( شامل لوله ها شیرآلات و وسایل اندازه گیری) جهت انتقال LNG در حالت مایع باید پیش از شروع ، سوخت تا دمای ºF 260- سرد شوند در غیر اینصورت منجر به تبخیر بخشی از سوخت می شود.
- حداکثر پرشدن مخزن دوجداره Cryogenic تا حد ماکزیمم ظرفیت، امکان پذیر نیست زیرا به اندازه لازم فضای خالی در بالای سطح مایع جهت تبخیر یا جوشیدن مایع باید در مخزن در نظر گرفته شود.
مزایای استفاده از LNG:
دانسیته انرژی بالاتری نسبت به سوختهای گازی دارد، زیرا به شکل مایع ذخیره می شود. مسافت پیمایش بیشتر و وزن کمتر مخازن ذخیره، استفاده از آن را در خودروهای کوچکترامکان پذیر می سازد. سرعت سوختگیری بالا به نحوی که در خودروهای بزرگ زمان سوختگیری ۴ الی ۶ دقیقه می باشد (۱۰ الی ۴۰ گالن در دقیقه). ارزیابی و کنترل ترکیب سوخت با دقت بالایی امکان پذیر است و با توجه به اینکه LNG تولید شده برای خودروها تا ۹۹ درصد متان دارد، لذا کنترل و تعیین مناسب ترکیب سوخت بازدهی موتور و سوخت را نیز افزایش می دهد.

[فلفل نمك]

CNG و LNG و GTL در انتقال گاز طبیعی


انتقال گاز برای فواصل طولانی همواره با مشکلات خاصی روبرو می­باشد. امروزه تکنولوژی LNG به عنوان راهکاری کاملاً اقتصادی و قابل اطمینان در این زمینه مطرح است. اما پیشرفت‌های اخیر در زمینة استفاده از سایر تکنولوژی‌ها نیز باعث گردیده است که روش‌هایی نظیر CNG و هیدرات هم به عنوان راه‌حلی برای انتقال گاز به فواصل طولانی مطرح گردند. این مطلب سعی نموده تا تحلیلی از وضعیت این تکنولوژی‌ها ارایه دهد: بدون شک گاز طبیعی منبع مهم تامین انرژی در قرن جدید است. امروزه تکنولوژی‌های بسیاری برای استحصال، انتقال و به‌کارگیری از منابع گازی رشد یافته‌اند. توسعة سریع صنعت گاز نیز تاثیرپذیر از تکنولوژی‌های مهمی بوده است که از اواسط قرن بیستم مطرح شده‌اند. انتقال گاز طبیعی به واسطة ماهیت گازی آن عموماً با دشواری مواجه است و حتی استفاده از ساده‌ترین روش انتقال یعنی خطوط لوله در فواصل طولانی با مشکلات زیادی روبرو می‌شود. با توجه به توانایی­های موجود تکنولوژی برای انتقال گاز به فواصل دوردست، روش LNG گاز طبیعی مایع‌شده به عنوان یک روش اقتصادی توانسته دشواری حمل گاز را مقدار زیادی مرتفع سازد. برخی از کارشناسان تبدیل گاز به فراورده­های مایع (GTL) را نیز راهکاری مناسب جهت انتقال گاز به بازارهای دوردست بیان می­نمایند؛ زیرا معتقدند با وجود این که هنوز تکنولوژی GTL به طور گسترده مورد استفاده کشورهای دارنده گاز قرار نگرفته است، حمل فرآورده­های مایع به بازارهای مصرف بسیار ساده­تر و کم هزینه‌تر از روش تبدیل به LNG می­باشد. علاوه بر آن فرآورده­های مایع گاز را به سهولت می­توان در بازار مصرف به فروش رساند ولی به دلیل نوع خاص تقاضای LNG که به تاسیسات دریافت خاصی نیازمند است, فروش LNG همواره دشواری بیشتری دربردارد. به واسطه هزینه­های بالا برای انتقال گاز طبیعی در هر یک از تکنولوژی­های فوق­الذکر, تحقیق و پژوهش برای یافتن راهکارهای دیگر همواره ادامه دارد. در این راستا علاوه بر تکنولوژی LNG و GTL، تکنولوژی‌های CNG و هیدرات نیز ممکن است بتوانند به عنوان راهکاری مناسب و ارزان برای انتقال گاز مطرح شوند. تکنولوژی CNG تکنولوژی CNG یا گاز طبیعی فشرده شده، برای انتقال گاز طبیعی در مسافت‌های طولانی، قابلیت مهمی به شمار می­رود. CNG را می‌توان در کشتی‌های مخصوصی ذخیره و سپس به مقاصد مورد نظر حمل نمود. اگرچه یک کشتی حامل CNG نمی‌تواند گاز را به مقادیر بارگیری شده در کشتی‌های LNG انتقال دهد، ولی روش مایع‌سازی و همچنین تبدیل مجدد به گاز در تکنولوژی CNG سهل‌تر و بسیار کم‌هزینه‌تر از LNG است. ذخیره‌سازی گاز در کشتی‌های CNG به صورت نگهداری گاز در لوله‌هایی با تحمل فشار ۳۰۰۰-۱۵۰۰ psi و به قطر ۱۸ تا ۳۶ اینچ می‌باشد. این لوله‌ها که به‌صورت افقی و عمودی در کشتی تعبیه شده‌اند, توانایی ذخیره­سازی مقادیر زیادی گاز را در خود دارند. برای کاهش خطرات احتمالی, دمای این لوله‌ها در ۲۰- درجه سانتی‌گراد حفظ می‌شود. به دلیل فشار بالای CNG در مخازن لوله‌ای شکل، بالابودن احتمال خطر انفجار از مشکلات اساسی عملی‌نشدن کاربرد وسیع تکنولوژی CNG در جهان می‌باشد. امروزه استفاده از تکنیک‌های جدید در ساخت کشتی‌های CNG یعنی به‌کارگیری لوله‌هایی به قطر ۶ اینچ که به‌صورت قرقره‌های بزرگ در درون کشتی تعبیه می‌شوند، پیشنهاد شده است. این کشتی‌ها توانایی ذخیره‌سازی بیشتری از گاز را در خود دارند. تکنولوژی CNG برای انتقال گاز مخازن آب‌های عمیق که عملاً انتقال گاز آنها با خط لوله به ساحل با دشواری و هزینه بالا روبرو است, می‌تواند کاربرد یابد. سادگی فرایند تولید CNG و تکنولوژی‌ ساده‌تر ساخت کشتی‌های حمل آن نسبت به LNG, طرح‌های CNG را به عنوان گزینة بالقوه‌ای برای انتقال گاز مطرح نموده است. با توجه به شرایط موجود تکنولوژی CNG, استفاده از آن تنها برای انتقال گاز تا فواصل ۲۵۰۰ مایل مطمئن به نظر می‌رسد. تحقیقات در زمینة استفاده از تکنولوژی CNG برای انتقال گاز طبیعی در کشورهای آمریکا و استرالیا همچنان ادامه دارد. تکنولوژی هیدرات هیدرات جامدی است بلوری که از مولکول‌های آب تشکیل شده است و در حقیقت مولکول‌های گاز در درون آن به دام افتاده‌اند. گازهای زیادی هستند که قابلیت تشکیل هیدرات را دارند. از آن جمله می‌توان به هیدروکربن‌هایی با تعداد اتم‌های پایین نظیر متان اشاره کرد. شرایط تشکیل هیدرات عبارتند از: ۱- فشار و دمای مناسب ۲- وجود مولکول آب ۳- وجود مولکول گاز از دهة ۱۹۶۰ که هیدرات گازی به عنوان عاملی مزاحم در خطوط لوله گاز به‌وجود آمد, ایده انتقال گاز طبیعی به‌وسیلة هیدرات در ذهن بسیاری از دانشمندان شکل گرفت. به دلیل آنکه دمای حمل هیدرات بالاتر از دمای حمل LNG می‌باشد، هیدرات گازی را به سهولت می‌توان انتقال داد. از این رو تکنولوژی ساخت کشتی‌های حمل هیدرات پیچیدگی بسیار کمتری نسبت به کشتی‌های حمل LNG خواهد داشت و تاسیسات تولید هیدرات بسیار ساده‌تر از تاسیسات LNG می‌توانند طراحی گردند. اما مشکل اساسی, حجم کمتر گاز منتقل شده می‌باشد. براساس مطالعات انجام شده در این زمینه, هر یک متر مکعب هیدرات, ۱۷۵ متر مکعب گاز را در خود جای می‌دهد. در صورتیکه در تکنولوژی LNG کاهش حجم به یک ششصدم می‌رسد و این موضوع در اقتصادی‌بودن طرح‌های انتقال گاز به‌خصوص فواصل دوردست بسیار پراهمیت است. با این وجود, هنوز امیدهای زیادی وجود دارد تا هیدرات به عنوان یک راه‌حل کاملاً اقتصادی جهت انتقال گاز به­کار رود. در این زمینه, شرکت BP با همکاری مراکز علمی دیگر مانند دانشگاه گودسن در حال ساخت پایلوتی است که توان تولید روزی ۱۰۰ کیلوگرم هیدرات را دارد. جمع‌بندی آنچه مسلم است پیشرفت‌های تکنولوژی در زمینه هیدرات و CNG همچنان ادامه دارد ولی گمان می‌رود تا سال ۲۰۲۰, راه­حل مطمئن و اقتصادی برای انتقال گاز طبیعی به مناطق دوردست، استفاده از تکنولوژی‌ LNG و یا تبدیل به فرآورده‌های مایع GTL و حمل آن به مناطق موردنظر ‌باشد. تکنولوژی CNG در صورت کاهش‌دادن خطر انفجار در هنگام انتقال آن، می‌تواند رقیبی برای تکنولوژی ‌LNG در فواصل کوتاه‌تر (۲۵۰۰مایل) باشد. برای کشورهایی نظیر کشور ما که دارای ذخایر عظیم گازی است، تحقیق و توسعه در زمینه طرح‌های هیدرات و CNG به عنوان راهکارهای جدید انتقال گاز، حرکت مهمی در تحقیق و پژوهش صنعت گاز می­تواند به شمار رود .

