مسح شامل لمسارات الابتكار التقني في أجهزة تحويل الغاز

Thread Content

مسح شامل لمسارات الابتكار التقني في أجهزة تحويل الفحم إلى غاز
المؤلف/المصدر: تاريخ النشر: 11 أغسطس 2016
عدد المرات التي تم فيها النقر على المقال: 10
تعتبر تقنيات وأجهزة تحويل الفحم إلى غاز أساسًا مهمًا لتحويل الفحم بطريقة نظيفة وفعالة. ومع الابتكارات المستمرة والتحسينات التقنية خلال السنوات الأخيرة، أصبحت أجهزة التحويل في البلاد تتنافس بشكل كبير. إن إدراك اتجاهات تطور تقنيات تحويل الفحم، واختيار معدات تحويل الفحم التي تتناسب مع نوع الفحم ومتطلبات المنتجات، والتي تتميز بانخفاض استهلاك الطاقة وانخفاض التكاليف الاستثمارية، بالإضافة إلى كونها موثوقة وآمنة وصديقة للبيئة، يُعد من الاتجاهات المهمة لتحقيق تطور سليم لصناعة الكيماويات القائمة على الفحم. في المؤتمر الصيني للابتكار في تقنيات تحويل الغاز والتقنيات المرتبطة بها لعام 2016، الذي عُقد في بكين في 29 يوليو، قدم الخبراء المشاركون آراءهم وتوصياتهم. تتنوع أنواع الأفران بشكل كبير. “إن أفران تحويل الغاز من مختلف الأنواع تُعد وسائل أساسية ومعدات رئيسية لتحويل الغاز، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في بلادنا. كما أن مستوى التطور الصناعي لهذه الأفران مرتفع، وهناك أنواع متعددة من التقنيات المستخدمة فيها، بالإضافة إلى وجود عدد كبير من هذه الأفران”. بلغ عدد وحدات أفران التغويز بالضغط ذات سرير الهواء المتقدمة في البلاد أكثر من 300 وحدة. ”قالت هان هونغمي، نائبة رئيس قسم الطاقة والكيماويات في معهد تخطيط صناعة النفط والكيماويات. 　　ووفقًا لما هو معروف، ينقسم أفران تحويل الغاز إلى ثلاث فئات رئيسية حسب طريقة تلامس المواد: السرير الثابت (السرير المتحرك)، والسرير المتدفق (السرير المتفجر)، وسرير التيار الهوائي. تشمل التقنيات الرئيسية لأفران التغويز بالسرير الثابت المضغوط للفحم (إخراج النفايات الصلبة/السائلة) فرن روتش، وفرن سايدينغ، وفرن BGL، وفرن يوندينغ YM، وغيرها. تشمل تقنيات تكرير الغاز من البودرة باستخدام السرير المتدفق، والتي تُستخدم على نطاق واسع، فرن ICC في الصين، وفرن إندر، وفرن كودا (Newpower) وغيرها. تشمل التقنيات الرئيسية لتحويل الغاز إلى غاز مسال بالطريقة الجافة باستخدام سرير تدفق الهواء: فرن شل، وفرن GSP، وفرن كولين، والفرن ذو المرحلتين (TPRI)، وفرن HT-L، وفرن دونغفانغ، وفرن هوالي، وفرن ووهوان، وفرن نينغمي، وفرن ليوهوا-تشيياو، وفرن شينغو، وفرن جينتشونغ، وغيرها. تشمل أنواع الأفران الرئيسية لتحويل خليط الفحم والماء باستخدام طريقة السرير الغازي الرطب: GE-TCGP، والفرن ذو الفوهات الأربع المتقابلة، وفرن تسينغهوا، بالإضافة إلى فرن الخلائط المتعددة التابع لمعهد شمال غرب الصين لتحويل الخلائط المتعددة. 　　حقق بلدنا حاليًا إنجازات بارزة في مجال ابتكار أفران التغويز. قال تشو يويينغ، مساعد المدير العام لشركة هانتشانغ تشانغجينغ للهندسة الكيميائية المحدودة، إن فرن HT-L الفضائي الذي طورته الشركة قد خضع لاختبارات التشغيل على مدى فترات زمنية طويلة، وأن المعدات الأساسية المستخدمة فيه، مثل فرن التغيير إلى حالة الغاز، وفوهات الاحتراق، وآلات تفتيت الركام، وأفران الهواء الساخن، وصمامات الأمان، والصمامات الخاصة (صمامات الأكسجين، وصمامات مسحوق الفحم، وصمامات قفل الركام، وصمامات تنظيم مسحوق الفحم، وصمامات التحويل، وصمامات تنظيم المياه السوداء)، بالإضافة إلى المضخات عالية الضغط المقاومة للتآكل والمضخات عالية السرعة، كلها أصبحت منتجات محلية الصنع، وتم امتلاك حقوق الملكية الفكرية المتعلقة بها. 　　