مقارنة بين طريقة الامتصاص الكيميائي وطريقة الامتزاز تحت الضغط المتغير PSA
Thread Content
مقارنة المبادئ الأساسية لطريقة الامتصاص الكيميائي: في ظل وجود محفز، يتم استخدام محلول امتصاص، ومن خلال تفاعل التعادل بين الأحماض والقواعد، يتم امتصاص المواد الحمضية مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين الموجودة في غاز البيوغاز، كما يمكن أيضًا امتصاص الغازات القابلة للذوبان في الماء مثل الأمونيا. يتم التخلص من الملوثات المختلفة الموجودة في الغاز عبر نظام التنقية الذاتي للمحلول ونظام إعادة تدوير الغاز، مما يسمح باستخدام المحلول مرة أخرى. يحتوي الغاز المعاد توليده على 95% ثاني أكسيد الكربون، ويمكن تنقيته أكثر لبيعه كمنتج. تتطلب هذه الطريقة استخدام حوالي 5% من غاز البيوغاز لإنتاج البخار اللازم للإنتاج. طريقة الامتصاص بواسطة مادة PSA: تعتمد هذه الطريقة على مرور الغازات عبر طبقة من المواد الماصة، حيث تستغل قدرة هذه المواد على امتصاص الغازات المختلفة بشكل مختلف، مما يؤدي إلى امتصاص جزء كبير من أحد الغازات (أو عدة غازات) الموجودة في الخليط على سطح الطبقة الماصة، بينما يخرج جزء صغير منها ； يتم السماح بخروج معظم كمية الغاز الآخر (أو الغازات الأخرى) الموجودة في الغاز المختلط، بينما يتم امتصاص جزء صغير منه على سطح الطبقة ； وبذلك يتم تحقيق هدف رفع تركيز الغازات الخارجة. تتناسب هذه الطريقة مع الحالات التي يختلف فيها قدرة مكونات الغاز المراد فصله على الالتصاق بالمادة الماصة بشكل كبير. يعتمد الأمر على مدى اختلاف خصائص المكونات المختلفة للمادة المراد فصلها، مثل الوزن الجزيئي وحجم الجزيئات. كلما كان الاختلاف أكبر، كان من السهل فصل هذه المكونات، وكانت تكلفة الفصل أقل، بالإضافة إلى زيادة معدل الاستخلاص. وعلى العكس، كلما قل الفرق بينهما، زادت صعوبة الفصل، وارتفعت تكلفة الفصل، وانخفض معدل الإنتاج.
2 المقارنة الانتقائية: طريقة الامتصاص الكيميائي: تتمتع طريقة الامتصاص الكيميائي بقدرة انتقائية عالية في فصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، حيث يتفاعل المحلول بسرعة مع الغازات الحمضية مثل ثاني أكسيد الكربون، بينما لا يتفاعل مع الميثان. أثناء تنقية الغاز الحيوي، من المرغوب فيه أيضًا إزالة جميع المواد الحمضية الأخرى معه. لذلك، فإن طريقة الامتصاص الكيميائي مناسبة بشكل خاص في مشاريع تنقية الميثان من الغاز الحيوي. طريقة الامتصاص بالضغط المتغير PSA: كما يتضح من شرح المبدأ، فإن القدرة التفاضلية لمادة الامتصاص تجاه الغازات تعتمد بشكل أساسي على خصائص جزيئات الغاز. وفي حالة فصل غازات مثل الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، فإن القدرة التفاضلية ممتازة، كما أن معدل الاستخلاص مرتفع والاستهلاك منخفض. وهذا هو السبب في أن طريقة PSA تُستخدم بشكل فعال في مجالات إنتاج الهيدروجين وإنتاج الغاز الحيوي والغاز شبه الحيوي وتنقية غازات الفرن الكوك. لكن فيما يتعلق بفصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، فإن قدرة المواد المستخدمة في عملية الامتصاص على امتصاص كلا الغازين متشابهة للغاية، وفي الواقع يُعتبران من المواد التي يصعب فصلها اقتصاديًا في صناعة الامتصاص تحت الضغط. وذلك بسبب ضعف القدرة التمييزية للمادة الماصة تجاه هذين الغازين
مقارنة المعدلات: طريقة الامتصاص الكيميائي: نظرًا لأن طريقة الامتصاص الكيميائي تتمتع بانتقائية عالية في فصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، فإنها تتفاعل بسرعة مع الغازات الحمضية مثل ثاني أكسيد الكربون، بينما لا تتفاعل تقريبًا مع الميثان. وهذا ما يحدد معدل الإنتاج المرتفع له. تم استرداد معظم غاز الميثان. طريقة الامتصاص بواسطة PSA: كما يتضح من شرح المبدأ، فإن القدرة التفاضلية للمادة الماصة على امتصاص الغازات تعتمد بشكل أساسي على خصائص جزيئات الغاز. وفي حالة فصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، نظرًا لأن قدرة المادة الماصة على امتصاص هذين الغازين متقاربة جدًا، فإن رفع تركيز أحد الغازين يتطلب تقليل معدل الإنتاج بشكل كبير كثمن لذلك. من وجهة نظر التقنيات الحالية، إذا أردنا الوصول إلى تركيز 95% من غاز الميثان في المنتج، فإن معدل الإنتاج سيكون أقل من 50%.