[فلفل نمك]

فناوری نانو؛ جبران عقب ماندگی‌ها


فناوری نانو ‌یا آن‎طور که بعضی وقتها از آن نامبرده می‎‌شود، تولید مولکولی شاخه‌ای از مهندسی است که به طراحی و تولید انبوه مدارهای الکترونیک کوچک و ابزارهای مکانیکی، در مقیاسهای مولکولی، می‌پردازد.
هنگامی که برای اولین بار در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی پیشگام عرصه فناوری نانو اریک درکسلر نظریه جسورانه خود را انتشار داد، بهترین پاسخی که دریافت کرد عکس‎العملهایی توام با شک و تردید بود. این نظریه تازه مطرح شده خوبتر و رویایی‎تر از آن به نظر می‎رسید که واقعیت داشته باشد و حتی از دید بسیاری از دانشمندان و اهل نظر کل مسئله غیرممکن می‎نمود. با این وجود قوانین فیزیک راه خود را می روند و اهمیت زیادی برای ابراز نظرها و بیمها و امیدهای ما قائل نیستند. از این رو گرچه زمان لازم است تا این نظریه محقق شود اما به هیچ‌وجه غیر ممکن نیست و حتی اجتناب ناپذیر هم خواهد بود.
● نگاه از زاویه فواید و مضرات
هر فناوری قدرتمندی همان‎قدر که فواید و محاسن به ارمغان می‎آورد می‎تواند مضر هم باشد. فعالان عرصه نانو از بدو مطرح شدن آن به خطرات و نگرانی‎هایی که ممکن است توسط این فناوری ایجاد شود توجه داشته و در پی بررسی و رسیدگی به آنها بوده‎اند. تغییراتی که در اثر فناوری نانو پدید آمده است، نه در حد و اندازه تغییرات ناشی از انقلاب صنعتی بلکه بسیار فراتر از آن خواهد بود. سوال مهمی که مطرح می‎شود آن است که چگونه باید با این تغییرات مواجه شد؟ چه سیاستها و خط مشی‎هایی باید در خلال پیشرفت و گسترش این فناوری نوظهور اتخاذ شود؟
درکسلر در کتابش با عنوان “موتورهای آفرینش” که در سال ۱۹۸۶ به چاپ رسید به گونه‎ای مبسوط به این موضوع پرداخته است. همچنین وی درسال ۱۹۸۸ در مقاله آینده‎نگرانه‎ای تحت عنوان “گفتگویی پیرامون خطرها” به نگرانیهایی که تا آن زمان مطرح شده بودند پرداخته است. یک راه حل که برای رویایی با این مشکلات بالقوه توسط بیل جوی، موسس و رئیس شرکت سان میکروسیستم، مطرح شد از این قرار بود: “برای اجتناب از نتایج وخیم و پیامدهای وخیم که ممکن است فناوری نانو با خود همراه داشته باشد، باید از این فناوری به طور کامل چشم‎پوشی و تحقیقات و توسعه در این زمینه را به طور کامل متوقف کرد.” این راه حل «جوی» در واقع همان پاک کردن صورت مسئله است.
این راه حل خود سبب بروز مشکلات زیادی می‎شود: بازداشتن محققان از تحقیق درباره فناوری نانو و نیز جلوگیری از تولید وساخت محصولات با استفاده از این فناوری که شانسهای زیادی در آن نهفته است و شکوه پیروزی در آن موج می‎زند و در کل ممنوعیت های ملی و بین‎المللی نه تنها کارساز نیستند، بلکه این خلا در قوانین موجود خود می‎تواند منجر به رواج تحقیقات به صورت زیرزمینی شود. درست در همین زمان است که تابعان و مطیعان تحریمهای وضع شده موجبات محرومیت خود را از بسیاری از فواید حاصل از این فناوری نوین فراهم خواهند ساخت. پس حال که تحریم کارساز نیست، بهترین راه مواجهه با نگرانی‎‎ها و پیامدهای منفی که فناوری نانو به دنبال خود دارد چه خواهد بود؟ در کل نگرانیها و خطرها را می‎توان در قالب دو گروه عمده دسته‎بندی کرد:
۱) سوءاستفاده‎های عمدی
۲) خطرات غیرعمدی.
بهترین راه پرهیز از بروز سوءاستفاده‎های عمدی، یعنی استفاده نابجا توسط برخی گروههای کوچک یا ملتها که سبب ایجاد آسیبهای فراوان می‎‎شوند، وضع معیارهایی بر مبنای درک روشن از این فناوری است. از جمله موارد، می‎توان در آینده از فناوری نانو برای تشخیص سریع حملات متخاصمان و اندیشیدن تدابیری برای دفع آنها استفاده کرد. علاوه بر تولید سیستم‌های نظارتی جدید برای تشخیص سریع و بموقع طرحهای توسعه و ساخت ادوات و سلاحهای کشتار جمعی، دسترسی به موادی سبکتر، محکمتر و هوشمندتر که به مدد کامپیوترهای مولکولی فراهم شده است، این امکان را نیز ایجاد می‎کند که با بهبود و اصلاح سلاحهای قبلی در برابر این تهدیدهای کشف شده عکس‎العمل مناسب نشان داد.
دسته دوم خطرات یعنی تهدیدها و خطرهای غیرعمدی از آنجا ناشی می‎شوند که یک ماشین مولکولی خود تکرار با خارج شدن از کنترل سبب پر شدن لایه بایوسفر از ماشینهایی از نوع خودش شود.
