تقنيات الفحم النظيف

Thread Content

(أ) تقنيات تنقية الفحم: يُعد تطوير عمليات تنقية الفحم وتحسين جودة الفحم الصالح للاستخدام إجراءً فعالاً لتقليل التلوث من المصدر نفسه. بلغت نسبة الفحم الخام المختار في بلادنا عام 1997 حوالي 25.73%. تحول تركيز تنقية الفحم من الفحم المستخدم في إنتاج الكوك إلى الفحم المستخدم في توليد الطاقة، كما تحول التركيز من مجرد تقليل كمية الرماد إلى الجمع بين تقليل الرماد وإزالة الكبريت، بالإضافة إلى استرداد البيريت الموجود في الفحم بعد عملية التنقية. عملية ومعدات التفريز بواسطة أجهزة الدوران ذات القطر الصغير، تسمح بتقليل كمية الرماد وإزالة الكبريت في الفحم ذو الحبيبات الدقيقة في نفس الوقت؛ حيث يصل معدل إزالة الكبريت غير العضوي عند تفريز الفحم ذو الحبيبات في النطاق من 0.5 إلى 0.04 مم إلى 67.90–70.30%. دخلت محطة تنقية الفحم بطاقة 1.5 مليون طن سنويًا، والتي تستخدم آلات تنقية الفحم الكبيرة بمساحة 12 مترًا مربعًا، حيز العمل. تبلغ تكلفة الاستثمار لكل طن من الفحم في هذا المصنع 4.25 يوان، بينما تبلغ تكلفة معالجة كل طن من الفحم 2.15 يوان. كما أن كفاءة التصنيف تزيد عن 90٪، ومستوى الغبار الناتج عن العمليات <50 ملغ/م³، وهو ما يتوافق مع المعايير البيئية. تم تطوير بعض التقنيات الجديدة لحل مشكلة تقليل كمية الرماد والكبريت في الفحم بشكل كبير، مثل أجهزة الطرد المركزي ذات القطر الكبير لتغذية المواد بدون ضغط، بالإضافة إلى أساليب مختلفة لعملية الفصل باستخدام الفقاعات الدقيقة، وقد تم تطوير هذه التقنيات بنجاح ووضعها في الاستخدام الفعلي. لكن تقنيات اختيار الفحم في بلادنا تعاني، بشكل عام، من فجوة كبيرة مقارنة بالمستويات الدولية المتقدمة؛ أولاً، نسبة الفحم الخام المختار ضئيلة (في بلادنا تبلغ 25.7%، بينما في الدول المتقدمة تزيد عن 90%) ； ثانيًا، نسبة التقنيات المتقدمة في اختيار الفحم منخفضة (مثل استخدام المواد الثقيلة في عملية الفرز؛ حيث تبلغ هذه النسبة في بلادنا 23% فقط، بينما تزيد في الدول المتقدمة عن 60%)، وبالتالي فإن جودة الفحم المستخرج ضعيفة ； ثالثًا، متوسط حجم المصانع صغير، ومستوى الأتمتة منخفض، وموثوقية المعدات ضعيفة، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الإنتاج. (ثانياً) تقنية خليط الماء والفحم: تم اختبار استخدام خليط الماء والفحم بدلاً من الزيت في محطة باييانغهي لتوليد الطاقة لمدة 2000 ساعة، وفي ظل ظروف حرق كامل لخليط الماء والفحم، بلغت كفاءة الاحتراق أكثر من 98%، بينما بلغت كفاءة الغلاية أكثر من 89%. كما أن الغلاية يمكنها العمل بشكل مستقر عند مستويات أحمال تتراوح بين 40% و100%، وذلك بنفس فعالية حرق الزيت الثقيل. تحقيق تقدم في حرق عجينة الفحم من مناطق التعدين. يتم استخدام طين الفحم ذو المحتوى العالي من الرماد (41–43%) لصنع عجينة الفحم، وذلك لاستخدامها في مواقد السلسلة بسعة 10 طن/ساعة. بعد التشغيل