توضیحات
عنوان فارسی: تولید انرژی از پیل های سوختی جایگزین سوخت های فسیلی برای خوردوها و فواید زیست محیطی آن
- فصل اول: کلیات
- مقدمه
- نفت و مشتقات آن
- تولید انرژی از سوختهای فسیلی
- مزایا و معایب سوختهای فسیلی
- آلودگی تولیدی سوختهای فسیلی
- فواید مواد نفتی در زندگی بشر
- ساخت مواد مختلف از نفت
- پتروشیمی و تولیدات پتروشیمی آن
- فصل دوم: مواد و روش کار
- استفاده از سوختهای مختلف در صنعت خودرو
- استفاده از سوختهای مختلف در صنعت کشتیرانی
- استفاده از سوختهای مختلف در صنعت سیمان
- استفاده از سوختهای مختلف در صنعت هواپیمایی
- فصل سوم: نتایج
- پیلهای سوختی
- تاریخچهی پیلهای سوختی
- انواع پیلهای سوختی
- کاربرد پیلهای سوختی
- اصول فرآیند و اجزای مورد استفاده در یک سیستم پیل سوختی
- فصل چهارم: بحث و نتیجهگیری
- اثرات منفی استفاده از سوختهای فسیلی
- اثرات مثبت استفاده از پیلهای سوختی
- مقایسه فواید پیلهای سوختی با سوختهای فسیلی
- فصل پنجم: پیشنهادات
- منابع
فصل اول: کلیات
1-1 مقدمه
بشر از آغاز خلقت، بدنبال چیزی بوده است که بتواند از آن، حرارت، روشنایی و نیروی لازم برای گرداندن چرخ زندگی خود را فراهم نماید. برای تامین حرارت، نخست شاخ و برگ درختان و زغال چوب را که در دسترس داشت، بکار میبرد. روشنایی لازم را نیز با مشعلهای چوبی یا چراغهای پیه سوز و رفته رفته با چراغهایی که با روغنهای گیاهی و روغنهای معدنی میسوخت، تامین میکرد. بشر کمکم زغال سنگ را کشف نمود. کشف زغال سنگ زندگی بشر را دچار تحولی بزرگ کرد و باعث پیدایش و رشد سریع صنایع گردید. تا اوایل قرن بیستم، منبع اصلی انرژی، زغال سنگ بود. اما بعدها، انسان دریافت که نفت را که از دیر باز میشناخت و لیکن به مصارف محدود و دیگر میرسانید، برای تولید حرارت و انرژی بهمراتب از سوختهای جامد بهتر است. از اینرو شروع به استخراج نفت از زمین نمود. پس از این مقدمه کوتاه در مورد سوختهای فسیلی، در ادامه بهطور کامل در مورد آنها توضیحاتی ارائه خواهد شد.
سوخت فسیلی به سوختهایی اطلاق میشود که از سنگوارهها بدست میآید. سوختهای فسیلی به سه نوع، زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تقسیم میشوند. هر سه دسته چند صد هزار سال قبل حتی بیش از ظهور دایناسورها شروع به شکلگیری کردهاند و به خاطر آن است که به آنها سوختهای فسیلی میگویند که در آن زمان زمین پر از باتلاقهایی بوده که با درختان عظیم و سرخسها و دیگر گیاهان برگدار پوشیده بوده و همان طور که درختها و گیاهان میمردند در اعماق اقیانوسها غرق و به تدریج دفن میشدند و لایه اسفنجی به نام پیت تشکیل میشد، بعد از گذشت صدها سال پیت با شن و خاک و رس و مواد معدنی دیگر پوشیده شده و این مواد معدنی به مرور زمان به نوعی صخره رسوبی تبدیل میشد. همینطور که لایههای بیشتری روی هم انباشته میشود وزنشان هم بیشتر میشود و پیت را تحت فشار قرار میدهد، لایه پیت آنقدر له و فشرده میشود تا آب آن تخلیه میشود و بعد از میلیونها سال تبدیل به ذغال سنگ نفت و گاز طبیعی میشوند.
