مؤكسد حراري متجدد للتحكم في المركبات العضوية المتطايرة في عملية تكوير البلاستيك

أولاً: نظرة عامة

تُستخدم المواد البلاستيكية على نطاق واسع في صناعات التعبئة والتغليف والإلكترونيات والسيارات والسلع الاستهلاكية اليومية، وذلك بفضل خفة وزنها وقوتها العالية وسهولة معالجتها وانخفاض تكلفتها. ومع ازدياد إعادة تدوير البلاستيك، يتم التخلص من كميات كبيرة من النفايات البلاستيكية. المركبات العضوية المتطايرة تتولد المركبات العضوية المتطايرة والغازات ذات الرائحة الكريهة أثناء معالجة النفايات البلاستيكية وتحويلها إلى حبيبات، مما يتسبب في تلوث البيئة.

تشمل المركبات العضوية المتطايرة الناتجة أثناء عمليات تحبيب البلاستيك، والصهر، والقولبة بالحقن، والتجفيف، بشكل رئيسي البنزين، والتولوين، والإيثيل بنزين، والستايرين، والأسيتون، والبيوتانول، وأسيتات الإيثيل، وهي مركبات هيدروكربونية. وللتحكم الفعال في هذه الانبعاثات، مؤكسد حراري متجدد (RTO) أصبحت هذه المعدات العلاجية هي المفضلة. مؤكسد حراري متجدد يمكن أن تؤدي إلى أكسدة وتحلل المركبات العضوية المتطايرة في درجات حرارة عالية مع استعادة الحرارة من خلال وسائط استعادة الحرارة الخزفية، مما يحقق معالجة فعالة وموفرة للطاقة لغازات النفايات.

يوجد حاليًا أسلوبان رئيسيان لإنتاج البلاستيك في صناعة البلاستيك: إعادة تدوير نفايات البلاستيك وإنتاج البلاستيك والمنتجات الجديدة. تتشابه عمليات الإنتاج إلى حد كبير، حيث تعتمد إعادة تدوير نفايات البلاستيك بشكل أساسي على قولبة البثق. يوضح الشكل 1 مسار عملية الإنتاج.

الشكل 1: مخطط عملية إنتاج إعادة تدوير النفايات البلاستيكية

بعد إعادة التدوير، تُعالج النفايات البلاستيكية باستخدام معدات تحبيب متخصصة، وذلك من خلال الفرز والتصنيف، والسحق، والغسل، والتسخين، والتلدين، والتشكيل بالبثق، والتحبيب لإنتاج حبيبات بلاستيكية معاد تدويرها. ويمكن معالجة هذه الحبيبات المعاد تدويرها لاحقًا إلى منتجات بلاستيكية متنوعة من خلال التشكيل بالحقن. وتأتي مصادر النفايات البلاستيكية عمومًا من جانبين:

1. قصاصات من مصانع الراتنج أو مصانع معالجة البلاستيك؛
2. منتجات بلاستيكية مختلطة معاد تدويرها بعد الاستهلاك.

أثناء إنتاج البلاستيك، تُنتج كميات صغيرة من غازات النفايات العضوية، وخاصة المركبات العضوية المتطايرة، وذلك بشكل رئيسي من عمليات التسخين والصهر والقولبة بالحقن. تشمل أنواع البلاستيك الشائعة البوليسترين (PS)، والبولي بروبيلين (PP)، والبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، والبولي كربونات (PC)، والبولي فينيل كلوريد (PVC)، والبولي أميد (PA)، والبولي يوريثان (PU). من الناحية الكيميائية، يحتوي البلاستيك على نسبة كربون تتراوح بين الفحم والبترول، ونسبة هيدروجين أعلى من كليهما، مما يجعل مركباته الهيدروكربونية عرضة لتوليد المركبات العضوية المتطايرة في درجات الحرارة العالية، ليصبح بذلك مصدرًا مهمًا للمركبات العضوية المتطايرة الصناعية. تشمل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة الناتجة عن صهر البلاستيك وقولبته بالحقن وتجفيفه بشكل رئيسي البنزين، والتولوين، والإيثيل بنزين، والستايرين، والأو-زيلين، والميتا-/البارا-زيلين، والأسيتون، والبيوتانول، والإيزوبروبانول، وأسيتات الإيثيل، وأسيتات البيوتيل، والن-أونديكان.