المتراكم لمدة 2008 ساعة، ارتفعت كفاءة التسخين في الغلاية من 53.99% عند حرق الفحم العادي إلى 68% بعد استخدام خليط من الفحم والطين، كما ارتفعت كفاءة الاحتراق من 63.7% إلى 79.01%. (ثالثاً) سرير التدفق الدوار (CFBC): تتطور تقنية CFBC في الخارج نحو المشاريع الأكبر حجماً. تم تشغيل أكبر محطة كهرباء تعمل بغلايات من نوع CFBC من حيث السعة الفردية (250 ميجاوات، بمعدل تبخير 700 طن في الساعة) في فرنسا، وتبلغ كفاءة هذه الغلايات 90.5٪، بينما يبلغ معدل إزالة الكبريت 93٪، وتقل انبعاثات غازات Nox عن 250 ملليغرام/نانومتر مكعب. وقد أصبحت بلادنا قادرة على تصميم وتصنيع غلايات من نوع التدفق الدوراني بسعة 75 طنًا في الساعة ； يجري تنفيذ مشروع تجريبي لغلاية CFB بسعة 220 طن/ساعة تم تطويرها محليًا، وكذلك مشروع لغلاية سرير دوراني بسعة 410 طن/ساعة تم استيرادها. كما تم إحراز بعض التقدم في الأبحاث الأساسية المتعلقة بتصميم أفران CFB، حيث تم تطوير برامج خاصة لتصميم هذه الأفران ； الأبحاث المتعلقة بتصميم أفران إعادة التسخين بقدرة 125 ميجاوات، بالإضافة إلى الأبحاث والتصاميم المتعلقة بغلايات التدفق الحراري ذات القدرة 75 طن/ساعة و130 طن/ساعة. (٤) الدورة المتكاملة لتحويل الفحم إلى غاز (IGCC): تعتبر تقنية توليد الطاقة عبر الدورة المتكاملة لتحويل الفحم إلى غاز (IGCC) تقنية فعالة وخالية من التلوث، وهي تقنية يتم تطويرها بشكل كبير في الدول المتقدمة حول العالم. فهي لا تلبي فقط المتطلبات البيئية المتزايدة الصرامة، بل يمكن أن تصل كفاءتها في توليد الطاقة إلى أكثر من 45%، مما يجعلها واحدة من أهم طرق توليد الطاقة النظيفة في القرن الحادي والعشرين. حقق المشروع التجريبي لتكنولوجيا IGCC في الولايات المتحدة تقدمًا كبيرًا، وذلك من خلال مشروع تحديث محطة واباش ريفر لتحويل الغاز إلى طاقة، حيث تبلغ قدرة التوريد للنظام 262 ميجاواط، وكفاءة التوريد المخطط لها 38%، بينما تزيد كفاءة إزالة الكبريت عن 98%. تم إنجاز التشغيل التجريبي التجاري للمشروع في نوفمبر 1998. محطة IGCC التابعة لشركة تامبا للكهرباء، بقدرة تزويد بالطاقة تبلغ 250 ميجاوات، وكفاءة تزويد الطاقة المخطط لها 40%، بينما تزيد كفاءة إزالة الكبريت عن 96%. من المتوقع أن يتم الانتهاء من التشغيل التجاري التجريبي للمحطة في أكتوبر 2001. مشروع توليد الطاقة Pinon Pine IGCC، بقدرة تزويد بالطاقة تبلغ 99 ميجاوات، وكفاءة تزويد بالطاقة المخطط لها 40.7٪، ومن المتوقع إتمام التشغيل التجريبي التجاري في يوليو 2000. لقد بدأت البحوث في المجالات التقنية الرئيسية لتقنية IGCC في بلادنا، وتشمل هذه البحوث التقنيات المتعلقة بعملية IGCC، وتحويل الغاز إلى وقود، وتنقية الغاز، وتوربينات الغاز، بالإضافة إلى أنظمة استغلال الحرارة الزائدة. من المخطط بناء محطة تجريبية بقدرة 1 جيجاوات في محطة يانتاي للطاقة. (خمسة) تحويل الفحم إلى غاز: تعتبر تقنية تحويل