الصين: الغاز الحيوي – مستقبل تكنولوجيا الميثان؟ 

عندما يتحدث الناس عن الغاز الحيوي في الصين، فإنهم غالبا ما يفكرون على الفور في محطات معالجة الغاز العملاقة أو الحفر الحرفية الريفية. ولكن الصورة الحقيقية، وخاصة فيما يتعلق بتقنيات الحصول على وجه التحديدالميثان، أكثر تعقيدًا وإثارة للاهتمام. يخطئ العديد من الزملاء في اختزال كل شيء إلى "إنتاج الغاز من السماد الطبيعي؟"، متجاهلين التحول التكنولوجي الرئيسي - من الغاز فقط إلى غاز الميثان المستقر عالي السعرات الحرارية، المناسب للحقن في الشبكات أو استخدامه كوقود للمحركات. وهنا تبدأ التحديات والفرص الحقيقية.

من الغاز الخام إلى الميثان التجاري: حيث تنكسر الأسنان

سأبدأ بالألم الرئيسي. إن الحصول على الغاز من المواد العضوية هو نصف المعركة، وغالباً ما يكون أقل. يتكون الغاز الحيوي النموذجي من النباتات من 50 إلى 65% من الميثان، والباقي ثاني أكسيد الكربون، وكبريتيد الهيدروجين، وبخار الماء. بالنسبة للاحتراق في المرجل في الموقع، فلا بأس، ولكن بالنسبة للتجارة - لا. للحصول علىالميثان الحيوي، يحتاج إلى تنظيف وترقية جدية. وهنا تعثرت العديد من المشاريع، خاصة قبل خمس إلى سبع سنوات. لقد حددوا، على سبيل المثال، PSA (امتزاز تأرجح الضغط) أو الفصل الغشائي، لكنهم لم يأخذوا في الاعتبار التقلبات في تكوين الغاز الخام أو محتوى السيلوكسانات من بعض نفايات الطعام. وسرعان ما تعطلت الأغشية، ولم تتمكن الأتمتة من التعامل مع الأمر. لقد رأيت العديد من هذه "المحفوظة". المرافق في مقاطعة سيتشوان - المعدات الباهظة الثمن تصدأ.

والآن أصبح هذا النهج أكثر ذكاءً. إنهم لا يحاولون القيام بكل شيء على أكمل وجه وبكامل طاقتهم على الفور. أولاً، أطلقوا خط إنتاج كهرباء التوليد المشترك للحصول على تدفق نقدي مستقر وفهم السلوك الحقيقي للمواد الخام. وفي الوقت نفسه، يجري العمل على نظام المعالجة المسبقة - إزالة وتجفيف كبريتيد الهيدروجين. وعندها فقط، في المرحلة الثانية، تتم إضافة وحدة تنقية دقيقة للميثان. إنها تستغرق وقتًا أطول ولكنها أكثر موثوقية. والنقطة الأساسية هي دمج جميع المراحل في سلسلة تكنولوجية واحدة، وليس مجرد شراء واحدة "معبأة". الحلول.

هنا، بالمناسبة، يظهر بوضوح دور معاهد التصميم التي لديها خبرة في مجال التكنولوجيا الكيميائية على وجه التحديد، وليس فقط في مجال البناء. من الضروري فهم عمليات الامتصاص والامتزاز والتفاعلات التحفيزية. على سبيل المثال، للتنقية العميقة من ثاني أكسيد الكربون، يتم الآن الجمع بين الطرق في كثير من الأحيان - توفر الأغشية قطعًا تقريبيًا، ثم تتم معالجة الغاز بغسل الأمينات. ولكن هذا يتطلب حسابات دقيقة واختيار المواد. بدون خبرة في الهندسة الكيميائية، من السهل أن تفشل.

المواد الخام: ليس فقط السماد، وهي أبعد ما تكون عن البساطة

تعتبر النفايات الزراعية أمرا كلاسيكيا، ولكن لها مشاكلها الخاصة. الموسمية والتشتت والخدمات اللوجستية. ولكن، في رأيي، أصبحت المواد الخام من صناعة الأغذية والجزء العضوي من النفايات البلدية الصلبة واعدة أكثر. التركيز أعلى، والأحجام أكثر قابلية للتنبؤ بها. لقد عملنا في مشروع لمصنع معالجة النشا - هناك نفايات ناتجة عن العملية، والمواد الساكنة، وهي أساسًا سائل ركيزة جاهز يحتوي على نسبة عالية من الطلب الأوكسجيني البيولوجي. قد يبدو مثاليًا لعملية الهضم اللاهوائي.

ولكن تبين أن المشكلة هي مثبطات. في نفس الصورة، بعد مراحل معينة من معالجة المواد الخام، يمكن أن تبقى آثار المضادات الحيوية أو المبيدات الحيوية الأخرى، مما أدى إلى قمع اتحاد الميثانوجين. كان من الضروري إدخال نظام للمراقبة الأولية للمواد الخام ونظام الجرعات التكيفي في المفاعل. ولم يتم تحديد ذلك في المواصفات الفنية الأصلية؛ كان علينا الارتجال على الفور. لقد أظهرت التجربة أن الاختبارات المعملية للتحلل الحيوي هي خطوة إلزامية قبل التصميم، بغض النظر عن الخطوة "القياسية". يبدو أن نوع المادة الخام.