نحوه تأمین انرژی یکی از دغدغههای جهان امروز شده است چه کشورهای که تأمین کننده مواد خام انرژی هستند و چه آنهای که با فناوری خود آن را قابل استفاده میکنند. بسیاری از مردم تمایل دارند بدانند که تا ۲۰۴۰ جهان در مسیر استفاده از انرژیهای سبز و قابل بازیابی مثل انرژی باد و خورشید حرکت خواهیم کرد یا خیر، سازمان چشمانداز بینالمللی انرژی به این گونه فکر میکند که این تا سال ۲۰۴۰ جهان بیشتر از سوخت فسیلی مثل زغال سنگ و نفت استفاده میکند و مصرف انرژی جهانی به شدت افزایش خواهد یافت و درخواست تقاضای انرژیهای جهانی در کشورهای در حال توسعه بخصوص آسیا افزایش پیدا میکند و چین که به تازگی جایگاه بالاترین مصرف انرژی جهان را دارد که این عنوان قبل از این دراختیار کشور آمریکا بود دارای بیشترین سهم در رشد مصرف جهانی در سی سال آینده خواهد بود.
از مشکلاتی که در آینده گریبان کشورهای توسعه یافته را خواهد گرفت، رشد بیرویه انتشار کربن در سال ۲۰۴۰ خواهد بود و این عمل باعث میشود تغییرات و فشارهای جدید در ژئوپلتیک به وجود آید همچنین این تغییر به پیشرفت فناوریهای مربوط به انرژی هم منجر میشود که در صورتی که کشورهای تولیدکننده انرژی به این فناوریها دسترسی پیدا نکنند، ضرر بزرگی در بازار انرژی در سال ۲۰۴۰ خواهند خورد از جمله این کشورها میتوان روسیه را مثال زد که بشدت به درآمدهای حاصل از نفت و گاز خود وابسته است.
1-2 نفت و مشتقات آن
امروزه نفت از سایر منابع انرژی و حرارت، پیشی جسته و مقام نخست را داراست و پیوسته دامنه مصرف آن گسترش مییابد. همچنانکه انسان در زندگی پیش میرود، احتیاجش به منابع انرژی بیشتر میگردد و جوابگوی این تقاضای روز افزون فقط نفت است، وگرنه زغال سنگ و منابع دیگر نیرو نمیتوانند تکافوی احتیاجات امروزی بشر را بنمایند. حتی اگر در سالهای آینده از انرژی هستهای استفاده بعمل آید، باز نفت همچنان سهم و مقام برجسته در تولید نیرو به عهده خواهد داشت. سوخت مایع و گازی، بهتر از سوخت جامد است. به همین سبب، بشر برای تهیه سوختهای لازم برای زندگی صنعتی خود، به نفت روی آورده است.
تعداد سوختهای نفتی نیز فوقالعاده زیاد است. مثلا در پالایشگاه آبادان ، صرفنظر از محصولات دیگر سوختهای گوناگون فراوانی از بنزین هواپیما گرفته تا قیر تهیه میشود. ذکر همه این مواد و موارد مصرف آنها امکانپذیر نیست. بنابراین چند مورد مهم و آشنای آن را مثل گاز، بنزین، نفت سفید، نفت دیزل، روغن و قیر در این تحقیق ذکر خواهد شد:
الف) گاز
گاز نفت بطور طبیعی همراه نفت خام از زمین بیرون میآید و یا بر اثر پالایش و تجزیه اجزای نفت حاصل میگردد. گاز نفت انواع گوناگون دارد. برخی از آنها در فشار و دمای عادی گازی شکل هستند، به همین سبب آنها را اصطلاحا گاز خشک میگویند. بعضی نیز در این شرایط مایع هستند، لذا اصطلاحا آنها را گاز تر مینامند. گازهای تر، مقدار زیادی بنزین سبک و گرانبها همراه دارند که در موقع پالایش آنها را جدا میسازیم، اما گاز خشک یک سوخت حاضر و آماده است.