در حالی‌که پیشنهاد فناوری نانو، استفاده از تکرار (با هدف حداقل‎سازی هزینه‎های تولید) است، کپی برداری از سیستم‌های زنده به هیچ‌وجه پیشنهاد نمی‎شود. سیستم‌های زنده به طرز شگفت‎‎آوری قابلیت سازگاری با یک محیط طبیعی پیچیده را دارند. با تکیه بر فناوری نانو می‎توان سیستم‌هایی از ماشین‌های مولکولی، مشابه نمونه‎های کوچکی که امروزه در کارخانه‎های فوق مدرن یافت می‎شوند، ساخت. بازوهای روباتیک با ابعادی در حد ساب میکرون همان کاری را در فرایند مونتاژ روی اجزا مولکولی انجام خواهند داد که امروزه عموزاده‎های بزرگشان در کارخانه‎های سراسر دنیا روی پیچ و مهره‎ها انجام می‎دهند.
● راهبردهایی برای توسعه اصولی
برای پرهیز از هرگونه تهدید و خطر احتمالی ناشی از ساخت سیستم‌های جدید در آینده، باید مجموعه‎ای از قوانین ومقررات وضع شود تا تولیدکنندگان و توسعه‎دهندگان سیستمهای تولید مولکولی واقف شوند که چگونه باید فعالیتهای خود را به صورت امن دنبال کنند. آری باید قوانینی وضع شود تا ما را برای مواجهه بی‎خطرتر با فناوری نانو آماده سازد. از جمله قوانین بدیهی که باید در این راهبردها به آن پرداخت می‎توان به این موارد اشاره کرد: تکرارکننده‎های مصنوعی نباید قادر به اجرای فرایند تکرار در یک محیط طبیعی به گونه‎ای کنترل نشده باشند؛ آنها باید وابستگی کامل به یک منبع سوخت مصنوعی یا قطعه‎ای مصنوعی داشته باشند که به هیچ‌وجه در طبیعت یافت نشود؛ آنها باید با استفاده مناسب از کدهای تصحیح خطا و پنها‎ن‎سازی، از بروز تغییرات ناخواسته و نامطلوب در روند برنامه کاری‌شان جلوگیری به عمل آورند.
● اقدامات انجام شده در ایران
در ایران با توجه به ضرورت تدوین برنامه‎ای بلند مدت برای توسعه فناوری نانو “ستاد ویژه توسعه فناوری نانو” در شهریور ماه سال ۱۳۸۲ با دستور رئیس جمهورتشکیل شد. اهداف این ستاد عبارت است از:
▪ دستیابی به سهم مناسبی از تجارت جهانی با استفاده از فناوری نانو؛
▪ ایجاد زمینه مناسب برای بهره ‎مندی از مزایای فناوری نانو در جهت ارتقای کیفیت زندگی مردم؛
▪ نهادینه شدن توسعه پایدار و پویای علوم، فناوری و صنعت نانو.
ماموریت اصلی ستاد هم دستیابی به جایگاه مناسب در بین ۱۵ کشور برتر فناوری نانو و تلاش برای ارتقای مداوم این جایگاه به منظور توسعه اقتصادی کشور است. سیاستهای حاکم بر تمام سطوح برنامه تدوینی شامل سه دسته کلی سیاستهای راهبری، سیاستهای راهبردی و سیاستهای اقتصادی و اجتماعی است. از جمله مواردی که در راستای سیاستهای اجتماعی و اقتصادی مطرح است، رعایت ارزشها و اصول اخلاقی و ملاحظات زیست محیطی در اجرای برنامه است. در راستای همین سیاست برنامه‎ای تحت عنوان “بررسی اثرات مثبت و منفی بهداشتی، زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی مرتبط با توسعه فناوری نانو که مانع دسترسی عمومی به محصولات آن می‎‎شوند” تدوین و اجرای آن به وزارت بهداشت و سازمان محیط زیست محول شده است. البته این برنامه بیشتر در فاز مطالعاتی بوده و بودجه آن هم در سرجمع بودجه مطالعاتی لحاظ شده است. مشاهده دقیق سند مذکور نشان می‎دهد که توجه به مقوله وضع قوانین برای پرهیز از خطرات ناشی از فناوری نانو در آن بسیار کمرنگ بوده و این مسئله چنان که باید مورد توجه قرار نگرفته است. بنابراین بهتر است در کنار تدوین برنامه‎های توسعه‎ای به وضع قوانین و بایدها و نبایدهایی که برنامه باید در چارچوب آن اجرا شوند نیز پرداخت.
● جمع‎بندی نهایی بحث
فناوری نوظهور نانو نویدبخش زندگی بهتر برای بشریت و رفع بسیاری از مشکلات و ناملایمات موجود است. با این حال نانو نیز همانند سایر پدیده‎های نوظهور در کنار نکات مثبت فراوان، کاستیها و حتی خطراتی را به همراه داشته و به قول معروف هر گلی خاری دارد. چنانچه روند توسعه و پرداختن به این عرصه هوشمندانه انجام شود و با وضع قوانین مناسب و کافی همراه باشد، نه تنها تهدیدهای ناشی از آن به حداقل تقلیل می یابد، بلکه در آینده‎ای نه چندان دور بیشترین فواید عاید جامعه بشری خواهد شد. کشور ما هم در صورتی که بخواهد سهمی از پیشرفتها و فرصتهای ایجاد شده توسط این فناوری داشته باشد، باید سرعت عمل به خرج دهد و برنامه‎‎های تحقیق و توسعه در زمینه فناوری نانو را در قالب قوانین مناسب ملی و بین‎المللی به معرض اجرا بگذارد. سوار شدن بموقع در قطار نانو نه تنها می‎تواند سبب پیشرفتهای چشمگیر شود بلکه می‎تواند به نحو قابل ملاحظه‎ای منجر به جبران عقب‎ماندگی‎هایی باشد که در طول دهه‎ها و حتی قرون متمادی گریبانگیر این مرز و بوم بوده است.