نقطة أخرى هي التوليد المشترك مع العمليات الأخرى. على سبيل المثال، في مجمع لتربية الخنازير، تحل محطة الغاز الحيوي مشكلة الرائحة وتوفر الطاقة. ولكن إذا كانت هناك دفيئات قريبة، فإن إعادة تدوير الحرارة من وحدة التوليد المشترك للطاقة وحتى ثاني أكسيد الكربون (بعد التنقية) لتغذية النباتات يعد اقتصاديات مختلفة تمامًا للمشروع. يصبح خاليًا من النفايات تقريبًا. مثل هذه الحلول المتكاملة هي المستقبل، ولكنها تتطلب تخطيطًا معقدًا عبر الصناعة.

الفروق التكنولوجية: ما لا يكتبون عنه في الكتيبات

في كتالوجات الإعلانات، يبدو كل شيء سلسًا: المواد الخام ← التخمير ← الغاز ← التنقية ← الميثان. في الواقع، هناك العشرات من المزالق. لنأخذ، على سبيل المثال، المفاعل نفسه. بالنسبة للنفايات السائلة عالية التركيز، غالبًا ما تستخدم المفاعلات المقلبة بالكامل (CSTRs). ولكن إذا كان هناك الكثير من المواد الصلبة العالقة في المواد الخام، فإنها تستقر وتشكل "مناطق ميتة" وتقلل من الكفاءة. يتعين عليك إما إعادة طحن المواد الخام، وهو أمر باهظ الثمن، أو التحول إلى نظام من مرحلتين مع وجود مفاعل التحلل المائي في المقدمة.

أو التحكم في العمليات. لم تعد المراقبة عبر الإنترنت لمحتوى الميثان والأحماض الدهنية المتطايرة ودرجة الحموضة ترفًا، ولكنها ضرورة للتشغيل المستقر. لكن أجهزة الاستشعار، وخاصة بالنسبة للبيئة العدوانية داخل جهاز التخمير، هي أشياء متقلبة. غالبًا ما تعتمد على المؤشرات غير المباشرة وخبرة المشغل. لقد رأيت كيف يمكن لسيد قديم في إحدى التركيبات أن يحدد بداية تحمض المفاعل بشكل أفضل من جهاز كروماتوجرافي تم تركيبه حديثًا من خلال صوت مضخة قيد التشغيل ورائحة الغاز. ويجب أن تتكيف التكنولوجيا مع ظروف التشغيل المحلية، وليس مجرد نسخها.

تعتبر مرحلة إزالة كبريتيد الهيدروجين حاسمة بشكل خاص. إذا لم يكن ذلك كافيًا، فإن جهاز الغسيل البدائي الذي يحتوي على برادة الحديد يكفي. ولكن عند التركيزات العالية، يلزم إجراء معالجة كيميائية أو بيولوجية خطيرة. تعتبر عملية إزالة الكبريت البيولوجية (مثل Thiopaq) فعالة، ولكنها تتطلب الحفاظ على شروط صارمة للبكتيريا. في فصل الشتاء، مع حرارة غير مستقرة في إحدى المنشآت في هيلونغجيانغ، كانت البكتيريا ببساطة "نائمة"، واختراق H2S أكثر، مما أدى إلى تسمم المحفز في المرحلة التالية. كان علينا أن نقوم على وجه السرعة بتركيب جهاز غسيل احتياطي للامتصاص الكيميائي.

دور الشركات الهندسية المتخصصة

وبسبب هذه التعقيدات على وجه التحديد، تتزايد أهمية الشركات التي لا تتعامل فقط مع بيع المعدات، ولكن مع الدورة الكاملة: من تحليل المواد الخام ودراسة الجدوى إلى التصميم والتشغيل وتدريب الموظفين. هؤلاء ليسوا مقاولي بناء، بل شركاء في التكنولوجيا. تكمن قيمتها في الأنماط المتراكمة لحل المشكلات غير القياسية.

هنا، على سبيل المثال،تشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة(موقعهم على الانترنت هوhttps://www.yzkjhx.ru). تم إنشاء معهد التصميم هذا على أساس شركة ذات خلفية كيميائية وتكنولوجية. في حالتهم، فإن شركة Chengdu Huaxi Chemical Technology Co., Ltd. يشير رأس المال المسجل البالغ 120 مليون يوان إلى نوايا جادة. بالنسبة لي، هذه إشارة مهمة: عندما لا يكون المشروع مجرد شركة تركيب، بل معهدًا يتمتع بفهم للعمليات الأساسية، تكون فرص النجاح أكبر. إنهم، كما أفهمها، غالبا ما يعملون مع تدفقات معقدة وغير متجانسة من المواد الخام، حيث تكون هناك حاجة إلى لوائح تكنولوجية فردية، وليس مشروعا قياسيا.

