التكنولوجيا الصناعية النظيفة
معالجة غازات المداخن بدون انبعاثات
SHU هو نظام معالجة غازات المداخن الحاصل على براءة اختراع من شركة Green Tech Egypt. يحل برج امتصاص مملوء بالماء محل سلسلة المرشحات وأجهزة الغسيل والمحفزات المستخدمة في المحطات التقليدية، وهو مصمم لتلبية حدود الانبعاثات الأوروبية الأكثر صرامة.
ثورة في معالجة غازات المداخن
وضع معيار جديد لانبعاثات غازات المداخن
في وحدة SHU، يتم حقن غازات المداخن في الجزء السفلي من خزان الامتصاص المملوء بماء الجير. يلتقط عمود الماء الغبار والمعادن السامة والجزيئات الصلبة، بينما يعمل الجير على تحييد الغازات الحمضية. هناك ثلاثة أشياء تجعل هذا فعالاً: سطح تلامس مرتفع للغاية، وحجم واجهة غاز/سائل صغير، ووقت احتفاظ طويل.
وتعتبر هذه العملية بسيطة ومنخفضة التكلفة من حيث رأس المال والتشغيل. ويمكن تركيبه كإضافة إلى محطات تحويل النفايات إلى طاقة الحالية عن طريق إعادة توجيه غازات المداخن قبل وصولها إلى المدخنة، أو دمجه في محطات جديدة كوحدة كاملة.
لماذا هذا مهم
الهواء النظيف هو المحرك لتكلفة تحويل النفايات إلى طاقة
مصر تولد أكثر من 21.7 مليون طن من النفايات الصلبة البلدية كل عام، وحوالي 7% فقط تصل إلى مكب النفايات الرسمي. يؤدي الحرق مع استعادة الطاقة إلى تقليل حجم النفايات بنحو 90% وتحويلها إلى حرارة وطاقة، ولكن فقط إذا تم تنظيف غازات المداخن بشكل صحيح.
في محطة تحويل النفايات إلى طاقة التقليدية، تمثل معالجة غازات المداخن ما يقرب من 30% من إجمالي رأس المال وتكاليف التشغيل. يتطلب تلبية حدود أفضل التقنيات المتاحة (BAT) للاتحاد الأوروبي لعام 2019 عادةً مزيدًا من الاستثمار في أنظمة أكثر تعقيدًا. تم تطوير SHU لتلبية الحدود الحالية والمستقبلية بوحدة واحدة أبسط.
كيف يعمل SHU
من غاز المداخن الساخن إلى الهواء النظيف في تسع خطوات
يخلق القاذف الذي يتم تشغيله عن طريق دوران الماء فراغًا يسحب الغازات ويمنحها طاقة كافية للمرور عبر رأس الماء. يبقى البرج عند الضغط الجوي.
تدفق عملية SHU. الأرقام الموجودة في الرسم البياني تتطابق مع الخطوات أدناه. قم بالتمرير جانبيًا على الشاشات الصغيرة.
- 1
تبريد
يقوم جهاز التسخين المسبق للهواء بتبريد غازات المداخن من 150–200 °C إلى حوالي 70 °C. يمكن إعادة استخدام الهواء الساخن المستعاد في المصنع.
- 2
قاذف
يقوم قاذف الماء عالي الضغط بخلط الغاز والسائل وحقن الغازات في الجزء السفلي من البرج.
- 3
برج الامتصاص
يلتقط ماء الجير عند درجة حموضة 7–8 الجسيمات والمعادن والغازات الحمضية. يقوم مزيل الضباب بتخزين القطرات في البرج.
- 4
تجفيف المياه بالتفريغ
يتم تجفيف تيار الرفض. أوراق الرماد المتطاير الصلبة خالية من المعادن السامة.
- 5
خزان المعادن الثقيلة
يرفع الجير السائل إلى درجة حموضة 9–10 بحيث تتحول المعادن المذابة إلى هيدروكسيدات غير قابلة للذوبان.
- 6
مُوضِّح
تستقر هيدروكسيدات المعادن وتنفصل عن الماء.
- 7
رفض سام
تقوم مرحلة تجفيف المياه الثانية بجمع كمية صغيرة ومركزة من المواد السامة للتخلص منها بشكل آمن.
- 8
خزان خلط الجير
يتم إضافة كمية من الجير الطازج من الصومعة إلى المياه المصفاة وإعادتها إلى البرج.
- 9
تنظيف الغاز
يقوم المنفاخ الموجود في المدخنة بإطلاق الغاز المنظف، وخاصة النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون2 وبخار الماء.
العلم
فقاعات الغاز في الماء بدلاً من قطرات الماء في الغاز
تقوم أجهزة الغسيل التقليدية برش قطرات بحجم 150–500 ميكرومتر في تيار غاز. يعكس SHU هذا: يمتلئ البرج بالسائل ويصبح الغاز نفسه سطح التلامس. وبما أن مساحة السطح لكل وحدة حجم تتناسب مع 3/r، فإن هذا يرفع معدل نقل الكتلة بنحو 50 ألف مرة (قانون فيك الأول).
