تطبيق المؤكسد الحراري المتجدد في صناعة راتنج معجون PVC
في مجال معالجة المركبات العضوية المتطايرة الصناعية (غازات النفايات) الحالي، RTO (مؤكسد حراري متجددتُعدّ تقنية الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) تقنية ناضجة وعالية الكفاءة، وقد تم تطبيقها على نطاق واسع في مختلف الصناعات. تعمل هذه التقنية على تحليل غازات النفايات العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال الأكسدة عند درجات حرارة عالية، وتتميز بكفاءة معالجة عالية (≥99%)، وقابلية تكيف واسعة مع ظروف التشغيل، وكفاءة عالية في استعادة الطاقة الحرارية. بالنسبة لغازات النفايات العضوية المعقدة الناتجة أثناء عملية تجفيف معجون راتنج PVC، تُعوض تقنية الأكسدة الحرارية المتجددة بشكل فعال أوجه القصور في العمليات التقليدية من حيث كفاءة المعالجة والامتثال لمعايير الانبعاثات، وقد أصبحت اتجاهًا رئيسيًا للتطوير في هذه الصناعة.
تُستخدم راتنجات معجون PVC، بفضل خصائصها الممتازة في تكوين المعجون وتشتيته، بشكل أساسي في مجال مواد PVC المرنة. وهي مناسبة للطلاء، والغمس، والرش، والتشكيل الرغوي، وغيرها من تقنيات المعالجة. وتُستخدم على نطاق واسع في الجلود الصناعية، ومواد الديكور، والأرضيات، وورق الجدران، وأحزمة النقل الصناعية، وأرضيات الملاعب الرياضية، والطلاءات، والألعاب، والقفازات الطبية التي تُستخدم لمرة واحدة، وأدوات الديكور اليومية، والأجهزة الكهربائية.
أثناء عملية إنتاج منتجات راتنج معجون PVC، تُنتج عملية التجفيف والتسخين غازات نفايات. تشمل المكونات الرئيسية لهذه الغازات DOP وDOTP وزيت المذيب D60/D70. يجب معالجة هذا الجزء من غازات النفايات بواسطة معدات حماية البيئة لتحقيق انبعاثات متوافقة مع اللوائح البيئية الوطنية أو المحلية. في ظل هذه الظروف، يُعدّ إدخال نظام متجدد حلاً مناسباً. نظام المؤكسد الحراري يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين كفاءة معالجة غازات النفايات بشكل عام وضمان الامتثال المستقر لمعايير الانبعاثات.
أولاً: المخطط الفني العام لمعالجة غازات النفايات في تجفيف راتنج معجون PVC (بالاقتران مع عملية المؤكسد الحراري التجديدي)؛
1. عملية معالجة غازات النفايات الحالية؛
مخطط تدفق معالجة غازات النفايات الحالي
تُعالج حاليًا غازات النفايات الناتجة عن تجفيف راتنج معجون PVC باستخدام تقنية الاستخلاص الكهروستاتيكي: حيث يُبرّد الغاز أولًا، ثم تُجمع مواد DOP وDOTP وغيرها من الملدنات وتُحوّل إلى زيت سائل عبر الاستخلاص الكهروستاتيكي لاستعادتها. ورغم أن هذه العملية قادرة على استعادة مواد DOP وDOTP وغيرها من الملدنات، إلا أنها تنطوي على العيوب التالية:
1) يتميز جهاز الاستخلاص الكهروستاتيكي بكفاءة منخفضة في معالجة ثنائي أوكتيل فينول (DOP) وثنائي أوكتيل فينول (DOTP). يحتوي الغاز الناتج على مكونات زيتية مذيبة من نوع D60/D70، ولا يستطيع الاستخلاص الكهروستاتيكي التقاط هذه الزيوت المذيبة ذات الجزيئات الصغيرة ودرجة الغليان المنخفضة بكفاءة، مما يؤدي إلى انبعاثات غير مطابقة للمعايير. في هذه الحالة، يمكن إضافة وحدة أكسدة حرارية متجددة (RTO) في المراحل اللاحقة لإجراء أكسدة عميقة للمركبات العضوية المتطايرة غير الملتقطة لضمان الامتثال للمعايير.
2) لا يستطيع جهاز الاسترداد الكهروستاتيكي إزالة الروائح بشكل فعال، في حين أن تقنية الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) يمكنها تقليل الرائحة بشكل كبير من خلال التحلل الحراري للمركبات العضوية.
3) يتطلب جهاز الاسترداد الكهروستاتيكي تنظيفًا دوريًا لأسطوانات المجال الكهربائي. وتنتج مياه الصرف الصحي أثناء عملية التنظيف، مما يؤدي إلى تلوث ثانوي ويتطلب معالجة إضافية. في المقابل، لا ينتج نظام الأكسدة الحرارية المتجددة مياه صرف صحي أثناء التشغيل، مما يتجنب التلوث الثانوي بشكل فعال.
