وا بسپارش گرمایی

دسته: مقالات منتشر شده در 02 بهمن 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1042

وا بسپارش گرمایی چگونه انجام می گیرد و چه مزیتهایی دارد؟

وا بسپارش گرمایی نوعی فرایند وا بسپارشی است که از تجزیه حرارتی حاوی آب به منظور تبدیل مواد ارگانیک پیچیده استفاده میکند. این مواد میتوانند شامل محصولات زباله ای با انواع متفاوت پلاستیک ها و زباله های زیست توده شوند که در فرایند یاد شده به نفت خام سبک وزن تبدیل میشوند. این فرایندها در واقع روند های طبیعی وابسته به زمین شناسی را تقلید می کنند که تصور می شود در تولید سوخت های فسیلی نقش دارند. زنجیره های بلند پلیمری هیدروژن، اکسیژن و کربن تحت فشار و گرما به زنجیره های هیدروکربن های نفتی با حداکثر طول ۱۸ عدد اتم کربن تجزیه می شوند.

 

تاریخچه ی وا بسپارش گرمایی

وا بسپارش گرمایی شباهت بسیاری به فرایندهای وابسته به زمین شناسی دارد که سوخت های فسیلی پرکاربرد در دنیای امروز را تولید می کنند با این تفاوت که فرآیندهای فناوری محور در مدت زمان مشخصی صورت می گیرند و با واحد ساعت اندازه گیری می شوند. تا به امروز فرآیندهای طراحی شده توسط انسانها به اندازه ای بازده نداشتند تا بتوانند به عنوان یک منبع کاربردی برای بنزین عمل کنند و به انرژی بسیار بیشتری در مقایسه با مقدار تولیدی نیاز بود. اولین فرآیند های موجود به منظور تولید گاز و سوخت های دیزلی و سایر محصولات نفت محور از طریق تجزیه حرارتی شیمیایی زغال سنگ و یا زیست توده ها در اواخر دهه ۲۰ توسط Fischer-Tropsch طراحی و ثبت شد. در آمریکا نیز متدی برای ایجاد نفت از چوب ارائه کردند که در آن چوب در داخل آب تحت فشار و حرارت بالا قرار می گیرد و همچنین میزان بالایی از کلسیم هیدروکسید به این ترکیب اضافه می شود. در اوایل دهه ۷۰ نیز Herbert R. Appell و همکارانش فعالیت های بروی متدهای تجزیه حرارتی شیمیایی آبدار انجام دادند که در آن نفت از فاضلاب و گل و لای به وجود می آید. روشی دیگر توسط یک میکروبیولوژیست با نام microbiologist Paul Baskis در سالهای ۱۹۸۰ تا ۹۰ معرفی شد و در طی ۱۵ سال بعد نیز همچنان دچار تغییراتی شد. این فناوری در نهایت در سال ۱۹۹۶ و توسط سازمان فناوری های متغیر جهانی برای مصارف تجاری آماده شد. مدیریت کمپانی یاد شده از این فناوری در سال ۲۰۰۱ استفاده کرد و آن را گسترش داد و آن را به سیستمی تغییر داد که امروز با نام فناوری تغییرات گرمایی شناخته می شود. کارخانه های وا بسپارش گرمایی در سال ۱۹۹۹ در فیلادلفیا تکمیل شد و اولین کارخانه ای که از این فرآیند استفاده کرد، به صورت تجاری در میزوری ساخته شد.