[فلفل نمك]

طیف‌سنجی مادون قرمز و کاربرد آن در شناسایی پلیمرها


پلیمرها در زندگی روزمره به وفور یافت می‌شوند. از لفاف و پوشش‌های مواد خوراکی گرفته تا کیسه‌های مورد استفاده برای زباله، پلیمرهایی هستند که در گوشه و کنار یافت می‌شوند. خودروها نیز از این قاعده مستثنی نیستند. پلیمرها افزودن بر ۴۰ درصد از هر خودروی مدرن را تشکیل می‌دهند. قطعاتی همچون فرش، صندلی، لایی، موکت، دستگیره، سویچ و داشبورد، از یک یا چند پلیمر تشکیل شده‌اند. صنعت‌گران و استفاده‌کنندگان از مواد پلیمری، با توجه به تنوع خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی این مواد در مصارف گوناگون، ناگزیر به تعیین نوع و شناسایی نمونه پلیمری بوده، اما اغلب فاقد آزمایشگاهی مجهز و افراد مجرب در این زمینه‌اند.
● طیف‌سنجی مادون قرمز به روش FTIR
طیف‌سنجی مادون قرمز یکی از روش‌های خوب و متداولی است که از سال‌ها پیش برای تجزیه و شناسایی پلیمرها و برخی افزودنی‌های آنها، مورد استفاده قرار گرفته است.
فرکانس تشعشع الکترومغناطیس در ناحیه مادون قرمز (IR) مطابق با فرکانس ارتعاش طبیعی اتم‌های یک پیوند است و پس از جذب امواج مادون قرمز در یک مولکول، باعث ایجاد یک سری حرکات ارتعاشی در آن می‌شود که اساس و مبنای طیف‌سنجی مادون قرمز را تشکیل می‌دهد. ساده‌ترین نوع حرکات ارتعاشی در یک مولکول، حرکات خمشی و کششی است.
دستگاه FTIR با استفاده از تبدیل ریاضی فوریه مزایای زیادی در مقایسه با دستگاه IR معمولی دارد که نمونه آن سرعت بالای جمع‌آوری اطلاعات و نسبت سیگنال به نویز بهتر است.
تقریبا تمامی ترکیباتی که پیوند کوالانسی دارند، اعم از آلی یا معدنی، فرکانس‌های متفاوتی از اشعه الکترومغناطیس را در ناحیه مادون قرمز جذب می‌کنند. ناحیه مادون قرمز، ناحیه‌ای از طیف الکترومغناطیس است که طول موجی بلندتر از نور مرئی (۴۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر) و کوتاه‌تر از امواج مایکرو ویو (طول موج بلندتر از ۱mm) دارد. بسیاری از شیمیدانان از واحد «عدد موجی» در ناحیه مادون قرمز طیف الکترومغناطیس استفاده می‌کنند.
عدد موجی با واحد Cm-۱ بیان شده و عبارت است از عکس طول موج (با واحد Cm). مزیت این واحد این است که رابطه مستقیمی با انرژی دارد. با استفاده از این واحد، ناحیه ارتعاشی پرکاربرد مادون قرمز (Mid IR) بخشی بین ۴۰۰ تا ۴۰۰۰ Cm-۱ خواهد بود.
مشابه دیگر انواع جذب انرژی، هنگامی که مولکول‌ها اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می‌شود. جذب تابش مادون قرمز همانند دیگر فرایندهای جذب، فرایندی کوانتابی است. به این صورت که فقط فرکانس‌های خاصی از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب و باعث ارتعاش کششی و خمشی پیوندهای کوالانسی می‌شود.
انرژی جذب شده از نور مادون قرمز توسط پیوندهای شیمیایی یا گروه‌های عاملی خاص در طول موج مشخص، منجر به کاهش شدت عبور نور شده و معمولا به عنوان تابعی از عدد موجی (بر حسب Cm-۱) رسم می‌شود.
توجه به این نکته مهم است که تمام پیوندهای مولکول قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه با فرکانس حرکت تطبیق کند، فقط پیوندهایی که دارای گشتاور دو قطبی هستند قادر به جذب اشعه مادون قرمز می‌باشند. مثلاً، پیوند موجود در H۲ و Cl۲ و همچنین پیوندهای موجود در آلکن‌ها و آلکین‌های متقارن، اشعه مادون قرمز را جذب نمی‌کنند.
باید توجه داشت که هر پیوند دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است. یعنی یک پیوند خاص با جذب فرکانسی مشخص قادر به ارتعاش خمشی و کششی است. یک پیوند، به‌خصوص در دو مولکول مختلف، در محیط‌های متفاوتی از نظر اتم‌ها و پیوندهای پیرامونی خود قرار داشته و هیچ‌گاه دو مولکول با ساختمان‌های متفاوت، طیف مادون قرمز یکسانی نمی‌دهند. با توجه به این مطلب، از طیف مادون قرمز می‌توان همانند اثر انگشت در انسان، برای شناسایی مولکول‌ها استفاده کرد. با مقایسه طیف مادون قرمز دو ماده که تصور می‌شود مشابه باشند، می‌توان پی برد که آیا واقعا یکی هستند یا خیر. اگر تمام جذب‌ها در طیف دو نمونه بر یکدیگر منطبق شوند، به احتمال قریب به یقین، دو ماده یکسان هستند.