مقارنة تركيزات المنتجات: طريقة الامتصاص الكيميائي: تعتمد طريقة الامتصاص الكيميائي على الضغط البخاري على سطح المحلول لتحديد تركيز الغاز الخارج. لذلك، عند إعادة تجديد المحلول، يمكن ضبط كمية ثاني أكسيد الكربون المتبقية فيه بشكل مناسب، وبالتالي يمكن تعديل الضغط الجزئي لبخار ثاني أكسيد الكربون على سطح المحلول أثناء عملية الامتصاص، وبذلك يتم تحقيق هدف تعديل تركيز ثاني أكسيد الكربون. إذا لم تكن هناك غازات خاملة مثل النيتروجين والأكسجين في الغاز الحيوي، فيمكن رفع تركيز الميثان إلى أكثر من 99%. طريقة الامتصاص التحويلي PSA: كما تم شرحه سابقًا، فيما يتعلق بفصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، فإن قدرة المادة المستخدمة للامتصاص على امتصاص هذين الغازين متشابهة إلى حد كبير. ولذلك، إذا أراد المرء رفع تركيز أحد الغازين، فإن ذلك يتطلب خفض معدل الإنتاج بشكل كبير كثمن لذلك. وفقًا للتقنيات الحالية، إذا أردنا الوصول إلى تركيز 95% من غاز الميثان في المنتج، فإن معدل الإنتاج سيكون أقل من 50%. لتحقيق أكثر من 98%، فإن التقنيات الحالية لا توفر أي إمكانية تقريبًا.
مقارنة الاستهلاك (بافتراض أن كلا الطريقتين تنتجان غازًا طبيعيًا معبأً بضغط 20 ميجا باسكال ونسبة 95%):
طريقة الامتصاص الكيميائي: يتكون الاستهلاك في هذه الطريقة بشكل أساسي من استهلاك الطاقة اللازمة للضغط، واستهلاك الطاقة اللازمة للمضخات، بالإضافة إلى كمية صغيرة من الماء المستخدم في التعويض، واستهلاك البخار.
طريقة الامتصاص بالضغط المتغير PSA: يتكون الاستهلاك في هذه الطريقة بشكل أساسي من استهلاك الطاقة اللازمة للضغط، واستهلاك الطاقة اللازمة للصمامات الإلكترونية، بالإضافة إلى كمية صغيرة من الماء المستخدم في التعويض.
من الناحية الظاهرية، لا تحتاج طريقة PSA إلى استخدام البخار، لكن في الواقع، يمكن توفير البخار المطلوب عن طريق تقليل نسبة الغاز الحيوي المستخدم في إنتاج البخار بنسبة 5%. وبهذه الطريقة، يمكن أن تصل نسبة استخلاص الميثان إلى 94–95%، بينما تبلغ نسبة الاستخلاص باستخدام طريقة PSA حوالي 45% فقط. نظرًا لاختلاف معدلات استخلاص الغاز، فإن استهلاك الطاقة الكهربائية لضغط نفس الحجم من الغاز المضغوط يختلف بشكل كبير. ففي طريقة الامتصاص التحويلي باستخدام PSA، يلزم ضغط الغاز 2 إلى 3 أضعاف لتحقيق نفس كمية الإنتاج المتحصل عليها باستخدام طريقة الامتصاص الكيميائي، كما يتم إطلاق كميات كبيرة من الغازات الضارة. من وجهة نظر الاستثمار، فإن استثمارات عملية الامتصاص الكيميائي، بنفس حجم الاستثمارات في تقنية الامتصاص بالضغط المتغير PSA، تكون أقل من ثلث تلك الاستثمارات. من خلال المقارنة الشاملة للاستهلاك بين الطريقتين، فإن طريقة الامتصاص الكيميائي تمثل من خمس إلى ثلث استهلاك طريقة الامتصاص بالضغط المتغير PSA.
