اقتراحات لتحسين مستوى تقنية تحويل الغاز إلى وقود

Thread Content

اقتراحات لتحسين مستوى تقنية تحويل الفحم إلى غاز
الكاتب/المصدر: وانغ شوجيان، كبير المهندسين في شركة الهندسة الكيميائية الصينية المحدودة
تاريخ الكتابة: 2016-08-03
عدد المرات التي تم فيها النقر على المقال: 17
على الرغم من أن تقنيات تحويل الفحم إلى غاز باستخدام البودرة، وتقنية تحويل الفحم إلى غاز باستخدام خليط الماء والفحم، وتقنية تحويل الفحم إلى غاز تحت ضغط عالٍ قد خضعت للبحث والتطبيق والتحسين على مدى حوالي 15 عامًا و30 عامًا و40 عامًا على التوالي، وبالتالي وصل مستوى هذه التقنيات إلى مستوى مرتفع جدًا، إلا أن تحويل الفحم إلى غاز يظل أكثر التقنيات استهلاكًا للطاقة وأعلى تكلفة في مشاريع الصناعات الكيميائية القائمة على الفحم، كما أنه يواجه أكبر عدد من المشاكل. وبناءً على الخصائص الفريدة لتقنية تحويل الغاز إلى وقود، بالإضافة إلى المشاكل التي تظهر أثناء عملية الإنتاج، فإن هناك مجالًا كبيرًا لتحسين وتطوير هذه التقنية. زيادة مستوى التصنيع المحلي وخفض تكاليف الاستثمار في المنشآت: مقارنةً بتقنيات التكرير باستخدام الغاز المستوردة من شركات مثل شل وجي إس بي وجي إي وكولين، فإن تكاليف التقنيات المحلية المماثلة أعلى بكثير. الأسباب الرئيسية لذلك هي: أولاً، ارتفاع تكاليف البرمجيات (رسوم البراءات + رسوم PDP + رسوم الخدمات التقنية)، ثانياً، الحاجة إلى شراء بعض المعدات المملوكة ببراءات اختراع أو المعدات الأساسية، ثالثاً، تعقيد تصميم بعض العمليات وأنظمة التحكم أو عدم منطقيتها، وهو أيضاً سبب من أسباب ارتفاع التكاليف. لذلك، عند استيراد تقنيات التحويل الغازي من الخارج، يجب علينا تقليل شراء المعدات المملوكة لبراءات الاختراع أو المعدات الأساسية (أي المعدات المصنعة من قبل الشركات المحددة)، بالإضافة إلى تحسين العمليات والرقابة، من أجل تقليل التكاليف الاستثمارية. زيادة ضغط عملية تحويل الفحم إلى غاز، ورفع كمية الفحم المستخدمة في كل فرن. من بين عمليات التحويل المختلفة، فإن عملية تحويل الفحم إلى غاز باستخدام خليط الماء والفحم تؤدي إلى رفع ضغط العملية إلى ما بين 6.5 و8.7 ميجا باسكال، بينما يكون الضغط في باقي عمليات التحويل في نطاق 1.0 إلى 4.0 ميجا باسكال. وهذا لا يؤدي فقط إلى زيادة حجم المعدات وتكلفة الاستثمار، بل هو أيضًا السبب الرئيسي في ارتفاع استهلاك الطاقة في مشاريع تحويل الفحم إلى غاز. لذلك، لا يزال هناك مجال لزيادة ضغط التغويز؛ فعلى سبيل المثال، قامت شركة روتش برفع ضغط عملية تغويز الغاز الناتج عن معالجة الغاز المكسور إلى 6.0 ميجا باسكال (ولكن هذه العملية لم تُطبق بعد على نطاق صناعي كامل). إن قدرة كل فرن على التحويل الغازي المنخفضة تُعد أحد الأسباب الرئيسية لارتفاع تكاليف استثمار مشاريع صناعة الكيماويات القائمة على الفحم واحتياجها إلى مساحات كبيرة. حاليًا، باستثناء عملية تحويل الفحم إلى غاز باستخدام تقنية شل وعملية التحويل بواسطة فوهات متعددة، حيث يصل الحد الأقصى لكمية الفحم التي يمكن معالجتها في كل فرن إلى 3000 طن/يوم، فإن الحد الأقصى لكمية الفحم في باقي عمليات التحويل الغازي يتراوح بين 1000 و2200 طن/يوم. وعلى الرغم من أن بعض العمليات يمكن أن تصل إلى 3000 طن/يوم، إلا أنه لا يوجد تطبيق صناعي لها بعد. تقليل الاستثمارات ورفع الكفاءة: من خلال مشاريع الكيماويات النفطية التي تم تشغيلها بالفعل أو التي هي قيد الإنشاء حاليًا، يبدو أن عملية تحويل الفحم إلى غاز وصلت إلى مأزق؛ فإما أن تكون تكلفة تشغيل المنشآت مرتفعة وكفاءتها منخفضة، أو أن تكون التكلفة منخفضة والكفاءة منخفضة أيضًا. على سبيل المثال، يحتوي مصنع تحويل الغاز في شركة SHELL على مبرد للغاز المُصنَّع، والذي يمكنه إنتاج بخار بضغط متوسط قدره 5.2 ميجا باسكال؛ وبالتالي فإن قيمة الطاقة المنتجة مرتفعة، لكن التكلفة الاستثمارية أيضًا مرتفعة ； على سبيل المثال، فإن