ب) بنزین
بنزین، یکی ازفرآوردههای سبک نفت است که یا بطور طبیعی با گازهای تر همراه است و یا بر اثر پالایش نفت خام حاصل میگردد. در اوایل پیدایش صنعت نفت که هدف پالایشگران فقط تهیه نفت چراغ بود، بنزین مورد مصرفی نداشت. حتی مادهای زائد و خطرناک بشمار میرفت. لذا سعی میشد که در موقع پالایش حتیالمقدور کمتر، از آن بوجود آید تا آز آسیب آن در امان باشند. اما با اختراع موتورهای احتراقی درونسوز، این وضع دگرگون شد و مصرف بنزین آنچنان گسترش یافت که برای تهیه آن، ناگزیر شیوهها و دستگاههای پالایش جدیدی پدید آمد. پالایشگران ناگزیر شدند، ملکولهای ترکیبات نفتی را شکسته و تغییراتی در آن دهند تا بنزین بوجود آید.
ج) نفت سفید
نفت سفید مایعی بیرنگ و کمی سنگینتر از بنزین است. نفت سفید از آغاز پیدایش صنعت نفت تا 50 سال، مهمترین فرآورده نفتی بود. نخست بعنوان روغن چراغ بکار میرفت و هنوز هم در مواردی برای تولید روشنائی بکار میرود. امروزه بیشتر بعنوان منبع تولید نیرو و در برخی توربینهای هواپیما و موتور تراکتورهای مخصوص بکار میرود.
د) سوخت دیزل
نفت دیزل چنانکه از نامش پیداست، بعنوان سوخت در موتورهای دیزلی یعنی موتورهای فشار سوز بهمصرف میرسد. مقدار گوگرد موجود در این نوع نفت، بیش از میزان موجود در نفت سفید است.
ه) روغنهای روان
یکی دیگر از محصولات نفتی، روغن روان است که بیشتر برای روان نگهداشتن اجزای ماشینآلات بهمصرف میرسد. میزان روغنهای حاصل از نفت، کمتر از 2 در صد کلیه فرآوردههای دیگر است. لذا همین میزان روغن، نقشی بر جسته و مهم در صنایع و زندگی امروزی ایفا میکند، زیرا از قیچی و چرخ خیاطی گرفته تا جرثقیلهای عظیم و ماشینآلات غول پیکر همه برای خوب کار کردن باید روغن مصرف کنند. روغن برای اجزای متحرک ماشینآلات بکار رفته، از اصطکاک و فرسوده شدن آنها جلوگیری میکند.
و) قیر
قیر، هیدروکربنی است که معمولا از تقطیر و پالایش نفت خام معینی ته ظرف پالایش بدست میآید. وزن مخصوص آن 1 الی 3/1 و نقطه ذوب آن (140 – 110) درجه سانتیگراد میباشد. این ماده بطور طبیعی نیز در برخی از نقاط کره زمین یافت میشود. قیر طبیعی، بر اثر تراوش نفت خام از روزنه و شکافهای سطح زمین به خارج و بخار شدن اجزای سبک نفت پدید میآید. همین قیر بود که از دیرباز، مخصوصا در ایران و بینالنهرین بعنوان ملاط در ساختمانها و استخرها و یا گازهای دیگر بهمصرف میرسید. قیر حاصل تقطیر، مادهای است سیاه رنگ یا قهوهای سیر که برحسب مقدار اجزای سبکی که در موقع پالایش از نفت خام گرفته میشود، ممکن است خیلی سفت یا به درجات مختلف نرم باشد. قیر بر اثر حرارات نرم و آب میشود. اما اگر با اکسیژن ترکیب شده باشد، بصورت نوعی لاستیک در میآید که در آنصورت مثل قیرهای دیگر چندان در مقابل گرما یا در مقابل سرما سفت نمیشود.
ز) قطران طبیعی
گروهی از نفتهای خام دارای گوگرد زیاد، ویسکوزیته بیشتر و تراکم را قطران طبیعی گویند که در بعضی مناطق استثنائا آنها را نیز استخراج میکنند. قطران در عمق کم زمین و در داخل ماسههای نفت دار که به آنها ماسههای قطران گویند، یافت میشود. این قطرانها راهنمای خوبی برای پیدا شدن نفت خام محسوب میشوند.