طیف FTIR علاوه بر موارد گفته شده، اطلاعاتی را در مورد ساختمان شیمیایی یک مولکول، در اختیار ما می‌گذارد. مثلاً، هر جذبی که در ناحیه ۳۰۰۰±۱۵۰Cm-۱ طیف قرار داشته باشد، نشان‌دهنده وجود اتصال C-H در مولکول است و جذبی که در ناحیه ۱۷۰۰±۱۰۰Cm-۱ مشاهده شود معمولا مربوط به پیوند گروه کربونیل (C=۰) در مولکول است. جدول زیر، راهنمایی مفید در زمینه بررسی عدد موجی در طیف FTIR بسیاری از پیوندهاست.
با توجه به نکات فوق می‌توان برای تحلیل و شناسایی لاستیک‌ها، پلاستیک‌ها و پاره‌ای از مواد افزودنی آنها، از طیف‌سنجی مادون قرمز استفاده کرد.
کلکسیون‌ها و بانک‌های اطلاعاتی وسیعی از طیف FTIR وجود دارد که برای مقاصد شناسایی کیفی می‌توان از آنها استفاده کرد. نمونه آنها، اطلس تحلیل پلیمرها (هامل) است.
● تهیه نمونه به منظور گرفتن طیف FTIR (در پلیمرها)
طیف FTIR معمولا از نمونه‌هایی به شکل فیلم به دست می‌آید که معمولا نازک‌تر از ۵۰ µm است. برای تهیه فیلم مناسب از نمونه‌های ضخیم‌تر یا گرانول‌ها، نمونه تا بالای دمای نرمش حرارت داده شده و سپس پرس می‌شود تا فیلم‌هایی به اندازه کافی نازک، برای استفاده مستقیم در طیف‌سنجی FTIR تهیه شود. در ضمن می‌توان از فیلم‌های حلالی نیز استفاده کرد. در این حالت، قطعه کوچکی از نمونه موردنظر در حلال مناسب حل شده و با قرار دادن آن بر روی قرص‌های پتاسیم بروماید و تبخیر کامل حلال، فیلم نازک نمونه مستقیما روی قرص KBr حاصل می‌شود، زیرا KBr در ناحیه مادون قرمز موردنظر هیچ جذبی ندارد.
اگر بنا به دلایلی، فیلم قابل تهیه نباشد، می‌توان پلاستیک را بسیار ریز آسیاب کرده و سپس آن را با پودر KBr کاملا مخلوط و توسط دستگاه پرس مخصوص به قرص مناسب برای گرفتن طیف FTIR تبدیل کرد. برای تهیه نمونه مناسب از لاستیک‌ها، می‌توان از روش پیرولیز استفاده کرد. در این روش، نمونه به ابعاد کوچک خرد شده و در لوله آزمایشی ریخته می‌شود. سپس، توسط استون، روغن‌گیری شده، آنگاه استون همراه با روغن استخراج شده از نمونه جدا می‌شود. لوله آزمایش حاوی نمونه، روی شعله حرارت داده می‌شود تا پلیمر لاستیکی به اجزای سازنده خود که عمدتا الیگومرها (زنجیرهایی شامل دو یا سه منومر) هستند، تجزیه شود. سپس، مقدار کمی از مایع جمع‌آوری شده، روی قرص KBr قرار گرفته و طیف FTIR آن مورد بررسی قرار می‌گیرد.
● نواحی جذبی مختلف در طیف FTIR
[بزرگ‌نمایی تصویر]
نواحی معمول طیف IR که در آن، انواع مختلف باندهای ارتعاشی مشاهده می‌شود، در چارت زیر ارائه شده است. باید توجه داشت که منطقه بالای خط چین به ارتعاش کششی و ناحیه زیر خط چین به ارتعاش خمشی مربوط است. به طور کلی، پیوندهای سه گانه، قوی‌تر از پیوندهای دوگانه و یا ساده بوده و دارای فرکانس ارتعاشی بالاتر یا به بیانی بهتر، عدد موجی بالاتر هستند. پیوند C-C دارای فرکانس جذب ۱۲۰۰Cm-۱بوده در حالی‌که پیوند دوگانه C=C فرکانس جذب ۱۶۵۰Cm-۱و پیوند سه‌گانه C=C دارای فرکانس جذب ۲۱۵۰Cm-۱ است. همچنین حرکت خمشی راحت‌تر از حرکت کششی صورت می‌پذیرد. مثلا، C-H خمشی در ناحیه ۱۳۴۰Cm-۱و C-H کششی در ناحیه ۳۰۰۰Cm-۱ قرار می‌گیرد.
نوع هیبریداسیون نیز بر فرکانس جذب تاثیر می‌گذارد، به طوری که قدرت پیوندها به ترتیب:
SP>SP۲>SP۳ بوده و فرکانس ارتعاشی C-H آنها به صورت زیر تغییر می‌کند:
فرمول در فایل مربوطه (pdf):
محدوده Cm-۱ ا۱۴۰۰ تا Cm-۱ا ۶۰۰ به دلیل کمتر بودن میزان انرژی جذب شده و ارتعاش خمشی اکثر پیوندهای موجود در مولکول، ناحیه‌ای پیچیده و شلوغ است واین موضوع تشخیص همه باندهای جذبی در این ناحیه را مشکل می‌سازد. به دلیل الگوی منحصربه‌فردی که در این ناحیه وجود دارد، به آن ناحیه «اثر انگشت» نیز گفته می‌شود.
باندهای جذبی در ناحیه ۴۰۰۰-۱۴۵۰Cm-۱ دارای انرژی جذب شده بیشتری بوده و عموما ناشی از ارتعاش کششی پیوندهای قوی‌تر است و گاهی به این ناحیه، ناحیه فرکانس گروهی نیز گفته می‌شود.
با توجه به مطالب گفته شده، شناسایی پلیمرها با استفاده از شناخت ساختمان مولکولی، بررسی نواحی جذبی در گروه‌های عاملی و همچنین مقایسه با طیف‌های مرجع شناخته شده، امکان‌پذیر است.