تكلفة عمليات تحويل الفحم إلى غاز مثل GSP والأفران الفضائية وكولين أقل من تكلفة عملية تحويل الفحم إلى غاز في شركة شيل. لكن الجدران الباردة التي تُستخدم في هذه العمليات تنتج بخارًا مشبعًا بضغط منخفض، وبالتالي فإن الطاقة المتولدة منها منخفضة، ولا يمكن استغلالها بشكل فعال. كما أن الغاز الناتج عن عملية التحويل يكون بدرجة حرارة 1350 درجة مئوية، ويتم تبريده مباشرة، مما يؤدي إلى احتواء الغاز على كميات كبيرة من بخار الماء. وهذا أمر مناسب لمشاريع تحويل الفحم إلى منتجات كيميائية تتطلب تحويلًا عميقًا للكربون (مثل مشاريع إنتاج الأمونيا). لكن بالنسبة للمشاريع التي لا تحتاج إلى تحويل عميق للكربون (مثل إنتاج الغاز أو الزيت من الفحم)، فإن وجود كميات كبيرة من بخار الماء في الغاز يؤدي إلى انخفاض الطاقة المتولدة، بالإضافة إلى الحاجة إلى استخدام مبادلات حرارية وأجهزة فصل لاستعادة الطاقة. وهذا بدوره يؤدي إلى زيادة مدة العملية وزيادة المقاومة، بالإضافة إلى زيادة التكاليف ； يتم تحويل خليط الفحم والماء إلى غاز في معظم الأحيان باستخدام عملية التبريد السريع، وهناك أيضًا هذه المشكلة ； كما أن التغويز الضاغط للفحم المكسور وتحويل ثاني أكسيد الكربون ينتجان كميات كبيرة من البخار المشبع منخفض الضغط، مما يجعل استخدامهما صعبًا. لذلك، يجب اختيار عملية تحويل الفحم إلى غاز بالتنسيق مع المشروع الكلي لصناعة الفحم، بهدف تقليل التكاليف ورفع الكفاءة، مما يضمن أن يكون المشروع ككل معقولًا وفعالًا. تقليل استهلاك الطاقة والمياه: تعتبر مشاريع تحويل الفحم إلى غاز من المشاريع التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة والمياه، لذا فإن تقليل هذا الاستهلاك أمر ضروري، كما أن هناك مجالًا للبحث في تحسين عملية تحويل الفحم إلى غاز. على سبيل المثال، تستخدم عملية تحويل الغاز في شركة شل دورة الضغط لتبريد الغاز المُصنع إلى حوالي 900 درجة مئوية، وهو ما يؤدي أيضًا إلى هدر الطاقة. فهل من الممكن استخدام وسائط أو طرق أخرى لتحقيق التبريد وإزالة الغبار؟ هناك بالفعل شركات هندسية محلية تحاول تحسين الوضع ； تستخدم عملية تحويل الغاز في شركة شل طريقة إزالة الغبار الجافة، وهو ما يتطلب كميات كبيرة من الغاز المستخدم في عملية التنظيف، مما يؤدي إلى زيادة الاستهلاك. ويمكن أيضًا التفكير في تحسين هذه العملية. في الوقت الحالي، تأخذ المشاريع الكبيرة لصناعة الكيماويات من الفحم في الاعتبار مزيجًا من عدة أنواع مختلفة من عمليات تحويل الفحم إلى غاز، وذلك لمعالجة مشكلة نسبة الفحم المسحوق إلى الفحم المكسور. ويمكن استخدام أساليب متكاملة لمعالجة المشاكل المختلفة التي تنشأ في كل نوع من عمليات تحويل الفحم إلى غاز. على سبيل المثال، في مشاريع إنتاج الغاز الطبيعي من الفحم الكبيرة حاليًا، يتم استخدام نهج يجمع بين التغويز تحت الضغط للفحم المفتت وتغويز سرير التيار (أي تغويز عجينة الفحم المائية أو تغويز الفحم المسحوق). فعلى سبيل المثال، باستخدام عملية التغويز المركبة التي تجمع بين التغويز تحت الضغط للفحم المفتت وتغويز عجينة الفحم المائية، يمكن استخدام كميات كبيرة من المياه العادمة الضارة الناتجة عن التغويز تحت الضغط في عملية تصنيع عجينة الفحم المائية. وهذا لا يوفر المياه فحسب، بل يقلل أيضًا من تكاليف معالجة المياه العادمة والتكاليف المرتبطة بها، كما يقلل من التلوث البيئي. تحسين نظام معالجة المياه الرمادية لتقليل كمية الغبار المنبعثة. توجد حاليًا بعض أجهزة تحويل الغاز التي تحتوي على كميات كبيرة من الغبار في الغاز، مما يؤدي إلى انسداد مبادلات الحرارة في أجهزة تحويل ثاني أكسيد الكربون، وفقدان فعالية العوامل المساعدة في الجزء العلوي من فرن التحويل الأول. كما توجد مشاكل متعلقة بكمية المياه العادمة الكبيرة وكمية المياه الرمادية المستخدمة في الدورة. لذلك، من الضروري دراسة طرق تحسين عمليات تنقية الغاز ودورة المياه الرمادية بشكل أكبر.