ح) موم طبیعی
موم طبیعی بطور کلی از پارافین تشکیل میشود و میتواند درون لولههای حامل نفت نیز از متن تفکیک حاصل میکند. این ماده به حالت خمیر یا شکننده و برنگ زرد مایل به قهوهای میباشد که دارای وزن مخصوص 84/0 الی 93/0 میباشد. نقطه ذوب موم طبیعی، 85 الی 100 بوده و در داخل بنزین، روغن و محلولهای بیتومینی حل میشود.
1-3 تولید انرژی از سوختهای فسیلی
برای تولید انرژی از سوختهای فسیلی از نیروگاه سوخت فسیلی استفاده میشود. در یک نیروگاه سوخت فسیلی از انرژی شیمیایی ذخیره شده در سوختهای فسیلی نظیر زغال سنگ، نفت کوره، گاز طبیعی یا شیست قیری به طور مداوم به انرژی گرمایی تبدیل میشود. این انرژی گرمایی به وسیله توربینها به انرژی مکانیکی تبدیل شده و در نهایت انرژی مکانیکی توسط ژنراتورهای الکتریکی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود که به وسیله شبکه انتقال در یک پهنه جغرافیایی وسیع توزیع میشود. تقریباً تمام نیروگاههای سوخت فسیلی از بخار به عنوان سیال استفاده میکنند، البته صرف نظر از توربینهای گازی و موتورهای احتراق داخلی که در سطح کوچکی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده میشوند.
از سوختن تمامی سوختهای فسیلی دیاکسید کربن تولید میشود. دیگر ترکیبی که از سوختن سوختهای فسیلی (به ویژه زغال سنگ) به وجود میآید، دیاکسید گوگرد و اکسید نیروژن است. هر نیروگاه سوخت فسیلی از تاسیساتی پیچیده و منحصر به فردی ساخته شده است. تا سال ۲۰۰۴ هزینه ساخت این چنین نیروگاههایی حدوداً ۱۳۰۰ دلار به ازای هر کیلووات یا به عبارتی ۶۵۰ میلیون دلار به ازای هر ۵۰۰ مگاوات بود. همچنین ممکن است چندین واحد مولدی برای صرفهجویی در هزینه مکان و منابع طبیعی در یک محل ساخته شوند.
در نیروگاه با سوخت فسیلی، اول باید سوخت را آماده کرد. مثلا اگر سوخت زغال سنگ است باید به صورت گرد در آید، چنانچه نفت است باید گرم شود، سپس سوخت آماده شده، به داخل کوره تزریق یا پاشیده شود. در کوره سوخت با هوا مخلوط شده میسوزد و گرمای حاصل از سوختن آن برای تولید بخار بکار میرود و چرخه تولید بخار آغاز میشود، بخار در توربین منبسط شده و آن را میچرخاند و چون محور توربین به محور مولد برق اتصال دارد، القاء کن مولد نیز به چرخش در میآید و برق تولید میشود، بخار پس از خروج از توربین باید متراکم شده دوباره به صورت آب در آید بطوریکه بتوان آن را بوسیله تلمبه به دیگ برگردانده تا دوباره از آن استفاده کرد.
در این شش مرحله که در نیروگاه با سوخت فسیلی جریان دارند، انرژی در مراحل پیدرپی از یک صورت به صورت دیگر تبدیل میشود: انرژی اولیه در سوخت ذخیره است، وقتی سوخت میسوزد، مقداری از این انرژی به صورت گرما آزاد میشود. آب درون دیگ این انرژی گرمایی را جذب میکند و بخار میشود. بخار انرژی را به توربین انتقال میدهد، در توربین این انرژی به انرژی جنبشی چرخاننده توربین تبدیل میگردد که مستقیما به مولد برق انتقال یافته به انرژی الکتریکی تبدیل میشود و برق تولید میگردد.
پراکندگی منابع گاز طبیعی در نقاط خاص باعث شده است تا از سیستمهای مختلف انتقال و توزیع استفاده شود. مایع نمودن گاز طبیعی و سپس حمل آن توسط تانکر و یا کشتی و همچنین استفاده از سیستمهای شبكه گازرسانی دو روش متداول جهت انتقال و توزیع گاز طبیعی میباشد. در ایران اقتصادیترین روش، استفاده از سیستم های لوله کشی میباشد.