 

تئوری و فرایند وا بسپارش گرمایی

در روندی که توسط کمپانی فناوری های متغیر جهانی استفاده شد آب باعث بهبود فرایندهای گرمایی شده و همچنین هیدروژن در این واکنش مداخله می کند. در این فرایندها ماده اولیه ابتدا به قطعات کوچکتر تقسیم می شود و در صورتی که خشک باشد با آب ترکیب می‌شود و سپس در داخل محفظه های واکنشی حاوی فشار قرار می گیرد که در آن ها در معرض مقدار حرارت ثابت ۲۵۰ درجه سانتی گراد قرار خواهد گرفت. بخار هم مانند دیگ های زودپز باعث می شود تا فشار به میزان ۶۰۰ psi و یا ۴ مگا پاسکال افزایش پیدا کند (مقداری نزدیک به آب های اشباع شده). این شرایط برای حدود ۱۵ دقیقه حفظ می شود تا ترکیب به صورت کامل تحت گرما قرار بگیرد و پس از آن فشار به اندازه ای آزاد می شود تا بیشتر آب حالت جوش پیدا کند. در نهایت ترکیبی از هیدروکربن های خام و مواد معدنی جامد به وجود می آید. مواد معدنی از ترکیب زدوده شده و هیدروکربن ها نیز به یک واکنشگر سطح دوم فرستاده می‌شوند که در آنجا در معرض حرارتی تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرند و در نهایت زنجیره‌های بلندتر هیدروکربنی از هم شکسته می شوند. تقطیر جز به جز فرآیندی مشابه با تصفیه سنتی نفت است.

کمپانی یاد شده اعلام می کند که حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد از انرژی ماده خام به منظور تولید انرژی برای کارخانه به کار برده می شود و مقدار باقیمانده انرژی نیز به شکل محصولات تبدیل پذیر قابل دسترسی می باشد. فرایندهای وا بسپارش گرمایی این قابلیت را دارند که انواعی از مواد خطرناک را نیز تجزیه کننده مانند سموم و همچنین عامل های زیستی غیر قابل تجزیه مانند پریونها.

 

فرایندهای مشابه وا بسپارش گرمایی کدامند؟

وا بسپارش گرمایی مشابه سایر فرایندهایی است که از آب بسیار گرم به عنوان گزینه اصلی و به منظور تولید سوخت ها استفاده می کنند. این موارد متفاوت از فرآیندهای هستند که از مواد خام با هدف وا بسپارش گرمایی استفاده می کنند همانند تجزیه شیمیایی گرمایی. واژه تبدیل گرمایی شیمیایی هم به منظور تبدیل زیست توده ها به نفت با استفاده از آب بسیار گرم انجام گرفته است اگرچه معمولاً به منظور تولید سوخت از طریق تجزیه شیمیایی گرمایی صورت می گیرد. یکی دیگر از فرایندهایی که به صورت تجاری به کار برده می شود شامل روند SlurryCab  می شود که از فناوری مشابه به منظور زدودن گروه های کربوکسیلیک اسید از زباله های زیستی جامد و مرطوب استفاده می کند که پس از آن می توانند از نظر فیزیکی کاملاً خشک شود و به عنوان یک سوخت جامد با نام E-fuel  به کار برده شود. کارخانه ای در کالیفرنیا به گونه ای طراحی شد که روزانه ۶۸۳ تن از زباله را تولید کند ولی نتوانست استانداردهایی را برای ان ایجاد نماید و به همین دلیل بسته شد. در فرآیندهای به‌روزرسانی گرمایی به کمک آب، از آب های بسیار داغ به منظور تولید نفت از زباله های خانگی استفاده میشود. کارخانه ای دیگر نیز در هلند در حال احداث است که قادر است تا شصت و چهار تن از زیست توده ها را روزانه به نفت تبدیل کند. وا بسپارش گرمایی دارای فرآیند های آبی بوده و پس از آن نیز فرآیند های تقطیر و یا ترک برداری بدون آب صورت می گیرد و از همین جهت با فرآیند نام برده شده متفاوت است.

