بررسی جامع مسیرهای نوآوری فناورانه در تجهیزات گازسازی

Thread Content

بررسی جامع مسیرهای نوآوری در تجهیزات گازسازی زغال‌سنگ
نویسنده/منبع: تاریخ: ۱۱-۰۸-۲۰۱۶
تعداد کلیک‌ها: ۱۰
تجهیزات فناوری گازسازی زغال‌سنگ، پایه مهمی برای تبدیل و استفاده بهینه از زغال‌سنگ هستند. با نوآوری‌های مداوم و بهبودهای فنی در سال‌های اخیر، کوره‌های گازسازی در کشور ما به شکلی رونق یافته‌اند. درک روندهای توسعه فناوری گازسازی زغال‌سنگ، و انتخاب تجهیزاتی که با نوع زغال‌سنگ سازگار باشند، با نیازهای محصولات همخوانی داشته باشند، دارای مصرف انرژی کم، سرمایه‌گذاری کم، قابلیت اطمینان بالا، و در عین حال سازگار با محیط زیست و ایمن باشند، یکی از جهت‌های مهم برای رشد سالم صنعت شیمیایی زغال‌سنگ است. در کنفرانس سال ۲۰۱۶ درباره نوآوری‌های فناورانه در زمینه گازسازی جدید و فناوری‌های مرتبط، که در تاریخ ۲۹ ژوئیه در پکن برگزار شد، کارشناسان حاضر نظرات و پیشنهادات خود را ارائه دادند. انواع مختلفی از کوره‌های گازسازی وجود دارد. «کوره‌های گازسازی، وسایل مهم و اصلی برای تبدیل گازها به سوخت هستند؛ این کوره‌ها در کشور ما به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. سطح صنعتی‌شدن آن‌ها بالاست، انواع مختلفی از فناوری‌های مربوط به آن‌ها وجود دارد و تعداد کوره‌های گازسازی نیز زیاد است.» تعداد کوره‌های گازسازی فشاردار با تخت جریان هوای پیشرفته در کشور، به بیش از ۳۰۰ دستگاه رسیده است. ”هان هونگ‌می، معاون بخش انرژی و شیمی در اداره برنامه‌ریزی صنایع نفت و شیمی، گفت. 　　بر اساس اطلاعات موجود، کوره‌های گازسازی بر اساس نحوه تماس مواد، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: بستر ثابت (بستر متحرک)، بستر جریانی (بستر جوشان) و بستر جریان هوا. فناوری‌های پرکاربرد برای کوره‌های گازسازی با تخت ثابت و فشار بالا برای زغال سنگ خردشده (دفع زباله به صورت جامد/مایع) شامل کوره‌های روچ، سیدینگ، BGL، یوندینگ YM و غیره می‌باشد. فناوری گازسازی پودر با استفاده از تخت جریانی که کاربردهای گسترده‌ای دارد، شامل کوره ICC در چین، کوره اندر، کوره نیوپاور و غیره می‌باشد. فناوری‌های اصلی گازسازی پودری تحت فشار به روش خشک با استفاده از بستر جریان هوا، شامل کوره‌های شل، GSP، کولین، دومرحله‌ای (TPRI)، HT-L، دونگفانگ، هوالی، ووهوان، نینگمه، لیوهوا-چییائو، شنگو، جینژونگ و غیره می‌باشد. مدل‌های اصلی برای گازسازی سوخت زغال‌سنگ با روش مرطوب در تخت گازسازی، شامل GE-TCGP، سیستم چهار فوهه مقابل هم، کوره تسینگهوا، و کوره چندمواد مؤسسه شمال‌غربی برای گازسازی سوخت‌های چندگانه است. 　　