با توجه به تراکم پذیر بودن گاز طبیعی، انتقال آن بوسیله خطوط لوله در فشارهای بالا انجام میشود. امّا با توجه به نیاز مصرف کنندههای مختلف به فشارهای پائینتر، لازم است که فشار آن در محل مصرف تقلیل پیدا کند. این موضوع با کاهش انرژی فشاری ذخیره شده در یک ایستگاه تقلیل فشار انجام میگیرد. در اکثر این ایستگاهها، فشار گاز توسط شیر فشارشکن به مقدار مورد نظر کاهش پیدا میکند. در این نوع کاهش فشار در حقیقت نوعی اتلاف انرژی به وجود میآید، در صورتی که میتوان انرژی ذخیره شده در گاز طبیعی را با بکار بردن تجهیزات مناسب به گونهای مفید از انرژی تبدیل نمود.
درنیروگاههای گازی ابتدا پس از احتراق گاز و بخار کردن آب و چرخاندن توربین با استفاده از بخار آب بعد دودهای حاصل از سوختن گاز را به نیروگاه دیگری میفرستند تا آنجا دوباره این دود آب را بخار کند به دلیل دمای بسیار بالای دود خروجی است؛ بنابراین میتوانند از گاز دوبار استفاده کنند و همین باعث بصرفه تر شدن این نیروگاهها شده است.
در نیروگاههای سوخت فسیلی از آب در دیگهای بخار استفاده میشود. در این نیروگاهها آب نقش یک سیال را دارد که انرژی را از دیگ بخار به توربین بخار حمل میکند. بیشتر آب مورد استفاده در این قسمت از طریق تصفیه و تقطیر آب به دست میآید. این کار به دلیل جلوگیری از خورده شدن قطعات و قسمتهای فلزی تجهیزات مورد استفاده در نیروگاه در دما و فشار بالا انجام میشود. تجهیزات نرم کننده آب (کاهنده سختی آب) و تبادل یونی آب را آنقدر خالص میکنند که آب به یک عایق الکتریکی تبدیل میشود. هدایت الکتریکی آب در این مرحله چیزی در حدود 3/0. تا ۱ میکروزیمنس به ازای هر سانتیمتر مربع است. برای جبران کردن آب از دست رفته در در نیروگاه به عنوان نمونه در یک نیروگاه ۵۰۰ مگاواتی باید هر دقیقه ۲۰ گالن (۲/۱ لیتر در ثانیه) آب به چرخه نیروگاه وارد شود.
آب خارج شده از توربینها پس از مقطر شدن در داخل کندانسور (تقطیر کننده) دوباره وارد چرخه میشود. میزان تولید آب مقطر در بار کامل یک نیروگاه ۵۰۰ مگاواتی ۶۰۰۰ گالن در هر دقیقه (۳۸/۰ متر مکعب در ثانیه) است.
سپس آب از میان حدود شش یا هفت پیشگرمکننده عبور میکند. در هر یک از این مراحل آب به وسیله بخار خارج شده از توربین گرم میشود و مقداری حرارت میگیرد. سپس آب مقطر به اضافه آب جبرانی به دگازور (هواگیر) وارد میشوند. دگازور هوای حل شده در آب را در فشار و دمای زیاد از آب جدا میکند که موجب کاهش خاصیت خورندگی آب میشود. در این مرحله ممکن است به آب هیدروزین نیز اضافه کنند. هیدروزین مادهای شیمیایی است که اکسیژن باقی ماندهی آب را جدا میکند. همچنین در این مرحله pH آب نیز کنترل میشود تا از اسیدی بودن آب و در نتیجه خوردگی جلوگیری شود.
مقدار انرژی که با حرارت سوختهای فسیلی ایجاد میشود نسبت به روشی که با انرژی آبی الکتریسیته تولید میشود، بیشتر است. هزینهی نصب و تهیهی آن نسبت به انرژی خورشیدی و آبی کمتر است.