عادة ما يكون لدى هذه المنظمات مختبراتها الخاصة لاختبار المواد الخام والمصانع التجريبية. وهذا يقلل من المخاطر بالنسبة للعميل. إن محاكاة مشكلة على خط تجريبي أرخص بكثير من العثور عليها في منشأة تبلغ تكلفتها مليون دولار تم بناؤها بالفعل. غالبًا ما يكون نهجهم نظاميًا: فهم ينظرون إلى دورة حياة المشروع بأكملها، بما في ذلك التخلص من النفايات (حمأة النفايات). إن بيعها أو التخلي عنها كسماد هو أيضًا قصة كاملة تتطلب موافقات وفي بعض الأحيان معالجة إضافية.

الاقتصاد والسياسة: ما يحرك السوق

وبدون فهم هذا الجانب، ستكون الصورة ناقصة. التقنياتالميثان الحيويفي الصين يتطورون ليس فقط بفضل حماسة المهندسين. هناك لوائح بيئية صارمة، خاصة في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية والمتقدمة. أصبح الآن تصريف النفايات العضوية شديدة التركيز في المسطحات المائية أو الحقول محظورًا عمليًا. تضطر الشركات إلى البحث عن حلول، وغالباً ما يكون الحل الأمثل هو إنشاء محطة للغاز الحيوي تليها معالجة مياه الصرف الصحي.

ومن ناحية أخرى، هناك دعم حكومي. تعريفات الكهرباء "الخضراء" من الغاز الحيوي، ودعم الاتصال بشبكة الغاز. ولكن هنا أيضًا، ليس كل شيء بسيطًا. للحصول على إعانة، يجب عليك استيفاء مجموعة من الشروط المتعلقة بجودة الغاز والحصول على معدات تنظيف معتمدة. يمكن للبيروقراطية أن تؤخر العملية لسنوات. أعرف الحالات التي كان فيها التثبيت يعمل بالفعل، ولكن لا يزال يتم الاتفاق على وثائق الاتصال والإعانات.

يبدأ الشيء الأكثر إثارة للاهتمام عندما يريدون ضخ الميثان الحيوي المنقى في شبكة الغاز بالمدينة. متطلبات الجودة هنا مرتفعة للغاية: نقطة الندى، ومحتوى الميثان الدقيق، وغياب أي آثار للأكسجين. هذا هو مستوى تكنولوجيا محطات معالجة الغاز. ليس كل مشروع يستطيع تحمل هذا. وفي كثير من الأحيان، يتم استخدامه في شكل غاز مضغوط (CNG) أو غاز مسال (LNG) للنقل. إن التزود بالوقود لشاحنات القمامة أو الحافلات باستخدام الميثان الحيوي أصبح بالفعل حقيقة واقعة في العديد من المدن الكبرى. وهذا أمر منطقي ورمزي: النفايات تغذي وسائل النقل التي تخرجها.

التطلع إلى الأمام: المستقبل يكمن في التكامل والأنظمة الذكية

وعلى هذا فإن مستقبل تكنولوجيات الميثان في الصين لا ينظر إليه في التكرار الشامل للمنشآت البسيطة، بل في تطوير المنشآت المعقدة والمتكاملة و"الذكية". الأنظمة نحن نتحدث عن المشاريع التي يكون فيها مصنع الغاز الحيوي مجرد عقدة واحدة في مجمع لمعالجة النفايات العضوية وإنتاج الطاقة والحرارة والأسمدة.

الاتجاهات الرئيسية التي ألاحظها بالفعل: الرقمنة. تنفيذ أنظمة إنترنت الأشياء لمراقبة آلاف المعلمات في الوقت الفعلي والتحكم في العملية بشكل تكيفي باستخدام الخوارزميات. سيسمح لك ذلك بالاستجابة بمرونة للتغيرات في تركيبة المواد الخام وزيادة إنتاج الميثان إلى الحد الأقصى. والثاني هو الجمع بين مصادر الطاقة المتجددة الأخرى. على سبيل المثال، استخدام الكهرباء الزائدة من الألواح الشمسية لتشغيل الضواغط أو أنظمة التبريد في عملية تنقية الغاز.

والأهم من ذلك، التحول في التركيز من "إنتاج الغاز؟" من أجل "إنتاج غاز الميثان الموحد عالي الجودة كسلعة؟". وهذا يتطلب التعاون بين التقنيين والكيميائيين وعلماء البيئة والاقتصاديين. ستصبح المشاريع أكبر وأكثر تعقيدًا، وسيتقلص دور هندسة التكنولوجيا العميقة، مثل تلك المقدمةتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة، سوف يزيد فقط. لأنه من الممكن نسخ رسم المفاعل، ولكن القدرة على التنبؤ بمشكلة السيلوكسانات في مادة خام معينة وتنفيذ الحل في مرحلة التصميم هي بالفعل اختبار حقيقي يحدد ما إذا كان التثبيت سيكون موجودًا أو سيعمل بفعالية لعقود من الزمن.