هر انچه لازم است در مورد دستگاه پیرولیز بدانیم

دستگاه پیرولیز چیست؟

فرآیند پیرولیز

 بخش پیرولیز:

یک از معضلات زیست محیطی وجود آلاینده‌های با بیس هیدروکربور هاست که به علت سختی تجزیه به مدت زیاد در طبیعت باقی مانده و باعث آلوده محیط زیست می‌گردد. از طرفی مسئله بحران انرژی و یافتن منابع تجدید پذیر انرژی، منجر به ارائه راهکاری جهت بازیافت و تجزیه مواد ضایعاتی ارگانیک گردیده است.

در ایران آلودگی‌های نفتی و ضایعات ناشی از تولیدات صنایع نفت و پتروشیمی مانند لجن‌های نفتی در صنایع، ذخیره و انتقال مواد نفتی، خاک‌های آلوده نفتی در مجتمع‌ها و جزایر نفتی، لاستیک‌های فرسوده، ضایعات پلاستیکی و… حجم بسیار زیادی از این آلاینده‌های هیدرو کربوری را شامل می‌شود و حل این مسئله کمک زیادی به تولید انرژی از ضایعات و همچنین پاکیزگی محیط زیست و صرفه جوئی مادی و… را به همراه خواهد داشت.

امروزه در جهان صنعتی، با استفاده از سیستم پیرولیز موفق به تجزیه و استحصال سوخت از مواد پلاستیکی و تایرهای ضایعاتی و… گردیده‌اند. این روش و تحت خلاء یا وکیوم( خالی از اکسیژن )موفق به تجزیه مواد ارگانیک موجود در لجن‌های نفتی، خاک‌های آلوده نفتی، انواع لاستیک و مواد پلاستیکی و… گردیده که با اعمال دماهای مختلف، مواد هیدروکربنی به گاز تبدیل و با تبرید آن، سوخت‌های مختلف قابل استحصال می‌باشد.

واحد پیرولیز در حقیقت یک فرآیند شکست حرارتی کنترل شده که روی ترکیبات آلی در غیاب هوا تحت یک فشار کنترل شده و کاهیده انجام گرفته و موجبات تولید روغن پیرولیز ,دوده و گاز و خاکستر می گردد. چون فرآیند کاملا تخصصی است و مطابق نوع خوراک تجهیزات فرق می کند .البته به طور عموم شامل تجهیزات زیر می باشند:

    • کوره دوار با سرعت بسیار ملایم بدون نفوذ هوا به محتویات داخل کوره که مقاوم به موادهای خورنده و آتشخوار هستند که زود مستهلک نگردد.
    • اتاق و یا برج کاتالیست که شامل کاتالیستهای تخصصی بویژه زئولیت نوع ZSM5 و یا کلرید کلسیم و یا اکسید و یا کلرید آلومنیوم و…می باشد.
    • سرعت شکنهای قبل از ورود به مبدل وبهمراه سپراتورهای گاز مایع که نقش اساسی در تنظیم سرعت در دماههای بالا دارند.
    • مبدل دوبل و مبدل تک مرحله ای و استخری برای کندانس کردن هیدروکربنهای گازی به مایع و جمع آوری در دسیلاتورها وسپراتورهای گاز-مایع
    • کولینگ تاورهای قوی درسه جای مختلف خط پیرولیز به خنک کردن سیالات می پردازد.
    • تجهیزات سرعت شکنها در سیستمهای سپراتورها
    • دسیلاتور و پمپ وکیوم برای ایجاد فشار منفی داخل سیستم وجلوگیری از تجمع گازها در داخل فرآیند و همچنین جمع آوری برشهای سبک گازی در مخزن وسپس انتقال به مسیر زیر کوره وسوزاندن آنها برای تامین انرژی موردنیاز
    • سیکلونهای جمع آوری دوده ها قبل از مکنده بزرگ برای جلوگیری از آلودگی زیست محیطی
    • دودکش وبرج شستشو با محلول قلیا برای جلوگیری از انتشار گازهای آلاینده در فضا
    • تجهیزات ایمنی وتخصصی بک فایرها

فرآیند پیرولیز یک روش بازیافت تخصصی است که در نتیجه این فرآیند محصولات نظیر روغن و یا سوخت پیرولیز و گاز سوختی و همچنین دوده پیرولیزی حاصل می گردد.

کلمه پیرولیزازلغت یونانی PYRبه معنی آتش و LYSIS به معنی شل شدن گرفته شده است.