در حال حاضر، کشور ما دستاوردهای برجسته‌ای در زمینه نوآوری در کوره‌های گازسازی به دست آورده است. ژو یویینگ، دستیار مدیرعامل شرکت سهامی مهندسی شیمیایی فضایی چانگچنگ، گفت که کوره HT-L تولید شده توسط این شرکت، پس از آزمایش‌های مداوم، کارایی خود را ثابت کرده است. تجهیزات کلیدی این کوره، از جمله کوره گازسازی، شعله‌زن، دستگاه تخریب خاکستر، کوره باد گرم، شیرهای ایمنی، شیرهای ویژه (شیر اکسیژن، شیر پودر زغال، شیر قفل کردن خاکستر، شیر تنظیم پودر زغال، شیر تغییر جهت، شیر تنظیم آب سیاه)، پمپ‌های با فشار بالا و مقاوم در برابر سایش، همگی در کشور تولید شده‌اند و حقوق مالکیت فکری مربوط به آن‌ها نیز در اختیار کشور است. 　　لیو هایفنگ، استاد دانشگاه علوم فنی شرق چین، گفت که فناوری گازسازی پودر زغال‌سنگ با دیواره سرد و نازل تکی (کوره SE شرقی)، که توسط شرکت مهندسی نینگبو متعلق به شرکت صنایع پتروشیمی چین، مؤسسه تحقیقات فناوری نینگبو و دانشگاه علوم فنی شرق چین به صورت مشترک توسعه یافته است، در یک واحد نمونه‌ای با ظرفیت ۱۰۰۰ تن در روز در شرکت صنایع پتروشیمی یانگزی در نانجینگ، جیانگسو، راه‌اندازی شده است. همچنین، پروژه تولید الکن‌ها از زغال‌سنگ با ظرفیت ۱٫۷ میلیون تن در سال توسط شرکت چوآن‌آن یونیون، از ۷ کوره گازسازی با ظرفیت ۱۵۰۰ تن در روز استفاده می‌کند و در حال طراحی است. این نوع کوره از دیواره خنک‌کننده لوله‌ای و یک شعله‌افکن یکپارچه که روشن‌سازی، گرم‌کردن و فرآیند تولید را در خود ادغام کرده است، استفاده می‌کند. واحد تصفیه چندمرحله‌ای از یک مخلوط‌کن، یک جداکننده گردبادی و یک برج شستشوی آبی تشکیل شده است. برج تبخیر آب گرم هم عملکرد تبخیر سریع و هم تبادل حرارت را دارد و مشکلاتی مانند انسداد راکتورهای تبادل حرارت به دلیل وجود آب سیاه و تأثیر آن بر کارایی انتقال حرارت را برطرف می‌کند. 　　کوره جین‌هوا (کوره گازسازی تولید مشترک گاز سنتزی/بخار)، که به طور مشترک توسط مؤسسه تحقیقات انرژی پاک شانشی در دانشگاه تسینگهوا، شرکت یانگمی فنگشی و شرکت ماشین‌آلات صنایع شیمیایی یانگمی (گروه) شانشی توسعه یافته است، در تاریخ ۱ آوریل ۲۰۱۶ در شعبه لینیی شرکت یانگمی فنگشی با موفقیت راه‌اندازی شد. این کوره با استفاده از زغال‌سنگ «سه بالا» شانشی به عنوان مواد خام، بیش از ۱۰۰ روز به طور پایدار در حال کار است. این کوره گازسازی می‌تواند به طور مؤثر از انسداد توسط خاکستر و رسوب جلوگیری کند ； طراحی منحصربه‌فرد ساختاری، درصد پر کردن فضا توسط گرمای دو طرفه را کاهش داده و حجم تجهیزات و هزینه‌های سرمایه‌گذاری را کم می‌کند ； بازیابی گرمای گاز سنتزی با دمای بالا و تولید بخار با دما و فشار بالا، می‌تواند باعث افزایش بازده تبدیل انرژی در کوره گازسازی شود. 　　