ข้อเสนอแนะเพื่อยกระดับเทคโนโลยีการแปรรูปก๊าซ

Thread Content

ข้อเสนอแนะเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการแปรสภาพถ่านหินให้เป็นก๊าซ ผู้เขียน/แหล่งที่มา: วัง ชูเจียน หัวหน้าวิศวกรใหญ่ของบริษัท จีน เคมิคัล อินจิเนียริง คอร์ปอเรชั่น ลิมิเต็ด วันที่: 03 สิงหาคม 2016 จำนวนครั้งที่มีคนเข้ามาดู: 17 แม้ว่าเทคโนโลยีการแปรสภาพถ่านหินให้เป็นก๊าซด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การใช้ผงถ่านหิน การใช้สารละลายถ่านหินในน้ำ และการใช้ถ่านหินที่บดแล้วมาแปรสภาพให้เป็นก๊าซภายใต้ความดัน จะได้รับการพัฒนาและทดลองมาเป็นเวลาเกือบ 15 ปี, 30 ปี และ 40 ปีตามลำดับ จนทำให้เทคโนโลยีเหล่านี้มีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่การแปรสภาพถ่านหินให้เป็นก๊าซก็ยังคงเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เงินลงทุนมากที่สุด และมีการใช้พลังงานสูงที่สุดในบรรดาโครงการด้านเคมีจากถ่านหิน นอกจากนี้ยังมีปัญหาเกิดขึ้นมากมายอีกด้วย เนื่องจากลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีการแปรสภาพก๊าซให้เป็นเชื้อเพลิง รวมถึงปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต เทคโนโลยีนี้จึงยังมีโอกาสในการปรับปรุงและพัฒนาได้อีกมาก เพิ่มระดับการผลิตในประเทศให้สูงขึ้น และลดต้นทุนการลงทุนในอุปกรณ์ต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบเทคโนโลยีการแปรสภาพก๊าซจากบริษัท Shell, GSP, GE และ Corning กับเทคโนโลยีการแปรสภาพก๊าซในประเทศแล้ว จะพบว่าต้นทุนการลงทุนสูงกว่ามาก สาเหตุหลักได้แก่ 1) ค่าใช้จ่ายด้านซอฟต์แวร์ที่สูง (ค่าลิขสิทธิ์ + ค่า PDP + ค่าบริการด้านเทคนิค) 2) จำเป็นต้องซื้ออุปกรณ์ที่มีลิขสิทธิ์หรืออุปกรณ์สำคัญบางชนิด 3) การออกแบบกระบวนการและระบบควบคุมที่ซับซ้อนเกินไปหรือไม่มีเหตุผล ซึ่งก็เป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ต้นทุนการลงทุนสูงขึ้นด้วย ดังนั้น เมื่อเรานำเทคโนโลยีการแปรสภาพก๊าซจากต่างประเทศมาใช้ เราควรลดการซื้ออุปกรณ์ที่มีสิทธิบัตรหรืออุปกรณ์สำคัญๆ (ซึ่งก็คืออุปกรณ์ที่ผลิตโดยผู้ผลิตรายใดรายหนึ่ง) ลง รวมถึงปรับปรุงกระบวนการและการควบคุมให้ดียิ่งขึ้น เพื่อลดต้นทุนการลงทุน. การเพิ่มความดันในกระบวนการแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซ รวมถึงการเพิ่มปริมาณถ่านหินที่นำมาใช้ในแต่ละเตา จากกระบวนการแปลงถ่านหินในปัจจุบัน พบว่ามีเพียงกระบวนการแปลงถ่านหินด้วยสารละลายน้ำ-ถ่านหินเท่านั้นที่สามารถเพิ่มความดันได้สูงถึง 6.5–8.7 MPa ส่วนกระบวนการอื่นๆ มีความดันอยู่ในช่วง 1.0–4.0 MPa เท่านั้น ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่ขึ้นและต้องมีการลงทุนมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้โครงการด้านเคมีจากถ่านหินมีการใช้พลังงานสูงอีกด้วย ดังนั้น แรงดันในการก๊าซีไฟฟ้าจึงยังมีโอกาสเพิ่มขึ้นได้อีก ตัวอย่างเช่น บริษัท Lurgi ได้เพิ่มแรงดันในกระบวนการก๊าซีไฟฟ้าแบบ MK+ ให้สูงถึง 