در واقع پیرولیز به معنی گسستگی در آثر گرماست. درحالت کلی برای سوختن ۳شرط لازم است: اکسیژن, گرما و ماده سوختنی. با هذف اکسیژن از محیط این مثلث ناقص می شود و بنابراین سوختن رخ نمی دهد. دمای بالا در محیط بدون وجود اکسیژن باعث شکستن پیوندهای مواد هیدروکربنی, لاستیک و پلاستیک می گردد.

در نتیجه مواد شکسته شده تبخیر شده و از محیط کوره خارج می گردد. اما در انتهای فرآیند پیرولیز ماده ای بنام دوده می ماند که فرار نیست و حالت بخارشدنی ندارد و در ظرف احتراق یا کوره باقی می ماند.

در بعضی از فرآیندهای پیرولیز در محیط پیرولیز از گاز خنثی مثل نیتروژن استفاده می گردد. که مانع سوختنن هیدروکربن می گردد. از این نوع فرآیند برای پیرولیز لاستیکهای حاصل از فرآیند کوپلیمر اتیلن و پروپیلن استفاده می گردد که این گازخنثی مانع سوختن پلیمر می گردد. ضمنا گاز خنثی نیتروژن چون ارزان و در دسترس است استفاده می گردد.

بسته به نوع هیدروکربن و پلیمر و مخلوط پلیمرها و شرایط عملیاتی محصولات تولید حاصل از فرآیند پیرولیز مقدار متفاوتی خواهند داشت.

فرآیند پیرولیز در درجه نسبتا پائین شروع شده و در دماهای حدود ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد به شدت انجام می شود. امروزه این فرآین پیشرفت نسبتا خوبی داشته است. به ویژه تولید روغن  از پیرولیز مواد ضایعاتی نفتی که بعنوان مواد سوختی مورد توجه قرار گرفته است. فرآیند پیرولیز هنوز هم در صنایع برای تولید  زغال ازچوب, کک و گاز از زغال و گاز سوختی و قیر از بخش سنگین نفت بکار می رود.

در اثر پیرولیز مواد زائد با ترکیبات پیچیده فرآورده های روغنی ناشی می شوند که دارای دانسیته انرژی بالایی می باشند و هر واحد وزن آن دارای انرژی بالاتری نسبت به بقیه مواد زائد خام است.روغن یا نفت حاصل از فرآیند پیرولیز مزایایی دارد که از آن می توان در ماشینهای دیزلی و بنزینی استفاده کرد. اگر چه ممکن است خاصیت سوختی نفت و روغن حاصل از پیرولیز با مشخصات سوختهای ناشی از نفت خام منطبق نباشند, ولی با کمی تغییر می توان از آنها بعنوان جایگزین سوخت استفاده کرد. از زغال حاصل از فرآیند پیرولیز می توان همانند یک سوخت جامد استفاده نمود, همچنین زغال می تواند مانند کربن سیاه یا کربن فعال در درجه حرارت بالا باشد.

گازهای حاصل از فرآیند پیرولیز دارای ارزش حرارتی زیادی هستند و حتی می توانند انرژی مورد نیاز سیستم پیرولیز را تامین کنند. ترکیبات گازی پیرولیز ,تابعی از درجه حرارت فرآیند پیرولیز می باشند. بعنوان مثال در درجه حرارتهای پائین پیرولیز گاز دی اکسید کربن غالب است. در صورتیکه در درجه حرارتهای بالا در پیرولیز مونواکسید کربن غالب می باشد.

روشهای مختلف پیرولیز :

    • پیرولیز در خلاء-وکیوم
    • پیرولیز گاز خنثی (اتمسفریک)
    • پیرولیز نمک مذاب
    • پیرولیز اتو-گرمایی در راکتور بستر سیالی با تامین اکسیژن محدود به طوری که گرمای مورد نیاز پیرولیز از احتراق بخشی از هیدروکربنها یا لاستیک و یا پلاستیکها تامین شود.