داده‌های بررسی‌ها نشان می‌دهد که تا پایان سال ۲۰۱۵، به جز کوره‌های گازسازی فشاردار با بستر ثابت، در کشور مجموعاً ۳۹۲ کوره گازسازی فشاردار برای استفاده صنعتی وجود داشته است. از این تعداد، ۱۲۰ عدد کوره گازسازی فشاردار با بستر ثابت بوده که ۷۷.۹ درصد از کل را تشکیل می‌دهند؛ ۲۰ عدد کوره گازسازی نوع اندرسون با بستر جریانی، که ۵۵.۵ درصد از کل را تشکیل می‌دهند؛ و ۷۵ عدد کوره گازسازی نوع GE با بستر جریانی، که ۳۷.۱ درصد از کل را تشکیل می‌دهند. تکنولوژی نوین برای جبران کمبودها: هان هونگ‌می گفت که فناوری گازسازی، پس از دهه‌ها تحقیق و عمل، مدام بهبود یافته و سطح فنی آن بسیار بالاست. اما با گسترش روزافزون حوزه‌ها و مناطق کاربرد گازسازی زغال‌سنگ در کشور، الزامات مربوط به ترکیبات گاز نیز متنوع‌تر شده است؛ انواع زغال‌سنگ بیشتر شده و تغییرات کیفیت آن نیز پیچیده‌تر گردیده است. همچنین، با افزایش الزامات مربوط به حفاظت از محیط زیست و ایمنی، فناوری گازسازی زغال‌سنگ نیازمند بهبود و توسعه بیشتری است، با توجه به ویژگی‌های خاص خود و مشکلاتی که در فرآیند تولید پیش می‌آید. 　　طبق اطلاعات ارائه‌شده، مشکلاتی که باید فوراً در مدل‌های موجود کوره‌های گازسازی حل شوند عبارتند از: کاهش خرید تجهیزات دارای حق اختراع و تجهیزات کلیدی و افزایش سطح تولید داخلی آن‌ها، بهینه‌سازی طراحی فرآیندها و سیستم‌های کنترل، کاهش هزینه‌های نرم‌افزاری (هزینه‌های حق اختراع + هزینه‌های PDP + هزینه‌های خدمات فنی)، افزایش فشار گازسازی مخلوط آب و زغال‌سنگ به میزان ۶.۵ تا ۸.۷ MPa، افزایش مقیاس تجهیزات برای افزایش میزان زغال‌سنگ وارد شده، افزایش سطح فشار بخارات فرعی، بهینه‌سازی سیستم‌های خنک‌کردن و جداسازی گرد و غبار، بازیابی انرژی، بهینه‌سازی روش‌های خنک‌کردن گاز سنتزی، مدیریت مؤثر آب‌های آلوده، بهینه‌سازی سیستم‌های پردازش آب خاکستر، بهبود فرآیند چرخش آب خاکستر، بهبود روش‌های شستشوی گاز زغال‌سنگ، کاهش میزان گرد و غبار تولید شده، کاهش میزان کربن باقی‌مانده در خاکستر، کاهش میزان تخلیه خاکستر ریز، و تقویت تحقیقات مربوط به استفاده از خاکستر ریز. 　　“نقاط نوآورانه در تجهیزات گازسازی، افزایش سطح تولید داخلی، کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری، افزایش فشار در فرآیند گازسازی، توسعه تجهیزات بزرگ‌تر برای گازسازی، و همچنین افزایش سطح صرفه‌جویی در مصرف انرژی و آب و بهبود شرایط زیست‌محیطی است. ”هان هونگ‌می گفت. به عنوان مثال، تا ژوئن ۲۰۱۶، کشور ما ۲۸ دستگاه گازساز فرآیندی شل را وارد کرده بود. در حال حاضر، از میان ۱۰ تجهیزات کلیدی فرآیند شل، به جز سرعت‌سنج و چگالی‌سنج ذغال، تولیدکنندگان دارای گواهینامه داخلی برای آن‌ها وجود دارد یا در حال دریافت گواهینامه هستند. در آینده، نیاز به تسریع در تولید داخلی تجهیزات کلیدی وجود دارد؛ این امر می‌تواند **هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی واحدهای گازسازی را کاهش داده و سطح تولید تجهیزات در کشور را ارتقا دهد.