[فلفل نمك]

سنتز نانومیله های اکسید روی اصلاح شده با اولئات سدیم

چكيده
اکسید روی عضوی از خانواده ورتزیت و یکی از غنی‌ترین نانوساختارها می‌باشد. اكسیدروی سه مزیت عمده دارد: اول اینکه نیمه‌رسانایی با شکاف باند ev3.37 و انرژی تحریک زیاد mev) 60) می‌باشد و همچنین نشر نزدیک به ماوراء بنفش دارد. دوم پیزوالكتریك است كه در حسگرها و كاهنده‌ها بسیار کاربرد دارد. در نهایت اكسید روی زیست‌سازگار و ایمن می‌باشد و می‌تواند در کاربردهای پزشکی به‌راحتی و بدون روكش به كار رود. با این خصوصیات ویژه، اكسید روی می‌تواند زمینه‌های تحقیقاتی گوناگونی را در آینده ایجاد كند. تولید نانومیله های اکسید روی به روش رسوب دهی شیمیایی موضوع این مقاله است. مواد اصلی شامل سولفات روی (ماده اصلی روی)، سود و کربنات سدیم (کاتالیزور) و اولئات سدیم (اصلاحگر) می باشد. خواص نانومیله های تولید شده از قبیل اندازه و شکل با روشهای شناسایی XRD و SEM مورد بررسی قرار گرفته است.

