بررسی فنی افزودن متانول به بنزین در پالایشگاه ستاره خلیج فارس

بر اساس این گزارش، پالایشگاه ستاره خلیج فارس برای نخستین بار در کشور، استفاده از حدود نیم درصد حجمی متانول در بنزین تولیدی خود را عملیاتی کرده است. این اقدام پس از انجام مطالعات دقیق، آزمایشات گسترده و بررسی‌های فنی به مرحله اجرا رسیده و در چارچوب استاندارد ملی ایران و استاندارد اروپا که استفاده از متانول را تا ۳ درصد حجمی مجاز می‌دانند، صورت گرفته است. نسخه ششم منشور جهانی سوخت نیز اختلاط متانول در بنزین را در صورت تطابق با استانداردهای ملی قابل‌قبول اعلام کرده است.

مزایای فنی و اقتصادی افزودن متانول به بنزین

متانول به عنوان ساده‌ترین الکل، با دارا بودن حدود ۵۰ درصد وزنی اکسیژن و عدد اکتان بالا، یکی از گزینه‌های اصلی برای بهبود کیفیت احتراق و کاهش آلایندگی محسوب می‌شود. این ماده دارای عدد اکتان تحقیقاتی حدود ۱۰۸ تا ۱۰۹ است که به مراتب بالاتر از بنزین معمولی با RON حدود ۹۰ تا ۹۸ بوده و می‌تواند مقاومت سوخت در برابر پدیده کوبش را به طور قابل توجهی افزایش دهد. این ویژگی به موتورهای با نسبت تراکم بالاتر اجازه می‌دهد که راندمان حرارتی بیشتری داشته باشند.

وجود اکسیژن در ساختار متانول باعث احتراق کامل‌تر سوخت و در نتیجه کاهش انتشار آلاینده‌هایی مانند کربن مونوکسید و هیدروکربن‌های نسوخته می‌شود. تحقیقات نشان داده‌اند که استفاده از ترکیبات متانول در بنزین می‌تواند به کاهش انتشار ذرات معلق نیز کمک کند.

از منظر کلان اقتصادی، ایران با تولید سالانه بیش از ۱۲ میلیون تن متانول، جایگاه مهمی در جهان دارد و ظرفیت لازم برای اختلاط متانول با بنزین را داراست. بر اساس مطالعات امکان‌سنجی، اختلاط متانول در نسبت‌های پایین (حدود ۳ درصد حجمی) می‌تواند واردات بنزین را کاهش داده و سالانه تا ۱.۶ میلیارد دلار صرفه‌جویی ارزی ایجاد کند. اجرای این طرح در پالایشگاه ستاره خلیج فارس نیز به افزایش تولید بنزین این پالایشگاه کمک کرده است.

چالش‌های فنی و راهکارهای مهندسی

کارشناسان حوزه انرژی تأکید دارند که علیرغم مزایای متعدد، افزودن متانول به بنزین با چالش‌های فنی و مهندسی قابل توجهی همراه است که نیازمند بررسی دقیق و ارائه راهکارهای مدیریتی کارآمد است.

جدایش فاز مهم‌ترین و حساسترین چالش در استفاده از سوخت‌های ترکیبی متانول-بنزین محسوب می‌شود. متانول خاصیت جاذب رطوبت دارد و در صورت جذب آب، ممکن است از بنزین جدا شده و فاز دوم تشکیل دهد. این فاز دوم که غنی از آب و متانول است، می‌تواند باعث خوردگی، گرفتگی فیلترها و انژکتورها و اختلال در عملکرد موتور شود. بر اساس تحقیقات، بنزین‌های پایه داخلی با ۳ درصد متانول در دماهای زیر صفر ممکن است دچار جدایش فاز شوند که این موضوع برای اقلیم سردسیر ایران از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

برای مدیریت این چالش، استفاده از هم‌حلال‌ها مانند اتانول، پروپانول و بوتانول که پایداری مخلوط را افزایش داده و تحمل‌پذیری در برابر آب را بالا می‌برند، توصیه می‌شود. همچنین کنترل دقیق میزان آب در بنزین پایه و متانول ورودی و بهینه‌سازی فرمولاسیون از دیگر راهکارهای موثر است.

خوردگی قطعات فلزی و تخریب الاستومرها از دیگر چالش‌های جدی است. متانول به دلیل ماهیت قطبی می‌تواند باعث خوردگی فلزاتی مانند منیزیم، آلومینیوم و مس در سیستم سوخت‌رسانی شده و همچنین باعث تورم، انقباض، سخت‌شدن یا نرم‌شدن الاستومرها گردد. برای مقابله با این مشکل، استفاده از مواد مقاوم مانند فولادهای ضدزنگ آستنیتی، پوشش‌های روی یا نیکل و استفاده از الاستومرهای مقاوم به الکل مانند فلوروکربن و نیتریل بوتادین رابر توصیه می‌شود. افزودن بازدارنده‌های خوردگی به سوخت نیز یکی دیگر از راهکارهای مؤثر است که آزمایشات نشان داده با استفاده از این افزودنی‌ها می‌توان خوردگی را به طور کامل مدیریت کرد.

کاهش چگالی انرژی نیز یکی دیگر از محدودیت‌های متانول است. متانول دارای گرمای احتراق کمتری نسبت به بنزین (حدود ۱۹.۹ کیلوژول بر گرم در مقابل حدود ۴۲-۴۴ کیلوژول بر گرم برای بنزین) است که می‌تواند منجر به افزایش مصرف سوخت شود. با این حال، عدد اکتان بالای متانول امکان تنظیم مجدد موتور را فراهم می‌کند که می‌تواند بخش قابل توجهی از این کاهش را جبران کند.

