الصين إعادة تدوير النفايات صانع مفاعل التحلل الحراري توفير حلول التحلل الحراري لتطبيقات النفايات إلى الطاقة

مصنع مفاعل الانحلال الحراري لإعادة تدوير النفايات في الصين يقدم حلول التحلل الحراري لتطبيقات تحويل النفايات إلى طاقة

الإجابة على السؤال الأساسي:ما الذي يقدمه مفاعل الانحلال الحراري لإعادة تدوير النفايات من شركة Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd لمشروع تحويل النفايات إلى طاقة؟ تقوم شركة Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) بتصميم وتصنيع مفاعلات الانحلال الحراري التي تقوم بالتحلل الحراري للإطارات والنفايات البلاستيكية والكتلة الحيوية في بيئة خالية من الأكسجين عند 400-600 درجة مئوية، وتحويلها إلى منتجات قابلة للاسترداد. ينتج عن تغذية الإطارات النموذجية 40-55٪ زيت انحلال حراري، و 30-35٪ أسود كربون مستعاد وفحم، و 10-20٪ غاز غير قابل للتكثيف ذو قيمة حرارية تتراوح بين 20-40 ميجا جول/نيوتن متر مكعب يتم إعادة تدويره لتسخين المفاعل. يتراوح وقت بقاء المواد الصلبة من 20 دقيقة إلى ساعتين حسب نوع المفاعل، ويتم الاحتفاظ بالأكسجين أقل من 1٪ بالحجم لمنع الاحتراق ولإبقاء العملية خارج نطاق الاشتعال.

1. كيفية التحكم في التحلل الحراري

الانحلال الحراري ليس حرقًا: إنه تكسير حراري في غياب الأكسجين، ويتم التحكم في توزيع المنتج بواسطة أربعة متغيرات يجب على المفاعل التحكم فيها:

• درجة الحرارة ومعدل التسخين: تحدد درجة الحرارة طيف المنتج. الانحلال الحراري البطيء عند 400-500 درجة مئوية مع معدلات تسخين تتراوح بين 5-20 درجة مئوية/دقيقة يفضل السائل والفحم؛ الانحلال الحراري السريع فوق 500 درجة مئوية مع معدلات تسخين تزيد عن 50 درجة مئوية/دقيقة وأوقات بقاء بخار قصيرة أقل من 2 ثانية يزيد من إنتاج السائل من الكتلة الحيوية؛ ودرجات الحرارة فوق 700 درجة مئوية تحول التوازن نحو الغاز. بالنسبة لإطارات النفايات، فإن النافذة العملية هي 450-550 درجة مئوية، لأنه تحت 450 درجة مئوية يكون إزالة الكبريت غير مكتمل وفوق 550 درجة مئوية يقوم التكسير الثانوي بتحويل الزيت إلى غاز غير قابل للتكثيف ويزيد من تكوين الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات. لذلك، فإن درجة الحرارة الموحدة عبر الطبقة هي متغير جودة، وليس مجرد متغير إنتاجية.
• وقت بقاء البخار والتكسير الثانوي: بمجرد مغادرة المواد المتطايرة للمادة الصلبة الساخنة، فإنها تستمر في التفاعل في الطور الغازي. أوقات بقاء البخار الطويلة في درجات حرارة عالية تقوم بتكسير جزء الزيت الثقيل إلى جزيئات أخف وغاز دائم، مما يقلل من إنتاج السائل ويزيد من إنتاج الغاز. الاستجابة التصميمية هي إزالة الأبخرة من المنطقة الساخنة بسرعة، وإبقاء وقت بقاء البخار أقل من حوالي 5 ثوانٍ، وتبريد تيار البخار بسرعة في قطار مكثفات. هذا هو السبب الأكثر شيوعًا لفشل مصنع الانحلال الحراري في تحقيق إنتاج الزيت المصمم له: المفاعل صحيح ولكن مسار البخار طويل جدًا وساخن جدًا.
• استبعاد الأكسجين والسلامة: يجب أن يعمل الانحلال الحراري تحت تركيز الأكسجين الحدي، والذي يتم الاحتفاظ به عادةً أقل من 1٪ بالحجم، لأن المفاعل ينتج تيار بخار ساخن قابل للاشتعال. لذلك، فإن الختم أمر بالغ الأهمية عند نهايات التغذية والتفريغ: تستخدم الأفران الدوارة ومفاعلات البريمة مغذيات لولبية محكمة الغلق، وتطهير بالنيتروجين، وأقفال تفريغ مزدوجة البوابة. نظرًا لأن غاز المنتج قابل للاشتعال والزيت الساخن والفحم قابلان للاحتراق، يتم تصنيف المصنع وفقًا لمعايير ATEX أو IECEx، مع العزل، وموانع اللهب على خطوط التهوية، ونظام تخفيف الضغط في حالات الطوارئ. المراقبة المستمرة للأكسجين مع تطهير تلقائي بالنيتروجين عند قراءة عالية هي ممارسة قياسية.
• تحضير المواد الخام ونقل الحرارة: يجب أن تصل الحرارة إلى قلب كل جسيم، لذا فإن حجم الجسيم مهم: قطع الإطارات بحجم 20-50 مم ورقائق البلاستيك أقل من 30 مم تعطي أوقات دورة عملية، بينما تتطلب الإطارات الكاملة عدة ساعات. تختلف طريقة نقل الحرارة حسب المفاعل: تسخن الأفران الدوارة عن طريق الإشعاع غير المباشر من الغلاف بالإضافة إلى الغاز الساخن، وتستخدم الأفران ذات الطبقة المميعة الرمل الساخن كناقل للحرارة مما يعطي معدلات تسخين تزيد عن 100 درجة مئوية/دقيقة، وتعتمد مفاعلات البريمة على التوصيل عبر الجدار، مما يحد من الإنتاجية. الرطوبة في المواد الخام فوق 15-20٪ تهدر الطاقة ويجب تجفيفها مسبقًا لاستعادة الطاقة الإيجابية الصافية.