الفحم إلى غاز تقنية مهمة لتحويل المصادر الطاقية، وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات الكيماويات والمعادن والآلات ومواد البناء والغازات المنزلية. حاليًا، يبلغ كمية الفحم المستخدمة سنويًا في هذا الغرض حوالي 60 مليون طن في جميع أنحاء البلاد. لقد استورد بلدنا بعض التقنيات المتقدمة الكبيرة لتحويل الغاز، وهي جميعًا قيد الاستخدام حاليًا. يعتمد تحويل الفحم إلى غاز في المصانع الصغيرة والمتوسطة في بلادنا بشكل أساسي على تقنية التحويل في سرير ثابت من الفحم الكتلي، وهي تقنية متخلفة من حيث المستوى التقني، وذات كفاءة منخفضة، بالإضافة إلى أنها تسبب تلوثًا كبيرًا، لذا هناك حاجة ملحة إلى تحسين هذه التقنية. تواجه بعض تقنيات التغويز المتقدمة المستوردة العديد من المشكلات في مجالات العمليات المستقرة، وتوطين المعدات التقنية، والتكاليف الاقتصادية، والفوائد التشغيلية، ولذلك هناك حاجة إلى تطوير تقنيات تغويز حديثة ذات ملكية فكرية صينية، ومناسبة للظروف المحلية، وفعالة ونظيفة. تم إحراز تقدم معين في التجارب المتعلقة باستخدام تقنية التحويل الغازي تحت الأرض لتحويل الغازات المتبقية في مناجم الفحم إلى غاز. (٦) تسييل الفحم: يعتبر تسييل الفحم تقنية مهمة لتحويل الفحم. يجري حاليًا دراسة جدوى ثلاثة مشاريع تجريبية لتحويل الفحم إلى سوائل مباشرة، من خلال التعاون بين الصين وألمانيا، والصين واليابان، والصين والولايات المتحدة. في إطار التعاون بين الصين وألمانيا، تم إجراء اختبارات في الظروف الصناعية باستخدام فحم يوننان البني على معدات تطوير العمليات التي تمتلكها شركة DMT الألمانية، وبلغت نسبة تحويل الفحم إلى سوائل 53% ； تم إجراء اختبارات تحت ظروف معينة على محفزات الهدرجة ذات السرير الثابت في الصين، وأظهرت النتائج أن هذا المحفز مناسب لعملية IGOR في ألمانيا ； تم الانتهاء من تقرير دراسة جدوى المصنع التجريبي. تم إجراء اختبارات لظروف التسييل المباشر باستخدام جهاز بسعة 1 طن/يوم في اليابان، باستخدام فحم ييلان الصيني وكاتاليزاتر من رواسب الكبريتيد في الصين، بالإضافة إلى كاتاليزاتر مصنوع في اليابان من كبريتيد الحديد، وكانت نسبة الزيت المحصل عليه تتراوح بين 52% و57%. اختتم مشروع الدراسة الجدوى لتحويل فحم شركة “شينهوا” الصينية إلى وقود عن طريق التسييل المباشر، في مرحلته الأولى. تم إجراء 6 تجارب على فحم “شينهوا” باستخدام أجهزة الاختبار الصغيرة التابعة لشركة HTI الأمريكية، وذلك باستخدام تقنيات شركة HTI ومحفز GelCat، وبلغت نسبة الوقود المحصل عليه من 63% إلى 68% ； (٧) خلايا الوقود: تعمل وزارة العلوم والتكنولوجيا، بدعم من برنامج الأمم المتحدة الإنمائي، على تنفيذ برنامج تجريبي لاستخدام الحافلات التي تعمل بخلايا الوقود. (ثمانية) تقنيات تنقية الغازات المنبعثة: في الوقت الحالي، يوجد في العالم أكثر من 500 جهاز لإزالة الكبريت من الغازات المنبعثة. وأكثر من 90٪ منها (حسب سعة وحدات التوليد) تستخدم عملية إزالة الكبريت بالطريقة الرطبة. تُستخدم طريقة الرش الدوار شبه الجافة، وطريقة رش المواد الماصة داخل الفرن – وهي عملية إزالة الكبريت عن طريق الترطيب والتنشيط – بشكل واسع في أوروبا. تحظى تقنية الاحتراق في الأسرّة السائلة بتقدير متزايد، نظرًا لقدرتها على التحكم بفعالية في تكوّن غازي SO2 وNOx أثناء عملية الاحتراق. أجرت اليابان دراسات تجريبية لاستخدام ألياف الكربون النشطة بعد معالجتها حراريًا في التخلص من الكبريت والنيتروجين الموجودين في غازات المداخن، وقد حققت نتائج جيدة جدًا. . تعتبر تقنية تنقية غازات المداخن باستخدام ACF من نوع الأكسدة شبه الجاف، ومن مزاياها أن عمليات إزالة الكبريت والنيتروجين تتم في درجة حرارة عادية، كما يمكن استرداد حمض الكبريتيك والكبريتات وحمض النيتريك والنترات بشكل مستمر. تتميز تقنيات إزالة الكبريت والنيتروجين من غازات المداخن الناتجة عن محارق الفحم بهذه الخصائص: كفاءة عالية في إزالة الكبريت والنيتروجين، بالإضافة إلى استهلاك قليل للمياه وبساطة المعدات المطلوبة. وحاليًا يتم إجراء أبحاث لتطبيق هذه التقنيات في الواقع العملي. مع تفاقم تلوث الهواء في بلادنا، أصبحت تقنيات تنقية الغازات الملوثة تحظى باهتمام أكبر من جميع أطراف المجتمع. “"مشروع التجريبي لإزالة غازات الدخان باستخدام الحزمة الإلكترونية بين الصين واليابان"، قد عمل لمدة إجمالية تصل إلى 2400 ساعة، وقد تم اعتماده رسميًا في 28 مايو 1998 بعد إتمام عمليات التفتيش والاختبار. يتعامل هذا المشروع التجريبي مع غازات العادم الناتجة عن أفران محطة تشنغدو للطاقة، والتي تبلغ قدرتها 200 ميجاواط، بمعدل 300 ألف متر مكعب في الساعة. ويُعد هذا الجهاز أكبر جهاز لإزالة الكبريت باستخدام الأشعة الإلكترونية يتم استخدامه حاليًا في العالم. إن معدلات إزالة الكبريت والنيتروجين تتجاوز كلاً منهما القيم المخطط لها والبالغة 80% و10% على التوالي، كما أن جميع مؤشرات الاستهلاك أثناء التشغيل أقل من القيم المخطط لها. بالإضافة إلى ذلك، يجري تطبيق العملية المشتركة لرش الكالسيوم داخل الفرن وزيادة الرطوبة من قبل شركة IVO الفنلندية، بالإضافة إلى العملية السريعة باستخدام الطريقة الرطبة من قبل شركة هيتاشي اليابانية. توجد تقنيات متقدمة على المستوى الدولي ذات كفاءة عالية في إزالة الكبريت، ويمكن أن يكون استيرادها مفيدًا لتعزيز خبراتنا في تصميم المعدات وتشغيلها وإدارتها. لكن تكلفة التقنيات والمعدات الأجنبية مرتفعة، لذا يجب الجمع بين القدرات الاقتصادية لبلادنا وتطوير ونشر تقنيات وعمليات مناسبة لظروفنا الوطنية. كما تحقق تقدم معين في الأبحاث الأساسية المتعلقة بتقنيات تنقية الغازات الناتجة عن الاحتراق في الداخل، بالإضافة إلى تقنيات تنقية الغازات الناتجة عن الأفران الصغيرة والمتوسطة الحجم. لزيادة كفاءة مادة إزالة الكبريت، يتم إضافة أملاح وقواعد قابلة للتبخر