جهاز غسيل تقليدي
وعاء مملوء بالغاز مع قطرات مرشوشة بحجم ~50 ميكرومتر وأكبر. رأس سائل منخفض ووقت اتصال قصير.
1.2 × 10⁻⁴مساحة السطح لكل وحدة حجم (نسبيًا، 3/r)
ممتص SHU
برج مملوء بالسوائل مع غاز موزع بواسطة القاذف، وحوالي 0.5 بار من رأس الماء وحوالي 20 ثانية من وقت الاحتفاظ.
6مساحة السطح لكل وحدة حجم (نسبيًا، 3/r) — 50000× أعلى
ماذا يحدث لكل ملوث
الغبار والديوكسينات والزئبق والمعادن الثقيلة تكون صلبة أو سائلة عند 70 °درجة مئوية. يفقدون طاقتهم الحركية في عمود الماء ولا يستطيعون الهروب من البرج.
لذا2 وحمض الهيدروكلوريك يذوب على الفور تقريبًا ويتفاعل مع الجير في أقل من ثانيتين، ضمن وقت اتصال SHU البالغ ~20 ثانية.
لاس يتم امتصاصه على شكل أحماض النيتروز والنيتريك التي يحولها الجير إلى أملاح.
نطاق التشغيل الأمثل هو 60–80 °C. فوق 80 °C يتبخر المزيد من الماء، وتحت 60 °C يكلف التبريد المزيد من الطاقة.
التفاعلات الرئيسية مع ماء الجير
التفاعل مع الجير: HCl > HF > SO2 > كو2. تخرج الأملاح الناتجة من البرج مع تيار الرفض.
فوائد
SHU مقارنة بالنظام التقليدي
معالجة غازات المداخن التقليدية
- عدة وحدات تنظيف منفصلة للبناء والتشغيل والصيانة
- تحتاج المصانع الحالية والجديدة إلى استثمارات إضافية كبيرة لتلبية حدود أفضل التقنيات المتاحة لعام 2019
- استخدام أعلى للطاقة والمواد الكيميائية، مع تركيز الجير بنسبة 8–10%
- تخرج الغازات عند 150–200 °C، وبالتالي يتبخر الماء ويضيع
- يحمل الرماد المتطاير معادن ثقيلة ويجب أن يذهب إلى موقع نفايات خطرة
شو
- مُصمم للامتثال لأشد حدود الاتحاد الأوروبي الحالية صرامة (BAT 2019)
- انخفاض تكاليف رأس المال والصيانة والتشغيل، مع انخفاض الطاقة والمواد الكيميائية
- حوالي 1% من الجير وتركيز الرفض، وبالتالي انخفاض خطر الانسداد
- يستعيد 250–300 لتر من الماء لكل طن من النفايات (35–40% رطوبة)، ويعاد استخدامه داخل المصنع
- يمكن إعادة استخدام الرماد المتطاير الذي تم إزالته من المعادن الثقيلة في الأسمنت أو الأسفلت، أو إرساله إلى مكب نفايات عادي. ومن المتوقع أن ينخفض الرفض السام إلى أقل من 10% من النظام التقليدي
تم إثبات ذلك في النموذج الأولي
قياسات المكدس المستقلة على وحدة SHU الأولى
قام النموذج الأولي الأول بمعالجة غاز المداخن من محرقة نفايات سعة طن واحد يوميًا، باستخدام ممتص 1 م³ برأس سائل 0.2 م ومضخة قاذف 0.35 حصان عند درجة حموضة 8–9. تم قياس غاز المكدس من قبل شركة الخبراء بالقاهرة، وهو مختبر معتمد من قبل وزارة البيئة المصرية، باستخدام جهاز تحليل TSI 6203 المعاير.
| المعلمة | تم قياس SHU |
|---|---|
| إجمالي الجسيمات (ملغ/م³) | 3 |
| ثاني أكسيد الكربون (ملغ/م³) | 2 |
| لاس (ملغ/م³) | 1 |
| لذا2 (ملغ/م³) | 0 |
| درجة حرارة | < 90 °ج |
| الكفاءة الإجمالية | 99.6% |
يشير عرض SHU المقدم أيضًا إلى حمض الهيدروكلوريك عند 2 مجم/نيوتن متر³.
بنيت في الغردقة
مصنع النموذج الأولي SHU
قامت شركة Green Tech Egypt ببناء نموذج أولي لـ SHU في الغردقة. وهي تشمل كل مرحلة من مراحل العملية: برج الامتصاص، وإعداد الجير، وخزانات العملية، ومنفاخ العادم والمكدس، وكلها تعمل من PLC مع شاشة تحكم SCADA.
التحكم الآلي
يتم التحكم في المصنع بواسطة جهاز Siemens PLC مزود بشاشة WinCC SCADA. يتمكن المشغلون من رؤية مستويات المحرقة والمبادل الحراري وبرج الامتصاص والمضخات والصمامات وتغذية الجير والخزان على شاشة واحدة، مع قراءات حية لدرجة الحرارة والضغط والمستوى.