افزایش فشار بخار و خطر قفل بخار از دیگر چالش‌هاست که به ویژه در فصول گرم سال می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. کاهش ترکیبات سبک در بنزین پایه و تنظیم استانداردهای فصلی برای فشار بخار سوخت، راهکارهای اصلی مدیریت این چالش هستند.

مشکل استارت سرد موتورهای متانولی در دماهای پایین به طور جدی در تحقیقات متعدد به اثبات رسیده است. در دماهای زیر ۱۶ درجه سانتی‌گراد، موتورهای متانولی بدون اقدامات کمکی قادر به استارت قابل اعتماد نیستند. گرمای نهان بالای تبخیر متانول، مخلوط هوا-سوخت را در هنگام استارت سرد خنک‌تر کرده و تبخیر سوخت را دشوارتر می‌سازد. افزایش انتشار فرمالدئید (یک ترکیب سمی و سرطان‌زا) نیز یکی دیگر از چالش‌های جدی در احتراق متانول، به ویژه در شرایط استارت سرد است.

برای مدیریت این چالش‌ها، استفاده از سیستم‌های کمکی استارت سرد مانند افزودن گاز مایع که استارت قابل اعتماد را تضمین می‌کند، بهینه‌سازی زمان‌بندی تزریق و اشتعال، استفاده از مبدل کاتالیستی کارآمد و افزودن ازن به هوای ورودی (که می‌تواند انتشار CO، فرمالدئید و متانول نسوخته را به ترتیب ۱۵.۳، ۵۲ و ۷۰ درصد کاهش دهد) از جمله راهکارهای مهندسی مؤثر هستند.

تجربه جهانی و تأثیر بر خودروهای مختلف

تجربه جهانی در این زمینه به ویژه در چین بسیار روشن‌گر است. برنامه آزمایشی متانول در خودروهای چین که توسط وزارت صنعت و فناوری اطلاعات این کشور هدایت می‌شود، نتایج مثبتی داشته است. تا آوریل ۲۰۲۲، تعداد خودروهای متانولی در چین به نزدیک ۳۰ هزار دستگاه رسیده و مسافت پیمایش شده نزدیک به ۱۰ میلیارد کیلومتر بوده است. استان‌های گوئیژو، شاآنشی و شانشی پیشرو در این زمینه هستند و یارانه‌هایی برای تاکسی‌های متانولی ارائه می‌دهند. در سال ۲۰۲۱، برنامه پنج‌ساله چهاردهم صنعت، ترویج خودروهای متانولی را در پروژه تأمین محصولات سبز گنجاند و توسعه متانول سبز را در برنامه کاربرد فناوری کم‌کربن سبز قرار داد.

یک مطالعه جامع بر روی خودروهای در حال تردد با بنزین حاوی ۴.۵ درصد حجمی متانول و ۴.۵ درصد ترشیاری-بوتیل الکل طی چندین سال، نشان داد که نه تنها افزایش خوردگی یا تخریب مواد مشاهده نشد، بلکه انتشار اگزوز خودروها بدون تغییر باقی ماند یا کاهش یافت. این یافته‌ها تأکید می‌کنند که با رعایت استانداردهای دقیق و استفاده از فرمولاسیون مناسب، می‌توان از مزایای متانول بهره‌مند شد و از آسیب به خودروها جلوگیری کرد.

خودروهای قدیمی‌تر که با استانداردهای آلایندگی پایین‌تر ساخته شده‌اند، ممکن است مواد سازگار کمتری با الکل‌ها داشته باشند و آسیب‌پذیری بیشتری نشان دهند. در مقابل، خودروهای جدیدتر با استاندارد یورو ۶ و بالاتر، از مواد مقاوم‌تری در سیستم سوخت‌رسانی استفاده می‌کنند و با به‌روزرسانی صنعت خودرو در استفاده از مواد مقاوم‌تر، بیشتر خودروهای تولیدشده پس از ۱۹۹۰ عملکرد مناسبی بر روی سوخت‌های متانولی دارای هم‌حلال و بازدارنده خوردگی کافی از خود نشان می‌دهند.

افزودن متانول به بنزین در سطوح پایین (حدود ۰.۵ درصد حجمی)، یک راهکار فنی شناخته شده و با تجربه بین‌المللی است که می‌تواند مزایای قابل توجهی در بهبود کیفیت سوخت و افزایش تولید داشته باشد. با این حال، موفقیت پایدار این طرح در گرو مدیریت هوشمندانه چالش‌های فنی آن است.

کارشناسان بر ضرورت پایش مستمر کیفیت و انطباق با استانداردها، اصلاح و به‌روزرسانی استانداردهای ملی متناسب با شرایط اقلیمی و ناوگان خودرویی ایران، انجام آزمایشات میدانی گسترده بر روی خودروهای مختلف، بهینه‌سازی فرمولاسیون سوخت با استفاده از ترکیب بهینه هم‌حلال‌ها و بازدارنده‌های خوردگی، و ایجاد هماهنگی بین‌بخشی میان صنایع پتروشیمی، پالایشگاه‌ها و خودروسازان تأکید دارند.

با اتخاذ رویکردی علمی، دقیق و مبتنی بر داده، می‌توان از فرصت ایجاد شده برای گام برداشتن در مسیر بهینه‌سازی سبد سوخت کشور استفاده کرد و ضمن بهره‌مندی از مزایای اقتصادی، از بروز آسیب‌های احتمالی به خودروها و زیرساخت‌ها جلوگیری نمود.

به کانال تلگرام هم میهن بپیوندید

به کانال بله هم میهن بپیوندید

به کانال روبیکا هم میهن بپیوندید