مقدمه
ذرات اكسید روی خواصی مانند نیمه رسانایی، پیزوالكتریسیته و پیروالكتریسیته را از خود نشان می‌دهند[1]. این خواص بی‌نظیر باعث می‌شود كه ذرات اكسید روی یكی از غنی‌ترین مواد نانوساختاری باشند. با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی[2] تحت شرایط ویژه،‌ می‌توان نانوشانه‌ها، نانوحلقه‌ها، نانوفنرها،‌ نانوتسمه‌ها، نانومیله ها، نانوسیم‌ها و نانوقفسه‌هایی از اكسید روی ایجاد كرد. این نانوساختارها به دلیل داشتن خاصیت زیست سازگاری می‌توانند كاربردهای جدیدی در الكترونیك ‌نوری، حسگرها،‌ ترانسفورماتورها و پزشكی داشته باشند[3]. هنگامی كه در سال ۲۰۰۱ نانوتسمه‌های نیمه‌رسانا كشف شدند، تحقیقات بر روی نانوساختارهایی كه حداقل دارای یك بعد نانومتری می‌باشند به سرعت توسعه پیدا كرد. زیرا این مواد كاربردهای وسیع و جدیدی در اپتیك، الكترونیك نوری،‌ كاتالیزورها و پیزوالكترویك دارند[4]. نانوتسمه‌های اكسیدی نیمه‌رسانا گروه بی‌نظیری از مواد با تركیب شیمیایی و ساختارهای بلوری جالب می‌باشند[5]. در بین اكسیدهای فعال(Functional) نظیر پروسكیت، دوتیل، فلوئورید‌كلسیم و ورتزیت، اكسید روی تنها ماده‌ای است كه هر دو ویژگی پیزوالكتریكی و نیمه‌رسانایی را از خود نشان می‌دهد[6]. این ماده ساختارهای گوناگونی دارد كه بسیار غنی‌تر از انواع نانومواد شناخته شده مانند نانولوله‌های كربنی می‌باشند[7]. با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی و با كنترل سرعت رشد، دمای رشد موضعی و تركیب شیمیایی مواد می‌توان دستة وسیعی از نانوساختارهای اکسیدروی را سنتز كرد. نانوحلزون‌ها، نانوفنرها، نانومیله ها و نانومیله های یكپارچه و بدون درز ‌اکسیدروی، نیترید‌گالیم، نیترید‌آلومینیم، سولفید‌روی و سلنید‌كادمیم، چند عضو مهم از خانواده ورتزیت می‌باشند كه در ساخت مواد پیزوالكتریك، الكترونیك نوری و لیزر اهمیت و كاربرد فراوان دارند. دو ویژگی مهم این خانواده تقارن غیرمركزی و سطوح قطبی آنها می‌باشد[8]. به عنوان مثال اكسید روی تركیبی است كه به خوبی می‌تواند طرز قرارگرفتن كاتیون‌های Zn+2 را در كنار آنیون‌های O-2 در یك تركیب چهار وجهی نشان دهد. در نتیجه یك دو قطبی در طول محور مركزی به وجود می‌آید و باعث ایجاد اختلاف سطح انرژی بین سطوح می‌شود[9]. یکی از خواص مهم نانوذرات نظیر روی و اکسید روی نسبت سطح به حجم بالای این مواد است[10].با استفاده از این خاصیت می توان کاتالیزورهای قدرتمندی را در ابعاد نانومتری تولید نمود. این نانوکاتالیزورها راندمان واکنشهای شیمیایی را به شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنشها جلوگیری خواهند نمود[11]. بکارگیری نانوذرات اکسید روی در تولید مواد دیگر، می تواند استحکام آنها را افزایش دهد و یا وزن آنها را کم کند، مقاومت شیمیایی و حرارتی آنها را بالا ببرد و واکنش آنها را در برابر نور و تشعشعات دیگر تغییر دهد[12]. پس مهمترین کاربردی که برای این نانوذرات می توان متصور شد، استفاده از آنها در تولید نانوکامپوزیت هاست. با استفاده از این نانوذرات، نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به شدت افزایش خواهد یافت. اخیرا در ساخت شیشه های ضد آفتاب از نانوذرات اکسید روی استفاده شده است. استفاده از این مواد علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها، عمر آنها را نیز چندین برابر نموده است[13]. همچنین از نانوذرات اکسید روی در ساخت انواع ساینده ها، رنگها، لایه های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه ها و عینکها (ضدجوش و نشکن)، کاشی ها و در حفاظ های الکترومغناطیسی شیشه های اتومبیل و در و پنجره استفاده می شود[14]. پوششهای ضد نوشته برای دیوارها و پوششهای سرامیکی برای افزایش استحکام سلولهای خورشیدی نیز با استفاده از نانوذرات تولید شده اند. با توجه به اهمیت نانو ساختارهای اکسید روی، در این کار پژوهشی نانومیله های اکسید روی با اضافه کردن اولئات سدیم بطور موفقیت آمیزی سنتز شدند. همچنین تاثیر اولئات سدیم در اندازه و یکنواختی نانومیله ها بررسی شده اند.

بخش تجربی

1- مواد و معرفها
سولفات روی با غلظت 1 مول بر لیتر، کربنات سدیم با غلظت 1 مول بر لیتر، اولئات سدیم، سود با غلظت 1 مول بر لیتر، آب مقطر و اتانول.

2- روش سنتز
در این روش، مقداری از سولفات روی با غلظت 1 مول بر لیتر در یک بالن سه دهانه ریخته شد. در ادامه به همان اندازه از محلول کربنات سدیم با همان غلظت با مقدار معینی از محلول اولئات سدیم مخلوط شد. سپس این محلول قطره قطره به روی محلول اولی در دمای c°70 اضافه شد. در نهایت محلول سود با غلظت 1 مول بر لیتر افزوده شد. واکنش در مدت 1.5 ساعت هم زده شد. سپس با آب مقطر و اتانول شستشو داده شد تا یونهای اضافی آن از بین رود. بعد از خشک شدن در آون در دمای c°60 نانو میله های اکسید روی حاصل شدند.

نتایج وبحث
نانومیله های اکسید روی سنتز شده با wt% 2.5 از اولئات سدیم مورد بررسی قرار گرفتند. برای تعیین اندازه ذرات نانومیله های اکسید روی سنتز شده، طیف XRD از این نمونه گرفته شد. در شکل 1 طیف XRD نمونه ای از نانومیله های اکسید روی سنتزی نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، تمامی پیکهای حاصل با پیکهای استاندارد (JCPDS 36-1451) اکسید روی هگزاگونال مطابقت دارد. با توجه به پیکهای حاصله و با استفاده از رابطه شرر (معادله 1) اندازه نانو میله های سنتز شده محاسبه گردید. مطابق نتایج حاصل، میزان اندازه ذرات سنتز شده در حدود 46 نانومتر بود.

l طول اشعه ایکس 1.54 آنگستروم

b عرض پیک در نصف ارتفاع

θ زاویه پیک

شكل1 :طیف XRD نانو میله اکسید روی

ابعاد و مورفولوژی نمونه اکسید روی سنتز شده از طریق تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی((SEM مورد بررسی قرار گرفت. در اشکال 2 و 3 تصاویر SEM نانومیله های اکسید روی سنتز شده با استفاده از اولئات سدیم و بدون استفاده از اولئات سدیم نشان داده شده است.