التصميم على نطاق تجاري
الأداء المتوقع على نطاق تجاري
قيم التصميم المحسوبة من دراسة جدوى SHU، تختلف عن القياسات المستقلة في النموذج الأولي الأول.
| الملوث (ملغ/نانومتر³) | غازات المداخن غير المعالجة | من المتوقع حدوث SHU |
|---|---|---|
| الجسيمات (الغبار) | 4,000–6,000 | 0 |
| كو | – | 10–50 |
| لاس | 300–400 | 0–20 |
| لذا2 | 450–900 | 0 |
| حمض الهيدروكلوريك | 600–1,500 | 0 |
| الزئبق | 0.3–0.5 | 0 |
| سي دي + تي إل | 1–2 | 0 |
| Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni | 50 | 0 |
| الديوكسينات والفورانات (نانوغرام TEQ/نيوتن متر³) | – | 0 |
من النموذج الأولي إلى المصنع
توسيع نطاق SHU
- تم اختباره
النموذج الأولي 1
محرقة 1 طن/يوم، ممتص 1 متر³. قياسات المكدس المستقلة والاختبارات المعملية لإزالة المعادن الثقيلة.
- التالي
النموذج الأولي 2
محرقة سعة 2 طن/يوم مع تبريد من 800 °درجة مئوية إلى 70 °درجة مئوية، لتحديد أبعاد الخزان والجرعات المثلى.
- غاز المداخن
- 600–650 نيوتن متر³/ساعة
- قوة
- ~60 كيلووات ساعة/يوم
- تصميم
وحدة إضافية
تحديث محارق النفايات الحالية التي تبلغ طاقتها 600 طن يوميًا، والتي يتم وضعها قبل المدخنة.
- غاز المداخن
- 160,889 نيوتن متر³/ساعة
- قوة
- ~8300 كيلووات ساعة/يوم
- تصميم
الوحدة الكاملة
معالجة متكاملة بالكامل لمحطات تحويل النفايات إلى طاقة الجديدة التي تبلغ طاقتها 600 طن يوميًا.
- غاز المداخن
- 160,889 نيوتن متر³/ساعة
- قوة
- ~8500 كيلووات ساعة/يوم
تم تصميم النموذج الأولي لمدة احتفاظ تبلغ 20 ثانية. وتشير الحسابات إلى أن الوقت المطلوب قد يكون أقصر بعشر مرات، وبالتالي فإن التصميم التجاري قد يكون أصغر. ويتم دعم إزالة المعادن الثقيلة من الرماد المتطاير من خلال الاختبارات المعملية الأولى وسيتم تأكيد ذلك من خلال المزيد من التجارب.
ما وراء تحويل النفايات إلى طاقة
ممتص واحد، العديد من الاستخدامات الصناعية
يمكن لمبدأ امتصاص SHU أيضًا التقاط الغازات المسببة للاحتباس الحراري وتطبيقه على عمليات معالجة الغازات الأخرى.
خلفية
فهم غازات المداخن
غاز المداخن هو خليط معقد يتكون أثناء الاحتراق. ويمكن أن يشمل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والجسيمات والمعادن الثقيلة والغازات الحمضية، وينتج عن الأكسدة المباشرة من خلال الحرق أو الأكسدة غير المباشرة من خلال التغويز والانحلال الحراري. العديد من مكوناته هي غازات دفيئة.
تقارن وكالة حماية البيئة الأمريكية الغازات باستخدام إمكانية الاحتباس الحراري العالمي (GWP): الطاقة التي يمتصها طن واحد من الغاز على مدى فترة زمنية، عادة 100 عام، مقارنة بطن واحد من ثاني أكسيد الكربون2. لا تزال بعض الغازات ذات القدرة المنخفضة على إحداث الاحترار العالمي والعمر الأقصر تساهم بشكل كبير لأنها موجودة بتركيزات أعلى.
| غاز | GWP (100 سنة) | العمر (سنة) | 2018 (ppmv) |
|---|---|---|---|
| كو2 | 1 | 5–200 | 408 |
| ش4 الميثان | 28 | 12 | 1.869 |
| ن2أكسيد النيتروز O | 265 | 121 | 0.331 |
| مركب الكربون الهيدروفلوري-23 | 12,400 | 222 | 0.000024* |
| بي اف سي | 6,500–9,200 | 10,000–50,000+ | – |
| الخيال العلمي6 | 23,500 | 3,200 | 0.0000073* |
المصدر: الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. *التركيز في عام 2011.
جزء من نظام متكامل لتحويل النفايات إلى طاقة
ناقش SHU لنباتك
تعد SHU جزءًا من طموح Green Tech Egypt لإدارة أنظف محطة لتحويل النفايات إلى طاقة في العالم. أخبرنا عن محرقة النفايات أو العملية الصناعية الخاصة بك وسنقوم بربطك بالخبرة المناسبة.