قسمت های تشکیل دهنده و دستگاه پیرولیز عملکرد آنها:

واحد پیرولیز در حقیقت یک فرآیند شکست حرارتی کنترل شده که روی ترکیبات آلی در غیاب هوا تحت یک فشار کنترل شده و کاهیده انجام گرفته وموجبات تولید روغن پیرولیز ,دوده وگاز وخاکستر می گردد. چون فرآیند کاملا تخصصی است ومطابق نوع خوراک تجهیزات فرق می کند .البته به طور عموم شامل تجهیزات زیر می باشند:
۱کوره دوار با سرعت بسیار ملایم بدون نفوذ هوا به محتویات داخل کوره که مقاوم به موادهای خورنده وآتشخوار هستند که زود مستهلک نگردد.
۲اتاق ویا برج کاتالیست که شامل کاتالیستهای تخصصی بویژه زئولیت نوع ZSM5 ویا کلرید کلسیم ویا اکسید ویا کلرید آلومنیوم و…می باشد.
۳سرعت شکنهای قبل از ورود به مبدل وبهمراه سپراتورهای گاز – مایع که نقش اساسی در تنظیم سرعت در دماههای بالا دارند.
۴مبدل دوبل ومبدل تک مرحله ای واستخری برای کندانس کردن هیدروکربنهای گازی به مایع وجمع آوری در دسیلاتورها وسپراتورهای گاز-مایع
۵کولینگ تاورهای قوی درسه جای مختلف خط پیرولیز به خنک کردن سیالات می پردازد.
۶تجهیزات سرعت شکنها در سیستمهای سپراتورها
۷دسیلاتور وپمپ وکیوم برای ایجاد فشار منفی داخل سیستم وجلوگیری از تجمع گازها در داخل فرآیند وهمچنین جمع آوری برشهای سبک گازی در مخزن وسپس انتقال به مسیر زیر کوره وسوزاندن آنها برای تامین انرژی موردنیاز
۸سیکلونهای جمع آوری دوده ها قبل از مکنده بزرگ برای جلوگیری از آلودگی زیست محیطی
۹دودکش وبرج شستشو با محلول قلیا برای جلوگیری از انتشار گازهای آلاینده درفضا
۱۰تجهیزات ایمنی وتخصصی بک فایرها

مزایای پیرولیز مواد ضایعاتی

۱۰۰% مواد هیدروکربوری قابل بازیافت می باشد.

در فرآیند بکار برده شده هیچگونه مواد شیمیایی اضافه ای استفاده نمی شود.

در طول فرآیند و بعد از آن هیچگونه آلودگی در خاک ، آب و یا هوا نداریم.

نتیجه تولیدات ارزش اقتصادی بسیار زیادی نسبت به ارزش ضایعات دارد.

ارزانترین تکنولوژی بازیافت مواد هیدروکربوری در جهان می باشد.

مواد اولیه آن ارزان و تهیه آن بسیار راحت است.

نتیجه هر تن ضایعات (لاستیک بازیافتی) ،  ton 10از ورود  تن گاز دی اکسید کربن است گاز (آلوده کننده محیط زیست)جلوکیری می شود.

.این فرایند قابل اعمال به کلیه مواد با پایه نفت است.

.   فرایند و سیستم ، منبع انرژی جایگزینی برای نفت و گاز می باشد.

تولید انرژی از پسماند (سوخت یا الکتریسیته)

عدم نیاز به فضای زیاد جهت دفن پسماند

+  افزایش سطح سلامت جامعه

) کاهش قابل توجه آلودگی محیط زیست (آب سطحی، زیرزمینی، خاک، هوا

مراحل اجرایی فرآیند یا عملکرد دستگاه پیرولیز

درابتدای فرآیند, توسط پمپ خلاء  هوای موجود در رآکتورخارج شده , سپس مواد ضایعاتی توسط یک دستگاه ماردون به داخل رآکتور هدایت می شود. مواد مصرفی در این فرآیند : پلی اتیلن،   پلی پروپیلن و  پلی استایرن،لجن های نفتی،لاستیکها  می باشند.

فرآيند پيروليز عبارتست از تبديل کنترل شده پليمرها به مايعات با جرم مولکولي پايين و با حالت فيزيکي مايع و يا گاز که اين فرآيند با حرارت غیر مستقیم و در غياب هوا و اکسيژن , با حضور کاتالیست  و در خلاء انجام مي شود. راندمان اين فرآیند در حدود ۷۰% میباشد که به عبارتي ۷۰% خوراک مصرفي به هیدروکربنهای سبک و سنگین,  ۵%  به کک  که هیچگونه آلایندگی زیست محیطی نداشته و ۲۵% به گازهاي سوختي تبديل مي شوند که میتوان ۳۰%حرارت لازم براي واحد توليدي را از همین گازها  تامین نمود.