** 　　بر اساس مصاحبه‌های خبرنگاران، جهت‌گیری نوآوری در فناوری گازسازی زغال‌سنگ، در آینده بر روی حوزه‌هایی مانند گازسازی کاتالیتیک و گازسازی زیرزمینی زغال‌سنگ متمرکز خواهد شد. هان هونگ‌می گفت که گازسازی کاتالیزی شده می‌تواند دمای گازسازی را ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش دهد و منجر به گازسازی ملایم و تبدیل هدفمند شود؛ لذا در حال حاضر نیاز به تحقیقات جدی در زمینه انواع کاتالیست‌ها، مکانیسم واکنش‌های کاتالیزی و فرآیندهای گازسازی کاتالیزی وجود دارد. تمرکز فعلی فناوری گازسازی زیرزمینی زغال‌سنگ، بهبود جزئیات فنی است که شامل کنترل فرآیند، تجهیزات کمکی برای گازسازی زیرزمینی، فناوری روشن‌کردن، و طراحی کوره گازسازی می‌شود ； همچنین باید فناوری‌های کلیدی مرتبط، مانند بازیابی از طریق گازسازی و کنترل آلاینده‌ها، تقویت شوند. 　　علاوه بر این، رشته‌های تحقیقاتی دیگری نیز وجود دارد، مانند گازسازی با هیدروژن، کاتالیز در فرآیندهای بیوماس، گازسازی در بستر جریان هوایی مرحله‌ای (با ترکیب تبدیلات دمای بالا)، گازسازی زغال‌سنگ در سرباره کوره، گازسازی با آب فراکریتیک، گازسازی مجدد خاکستر پرنده، و یکپارچه‌سازی حرارتی گازسازی با سایر فرآیندها (مانند یکپارچه‌سازی با فرآیند متان‌سازی). جزایر گازسازی به تدریج رواج پیدا می‌کنند. با پیشرفت سریع فناوری گازسازی، گسترش مقیاس پارک‌های صنعتی (شرکت‌های بزرگ)، تغییرات و بهبود صنایع، استفاده از جزایر گازسازی تخصصی برای تأمین مقادیر زیادی از گازهای صنعتی مانند گاز سنتزی، هیدروژن و کربن مونوکسید با کیفیت بالا و قیمت مناسب برای پارک‌های صنعتی، به‌ویژه شرکت‌های بزرگ، به یک روند رایج تبدیل شده است. 　　هان هونگ‌می گفت که جزایر گازسازی با مدیریت تخصصی، بهترین راهکار برای مقابله با تغییرات کیفیت زغال‌سنگ، تأمین پایدار و حجیم گازهای صنعتی، و حل مشکلات ناشی از استفاده از زغال‌سنگ و تأثیرات آن بر محیط زیست است. 　　جزایر گازسازی بر اساس مقیاس گروه‌های مشتری، به دو دسته سطح شرکتی و سطح پارک صنعتی تقسیم می‌شوند؛ همچنین بر اساس ترکیب گاز تأمین‌شده، به دو نوع گاز سنتزی (CO+H2، H2، CO) و گاز صنعتی تقسیم می‌شوند. و بر اساس صنایعی که به آن‌ها خدمات ارائه می‌شود، نیز می‌توان آن‌ها را به دسته صنایع شیمیایی (پالایش نفت/صنایع شیمیایی مبتنی بر زغال‌سنگ/سایر صنایع شیمیایی و غیره) و دسته سایر صنایع (سرامیک/مصالح ساختمانی/سیمان و غیره) تقسیم کرد. مدل «جزیره گازسازی» با عرض پوشش گسترده برای تأمین گاز به شرکت‌های مصرف‌کننده، به دلیل مزایای خود از جمله مقیاس‌پذیری، تخصص و انعطاف‌پذیری، توجه و علاقه روزافزونی را از سوی شرکت‌ها و مناطق صنعتی جلب کرده است. 　　