تغويز الفحم Coal gasification

في السابق كان يتم تزويد المنازل بالوقود اللازم للإنارة والطهي والتسخين بغاز سريع الإشتعال يصل إلى جميع مرافق المدينة عبر شبكة انابيب ؛ يطلق عليه غاز المدينة,

يتم انتاجه عبر حرق الفحم بعملية تدعى {تغويز الفحم أو استخلاص غاز الفحم}, سنتعرف هنا على تقنية تغويز الفحم وكيف تطورت لتصبح مصدرا رئيسيا لإنتاج الميثان والديزل والهيدروجين

الأصل في أن يتم تسخين الفحم في فرن ل 1000 درجة مئوية , ثم يندفع خليط من غازات قابلة للاشتعال والتكثف من أول أكسيد الكربون, الميثان , الهيدروجين, الأمونيا ….إلخ,ويتبقى طبقة صلبة من فحم الكوك الذي يستخدم كوقود أيضا للقطارات والبواخر..

قبل توزيعه يتوجب تنقيته بإزالة غاز الأمونيا أولا بسبب خطورته على خلايا الجسم {اذا ما تم استنشاقه أو لامس الجلد لانه يكون الامونيوم هيدروكسيد السام } عبر ارساله إلى وحدة أقل حرارة ليتكثف غاز الأمونيا ومادة أخرى تسمى القطران {كانت تستخدم لترصيف الطرق {سابقا} وانتاج مواد الطلاء ومواد عزل السفن}

ثم يواصل الغاز النقي سيره إلى وحدة تنقية أخرى لاستكمال ازالة الكبريت وغيرها من الشوائب ،جزء منه يختزن في مخازن شركة التوزيع والآخر يتجه إلى خطوط الأمداد المتصلة بالمنازل والشوارع

كان اعتماد أمريكا ,بريطانيا وأستراليا هذه الطريقة في تزويد المدن بالوقود سابقا حتى عام 1970 م قبل أن يستبدل بالغاز الطبيعي

والآن بات يطلق على غاز المدينة بغاز الاصطناع وهو خليط مكون من

أول أكسيد الكربون بنسبة { 30% إلى 60%} ,{ 25% ـ %30 }هيدروجين ،و { 5% إلى 15%} من ثاني أكسيد الكربون, { 0% إلى 5 %} ميثان , و لا يخلو من الشوائب كالغازات الغير مولدة للحرارة {غازات خاملة } كالنيتروجين ولكن بنسبة صغيرة

انتاج مركبات الهيدروكربون

بعد ذلك أخذت العملية الأساسية منعطفا آخر, لتشمل وحدة أخرى تستطيع تكوين هيدروكربونات خفيفة وثقيلة من غاز الاصطناع عبر سلسلة تفاعلات ومحفز في عملية طورها مهندسين ألمان خلال الحرب العالمية الثانية لحاجتهم إلى وقود سائل في تلك الفترة وتعرف ب عملية فيشر تروبش نسبة لمخترعيه

عند انطلاق غازات الاصطناع من حرق الفحم تتجه إلى وحدة أخرى متصله تضغط الغاز لترفع من حرارته ويتدفق بقوة ليجتاز مفاعل يحتوي بداخله على محفز يساعد في حدوث التفاعل من مادة الحديد أو الكوبلت بدرجة تتراوح بين 240 إلى 300 درجة مئوية فما فوق,ولأنه تفاعل طارد للحرارة فيتوجب احاطة المفاعل بأنابيب من الماء البارد للتحكم في درجة الحرارة عن طريق امتصاص الحرارة الزائدة

يتم اختيار درجة الحرارة وتدفق الغاز ونوع المحفز على حسب الوقود المراد انتاجه أو كما يطلق عليها ظروف العملية,

وفي نفس وقت تكوين الوقود؛ يحدث تفاعل آخر يسمى انزياح الماء الغاز وبه يتكون ماء وهيدروجين حسب المعادلة أدناه, ويتم ارسال الفائض من الهيدرجين عبر وحدة أخرى تمهيدا لتصديره وهو ما يسمى بالهيدروجين الرمادي

مخطط لمعامل تغويز الفحم وانتاج الوقود والهيدروجين

من الجدير بالذكر أن هذه العملية لا تتطلب الفحم كوقود أساسي وإنما تشمل المواد العضوية مثل الخشب والنفايات والغاز الطبيعي

صورة توضح جميع الأنواع التي تستخدم في عملية الغويز لانتاج مركبات الهيدروكربون

المحفز Catalyst

:لتحقيق التفاعل يحتاج غاز الاصطناع إلى وسط محفز ومنها :

النيكل (Ni)

 يميل إلى انتاج غاز الميثان بصورة أكبر

الحديد (Fe)

 يفضل انتقاءه في درجات الحرارة العالية (300-350

حيث يتم انتاج الهيدروكربون الخفيف كالجازولين والميثان وهو أرخص من المحفزات الأخرى