در فرآیند پیرولیز درون رآکتور مولکولهای زنجیره  پلیمری پلاستیک در کنار کاتالیست و در غیاب اکسیژن با حرارت غیر مستقیم شکسته شده و به هیدروکربنهای سبک و سنگین تبدیل میشود. همچنان که دیده می شود , این ترکیبات صرفا  هیدروکربنی بوده و  در این روش, پلی اتیلن و پلی پروپیلن تحت کاتالیست تا بیش از ۷۰% تولید هیدروکربن می نماید که این ترکیبات جدا شده و جهت فرآوری نهایی از کارخانه خارج می شوند و هیچ گونه آلودگی ندارند.

با توجه به نوع خوراک ،گازهای متصاعد شده شامل متان، اتان، پروپان و بوتان می باشد , ۲۵% گاز تولیدی بدون هیچ مشکلی در مشعلها و یا فلر سوزانده می شود . از سوزاندن این ترکیبات و یا مشتقات آنها نیز فقط دی اکسید کربن و بخار آب  تولید می گردد و طبق فرایند سیستم هیچ گاز هیدروکربنی به صورت مستقیم وارد محیط نمیگردد. سوخت عادی مشعلها نیز گازوئیل میباشدکه با توجه به عملکرد کامل مشعلها, گازوئیل کامل سوخته و هیچ دودی تولید نمی شود که این موضوع توسط کارشناسان قابل راستی آزمایی و تایید می باشد.
در خاتمه با توجه به اینکه در فرآیند پیرولیز هیچ ترکیب اکسیژن دار-  نیتروژن دار و گوگرد داری به عنوان خوراک  استفاده نمی شود, در نتیجه خود به خود ترکیبات سمی مانند فوران ، دی اکسین و … تولید نمیگردد و حتی اگر احتمال تولید چنین ترکیباتی وجود داشت، با توجه اینکه تمامی گازها سوزانده می شوند، این ترکیبات نیز سوزانده شده و به دی اکسید کربن و بخار آب تبدیل می شوند.
مواد خروجی بدست آمده بشرح تصویر ذیل شامل : آب , کک, سیم حاصل از تایرهای مستعمل و گاز میباشد.

مواد باقی مانده از فرایند پیرولیز

مواد جامد

جامد باقی‌مانده در فرآیند پیرولیز علاوه بر دارا بودن ارزش حرارتی و استفاده به عنوان سوخت، در تهیه آجر و سیمان کاربرد دارد. همچنین در تولید محصولات لاستیکی و پلاستیکی نیز می‌توان از این جامد استفاده نمود. در صورتی که این جامد تحت فرآوری قرار گیرد، به کربن با ارزش بیشتر (کربن بلک N220, N330) تبدیل می‌شود که برای مصارف وسیع‌تر قابل استفاده می‌گردد. همچنین می‌توان آن را به عنوان جاذب براي حذف آلودگی‌هاي مختلف مانند H2S، SOx یا NOx در جریان‌هاي گازي به کار برد. علاوه بر آن می‌توان به عنوان بهبوددهنده خاك براي افزایش دسترسی مواد مغذي براي گیاهان استفاده کرد

گاز

گاز حاصله را می‌توان به عنوان سوخت مورد استفاده قرار داد تا در مصرف انرژی صرفه‌جویی به عمل آید.

ظرفیت دستگاه پیرولیز و توان مصرفی

دستگاههای پیرولیز در تناژهای مختلف ساخته می شوند.

دستگاه مورد نیاز  ۳۰ تن در شیفت کاری می باشد،

توان مصرفی کل پکیچ ۱۲۰ ،آمپر برق سه فاز می باشد.ولی با توجه به برنامه آینده کاری باید کیلوات بالاتری خریداری شود.

میزان آب مصرفی دستگاه ۳۰ تنی

با توجه به اینکه همراه پکیج فوق کولینگ تاور نصب می شود ،یعنی آب سیرکوله می گردد.اب مورد نیاز ۸ متر مکعب در شبانه روزمی باشد.این بجز اب شرب می باشد.

مساحت و فضای کاری مورد نیاز

برای دستگاه پیرولیز سی تنی و متعلقات مربوطه و مخازن ذخیره  ۷۰۰ متر مربع

اداری ۲۵۰ متر مربع

سالن ۳۰۰ متر مربع

در صورت افزایش تعداد پکیج ها باید فضای لازم پیش بینی گردد.