فرآیند تولید گاز از زغالسنگ بدون متاناسیون چرخهای
Thread Content
من اولین کسی بودم که فرآیند تولید گاز از زغالسنگ با متانسازی بدون چرخه را ابداع کردم.نویسنده/منبع: روزنامه صنایع شیمیایی چین؛ تاریخ: ۲۵ مه ۲۰۱۶؛ تعداد کلیکها: ۱۳
این فرآیند، روشهای سنتی را به چالش کشیده و کشور ما را از وابستگی به واردات نجات داده است. پس از سالها تلاش، کشور ما موفق شد فناوریهای جدید متانسازی بدون چرخه، کاتالیستهای مورد نیاز برای این فرآیند و تجهیزات اصلی مربوط به راکتورها را در اختیار بگیرد؛ این امر منجر به نوآوریهای چشمگیری در فرآیندهای سنتی شد و فناوری تولید گاز طبیعی از زغالسنگ در کشور ما را در رده کشورهای پیشرو جهان قرار داد. این خبر از کنفرانس بینالمللی سوم در زمینه صنعت شیمیایی زغالسنگ نوین چین، که در تاریخهای ۲۱ تا ۲۲ مه در چینگدائو برگزار شد، منتشر شده است. گروه شنو، شرکت مهندسی هوافو در پکن، به همراه شرکتهایی مانند دالیان ریک و ژونگمهی لونگهوا، پس از ۸ سال تلاش، برای اولین بار در جهان این فرآیند نوین متانسازی بدون چرخه را توسعه داد. بر اساس اطلاعات در دست، پروژههای بزرگ تولید گاز طبیعی از زغالسنگ که در کشورمان ساخته شدهاند یا در حال ساخت هستند، همگی از فرآیند متانسازی چرخشی خارجی برای تجهیزات اصلی متانسازی خود استفاده میکنند. دمای واکنش این فرآیند از طریق تنظیم میزان گاز در حال چرخش کنترل میشود و معایبی مانند میزان بالای گاز در حال چرخش که نیاز به استفاده از کمپرسورهای چرخشی با دمای بالا را ایجاد میکند، وابستگی به واردات تجهیزات اصلی و کاتالیستها، هزینههای سرمایهای و مصرف انرژی بالا، و احتمال افزایش ناگهانی دما وجود دارد. به گفته وانگ چینیا، مدیرعامل شرکت بیجینگ هوافو برای مهندسی ساختمانی تحت مالکیت گروه شنوو، فرآیند جدید توسعهیافته توسط این شرکت، در مقایسه با روشهای سنتی، چهار نوآوری و مزیت اصلی دارد. اولاً، کمپرسور گاز چرخشی حذف شد و با این کار، تولید داخلی فناوریهای فرآیندی، کاتالیستها و تجهیزات کلیدی محقق گردید؛ در نتیجه، میزان مصرف انرژی کلی تأسیسات بیش از ۲۵ درصد کاهش یافت و هزینههای سرمایهگذاری نیز بیش از ۲۰ درصد کاهش پیدا کرد ； دوم، از طریق تنظیم مرحلهای نسبت هیدروژن به کربن، کنترل دقیق این نسبت محقق شده و کیفیت محصول پایدارتر و قابل کنترلتر میگردد ； سوم این است که از کاتالیزورهای متان مقاوم در برابر دمای بالا که به صورت مستقل توسعه یافتهاند، استفاده میشود؛ که از نظر نسبت کیفیت به قیمت، عملکرد بهتری دارند و هزینههای عملیاتی آنها پایینتر است ； چهارم، راکتور متانسازی رادیال محوری با کتری بازیافت گرمای تولیدی توسعه یافته است؛ این سیستم ساختار سادهای دارد، قابلیت گسترش به مقیاس بزرگ را دارد و هزینههای سرمایهگذاری و عملیاتی کل پروژه را کاهش میدهد. دستگاه آزمایشی تولید گاز طبیعی سنتزی (SNG) بدون چرخهبندی متان، که توسط شرکت «ژونگمهی لونگهوا» با استفاده از فرآیندهای جدید ساخته شده و ظرفیت آن ۳۳۰ متر مکعب در ساعت بود (که اکنون به ۵۸۰ متر مکعب در ساعت افزایش یافته است)، در تاریخهای ۲۴ تا ۲۷ اکتبر سال گذشته، مورد ارزیابی ۷۲ ساعته توسط کارشناسان سازمان فدراسیون صنایع نفت و شیمیایی چین قرار گرفت. نتایج نشان داد که این دستگاه آزمایشی، عملکرد پیوسته و پایداری داشته است؛ تمامی پارامترها به یا فراتر از استانداردهای طراحی رسیدهاند. همچنین، فرآیند متانسازی بدون چرخهبندی و تنظیم مرحلهای نسبت