طريقة الامتصاص الكيميائي: يتكون الاستهلاك في هذه الطريقة بشكل أساسي من استهلاك الطاقة اللازمة للضغط، واستهلاك الطاقة اللازمة للمضخات، بالإضافة إلى كمية صغيرة من الماء المستخدم في التعويض، واستهلاك البخار.
طريقة الامتصاص بالضغط المتغير PSA: يتكون الاستهلاك في هذه الطريقة بشكل أساسي من استهلاك الطاقة اللازمة للضغط، واستهلاك الطاقة اللازمة للصمامات الإلكترونية، بالإضافة إلى كمية صغيرة من الماء المستخدم في التعويض.
من الناحية الظاهرية، لا تحتاج طريقة PSA إلى استخدام البخار، لكن في الواقع، يمكن توفير البخار المطلوب عن طريق تقليل نسبة الغاز الحيوي المستخدم في إنتاج البخار بنسبة 5%. وبهذه الطريقة، يمكن أن تصل نسبة استخلاص الميثان إلى 94–95%، بينما تبلغ نسبة الاستخلاص باستخدام طريقة PSA حوالي 45% فقط. نظرًا لاختلاف معدلات استخلاص الغاز، فإن استهلاك الطاقة الكهربائية لضغط نفس الحجم من الغاز المضغوط يختلف بشكل كبير. ففي طريقة الامتصاص التحويلي باستخدام PSA، يلزم ضغط الغاز 2 إلى 3 أضعاف لتحقيق نفس كمية الإنتاج المتحصل عليها باستخدام طريقة الامتصاص الكيميائي، كما يتم إطلاق كميات كبيرة من الغازات الضارة. من وجهة نظر الاستثمار، فإن استثمارات عملية الامتصاص الكيميائي، بنفس حجم الاستثمارات في تقنية الامتصاص بالضغط المتغير PSA، تكون أقل من ثلث تلك الاستثمارات. من خلال المقارنة الشاملة للاستهلاك بين الطريقتين، فإن طريقة الامتصاص الكيميائي تمثل من خمس إلى ثلث استهلاك طريقة الامتصاص بالضغط المتغير PSA.
مستوى الاستخدام المتكامل للمواد الخام: طريقة الامتصاص الكيميائي: كما هو موضح سابقًا، فإن طريقة الامتصاص الكيميائي تتمتع بقدرة عالية على الانتقاء في فصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، ولذلك فإن نسبة استخلاص الميثان مرتفعة، كما أن الغاز الناتج لا يحتوي على الميثان. بالإضافة إلى ذلك، فإن نقاء ثاني أكسيد الكربون مرتفع، مما يسمح بمعالجته بشكل أعمق وتحويله إلى منتجات نقية من ثاني أكسيد الكربون يمكن بيعها. وبهذه الطريقة، يمكن لطريقة الامتصاص الكيميائي لفصل الغازات أن تستخدم تقريبًا كل غازات المدخلات في عملية التنقية. طريقة الامتصاص بواسطة PSA: فيما يتعلق بفصل ثاني أكسيد الكربون عن الميثان، فإن قدرة المادة المستخدمة للامتصاص على امتصاص كلا الغازين متشابهة إلى حد كبير، ولذلك، إذا أردنا رفع تركيز أحد الغازين، فإن ذلك يتطلب خفض كبير في معدل الإنتاج كثمن لذلك. كما ذُكر سابقًا، إذا أردنا أن تصل نسبة الميثان في الغاز الناتج إلى 95%، فإن معدل الإنتاج سيكون أقل من 50%. لتحقيق أكثر من 98%، فإن التقنيات الحالية لا توفر أي إمكانية تقريبًا. وبهذه الطريقة، لإنتاج غاز طبيعي معبأ بنسبة ميثان تبلغ 95%، فإن 75% من حجم الغاز الخام سيتم التخلص منه كغازات عادمة، وتحتوي هذه الغازات على كميات كبيرة من الميثان، مما يؤدي إلى انخفاض نقاء ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي لا يكون لها قيمة يمكن استردادها. لذلك، في عملية فصل الميثان وثاني أكسيد الكربون، لا يُنصح باستخدام طريقة الامتصاص التحت ضغط PSA، لأن هذه الطريقة تتسم بارتفاع التكاليف وانخفاض معدلات الإنتاج وضعف جودة المنتج وانخفاض معدل الاستفادة منها.