 

مزایای فرآیندهای وا بسپارش گرمایی کدامند؟

این فرایند قادر است تا سموم ارگانیک را تجزیه کند و این کار از طریق شکستن پیوندهای شیمیایی و نابودی شکل مولکولی صورت می‌گیرد که به منظور فعالیت سم یاد شده مورد نیاز است. علاوه بر آن این فرایند تأثیر بسیار زیادی در نابودی پاتوژن ها دارد مانند پریونها. از دیگر خواص آن می توان به حذف ساده و ایمن فلزهای سنگین از این نمونه ها اشاره کرد که از طریق تغییر آنها از فرم یونی و یا الی فلزی به اکسید های پایدار صورت می گیرد. در واقع متد شده به همراه سایر روش‌های مشابه، روشی برای بازیافت محتوای انرژی مواد ارگانیک بدون زدودن آب در مراحل اولیه است و قادر است تا سوخت مایع تولید کند. این سوخت از آب به صورت فیزیکی جدا می شود بدون آنکه نیازی به خشک سازی باشد. سایر فرآیندهای موجود که با هدف بازیابی انرژی به کار برده می شوند نیاز به خشک سازی اولیه دارند مانند سوزاندن و یا تجزیه حرارتی شیمیایی تا بتوانند محصولات گازی شکل تولید کنند.

 

زباله ها ممکن است از چه منابعی به وجود ایند؟

آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا تخمین زده است که در سال ۲۰۰۶ ۲۵۱ میلیون تن از زباله های شهری جامد یافت شده است که برابر است با مقدا 4.6 در روز که توسط هر نفر در آمریکا تولید شده است.

 

محدودیت های وا بسپارش گرمایی کدامند؟

در این فرایند زنجیره های مولکولی بلند به کوتاهتر تقسیم می‌شوند بنابراین مولکول های کوچک مانند کربن دی اکسید و یا متان نمی توانند از طریق این فرآیند به نفت تبدیل شوند. اگرچه متان موجود در ماده اولیه بازیابی شده و می سوزد تا تا باعث گرما بخشیدن به آب شود که خود بخش مهمی از فرآیند می باشد. علاوه بر آن گاز می‌تواند در کارخانه ها سوزانده شود که در آن یک توربین گاز وجود دارد که از یک ژنراتور به منظور تولید الکتریسیته و یک تبادلگر گرمایی به منظور گرما بخشی به آب ورودی در فرایند استفاده می کند. یکی دیگر از گزینه های موجود، فروش متان به عنوان محصولی از یک گاز زیستی می باشد. به عنوان مثال می‌توان گاز های زیستی را فشرده کرده مانند گازهای طبیعی و به منظور انرژی بخشی به خودروهای موتور دار استفاده کرد. تعدادی از زباله های کشاورزی و حیوانی را می توان فرآوری کرد ولی به مقدار بسیار فراوانی آنها به عنوان کود و یا تغذیه حیوانات به کار برده می شوند و در مواردی هم نقش ماده اولیه برای کارخانه‌های تولید کاغذ و یا سوخت دیگ بخار را دارند.

 

عوامل موثر بر وا بسپارش گرمایی کدامند؟

اگرچه تجزیه گرمایی پلیمرها و ترکیبات پلیمری به دلیل قرارگیری در معرض حرارت ایجاد می‌شود ولی فاکتورهای متفاوتی هستند که می توانند بر فرایند تجزیه اثر گذارند. در نهایت طبیعت تجزیه گرمایی پلیمرهای متفاوت و یا ترکیبات آنها می توانند از هم بسیار متمایز باشد. در یک نوع یکسان از پلیمرها هم چنین تفاوت هایی دیده می شود. اولین فاکتوری که نقش بسیار مهمی در فرایند تجزیه ایفا می‌کند ساختار مولکول های بزرگ است. دلیل اصلی فرایندهای تجزیه گرمایی شامل قطع پیوندهایی می شود که در واقع انرژی پیوندی را به وجود می آورند. بنابراین تمامی مشکلاتی که با انرژی های پیوندی در ساختار بزرگ مولکول ها ارتباط دارند می توانند در این حوزه نقش مهمی ایفا کنند مانند بخش های اصلی پلیمرها، نوع پیوند های کووالانسی و یا غیر کووالانسی و میزان عدم اشباع.