1-4 مزایا و معایب سوختهای فسیلی
سوختهای فسیلی بقایای گیاهان و حیوانات ما قبل تاریخ است که اکنون به زنجیرههای هیدروکربنی کاهش یافته است. این هیدروکربنها به شکل جامد یا مایع است. سوختهای فسیلی دارای سرعت احتراق بسیار بالایی است و انرژی بسیار زیادی آزاد میکند. بیشتر نیاز ما به انرژی و سوخت از طریق سوختهای فسیلی تأمین میشود. جالب این است که نیاز دنیا به سوختهای فسیلی هر بیست سال دو برابر میشود ولی هنوز هم منابع سوختهای فسیلی برای برآورده کردن این نیاز کافی است. ولی مصرف بیش از حد سوختهای فسیلی در قرن بیستم باعث تخلیهی این منابع شده است. در کنار این، سوختهای فسیلی میزان آلودگی محیطی را بسیار افزایش داده است و این تبدیل به مسئلهای جدی شده است. در این بخش، به بررسی اجمالی مزایا و معایب سوختهای فسیلی پرداخته شده است.
الف) مزایا
سوختهای فسیلی نسبت به منابع انرژی دیگر دارای چندین مزیت است. به همین خاطر است که آنها هنوز هم بهعنوان منبع اصلی تأمین کنندهی انرژی به شمار میروند. مزایای سوختهای فسیلی عبارت است از:
1- سوختهای فسیلی دارای انرژی گرمایی بالایی است. سوزاندن ۱ گرم سوخت فسیلی مقدار زیادی انرژی آزاد میکند. مقدار انرژی تولید شده توسط سوختهای فسیلی بیشتر از انرژی تولید شده توسط همان مقدار از منابع انرژی دیگر است.
2- بهرهبرداری از مخازن سوختهای فسیلی به کمک تجهیزات پیشرفته بسیار آسان است.
3- زغال سنگ سوخت فسیلی است که به وفور یافت میشود. از زغال سنگ در بسیاری از نیروگاهها استفاده میشود زیرا هزینهی تولید را تا حد زیادی کاهش میدهد.
4- حمل و نقل سوختهای فسیلی که به شکل مایع یا گاز است، بسیار آسان است. آنها را به سادگی از طریق لوله انتقال میدهند.
4- ساخت و ساز نیروگاههایی که با سوخت فسیلی کار میکنند، نیز آسان است.
5- نفت برجستهترین شکل سوختهای فسیلی است که در انواع وسایل نقلیه مورد استفاده قرار میگیرد.
6- استخراج و فرآوری سوختهای فسیلی آسانتر بوده و از اینرو، ارزانتر از منابع انرژی دیگر است.
ب) معایب
اگر چه سوختهای فسیلی تا همین اواخر به منابع انرژی دیگر ترجیح داده میشد، ولی مصرف بیش از حد آنها و برخی خواص غیر مطلوب باعث ایجاد برخی مسائل مهم شده است. معایب سوختهای فسیلی عبارت است از:
1- اگر چه نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ به فور در طبیعت یافت میشود، ولی مصرف بیش از حد باعث تخلیهی قابل توجه مخارن آنها شده است. در کنار این، جایگزینی منابع غیر ممکن است. زیرا، میلیونها سال طول میکشد تا زنجیرههای هیدروکربنی تشکیل شود.
2- هیدروکربنهای حاضر در سوختهای فسیلی گازهای گلخانهای مانند متان و دی اکسید کربن آزاد میکنند که باعث سوراخ شدن لایهی اوزون میشود.
3- در کنار این، گازهای مضر دیگر مانند کربن مونوکسید و دی اکسید گوگرد باعث ایجاد بارانهای اسیدی میشود.
5- استخراج سوختهای فسیلی تعادل زیست محیطی را در برخی نواحی در معرض خطر قرار داده است. به علاوه، معدن کاری زغال سنگ جان کارگران معدن بسیاری را گرفته است.
6- کاهش مخازن باعث افزایش هزینههای استخراج سوختهای فسیلی شده است. این قیمت سوخت را نیز تحت تأثیر قرار میدهد.
7- نشت برخی سوختهای فسیلی مانند گاز طبیعی و نفت خام میتواند خطرات جدی را به دنبال داشته باشد.؛ از اینرو، حمل و نقل این سوختها خطرناک است.
8- سوختهای فسیلی باعث گرمایش جهانی میشود، مسئلهای که سرتاسر جهان با آن مواجه است.
توجه:
- برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
- لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش تحقیق
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.