کربن به هیدروژن امکانپذیر بوده است. در محصول حاصل، میزان CH4 بالاتر از ۹۵٪، H2 کمتر از ۲٪ بوده و CO در آن یافت نشده است. در تاریخ ۲۳ نوامبر همان سال، دستاوردهای فناورانه این روش، توسط کمیته ارزیابی که توسط اتحادیه صنایع نفت و شیمی چین تشکیل شده بود و جین یونگ، عضو آکادمی مهندسی چین، رئیس آن کمیته بود، مورد ارزیابی قرار گرفت. اعضای گروه کارشناسان به اتفاق آرا معتقدند که این دستاورد دارای خلاقیت بالایی بوده و حقوق مالکیت فکری مستقلی دارد ； سرمایهگذاری برای کمپرسورهای چرخشی و مصرف انرژی مرتبط با آنها صرفهجویی میشود؛ اثر صرفهجویی در مصرف انرژی قابل توجه است و سطح فناوری کلی آن به سطح پیشرفته بینالمللی رسیده است. بنا بر گفتههای وانگ چینیا، این فرآیند جدید اکنون در چندین پروژه تولید گاز طبیعی سنتزی (که مواد اولیه آنها گاز کورههای کوک، گاز حاصل از فرآیند پیرولیز یا گازهای خروجی کورههای کربنات کلسیم است) مانند بندر منچوری با ظرفیت ۱۰۰ میلیون متر مکعب در سال، ووهای در منچوری با ظرفیت ۳۰۰ میلیون متر مکعب در سال، و شینجیانگ شنگوو با ظرفیت ۴۰۰ میلیون متر مکعب در سال، مورد استفاده قرار گرفته است ； تهیه بسته فرآیند SNG با ظرفیت ۱.۳ میلیارد متر مکعب در سال به پایان رسید.
امیدوارم بتوانم اطلاعات بیشتری درباره تدابیر کنترل دمای واکنش پس از حذف چرخه به دست آورم.
باید فناوری مشابه کورههای سنتز متانول نوع پوستهلولهای باشد که از بخارات جانبی برای دفع گرمای واکنش استفاده میکند.
از یک راکتور دمای ثابت استفاده میشود؛ لایه داخلی آن با کاتالیزور پر شده و لایه خارجی حاوی آب بدون اکسیژن است تا بخار تولید شود.
هنگام گرم کردن کاتالیست برای شروع فرآیند، بخار وارد لایه پوششی میشود تا دما افزایش یابد.
بیمارستان هواشی در شانگهای، همین فناوری را به کار میبرد.
ویژگیهای فنی: از فناوری متانسازی در یک محفظه همدما استفاده شده است؛ فرآیند کلی دستگاه کوتاه بوده و گاز ورودی تنها یک بار از راکتور عبور میکند. بدون نیاز به گاز بازگشتی یا کمپرسور بازگشتی، این روش منجر به کاهش حداقل سرمایهگذاری و افزایش حداکثر سود میشود؛ همچنین هزینهها پایین بوده و کارایی انرژی بسیار خوب است. در مقایسه با فناوریهای خارجی، سرمایهگذاری در بخش متانسازی ۳۰٪ کاهش یافته است. محدوده کاربرد: گاز کوره فولادسازی، گاز حاصل از گازیسازی و گاز سنتزی حاوی مونوکسید کربن، دیاکسید کربن و هیدروژن. عملکردهای برجسته: پروژه تولید LNG از گاز کورههای ذغالسنگ توسط شرکت محدود جیانیوان در منطقه اوتوک، استان منچوری، با ظرفیت ۲۰٬۰۰۰ Nm3/sاعت؛ پروژه تولید LNG از گاز کورههای ذغالسنگ توسط شرکت هانشینگ انرژی در شهر ههگانگ، با ظرفیت ۳۰٬۰۰۰ Nm3/sاعت؛ پروژه تولید LNG از گاز کورههای ذغالسنگ توسط شرکت محدود هونگتنگ در شهر چونگچینگ، با ظرفیت ۳۰٬۰۰۰ Nm3/sاعت؛ پروژه تولید LNG از گاز کورههای ذغالسنگ توسط گروه شرکتهای گازی چوئیجینگ در استان یوننان، با ظرفیت ۱۰٬۰۰۰ Nm3/sاعت
میخواستم بپرسم، وقتی مقیاس سیستمها بزرگ میشود، مثلاً به حدود ۱ میلیارد SNG، آیا استفاده از این فناوری مشکلات فنی خاصی دارد؟ در مقایسه با فناوریهای خارجی امروز
در مورد پروژههای بزرگ اطلاعاتی وجود ندارد؛ آنچه تاکنون در هواشی ساخته شده، پروژههایی با مقیاس کوچک هستند. اگر منظور پروژههای بزرگ باشد، احتمالاً منظور راکتورهای واکنش همدما با ساختار متصل/موازی است، به همراه تنظیم نسبت هیدروژن به کربن به صورت سری.