ميزته الأخرى أنه محفز نشط جدا للتفاعل المكون للهيدروجين

يفضل استخدامه لغازات الاصطناع ذات النسبة المنخفضة من هيدروجين إلى أول أكسيد الكربون, ويساعد في الوصول إلى اضعاف النسبة لتصل إلى 2 وذلك بفضل تحفيزه النشط لتفاعل WGS

الكوبلت (Co)

يستخدم في التفاعلات التي تتطلب حرارة أقل (220-270°C) حيث يتم انتاج الهيدروكربونات الثقيلة كالديزل والشمع

يعتبر أغلى ب 230 مرة من الحديد , إلا أنه يعوض ذلك في انخفاض تكلفة العملية, لأنه يحتاج إلى ضغط أقل وتدفق أقل ,ويتميز بندرة حدوث ترسبات الكوك كالتي تحدث في المفاعل الذي يستخدم محفز الحديد, أيضا يعتبر أطول عمرا ولا يتطلب تبديل مستمر مثل الحديد

المفاعل

تعددت المفاعلات المستخدمة في انتاج الوقود من غاز الاصطناع بحسب نوعية وكثافة المنتج إن كان ميثان أو ديزل, وذلك باختلاف نوع المحفز من حديد أو كوبلت وجهة مدخل غاز الاصطناع ليتم الاعتماد على أربعة مفاعلات

Fixed slurry bed

يدخل الغاز من أسفل المفاعل, ينطلق عبر طبقة كالطين من شمع النفط والمحفز على شكل فقاعات, تتخلل الطبقة, أنبوب من الماء للتحكم بدرجة الحرارة, وينتج الديزل , مع التأكد بضبط درجة الحرارة من250 إلى 270 درجة مئوية لكي لا تزيد كثافته عن الحد المطلوب تقدم أفضل تحكم للحرارة وكفاءته في تفاعلات التحويل أعلى, وقد طورتها شيل واكسون

Multi-tubuler fixed bed

• يحتوي بداخله على عدة انابيب لها قطر صغير من مادة الكوبلت, تختلف عن البقية بأنها مصممة لدرجة حرارة منخفضة اقل عن 270 درجة مئوية, بحيث يساعد في تكون غاز الميثان والحؤول دون ترسب الكربون الذي يتشكل نتيجة الحرارة العالية •تميزت به شركة ساسول في جنوب افريقيا, والذي تنتج منه الهيدروكربونات الثقيلة والديزل نظرا لوفرة الفحم هناك

fixed and circulating fluidized bed

تم تطويره ليتحمل درجات حرارة مرتفعه بغرض انتاج مركبات هيدروكربونية خفيفة كالبنزين وقد تم تطويره ليتم تدفق غاز الاصطناع بحركة دائرية بالأساس Cerculating

من قبل شركة ساسول ثم تحول إلى مفاعل ثابت بحيث برهن على كفاءة أعلى

coal-bed methane ميثان طبقة الفحم الحجري

يوجد ما يقارب ال 85 بالمئة من الفحم لا يمكن استخراجه في العالم لأنه يقع في الطبقات السحيقة, لذلك لجأت بعض الجهات إلى حفر ابار تصل إلى طبقات الفحم ومن ثم استخراج غاز الميثان منه عن طريق امتصاص الماء المخزن في مسام الفحم وينطلق غاز الميثان , هي تعد من مصادر الطاقة الرئيسية في أمريكا ، كندا وأستراليا

إلا أن هناك طريقة أخرى أكثر تطورا عن سابقتها وتعد ثورة في مجال استخراج غازات الاصطناع دون الحاجة إلى استخراج الفحم أو حتى ضخ كميات ضخمة من الماء لاستخراجه ،عدا عن كونها تقنية تساعد في التقليل من انبعاث الغازات الدفيئة عبر استخراجها ثم اعادة حقنها في الطبقات الجوفية فهي أيضا تقلل من استهلاك ثم ضخ المياه المسمومة إلى الأرض والتي تعد من مساوئ التقنية العادية, كل ما يتطلبه الأمر هو ضخ بخار ماء ساخن مصحوبا بغاز الأكسجين إلى طبقة الفحم ثم استخراج غاز الاصطناع في عملية تعرف ب

under ground coal gasification UGC

UGCC شرح عن تقنية

هناك اهتمام كبير في الصين لاستخدام هذه العملية وتهدف إلى انتاج 1.7 مليار قدم مكعب من الغاز في السنوات القادمة كافية لسد 10 بالمئة من احتياج المنطقة للغاز الطبيعي وأستراليا تخطط لتسييل الغاز الناتج من تغويز الفحم في الطبقات الجوفية وانتاج وتصدير ما يقارب 50 مليون طن سنوي ما يمثل 10 بالمئة من السوق العالمي للغاز المسال

مشاريع UGC

المراجع

https://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/gasification/gasifipedia/ftsynthesis

https://en.wikipedia.org/wiki/Fischer%E2%80%93Tropsch_process

https://www.bbc.com/news/business-26921145

اترك تعليقًا

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار ووردبريس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s

هذا الموقع يستخدم خدمة Akismet للتقليل من البريد المزعجة. اعرف المزيد عن كيفية التعامل مع بيانات التعليقات الخاصة بك processed.