2. أنواع المفاعلات ومعالجة المنتجات

تهيمن أربع تكوينات للمفاعلات على الانحلال الحراري التجاري، ويتم تحديد الاختيار بناءً على شكل المواد الخام والإنتاجية المطلوبة:

• الفرن الدوار: أسطوانة دوارة مائلة قليلاً يتم تسخينها خارجيًا، عادةً بقطر 1-3 متر وطول 10-30 مترًا، حيث تتحرك المواد الصلبة عن طريق الدوران والجاذبية بزمن بقاء يتراوح بين 30-90 دقيقة. تتحمل الأفران الدوارة أي مادة خام تقريبًا بما في ذلك الإطارات الكاملة أو المقطعة، وهي بسيطة ميكانيكيًا ومثبتة جيدًا، وتتعامل مع 5-50 طنًا في اليوم لكل وحدة. العيوب هي التسخين البطيء وغير المنتظم نسبيًا، وتآكل الأختام عند الوصلات الدوارة، والميل إلى تراكم الكربون في الأسطوانة مما يتطلب احتراقًا دوريًا. تظل هي العمود الفقري لتيارات النفايات المختلطة والملوثة.
• مفاعلات الطبقة المميعة والبريمة: تقوم مفاعلات الطبقة المميعة بتميع التغذية في رمل ساخن عند 480-550 درجة مئوية، مما يعطي معدلات تسخين عالية جدًا تزيد عن 100 درجة مئوية/دقيقة وتوحيدًا ممتازًا لدرجة الحرارة، مما يزيد من إنتاج السائل من الكتلة الحيوية ويعطي اتساقًا دقيقًا للمنتج. يتطلب تغذية بحجم موحد ومجففة ونظام فصل وإعادة تدوير للرمل. تقوم مفاعلات البريمة أو اللولبية بنقل المواد عبر أنبوب مسخن بواسطة ناقل لولبي، ويتم تحديد زمن البقاء بواسطة سرعة البريمة: مدمجة ومستمرة، ولكنها محدودة بنقل الحرارة عبر الجدار، لذا فإن الإنتاجية لكل وحدة متواضعة والتوسع يعني استخدام براغي متوازية متعددة.
• أنظمة الدُفعات وشبه المستمرة: يستخدم الانحلال الحراري بالدُفعات فرنًا محكم الغلق يتم شحنه بحمولة كاملة، وتسخينه خلال الدورة، وتبريده، وتفريغه، مع أوقات دورة تتراوح بين 8-20 ساعة بما في ذلك التسخين والتبريد. تكلفة رأس المال هي الأدنى والتصميم هو الأبسط، مما يناسب المصانع الصغيرة التي تقل عن 5 أطنان في اليوم والمواد الخام المتغيرة أو الموسمية. العيوب هي كفاءة طاقة أقل لأن كتلة الوعاء يتم تسخينها وتبريدها كل دورة، والعمالة المكثفة في التحميل والتفريغ، وتفاوت المنتج من دفعة إلى أخرى. تستعيد تصميمات شبه المستمرة مع أفران متعددة تعمل خارج الطور الكثير من الكفاءة الحرارية مع الحفاظ على المرونة.
• استعادة المنتجات والتحكم في الانبعاثات: المفاعل هو جزء واحد فقط من النظام. تمر الأبخرة إلى قطار مكثفات، عادةً مكثف مباشر أو مكثف أنبوبي وقشرة متبوعًا بمترسب كهربائي أو فاصل ضباب، ينتج زيت انحلال حراري بقيمة حرارية تتراوح بين 40-44 ميجا جول/كجم. يتم تنقية الغاز غير القابل للتكثيف لإزالة كبريتيد الهيدروجين وكلوريد الهيدروجين، ثم إعادته إلى محارق المفاعل، والتي توفر عادةً 60-100٪ من حرارة العملية. يتم تفريغ الفحم وأسود الكربون من خلال بريمة تبريد محكمة الغلق، ويتم فصلها مغناطيسيًا عن الأسلاك الفولاذية في خدمة الإطارات، ويتم طحنها أو تحبيبها. يكمل معالجة غاز المداخن والمراقبة المستمرة للانبعاثات حزمة التصريح.