فشار بخار جانبی راکتور اول چقدر است؟
من به طور مشخص درباره این فرآیند آنها اطلاعاتی ندارم. فقط تقریباً درک کردهام.
دمای نقاط داغ این راکتورها معمولاً سی تا چهارصد درجه است؛ کاتالیستهای آنها جزو کاتالیستهای دمای بالا نیستند و اساساً در برابر دماهای بالا مقاومت ندارند.
به نظر میرسد همه اینها توسط بیمارستان هواشی در شانگهای طراحی شدهاند، درست است؟
لزوماً نه، در هر صورت هواشی فاقد چرخهبندی است
این طراحی راکتور بدون چرخه، بسیار پیچیده است؛ میزان گاز ورودی کافی نیست. نمیدانم چقدر میتواند کار کند
باید مشابه راکتورهای متانولی نوع پوستهلولهای عمل کند و اجرای آن بدون مشکل خواهد بود.
من نمیدانم افزایش دمای متانول چقدر است، اما افزایش دمای متان بسیار زیاد است؛ در عرض چند ثانیه، میتواند به ۵۰۰–۶۰۰ برسد℃
گرمای واکنش از طریق بخار فرعی دفع میشود و دمای نقطه داغ با کنترل فشار بخار تنظیم میگردد.
گرمای واکنش متانسازی بسیار زیاد است، سرعت واکنش CO بسیار بالاست، اما سرعت واکنش CO2 نسبتاً کندتر است. دمای واکنش متانول معمولاً در ورودی بین ۲۰۰ تا ۲۳۰ درجه است؛ دما پایین است، اما با این وجود، لولههای راکتور متانول از مواد ویژهای مانند فولاد دوجهته استفاده میکنند. علاوه بر این، در حال حاضر قطر لولههای راکتورهای بزرگ متانول از Φ۵۰ فراتر نمیرود. چرا؟ زیرا اگر قطر لولهها بزرگ باشد، نمیتوان گرمای حاصل از واکنش را به خوبی دور کرد. اگرچه دمای خروجی راکتور متانول بین ۲۳۰ تا ۲۵۰ درجه است، اما دمای مرکز لولهها چقدر است؟ این موضوع بستگی به عملکرد کاتالیست دارد و نمیتوان به طور تصادفی قطر لولهها را بزرگ کرد. برای واکنشهای متانسازی که گرمای زیادی تولید میکنند، برای دور کردن سریع گرمای واکنش، قطر لولهها نمیتواند بزرگ باشد؛ قطر لولهها از Φ۲۰ فراتر نخواهد رفت. این امر باعث میشود ساخت راکتور دشوارتر شده و هزینههای ساخت آن بالاتر رود. در حال حاضر، یک راکتور متانول با ظرفیت ۱۰۰ هزار تن در سال دارای هزاران لوله واکنش است؛ بنابراین برای راکتورهای متانسازی، قطر لولهها باید حتی کوچکتر باشد. این همان دلیل اصلی است که راکتورهای متانسازی در مؤسسه هواشی نمیتوانند بزرگ باشند. میتوان تصور کرد که برای راکتورهای با ظرفیت بالا، تنها راه، استفاده از چندین سری موازی است؛ در این صورت هزینههای سرمایهگذاری نیز افزایش خواهد یافت. همچنین، عمق واکنش CO2 نیز مشکلی است. نمیتوان فقط درباره متانسازی صحبت کرد؛ اگر فقط قصد تولید گاز طبیعی باشد، میتوان از روشهای ایزوترمیک، عایقبندی شده، با چرخه یا بدون چرخه استفاده کرد... در نهایت، استانداردهای گاز طبیعی اجازه وجود ۲٪ CO2 را میدهند؛ این استاندارد به راحتی قابل دستیابی است. اما اگر قصد تولید LNG باشد، عمق واکنش CO2 مسئله کلیدی است؛ زیرا در فرآیندهای سرمایش شدید، معمولاً نیاز است که میزان CO2 کمتر از ۵۰ ppm باشد. البته، اگر CO2 به طور کامل واکنش ندهد، میتوان پس از آن یک واحد حذف کربن اضافه کرد و سپس گاز را برای تولید LNG سرمایش داد؛ در این صورت، مسیر فرآیند طولانیتر شده، هزینههای سرمایهگذاری و هزینههای عملیاتی نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین، برای تعیین اینکه آیا باید از روشهای ایزوترمیک، عایقبندی شده، با چرخه یا بدون چرخه برای متانسازی استفاده کرد، باید تفاوتها را در نظر گرفت؛ نمیتوان به طور کلی صحبت کرد. درباره متانسازی، هر فناوریای قابل استفاده است؛ اما مهم این است که محصول نهایی چیست؛ بنابراین باید با دقت انتخاب کرد.