2. المسار التقني لمعالجة غازات النفايات في تجفيف راتنج معجون PVC
استجابةً للمشاكل القائمة في عملية معالجة غازات النفايات الحالية، تم اعتماد المسارين التقنيين التاليين: "الاستعادة الكهروستاتيكية + المعالجة العميقة بتقنية الأكسدة الحرارية المتجددة" أو "المعالجة الأولية + المعالجة الرئيسية بتقنية الأكسدة الحرارية المتجددة" لتحقيق امتثال مستقر واستهلاك منخفض للطاقة. يستخدم نظام الأكسدة الحرارية المتجددة أحواضًا متجددة لاستعادة الحرارة، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود ويحسن كفاءة النظام بشكل عام.
1) وفقًا للتركيز الفعلي للغازات العادمة الناتجة عن تجفيف راتنج معجون PVC، وبالنظر إلى الفوائد الفعلية للاسترداد الكهروستاتيكي، يمكن تحديد ما إذا كانت معدات الاسترداد الكهروستاتيكي ضرورية.
2) قم بتركيب مانع اللهب عند مدخل RTO لمنع الارتداد اللهبي.
3) يدخل غاز النفايات إلى وحدة الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) حيث يتأكسد ويتحلل عند درجة حرارة عالية تبلغ حوالي 800 درجة مئوية، محولاً ثنائي أوكتيل فثالات (DOP) وثنائي أوكتيل ثيوفين (DOTP) وزيوت المذيبات إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. وفي الوقت نفسه، تُطلق الحرارة اللازمة لاستمرار تشغيل وحدة الأكسدة الحرارية المتجددة. وتكون الانبعاثات مستقرة ومتوافقة مع المعايير، كما تُزال الروائح بفعالية.
4) نظرًا لاحتمالية وجود ثنائي أوكتيل فثالات (DOP) وثنائي أوكتيل ثيول فثالات (DOTP) على شكل قطرات زيتية دقيقة معلقة في غازات العادم، فإن التشغيل طويل الأمد لوحدة الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) قد يؤدي إلى التصاق هذه القطرات بالطبقة السفلية من أحواض السيراميك المتجددة. ولحل هذه المشكلة، تم تركيب غرفة خلط عند مدخل وحدة الأكسدة الحرارية المتجددة، حيث يُستخدم هواء ساخن من غرفة الاحتراق بشكل دوري لتسخين غازات العادم مسبقًا. يمر الغاز المسخن مسبقًا عبر أحواض السيراميك المتجددة السفلية، مما يزيل الزيت الملتصق وينقله إلى غرفة الأكسدة لتحليله، وبالتالي يحل مشكلة التصاق الزيت بشكل فعال.
5) نظرًا لاحتواء غازات النفايات على رذاذ الزيت، ثمة خطر انسداد وسائط التجديد في وحدة الأكسدة الحرارية المتجددة، مما قد يؤدي إلى ضعف تدفق العادم وانخفاض كفاءة تخزين الحرارة. ولذلك، تم اتخاذ التدابير التالية: استخدام وسائط تجديد خزفية ذات مسام كبيرة في قاع وحدة الأكسدة الحرارية المتجددة، وتحسين ترتيب وسائط التجديد، وتصميم منافذ الوصول للصيانة بشكل مناسب.
3. عوامل اختيار معدات العلاج؛
1. اختيار معدات استعادة الشحنات الكهروستاتيكية؛
بناءً على التركيز الفعلي للغازات العادمة الناتجة عن تجفيف راتنج معجون PVC والفوائد الاقتصادية للاسترداد الكهروستاتيكي، يمكن تحديد ما إذا كانت معدات الاسترداد الكهروستاتيكي مطلوبة أم لا.
أ) إذا كان تركيز غاز النفايات مرتفعًا، وبعد الاسترداد الكهروستاتيكي، لا يزال التركيز يفي بشرط التشغيل المستدام ذاتيًا لـ RTO (أي، لا يوجد استهلاك للغاز الطبيعي)، أو إذا تجاوزت الفائدة الاقتصادية للاسترداد الكهروستاتيكي استهلاك الغاز الطبيعي لـ RTO، فمن المستحسن الاحتفاظ بمعدات الاسترداد الكهروستاتيكي (أو إضافتها)؛
ب) إذا كان تركيز غاز النفايات منخفضًا، فيمكن معالجة غاز النفايات مباشرة بواسطة RTO لتحقيق انبعاثات متوافقة.
1. اختيار معدات المعالجة النهائية؛
تُعدّ تقنيتا الأكسدة التحفيزية العكسية (RCO) والأكسدة التحفيزية العكسية (RTO) من أبرز تقنيات المعالجة اللاحقة. ونظرًا لأن تركيبة راتنج معجون PVC لا تقتصر على مذيب واحد، بل تشمل مكونات معقدة مثل عوامل التجفيف السريع، وعوامل التسوية، ومخفضات اللزوجة، ومضادات الرغوة، فمن المرجح حدوث تسمم المحفز وتعطيله. إضافةً إلى ذلك، فإن تكلفة الاستثمار في تقنية الأكسدة التحفيزية العكسية ذات الحجم الهوائي الكبير مرتفعة، كما أن عمر المحفز يتراوح عادةً بين 8000 و100000 ساعة فقط، مما يجعل تكاليف الاستبدال باهظة. لذلك، تم اختيار تقنية الأكسدة التحفيزية العكسية كطريقة للمعالجة اللاحقة.