بسهولة إلى Ca(OH)2، أو استخدام رماد الاحتراق وهيدرات Ca(OH)2 كمواد امتصاص ； أو باستخدام الفحم النشط كعامل امتصاص، حيث تم تحقيق نتائج معينة في الأبحاث المخبرية. كما حققت أنظمة إزالة الغبار والكبريت المستخدمة في الغلايات المتوسطة والصغيرة، مثل أبراج الشبكات، بالإضافة إلى تقنيات إزالة الغبار والكبريت عن طريق النقر المزدوج، نتائج أولية إيجابية. (٩) الاستخدام المتعدد لرماد الفحم: يتمثل التركيز في بحوث واستخدام رماد الفحم في الصين في استخدامه بكميات كبيرة، مثل إضافته إلى الخرسانة، وفي بناء الجسور والسدود، وأساسات المباني الشاهقة، والهياكل الواقية في محطات توليد الطاقة النووية. من المتوقع أن يتم استخدام 1.338 مليون طن من رماد الفحم في مشروع سد الثلاثة أنهار الذي يتم بناؤه حاليًا. يكمن الاستخدام الأوسع في بناء الطرق ذات المستوى العالي، وهذه التقنية أصبحت جاهزة للاستخدام، وقد تم تطبيقها في بناء طرق هونغتشو-نانجينغ، وبكين-شنتشن، وبكين-خبي. كما يُستخدم رماد الفحم في إعادة تملئ المناطق التعدينية، وفي تحسين خصوبة التربة في الزراعة. من المتوقع أن يصل إنتاج رماد الفحم في بلادنا إلى 160 مليون طن بحلول عام 2000، ولذلك يجب بذل جهود أكبر لاستغلال رماد الفحم، وتوسيع نطاق استخدامه، وزيادة كمية الاستخدام، ورفع معدل الاستفادة منه. (١٠) استغلال غاز الفحم: لقد تحقق تقدم ملحوظ في استكشاف واستغلال غاز الفحم. ففي عام ١٩٩٨، تم حفر ١١ بئرًا لاستخراج غاز الفحم في حوض تشينشوي في مقاطعة شانشي وفي منطقة هيغانغ في الشمال الشرقي. وقد تم الحصول على كميات من غاز الفحم تصل إلى ٧٠٠٠ متر مكعب في اليوم من بئر تونليو-٠٠٣، و١٠٠٠٠ متر مكعب في اليوم من بئر تونليو-٠٠٦، وأكثر من ١٦٠٠٠ متر مكعب في اليوم من بئر تونليو-٠٠٧. كما تم السيطرة على مساحة تقدر بحوالي ٥٥٠ كيلومترًا مربعًا كمنطقة تحتوي على غاز الفحم. تشير نتائج الاستكشاف إلى أن المنطقة تمتلك الظروف الجيولوجية اللازمة لتكوين حقول كبيرة لغاز الفحم. تم حفر 3 آبار في جنوب مقاطعة جين، وحقق بئر “جين شي 1” إنتاجًا يبلغ 7000 متر مكعب في اليوم لكل بئر. “يجري حاليًا تنفيذ أعمال البحث في مشروع “تقييم موارد الغاز الطبيعي المسال في الصين”， وقد تم إنجاز الأبحاث المتعلقة بأربع مناطق على الأقل، وهي ليوبانشوي، وشمال الصين، ومنطقة الأنهار الثلاثة في الشمال الشرقي، ومنطقة لياوتشونغ. من المتوقع أن يتم إعداد التقرير النهائي للمشروع في عام 1999. يجري تنفيذ مشروع تعاوني لاستكشاف وتطوير غاز الفحم في خمس مناطق، وهي هوايبي ولينشينغ وسانجياو وسانجياوبي وشيلو، بالتعاون مع ثلاث شركات نفطية أمريكية وهي تكسكو (TEXCO) وفيليبس (PHILLIPS) وأركو (ARCO). إجمالي مساحة المناطق الخمسة المتعاونة هو 11216.8 كم²، ويُتوقع أن تكون كمية موارد غاز الفحم 653.5 مليار متر مكعب. تم الانتهاء من حفر 9 آبار لغاز الفحم، وتم الحصول على بيانات جيدة حول غاز الفحم.