وقال البروفيسور ليو هايفنغ من جامعة هوادونغ للعلوم والتكنولوجيا، إن تقنية تحويل الفحم إلى غاز باستخدام فوهة واحدة وجدار بارد (SE Dongfang Furnace)، والتي تم تطويرها بالتعاون بين شركة نينغبو للهندسة التابعة لشركة سينوبك، ومعهد نينغبو للتكنولوجيا، وجامعة هوادونغ للعلوم والتكنولوجيا، قد بدأت العمل بالفعل في محطة التجريب التابعة لشركة يانغزي للبتروكيماويات في نانجينغ، بسعة 1000 طن في اليوم. كما أن مشروع تحويل الفحم إلى الأوليفينات الذي تديره شركة تشونغآن يونيون، بسعة 1.7 مليون طن في السنة، يستخدم 7 أفران لتحويل الفحم إلى غاز، بسعة 1500 طن في اليوم لكل فرن، وهذه الأفران قيد التصميم حاليًا. يستخدم هذا النوع من الأفران جدارًا تبريديًا على شكل أنابيب، بالإضافة إلى مشعل متكامل يقوم بعمليات الإشعال والتسخين والتحكم في العمليات الكيميائية. أما وحدة التنقية المتعددة المراحل فهي تتكون من خلاط وفاصل دوامي وبرج غسيل بالماء. كما أن برج تبخير المياه الساخنة يؤدي وظيفتي التبخير وتبادل الحرارة في نفس الوقت، مما يساعد في حل مشاكل انسداد المبادلات الحرارية بسبب المياه السوداء، وبالتالي تحسين كفاءة نقل الحرارة. 　　تم تشغيل فرن جينهوا (فرن التحويل المشترك للغاز السينثيتي والبخار)، الذي تم تطويره بالتعاون بين معهد شانشي للطاقة النظيفة التابع لجامعة تسينغهوا، وشركة يانغمي فنغشي، وشركة يانغمي للآلات الكيميائية (المجموعة) المحدودة، في 1 أبريل 2016 في فرع لينيي التابع لشركة يانغمي فنغشي. ويستخدم هذا الفرن فحم شانشي ذو الخصائص “العالية الثلاث” كمادة خام، وقد عمل بشكل مستقر لأكثر من 100 يوم. يمكن لهذا الفرن التسخيني أن يمنع بفعالية تراكم الرواسب والغبار ； يقلل التصميم الهيكلي الفريد من نسبة التعرض للحرارة على كلا الجانبين، مما يؤدي إلى تقليل حجم المعدات والتكاليف المطلوبة ； إعادة تدوير حرارة غاز التخليق عالي الحرارة، وإنتاج بخار عالي الحرارة والضغط كمنتج ثانوي، يمكن أن يزيد من كفاءة تحويل الطاقة في فرن التغويز. 　　تُظهر بيانات الاستطلاع أنه حتى نهاية عام 2015، وباستثناء أفران التغويز تحت الضغط ذات السرير الثابت، بلغ عدد أفران التغويز تحت الضغط المستخدمة في الصناعة محليًا 392 فرنًا. من بين هذه الأفران، كان هناك 120 فرنًا من نوع أفران التغويز ذات السرير الثابت، وهو ما يمثل 77.9% من الإجمالي، بينما كان هناك 20 فرنًا من نوع أفران التغويز ذات السرير السائل، وهو ما يمثل 55.5%، و75 فرنًا من نوع أفران التغويز باستخدام خليط الماء والفحم، وهو ما يمثل 37.1%. تعويض النواقص من خلال الابتكار التقني
أفادت هان هونغمي بأن تقنية تحويل الغاز إلى وقود قد خضعت لسنوات عديدة من البحث والتطبيق، مما أدى إلى تحسينها باستمرار، وأصبح مستوى هذه التقنية مرتفعًا جدًا. لكن مع توسع مجالات استخدام التحويل الغازي للفحم وتوسع مناطق تطبيقه في الداخل، أصبحت متطلبات مكونات الغاز أكثر تنوعًا، وزاد عدد أنواع الفحم وأصبحت خصائص جودته أكثر تعقيدًا. كما أن المتطلبات المتعلقة بحماية البيئة والسلامة تزداد يومًا بعد يوم، لذا لا يزال من الضروري تحسين تقنية التحويل الغازي للفحم وتطويرها بناءً على خصائصها الخاصة والمشاكل التي قد تظهر أثناء عملية الإنتاج. 　　