6.0 MPa แล้ว (แต่ยังไม่ได้นำมาใช้ในอุตสาหกรรมอย่างเต็มรูปแบบ) อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้โครงการด้านอุตสาหกรรมถ่านหินมีต้นทุนสูงและใช้พื้นที่มาก ก็คือความสามารถในการแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซของเตาเผาแต่ละเตาที่มีขนาดจำกัด ปัจจุบัน นอกเหนือจากกระบวนการแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซแบบ Shell Powder Gasification และกระบวนการแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซแบบ Multi-nozzle Counterflow Slurry Gasification ซึ่งสามารถใช้ถ่านหินได้สูงสุด 3,000 ตัน/วันแล้ว กระบวนการแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซแบบอื่นๆ ยังคงมีความสามารถในการใช้ถ่านหินได้เพียง 1,000–2,200 ตัน/วันเท่านั้น ส่วนกระบวนการบางอย่างที่สามารถใช้ถ่านหินได้สูงสุด 3,000 ตัน/วันนั้น ก็ยังไม่มีการนำมาใช้จริงในอุตสาหกรรมอยู่ ลดต้นทุนการลงทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ จากโครงการอุตสาหกรรมถ่านหินที่กำลังดำเนินการอยู่ในปัจจุบัน ดูเหมือนว่าการแปรรูปถ่านหินจะติดอยู่ในวังวนที่แปลกประหลาด นั่นคือ หากลงทุนในอุปกรณ์มาก ประสิทธิภาพก็จะสูง แต่ถ้าลงทุนน้อย ประสิทธิภาพก็จะต่ำ ตัวอย่างเช่น ระบบการแปลงก๊าซของ SHELL มีเครื่องทำความเย็นก๊าซสังเคราะห์ ซึ่งสามารถผลิตไอน้ำที่มีความดัน 5.2 MPa ได้ โดยมีพลังงานสูง แต่ก็ต้องมีการลงทุนที่สูงเช่นกัน ； ตัวอย่างเช่น กระบวนการแปรสภาพถ่านหินให้เป็นก๊าซแบบ GSP หรือกระบวนการใช้เตาเผาในอุตสาหกรรมอวกาศ หรือกระบวนการของ Corin เป็นต้น มีต้นทุนการลงทุนที่ต่ำกว่ากระบวนการแปรสภาพถ่านหินของ Shell แต่เนื่องจากผนังที่ใช้ในการระบายความร้อนจะผลิตไอน้ำที่มีความดันต่ำ ทำให้มีพลังงานที่ใช้ได้น้อย ไม่เหมาะสำหรับการนำมาใช้งาน ส่วนก๊าซที่ได้จากเตาเผาจะมีอุณหภูมิสูงถึง 1350 องศาเซลเซียส ซึ่งจะถูกนำไปทำให้เย็นลงทันที ทำให้ก๊าซมีไอน้ำปนอยู่มาก ซึ่งเหมาะสำหรับโครงการอุตสาหกรรมถ่านหินที่ต้องมีการแปรสภาพคาร์บอนไดออกไซด์อย่างละเอียด (เช่น โครงการผลิตแอมโมเนีย) แต่สำหรับโครงการอุตสาหกรรมถ่านหินที่ไม่จำเป็นต้องมีการแปรสภาพอย่างละเอียด (เช่น การผลิตก๊าซจากถ่านหิน หรือการผลิตน้ำมันจากถ่านหิน) การมีไอน้ำปนอยู่ในก๊าซมากเกินไปจะทำให้พลังงานลดลง และยังต้องมีการเพิ่มเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องแยกสารเพื่อนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งจะทำให้กระบวนการผลิตยาวนานขึ้น มีแรงต้านมากขึ้น และต้นทุนการลงทุนก็เพิ่มขึ้นด้วย ； การแปลงสารละลายน้ำกับถ่านหินให้เป็นก๊าซ มักจะใช้วิธีการทำให้สารละลายเย็นลงอย่างรวดเร็ว และก็มีปัญหานี้เช่นกัน ； การก๊าซีฟไอน้ำถ่านหินด้วยความดันสูงและการเปลี่ยน CO ก็ให้ไอน้ำที่มีความดันต่ำในปริมาณมากเช่นกัน จึงค่อนข้างยากที่จะนำมาใช้ประโยชน์ได้ ดังนั้น การเลือกกระบวนการแปรสภาพถ่านหินให้เป็นก๊าซจึงต้องพิจารณาควบคู่ไปกับโครงการอุตสาหกรรมถ่านหินโดยรวม