شكل2 :طیف SEM نانو میله های اکسید روی سنتز شده با استفاده از اولئات سدیم

شكل3 :طیف SEM نانومیله های اکسید روی سنتز شده بدون استفاده از اولئات سدیم

همانطور که مشاهده می شود نانومیله های سنتز شده با طولی در حدود 2.0 میکرومتر می باشند. بنابراین اولئات سدیم نقش مهمی در شکل گیری نانو میله های بزرگ و یکسان دارد. بر طبق تحقیقات انجام گرفته نانومیله های اکسید روی هم اندازه با طول تقریبی 2.0 میکرومتر کاربرد وسیعی در نانو وسیله های اپتوالکترونیک دارد.

نتيجه گيري
نانومیله های اکسید روی اصلاح شده با اولئات سدیم بطور موفقیت آمیزی سنتز شدند. خواص این نمونه ها از قبیل شکل و اندازه با استفاده از تکنیکهای مختلف نظیر پراش اشعه ایکس ((XRD و تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی ((SEM تعیین گردیدند. مطابق نتایج حاصل، در صورت استفاده از اولئات سدیم، نانومیله های اکسید روی با طول بلند و قطر 46 نانومتر قابل حصول هستند. همچنین تجربه نشان داد که تنظیم دقیق شرایط سنتز برای بهبود خواص شکل و اندازه ذرات اکسید روی حاصل بسیار مهم و ضروری است.

[فلفل نمك]

اختلاط فراورده ها

هدف از اختلاف فراورده‌ها ، تخصیص اجزای اختلاطی فراهم برای دستیابی به شرایط و مشخصات فراوده مورد تقاضا با کمترین هزینه و تولید فراورده‌های فزاینده‌ای است که سود کلی پالایشگاه را بیشینه کند. فراورده‌های عمده پالایشگاهی که از طریق اختلاط بدست می‌آیند عبارتند از:

بنزین ، سوخت جت ، نفت کوره و سوخت دیزل که از مخلوط میان تقطیرهای واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ بدست می‌آیند. در برخی از پالایشگاهها ، نفت گاز خلاء سنگین و باقیمانده خام نفتهای خام نفتنی و یا پارافینی را برای تولید روغن‌های روانسازی فراورش (پالایش) می‌کنند. پس از حذف آسفالتها در واحد آسفالت زدایی با پروپان ، باقیمانده خام تقطیر در خلاء و نفت گاز خلاء ، بمنظور تولید مواد پایه روغن‌های روانساز ، در معرض یک رشته عملیات محدود قرار می‌گیرند.

نفت گازهای خلاء و منابع خام آسفالت زدایی شده را نخست بمنظور حذف ترکیبات آروماتیکی ، با حلال استخراج می‌کنند و سپس بمنظور بهبود نقطه ریزش ، موم (واکس) زدایی می‌نمایند. بعد از این مرحله ، این مواد را بخاطر بهبود رنگ و پایداری ، با خاک رسهای خاص عمل آوری کرده یا در معرض عمل آوری جدی با هیدروژن قرار می‌دهند و سپس آنها را برای تولید روغنهای روانساز مخلوط می‌کنند.

فرایندهای پشتیبانی

تعدادی از فرایندها در پالایشگاهها مستقیما در تولید سوختهای هیدروکربنی شرکت ندارند، بلکه نقش پشتیبانی ایفا می‌کنند. این فرایندها عبارتند از:


* واحد هیدروژن بمنظور تولید هیدروژن برای واحدهای هیدروکراکینگ و عمل‌آوری با هیدروژن.

* واحد فراوری گاز که هیدروربنهای زود جوش را جدا می‌سازد.

* واحد عمل آوری گاز اسیدی که هیدروژن سولفید و یا سایر گازهای اسیدی را از جریان گاز هیدروکربنی جدا می‌کند.

* واحد بازیافت گوگرد

* سیستمهای عمل‌آوری مایع خروجی (فاضلاب پالایشگاهها)

* کنترل آلودگی ناشی از گازهای احتراق و بخارهای هیدروکربنی خروجی از دستگاههای فرایندی و مخازن ذخیره مواد

رده بندی فراورده‌ها در پالایشگاه

در یک پالایشگاه ، اغلب سه نوع فراورده تولید می‌گردد:


* فراورده‌های نهائی که مستقیما قابل عرضه به بازار می‌باشد (بنزین- نفت گاز).

* فراورده‌های نیمه نهائی که باید مجددا عملیاتی بر روی آنها انجام گیرد (برش هائی که بهینه روغن های معدنی بکار می‌روند).

* فراورده‌های حد واسط ، شامل ترکیباتی می‌گردد که بعنوان مواد اولیه در صنعت پتروشیمی بکار برده می‌شوند.

و بطور کلی فراورده های حاصل از پالایشگاهها عبارتند از:

* گازها ، شامل هیدروژن و هیدروکربورهای گازی شکل (گازهای صنعتی و پتروشیمیایی) و گازهای مایع شده ( L.P.G ) مثل بوتان و پروپان‌های تجارتی جهت مصارف خانگی و صنعتی

* کربوران‌ها جهت موتورهای اتومبیل و هواپیما و موتورهای دیزل

* اسانس‌های مخصوص و حلال‌ها ، بعنوان پاک‌کننده لکه‌ها ، حلال در نقاشی ، حلال در صنعت

* کروزن یا نفت لامپا برای روشنایی و یا ایجاد حرارت

* مازوت خانگی ، ماده قابل احتراق برای تاسیسات حرارتی خانگ یا صنعتی با قدرت کم
* روغن ها ، روغن های سبک جهت چرب‌کردن دستگاههای مکانیکی کوچک (چرخ خیاطی) ، روغن‌های سنگین جهت ساخت روغن موتور ، روغن سیلندر مورد استفاده در ماشین‌های بخار

* پارافین و موم ، جهت محافظت مواد غذائی و عایق الکتریسته
* مازوت سنگین ، بعنوان سوخت برای تاسیسات حرارتی با قدرت زیاد مانند نیروگاههای برق و کشتی

* آسفالت ، بصورت قید جهت استفاده در جاده‌ها یا در ساختمان‌ها و همچنین بمنظور قالب‌گیری و بسته‌بندی
* کک ، بعنوان سوخت برای صنایع و یا ماده مورد استفاده جهت تهیه الکترودها