ووفقًا للمعلومات المتوفرة، فإن هناك مشاكل عديدة يجب حلها بشكل عاجل في أنواع أفران التحويل الحالية، ومن ضمنها: تقليل شراء المعدات المملوكة لبراءات الاختراع وتحويل هذه المعدات إلى منتجات محلية، وتحسين تصميم العمليات وأنظمة التحكم، وخفض تكاليف البرمجيات (رسوم براءات الاختراع + رسوم PDP + رسوم الخدمات التقنية)، ورفع ضغط تحويل الفحم إلى غاز إلى مستوى 6.5–8.7 ميجا باسكال، وزيادة حجم المعدات لزيادة كمية الفحم المستخدمة، ورفع مستوى ضغط البخار الناتج، وتحسين أنظمة التبريد وإزالة الغبار، واسترداد الطاقة، وتحسين طرق تبريد الغاز الناتج، ومعالجة المياه الملوثة بفعالية، وتحسين أنظمة معالجة مياه الرماد، وتحسين عملية تدوير مياه الرماد، وتحسين طرق تنقية الغاز، وتقليل كمية الغبار الناتج، وتقليل كمية الكربون المتبقي في الرماد، وتقليل كمية الرماد الناعم المنتج، وتعزيز البحوث المتعلقة باستخدام الرماد الناعم. 　　“تتمثل نقاط الابتكار في معدات تحويل الغاز في المستقبل في رفع مستوى التصنيع المحلي، وخفض التكاليف الاستثمارية، وزيادة ضغط تحويل الغاز، وتطوير معدات كبيرة لهذا الغرض، بالإضافة إلى تحسين مستويات توفير الطاقة وتقليل الهدر، وكذلك تحسين مستويات حماية البيئة. ”قالت هان هونغمي. على سبيل المثال، بحلول يونيو 2016، كانت بلادنا قد استوردت 28 فرن تغويز للعمليات المتعلقة بالخامات النفطية من شركة شل. حاليًا، بالنسبة لأهم 10 أجهزة في عملية شل، فإن جميعها باستثناء مقياس سرعة مسحوق الفحم ومقياس الكثافة، لدىها مصنعون معتمدون محليًا أو هم قيد عملية التعتيم. في المستقبل، من الضروري تسريع عملية توطين تصنيع المعدات الأساسية، وهو ما يمكن أن **يخفض تكاليف الاستثمار وتكاليف التشغيل لوحدات التحويل إلى غاز، كما يعزز مستوى تصنيع المعدات محليًا. 　　ووفقًا لما علمه الصحفيون من خلال المقابلات، فإن اتجاهات التطور في تقنيات تحويل الغاز ستركز في المستقبل على مجالات مثل التحويل الكيميائي بواسطة العوامل المحفزة، وتحويل الفحم تحت الأرض. قالت هان هونغمي إن التحفيز الكيميائي يمكن أن يخفض درجة حرارة عملية التحويل الغازي بمقدار 200 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية، مما يسمح بإجراء عملية تحويل غازي بطريقة أكثر اعتدالًا وبشكل موجه. وفي الوقت الحالي، من الضروري التركيز على دراسة أنواع المحفزات وآليات التفاعل الكيميائي وعمليات التحويل الغازي باستخدام المحفزات. يتمحور التركيز حاليًا في تقنية تحويل الفحم إلى غاز تحت الأرض على تحسين التفاصيل التقنية، وذلك يشمل التحكم في عمليات المعالجة، وأجهزة/معدات المساعدة في عملية التحويل تحت الأرض، وتقنيات الإشعال، بالإضافة إلى تصميم أفران التحويل ； كما يجب تعزيز التقنيات الطرفية الأساسية، مثل استرداد الغاز والتحكم في الملوثات. 　　بالإضافة إلى ذلك، هناك بعض التوجهات البحثية الأخرى، مثل التغويز بالهيدروجين، والتحفيز باستخدام المواد الحيوية، وتغويز الفحم في أسرّة تدفق متعددة المراحل (مع دمج عملية التحويل عند درجات حرارة عالية)، وتغويز الفحم في رواسب الفرن العالي، وتغويز الماء فوق الحرج، والتغويز الثانوي للرماد الطائر، بالإضافة إلى الدمج الحراري بين عملية تغويز الفحم وعمليات أخرى (مثل الدمج مع عملية التشكيل الكربوني). أصبحت “جزر التحويل الغازي” تشكل نمطًا سائدًا. مع التطور السريع في تقنيات تحويل الغاز، وتوسع المناطق الصناعية (الشركات الكبيرة)، بالإضافة إلى التغييرات والتحسينات في الصناعات، أصبح استخدام “جزر التحويل الغازي” كحل لتوفير كميات كبيرة من الغازات الصناعية عالية الجودة وبأسعار منخفضة، مثل الغاز الاصطناعي والهيدروجين وأول أكسيد الكربون، أمرًا شائعًا، خاصة في الشركات الكبيرة. 　　