“در پارک‌های صنعتی که تعداد شرکت‌ها در آن‌ها زیاد و نیاز به گازهای صنعتی بالاست، ساخت و بهره‌برداری از جزایر گازسازی بزرگ می‌تواند به بهره‌وری و کارایی بالاتر در فرآیندهای تولید کمک کند؛ همچنین امکان برنامه‌ریزی یکپارچه برای خدمات تولیدی فراهم می‌شود. این روش از معایب ناشی از ساخت تجهیزات گازسازی در مقیاس کوچک توسط شرکت‌های مختلف، یعنی ساخت تجهیزات مکرر، جلوگیری می‌کند؛ در نتیجه به هماهنگی و توسعه بلندمدت پارک صنعتی کمک می‌شود. ”هان هونگ‌می گفت. 　　بر اساس گزارش‌ها، در حال حاضر تمام پارک‌های بزرگ پتروشیمی داخلی و خارجی به تدریج از مدل «جزیره گازیفیکاسیون» استفاده می‌کنند. مراکز بزرگ تولید صنایع شیمیایی زغال‌سنگ مدرن که در کشورمان در حال برنامه‌ریزی هستند، به طور یکپارچه جزایر بزرگ گازسازی را نیز در بر خواهند گرفت. در ماه ژوئیه سال ۲۰۱۴، پروژه «جزیره گازسازی چونگیوان» با سرمایه‌گذاری کلی ۳ میلیارد یوان، در منطقه توسعه‌ای پویانغ آغاز به کار کرد. انتظار می‌رود مدت زمان ساخت این پروژه ۳۶ ماه باشد. این پروژه عمدتاً از پودر زغال‌سنگ به عنوان ماده خام استفاده می‌کند و از فناوری پیشرفته گازسازی تحت فشار برای تبدیل زغال‌سنگ به گاز استفاده می‌کند. همچنین، تجهیزاتی برای تصفیه گاز تولید شده و جداسازی گازها نیز در این پروژه وجود دارد. این پروژه می‌تواند مواد خام مورد نیاز برای تولید محصولات صنایع شیمیایی مبتنی بر زغال‌سنگ را تأمین کند. پس از تکمیل کامل این پروژه، انتظار می‌رود ارزش تولید سالانه آن ۲.۸ میلیارد یوان و میزان مالیاتات حاصل از آن ۲۲۰ میلیون یوان باشد. 　　پروژه صنایع کک‌سازی یوهنگ متعلق به شرکت انرژی و شیمیایی یولین، زیرمجموعه شرکت زغال‌سنگ چین در استان شانشی، از فرآیند کک‌سازی با فشار ۶.۵×۱۰۶ پاسکال و حجم ۹۰۰ فوت مکعب استفاده می‌کند. تعداد کوره‌های کک‌سازی ۵ عدد بوده و ۲ عدد آن به عنوان کوره‌های ذخیره در نظر گرفته شده‌اند؛ میزان کل زغال‌سنگ مصرفی در روز حدود ۸۰۰۰ تن است. این دستگاه کک‌سازی در اواخر ماه آوریل سال ۲۰۱۴ با موفقیت راه‌اندازی شد. هان هونگ‌می گفت که برای ایجاد تأسیسات تخصصی گازسازی زغال‌سنگ، لازم است بسته به ویژگی‌های نیازها، روش‌های مناسبی مانند گازسازی با بستر جریان‌دار، گازسازی با بستر جریان هوا، یا گازسازی با بستر ثابت و اکسیژن‌زیاد انتخاب شود؛ همچنین باید با توجه به شرایط منابع زغال‌سنگ، مقایسه اقتصادی کل فرآیند انجام شود، یعنی «منابع زغال‌سنگ + فناوری گازسازی + قیمت محصول».