ارزیابی میزان تولید گازهای آلاینده و گلخانه ای با استفاده از مخلوط بنزین-اتانول در موتورهای بنزینی

نوع مقاله : مقاله شیمی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی

10.22075/jme.2019.17191.1686

چکیده

اتانول یک سوخت تجدیدپذیر و جایگزین است که می تواند به عنوان سوخت ترکیبی با دیگر سوختها بکار رود و راندمان احتراق و ترکیبات گازهای خروجی را بهبود ببخشد. در این مقاله، اشتعال در موتور خودرو با استفاده از مقادیر مختلف مخلوط بنزین - اتانول مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج احتراق بنزین خالص و سوختهای ترکیبی از نظر تولید گازهای گلخانه ای نظیر کربن دی اکسید و آلاینده هایی نظیر کربن منوکسید، اکسیدهای نیتروژن و گوگرد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که مخلوط اتانول - بنزین بهبود قابل توجهی در کاهش انتشار گازهای آلاینده اگزوز حاوی کربن دی اکسید و اکسیدهای گوگرد دارد. در این میان بالاترین درصد کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای مربوط به 90 درصد حجمی بنزین و 10 درصد حجمی اتانول می باشد که این مقدار کاهش در دور موتورهای مختلف، متفاوت می باشد. با افزایش دور موتور، میزان کربن دی اکسید تولیدی با توجه به افزایش مصرف سوخت افزایش می یابد؛ با این وجود، میزان انتشار کربن مونوکسید با افزایش دور موتور در ابتدا افزایش یافته ولی از دور موتور rpm 3000 به بعد این مقادیر در اثر افزایش دمای موتور کاهش می یابد. بنابراین؛ مخلوط سوخت بنزین - اتانول می تواند به عنوان مقدمه ای برای جایگزینی سوخت فسیلی در موتورهای بنزینی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of pollutants and greenhouse emissions using gasoline-ethanol blends in gasoline engines

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Bahadori
  • Ehsan Khorshidi
Urmia University of Technology
چکیده [English]