قالت هان هونغمي إن جزر تحويل الفحم إلى غاز، التي يتم تشغيلها بشكل متخصص، تُعد أفضل وسيلة لمواجهة تغيرات جودة الفحم، وضمان توفير كميات كبيرة ومستقرة من الغازات الصناعية، بالإضافة إلى حل مشاكل استخدام الفحم وتأثيره على البيئة بشكل فعال. 　　تنقسم جزر التغويز حسب حجم الفئة المستهدفة إلى نوعين: النوع المخصص للشركات والنوع المخصص للمناطق الصناعية. كما تنقسم حسب تركيب الغاز المُزود إلى نوعين: الغاز المُصنع (CO+H2، H2، CO)، والغاز الصناعي. وبناءً على القطاعات التي يخدمها، يمكن تقسيمها أيضًا إلى نوع خاص بالصناعات الكيميائية (مثل معالجة النفط/الصناعات الكيميائية القائمة على الفحم/غيرها)، ونوع خاص بالصناعات الأخرى (مثل السيراميك/مواد البناء/الأسمنت وغيرها). يجذب نموذج “جزر التغويز ذات النطاق الواسع”، الذي يوفر الغاز للشركات المستخدمة له، اهتمام ورغبة المزيد من الشركات والمناطق الصناعية، بفضل مزاياه في الحجم الكبير والتخصص والمرونة. 　　“بالنسبة للمناطق الصناعية التي تضم عددًا كبيرًا من الشركات وتحتاج إلى كميات كبيرة من الغازات الصناعية، فإن بناء وتشغيل جزر تحويل الغاز الكبيرة يسمح بتحقيق كفاءة أعلى في الإنتاج وتنظيم موحد لخدمات الإنتاج. كما يُعالج هذا الأمر مشكلة بناء أجهزة تحويل الغاز على نطاق صغير من قبل الشركات المختلفة، مما يساعد على تحقيق التنسيق الشامل والتطور طويل الأمد للمنطقة الصناعية. ”قالت هان هونغمي. 　　ووفقًا للمعلومات المتوفرة، فقد بدأت المناطق الصناعية الكبيرة للبتروكيماويات في الداخل والخارج في تطبيق نموذج “جزيرة التغويز” تدريجيًا. كما ستقوم منشأة إنتاج الكيماويات الفحمية الحديثة الكبيرة التي نخطط لإنشائها في بلادنا بتخطيط جزر التغويز الكبيرة أيضًا. في يوليو 2014، بدأ تنفيذ مشروع “جزيرة التحويل الغازي في منطقة تشونغيوان”، بإجمالي استثمارات بلغت 3 مليارات يوان، في منطقة بويانغ الصناعية. من المتوقع أن يستغرق مدة بناء المشروع 36 شهرًا، ويعتمد المشروع بشكل أساسي على مسحوق الفحم كمادة خام، مع استخدام تقنيات متقدمة لتحويل الفحم إلى غاز تحت ضغط. كما سيتم بناء معدات لتنقية الغاز الناتج وفصل الغازات المختلفة، وذلك لإنتاج المواد الخام الضرورية لصناعة المنتجات الكيميائية المشتقة من الفحم. من المتوقع أن يحقق المشروع، بعد اكتماله، إيرادات سنوية تبلغ 2.8 مليار يوان، بالإضافة إلى ضرائب تبلغ 220 مليون يوان. 　　يستخدم مشروع تحويل الفحم إلى غاز في شركة يولين للطاقة والكيماويات التابعة لشركة الفحم الصينية في مقاطعة شانشي، تقنية التحويل باستخدام أجهزة من نوع GE900 بسعة 900 قدم مكعب، وضغط 6.5×106 باسكال. يوجد 5 أفران للتحويل وفرنان احتياطيان، ويبلغ إجمالي كمية الفحم المستخدمة يوميًا حوالي 8000 طن. تمكنت أجهزة التحويل من العمل بنجاح منذ نهاية أبريل 2014. قالت هان هونغمي إن جزيرة التحويل الغازي المتخصصة تحتاج إلى اختيار التقنيات المناسبة مثل التحويل الغازي باستخدام سرير تدفق، أو التحويل الغازي باستخدام سرير تيار هوائي، أو التحويل الغازي باستخدام سرير ثابت مع أكسجين إضافي، وذلك وفقًا لخصائص الطلب. كما يجب أخذ مصدر الفحم في الاعتبار، وإجراء مقارنة اقتصادية لكامل العملية، أي “مصدر الفحم + تقنية التحويل الغازي + سعر المنتج”.