4. أهداف التحكم في الانبعاثات:
تركيز المركبات العضوية المتطايرة بعد المعالجة: ≤30 ملغم/م³، بما يتوافق مع المعايير البيئية المحلية؛
كفاءة إزالة الروائح: 99%؛
| ملوث | حد الانبعاثات (ملغم/م³) | الحد الأقصى لمعدل التدفق (كجم/ساعة) | معدل الاستهداف (كجم/ساعة) |
|---|---|---|---|
| المركبات العضوية المتطايرة (المعيار الوطني) | ≤120 | - | - |
| بعد المعالجة بتقنية RTO الدوارة | ≤50 | - | - |
ثانياً: تحليل استهلاك الطاقة
1. التشغيل الذاتي لحرارة جهاز RTO الدوار
إن التشغيل المستدام لتقنية RTO يعني أن كل الحرارة اللازمة للتشغيل يتم توفيرها من خلال الحرارة المنبعثة من تحلل غاز النفايات، دون استهلاك الغاز الطبيعي.
طاولة تسخين دوارة ذاتية الاستدامة
| حجم الهواء في نظام إدارة الطاقة الإقليمي | الحرارة المطلوبة للتشغيل الذاتي |
|---|---|
| 10000 م³/ساعة | 120,000 سعر حراري |
| 20000 م³/ساعة | 240,000 كيلو كالوري |
| 30000 م³/ساعة | 360,000 كيلو كالوري |
| 40000 م³/ساعة | 480,000 كيلو كالوري |
| 50000 م³/ساعة | 600,000 كيلو كالوري |
| 60000 م³/ساعة | 720,000 كيلو كالوري |
| 70000 م³/ساعة | 840,000 كيلو كالوري |
2. تحليل استهلاك الطاقة
تُشابه القيمة الحرارية الإجمالية لمركبات DOP وDOTP وD80 في غازات نفايات تجفيف راتنج معجون PVC قيمة الكيروسين. وبناءً على قيمة حرارية تبلغ 10000 كيلو كالوري/م³، عندما يصل تركيز غازات النفايات إلى 1200 ملجم/م³، يمكن لوحدة الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) أن تعمل بشكل مستقل دون استهلاك الغاز الطبيعي.
كتلة المذيب المطلوبة للتشغيل الذاتي لـ RTO
| حجم هواء نظام التبريد والتكييف (م³/ساعة) | 10000 | 20000 | 30000 | 40000 | 50000 | 60000 | 70000 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| كتلة المذيب (كجم/ساعة) | ≥12 | ≥24 | ≥36 | ≥48 | ≥60 | ≥72 | ≥84 |
من التحليل السابق، يتضح أنه عندما يصل تركيز غازات العادم إلى 1200 ملغم/م³، يمكن لوحدة الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) أن تعمل بشكل مستقل؛ أما عندما يكون التركيز أقل من 1200 ملغم/م³، فيلزم استخدام كمية قليلة من الغاز الطبيعي. ويمكن تعديل كفاءة جهاز الاستخلاص الكهروستاتيكي وفقًا لتركيز غازات العادم الفعلي لتحقيق التشغيل الأمثل الموفر للطاقة.
على سبيل المثال، إذا كان تركيز غازات العادم الناتجة عن عملية تجفيف راتنج معجون PVC هو 2000 ملغم/م³، فيمكن تعديل كفاءة جهاز الاسترداد الكهروستاتيكي بحيث يصبح تركيز الغازات الخارجة 1200 ملغم/م³. في هذه الحالة، يمكن لوحدة الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) العمل دون استهلاك الغاز الطبيعي، بينما يمكن للوحدة الأمامية استعادة المذيبات لتحقيق فوائد اقتصادية، مما يحقق الأداء الأمثل للنظام.
ثالثاً: المنافع الاجتماعية
يمكن تحقيق ما يلي باستخدام نظام الأكسدة الدورانية العكسية (RTO) لمعالجة غازات النفايات المتولدة أثناء إنتاج راتنج معجون PVC:
1. إجمالي انبعاثات الهيدروكربونات غير الميثانية ≤30 ملغم/م³، بما يتوافق مع المعايير الوطنية والمحلية؛
2. يمكن إزالة الرائحة الموجودة في غاز النفايات بشكل كامل.
3. بالنسبة للعمليات التي لا تستخدم الاسترداد الكهروستاتيكي وتستخدم فقط RTO، لا يتم توليد مياه الصرف الصحي أو النفايات الصلبة أثناء المعالجة، مما يجنب التلوث الثانوي.