Reduction of fossil fuel reservoirs along with the environmental crisis associated with the fossil fuel combustion cause find the renewable and green resource of energies. Ethanol is an alternative fuel that is used as fuel in combination with other fuels and improves combustion efficiency and exhaust gasses properties.
In this paper, combustion in automotive engines using different blends of gasoline-ethanol are studied to investigate the emissions of pollutants such as carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides, and sulfur oxides. The simulation results showed that the blend of ethanol - gasoline significantly reduces exhaust emissions contain carbon dioxide, and sulfur oxides. The highest percentage of reduction in emission of greenhouse gasses is observed for 10% (V/V) of ethanol; however, by increasing engine speed, emission of carbon dioxide increases due to increased fuel consumption, while, unburned hydrocarbons and carbon monoxide emissions initially increases with increasing engine speed, and decreases by increasing the engine speed and temperature. Therefore, a mixture of gasoline-ethanol can be used as a substitute for fossil fuels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • modeling
  • gasoline
  • ethanol
  • pollutants
  • greenhouse gases
[1] International Energy Outlook 2040, 2013.
[2] S.A. Shahir, H.H. Masjuki, M.A. Kalam, A. Imran, A.M. Ashraful, "Experimental investigation on the behavior of a direct injection diesel engine fueled with Karanja methyl ester-biogas dual fuel at different injection timings", Renew Sustain Energy Rev, Vol. 48, No. 1, 2015, pp. 62–66.
[3] M. Balat, H. Balat, Progress in bioethanol processing Appl Energy, Vol. 86, 2009, pp. 2273–2284.
[4] A.C. Hansen, D.C. Kyritsis, C.F. Lee, Characteristics of biofuels and renewable fuel standards, John Wiley, New York, 2009.
[5] T. Eseji, N. Qureshi, H.P. Blaschek, “Production of acetone butanole ethanol (ABE) in a continuous flow bioreactor using degermed corn and clostridium", Process Biochemistry, Vol. 42, 2007, pp. 34–40.
[6] A.W. Bhutto, K. Harijan, K. Qureshi, A. Bazmi, A. Bahadori, "Perspectives for the production of ethanol from lignocellulosic feedstock e a case study", Journal of Cleaner Production, Vol. 95, 2015, pp. 184–189.
[7] N.F. Tehrani, J.S. Aznar, Y. Kiros, "Coffee extract residue for production of ethanol and activated carbons", Journal of Cleaner Production, Vol. 91, 2015, pp. 64–71.
[8] H. Karlsson, P. Borjesson, P.A. Hansson, S. Ahlgren, "Ethanol production in biorefineries using lignocellulosic feedstock e GHG performance, energy balance and implications of life cycle calculation methodology", Journal of Cleaner Production, Vol. 83, 2014, pp. 420–427.
[9] B. Neupane, A. Halog, R.J. Lilieholm, "Environmental sustainability of wood derived ethanol: a life cycle evaluation of resource intensity and emissions in Maine", Journal of Cleaner Production, Vol. 44, 2013, pp. 77–83.
[10] C.L.F. Cavalett, E. Ortega, "Integrated environmental assessment of biodiesel production from soybean in Brazil", Journal of Cleaner Production, Vol. 18, 2010, pp. 77–82.
[11] A.K. Agarwal, "Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 33, No. 3, 2007, pp. 233–271.
[12] F.N. Alasfour, "Nox emission from a spark ignition engine using 30% isobutanol/ gasoline blend: Part 1e preheating inlet air", Applied Thermal Engineering, Vol. 18, 1998, pp. 245–251.
[13] H.S. Yucesu, T. Topgul, C. Cinar, M. Okur, "Effect of ethanol gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in different compression ratios", Applied Thermal Engineering, Vol. 26, 2006, pp. 2272–2279.
[14] G. Najafi, B. Ghobadian, T. Tavakoli, D.R. Buttsworth, T.F. Yusaf, M. Faizollahnejad, "Performance and exhaust emissions of a gasoline engine with ethanol blended gasoline fuels using artificial neural network", Applied Energy, Vol. 86, No. 5, 2009, pp. 630–639.
[15] M. Koç, Y. Sekmen, T. Topgul, HS. Yucesu, "The effects of ethanol unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in a spark ignition engine", Renew Energy, Vol. 34, 2009, pp. 2101–2109.
262 ارزیابی میزان تولید گازهای آلاینده و گلخانهای با استفاده از مخلوط بنزین-اتانول در موتورهای بنزینی
مجله مدل سازی در مهندسی سال هفدهم، شماره 59 ، زمستان 1398
[16] C. Park, Y. Choi, C. Kim, O. Seungmook, G. Lim, Y. Moriyoshi, "Performance and exhaust emission characteristics of a spark ignition engine using ethanol and ethanol reformed gas", Fuel, Vol. 89, 2010, pp. 2118–2125.
[17] A. Elfasakhany, "Engine performance evaluation and pollutant emissions analysis using ternary bio-ethanol iso-butanol gasoline blends in gasoline engines", Journal of Cleaner Production, Vol. 4, 2014, pp. 608–614.
[18] M. Al-Hasan, "Effect of ethanol-unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission", Energy Conversion and Management, Vol. 44, No. 9, 2003, pp. 1547–1561.
[19] C.W. Wua, R.H. Chen, J.Y. Pu, T.H. Lina, "The influence of air-fuel ratio on engine performance and pollutant emission of an SI engine using ethanol gasoline blended fuels", Atmospheric Environment, Vol. 38, No. 4, 2004, pp. 7093–7100.
[20] L.W. Jia, M.Q. Shen, J. Wang, M.Q. Lin, "Influence of ethanol-gasoline blended fuel on emission characteristics from a four-stroke motorcycle engine", Journal of Hazardous Materials, Vol. 123, Nos. 1–3, 2005, pp. 29–34.
]21[ ق. حیدری نژاد، ا.م. جدیدی، "شبیه سازی نحوه پخش آلودگی در پشت یک ساختمان با استفاده از یک روش RANS-LES ،"
مجله مدلسازی در مهندسی، سال پانزدهم، شماره 49 ، تابستان 1396 ، صفحه 17 - 27 .
]22[ غ. شفابخش، ف. شاه حسینی، "آنالیز حساسیت مصرف سوخت در حمل و نقل جاده ای نسبت به عوامل هندسی مسیر"، مجله
مدلسازی در مهندسی، سال سیزدهم، شماره 42 ، پاییز 1394 ، صفحه 53 - 64 .
]23[ ر. صباغ،ن. رهبر، "بررسی تأثیر شکل هندسی بر بیشینه دمای جداره ی نوک فلر و توزیع آلاینده های خروجی آن"، مجله مدلسازی
در مهندسی، سال سیزدهم، شماره 40 ، بهار 1394 ، صفحه 43 - 57 .
[24] Groundwater management review, 1990, 167.
[25] W. Liu, M. Morales, Comparison of ethanol and butanol as additives in soybean biodiesel using a constant volume combustion chamber, Agilent technologies Co. Ltd, Shanghai, 2008.
[26] Birbal Chawla, speciation of nitrogen compounds in gasoline and disel range process stream by capillary column gas chromatography with chemiluminescence detection, mobil technology company, paulsboro technical center, paulsboro, newjersy, 2000.
[27] B.M. Masum, H.H. Masjuki, M.A. Kalam, Rizwanul I.M. Fattah, S.M. Palash, M.J. "Abedin, Effect of ethanol–gasoline blend on NOx emission in SI engine", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 24, 2013, pp.209–222.
[28] Modeling petroleum processes with Aspen plus, MY-Tech Inc., 1999.
[29] F. Bahadori, Kh. Mirza, A.R. Behroozsarand, S. Rezvantalab, "Investigation of porosity effects in the emission of pollutants in porous burners", Journal of Chemical Technology and Metallurgy, Vol 50, 2015, pp. 171–178.