ทั้งนี้เพื่อลดต้นทุนการลงทุน และเพิ่มประสิทธิภาพของโครงการ ให้สามารถดำเนินการได้อย่างมีเหตุผลและมีประสิทธิภาพสูงสุด การลดการใช้พลังงานและน้ำ โครงการอุตสาหกรรมถ่านหินเป็นโครงการที่ใช้พลังงานและน้ำในปริมาณมาก ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องลดการใช้พลังงานและน้ำให้น้อยลง นอกจากนี้ ยังมีโอกาสในการพัฒนาเทคโนโลยีการแปรรูปถ่านหินเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการแปลงก๊าซของ Shell จะใช้ก๊าซที่ถูกอัดให้มีความดันสูงเพื่อทำให้ก๊าซผลิตภัณฑ์มีอุณหภูมิลดลงมาอยู่ที่ประมาณ 900 องศาเซลเซียส ซึ่งก็ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานไปด้วย ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้สารหรือวิธีอื่นๆ เพื่อลดอุณหภูมิและกำจัดฝุ่นละอองออกไป ปัจจุบันมีบริษัทก่อสร้างในประเทศที่กำลังพยายามหาวิธีปรับปรุงกระบวนการนี้อยู่ ； กระบวนการแปลงก๊าซของ Shell ใช้วิธีการกำจัดฝุ่นแบบแห้ง ซึ่งต้องใช้ก๊าซสำหรับการเป่าออกในปริมาณมาก ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงควรพิจารณาหาวิธีปรับปรุงกระบวนการนี้ด้วย ปัจจุบัน โครงการอุตสาหกรรมถ่านหินขนาดใหญ่มักพิจารณาการผสมผสานกระบวนการแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซหลายรูปแบบเข้าด้วยกัน เพื่อแก้ไขปัญหาเรื่องอัตราส่วนของถ่านหินที่ใช้เป็นวัตถุดิบ ซึ่งสามารถพิจารณาใช้วิธีการรวมกันของกระบวนการต่างๆ เหล่านี้ เพื่อจัดการกับปัญหาที่แตกต่างกันที่เกิดขึ้นในแต่ละกระบวนการได้ ตัวอย่างเช่น ในโครงการผลิตก๊าซธรรมชาติจากถ่านหินขนาดใหญ่ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้วิธีการผสมผสานระหว่างการก๊าซีไฟฟ้าถ่านหินที่มีแรงดันสูงกับการก๊าซีไฟฟ้าในรูปแบบบ่อกระแสอากาศ (การก๊าซีไฟฟ้าด้วยสารละลายถ่านหินในน้ำ หรือการก๊าซีไฟฟ้าด้วยถ่านหินในรูปแบบผง) หากใช้วิธีการก๊าซีไฟฟ้าถ่านหินที่มีแรงดันสูงร่วมกับการก๊าซีไฟฟ้าด้วยสารละลายถ่านหินในน้ำ ก็สามารถนำน้ำเสียจำนวนมากที่เกิดขึ้นจากการก๊าซีไฟฟ้าถ่านหินที่มีแรงดันสูงมาใช้ในการผลิตสารละลายถ่านหินในน้ำได้ วิธีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดน้ำได้เท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนและค่าใช้จ่ายในการบำบัดน้ำเสีย รวมถึงช่วยลดมลพิษทางสิ่งแวดล้อมอีกด้วย ปรับปรุงระบบการจัดการน้ำเสียจากการเผาไหม้ เพื่อลดปริมาณฝุ่นที่ถูกปล่อยออกมา ปัจจุบัน อุปกรณ์การเปลี่ยนก๊าซมีปัญหาคือมีฝุ่นในก๊าซในปริมาณมาก ส่งผลให้เกิดการอุดตันของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในอุปกรณ์การเปลี่ยน CO และทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ด้านบนของเตาเปลี่ยนก๊าซไม่สามารถทำงานได้ นอกจากนี้ ยังมีปัญหาเรื่องปริมาณน้ำเสียที่ถูกปล่อยออกมามาก และปริมาณน้ำเสียที่ถูกนำกลับมาใช้ซ้ำก็มากเช่นกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำความสะอาดก๊าซและการปรับปรุงกระบวนการนำน้ำเสียกลับมาใช้ซ้ำ