مصفوفة مقارنة أنواع مفاعلات الانحلال الحراري

أسئلة متكررة (FAQ)

س: ما هي المنتجات التي ينتجها الانحلال الحراري للنفايات وبأي إنتاجية؟

ج: بالنسبة للإطارات الخردة، التوزيع النموذجي حسب الكتلة هو 40-55٪ زيت انحلال حراري، 30-35٪ فحم صلب مستعاد كأسود كربون، 10-15٪ أسلاك فولاذية، و 10-20٪ غاز غير قابل للتكثيف. تنتج النفايات البلاستيكية إنتاجية سائلة أعلى تتراوح بين 60-80٪ للبولي أوليفينات مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، مع فحم أقل، بينما تنتج الكتلة الحيوية 60-75٪ سائل في ظروف الانحلال الحراري السريع ولكن السائل هو زيت حيوي حمضي مؤكسد يتطلب ترقية بدلاً من زيت جاهز للاستخدام كوقود. الغاز غير القابل للتكثيف له قيمة حرارية تتراوح بين 20-40 ميجا جول/نيوتن متر مكعب ويتم عادةً إعادة تدويره لحرق المفاعل، وهذا ما يجعل العملية مكتفية ذاتيًا من حيث الطاقة ويحسن اقتصاديات المشروع بشكل كبير.

س: لماذا يجب أن يعمل الانحلال الحراري بدون أكسجين؟

ج: يغير الأكسجين الكيمياء من التحلل الحراري إلى الاحتراق. حتى بضعة بالمائة من الأكسجين يؤكسد أبخرة المنتج، مما يقلل من إنتاج الزيت، ويرفع درجة حرارة المفاعل بشكل لا يمكن السيطرة عليه لأن الأكسدة طاردة للحرارة بقوة، ويخلق خطر حريق وانفجار داخل وعاء مليء بالبخار الساخن القابل للاشتعال. تحتفظ ممارسات الصناعة بالأكسجين أقل من 1٪ بالحجم، وهو أقل بكثير من تركيز الأكسجين الحدي لخليط البخار، باستخدام تغذية محكمة الغلق، وتطهير بالنيتروجين، وتحليل مستمر للأكسجين مع قفل تطهير تلقائي بالنيتروجين. يعتبر تسرب الأكسجين عبر ختم دوار متسرب أو قادوس تغذية غير محكم الغلق هو السبب الأكثر شيوعًا لفقدان المنتج وحوادث السلامة.

س: كيف يتم تسخين مفاعل الانحلال الحراري وهل العملية مكتفية ذاتيًا من حيث الطاقة؟

ج: يتم التسخين بشكل غير مباشر عن طريق حرق الوقود في سترة خارجية أو صندوق نار، أو بشكل مباشر عن طريق تدوير غاز ساخن أو ناقل حرارة صلب مثل الرمل. يستخدم البدء الديزل أو الغاز الطبيعي أو غاز البترول المسال. بمجرد التشغيل، يتم تنظيف الغاز غير القابل للتكثيف الناتج عن العملية نفسها وإعادته إلى المحارق، وهو عادة ما يوفر 60-100٪ من طلب حرارة العملية، مما يجعل المصنع المصمم جيدًا مكتفيًا ذاتيًا من حيث الطاقة بعد البدء. نظرًا لأن توازن الطاقة يعتمد على الإنتاجية، فإن المصانع ذات التبريد الضعيف للأبخرة والتكسير الثانوي المفرط تنتج المزيد من الغاز وزيت أقل، مما يحسن الاكتفاء الذاتي ولكنه يضر بالإيرادات، حيث أن الزيت هو المنتج الأعلى قيمة.

س: ما هي الضوابط البيئية المطلوبة لمصنع الانحلال الحراري؟

ج: أربعة مجالات. انبعاثات الهواء: يتطلب غاز المداخن من المحارق معالجة الجسيمات وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت وكلوريد الهيدروجين، مع المراقبة المستمرة للانبعاثات حيثما يتطلب التصريح ذلك؛ يتم تنقية الغاز غير القابل للتكثيف قبل الاحتراق لإزالة المكونات الحمضية. مياه الصرف الصحي: تنتج المكثفات المباشرة والمطهرات مياه صرف صحي زيتية وفينولية يجب معالجتها قبل تصريفها وغالبًا ما تكون الجزء الأكثر استهانة به في المصنع. المخلفات الصلبة: يجب توصيف الفحم وأسود الكربون قبل البيع أو التخلص منه، حيث يحتفظ فحم الإطارات بالزنك والكبريت. الرائحة والمركبات العضوية المتطايرة: تتطلب تسربات الأبخرة وفتحات التخزين التقاط ومعالجة، عادةً عن طريق الامتزاز بالكربون أو الأكسدة الحرارية.