لضمان الامتثال البيئي والإنتاج الآمن أثناء عملية تكوير البلاستيك، يتم دمج RTO (المؤكسد الحراري التجديدي) يُعدّ دمج التكنولوجيا في نظام معالجة غازات النفايات أمرًا بالغ الأهمية. لا يقتصر دور تقنية الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) على معالجة المركبات العضوية المتطايرة بكفاءة فحسب، بل يساهم أيضًا في الحدّ من الروائح المنبعثة أثناء الإنتاج، مما يوفر دعمًا موثوقًا للتصنيع الأخضر.

ثانياً: مسار تقنية العلاج

أثناء عمليات صهر البلاستيك، وتشكيله بالحقن، وتجفيفه، تُجمع غازات النفايات العضوية عادةً عبر أنابيب مغلقة وتُرشّح مبدئيًا باستخدام الكربون المنشط قبل تصريفها. مع ذلك، غالبًا ما لا تُجمع الروائح الناتجة أثناء الإنتاج بكفاءة، مما يستدعي جمع هذا الجزء من غازات النفايات ومعالجته. يوضح الشكل 2 مخطط تدفق عملية المعالجة الإجمالية.

الشكل 2: مخطط تدفق عملية معالجة غازات النفايات

وصف العملية:
نظراً لاحتمالية احتواء غازات العادم على زيوت ومواد لزجة، فقد تلتصق هذه المواد بالطبقات السفلية لوسائط استعادة الحرارة في وحدة الأكسدة الحرارية التجديدية (RTO) أثناء التشغيل. ولمنع أي تداخل مع التشغيل الطبيعي للوحدة، تم تركيب خط غاز تنقية عالي الحرارة للتسخين الدوري وإزالة المواد اللزجة. عند حدوث عملية الخلط، تدخل غازات العادم إلى حجرة الخلط وتتحد مع الغاز عالي الحرارة (حوالي 800 درجة مئوية) القادم من وحدة الأكسدة الحرارية التجديدية، مما يؤدي إلى إزالة المواد اللزجة من وسائط استعادة الحرارة السفلية بكفاءة. ولمنع مخاطر الحريق الناتجة عن تراكم الزيوت والمواد اللزجة في الأنابيب على المدى الطويل، تم تركيب مخمد حريق عند مدخل المروحة.

يُسحب غاز العادم عبر قنوات إلى المروحة الرئيسية للمؤكسد الحراري التجديدي الدوار (RTO)، ثم يُضخ إلى حجرة توزيع الغاز الدوارة. بعد توزيعه بشكل متجانس، يدخل الغاز إلى خمس حجرات لاستعادة الحرارة لتسخينه مسبقًا. ثم يدخل غاز العادم المسخن مسبقًا إلى حجرة الأكسدة الحرارية مع اضطراب كامل. تحت تأثير الوقود المساعد أو عندما يكون تركيز غاز العادم كافيًا، تتأكسد المركبات العضوية المتطايرة الموجودة في غاز العادم وتتحلل تمامًا، مع الحفاظ على درجة حرارة أكسدة أعلى من 800 درجة مئوية. يدخل الغاز النظيف ذو درجة الحرارة العالية الناتج إلى حجرات استعادة الحرارة الخمس الأخرى لإطلاق الحرارة، والتي تُخزن في وسائط استعادة الحرارة الخزفية، ثم تُصرف عبر المدخنة (فرق درجة الحرارة ≤ 25 درجة مئوية). يُستخرج جزء من الغاز النظيف عبر مروحة تنقية إلى حجرة استعادة حرارة أخرى للتنقية، مما يُعيد المواد العضوية غير المتفاعلة في الوسائط إلى حجرة الأكسدة لتحللها. في هذه الحالة، لا يمكن لتركيز المركبات العضوية المتطايرة وحده الحفاظ على درجة حرارة غرفة الأكسدة عند 800 درجة مئوية، لذلك يتم إضافة الغاز الطبيعي كوقود للحفاظ على درجة حرارة غرفة الأكسدة RTO.

نظراً لاحتمالية احتواء غازات العادم على رذاذ الزيت، فإن وسائط استعادة الحرارة في نظام الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO) معرضة لخطر الانسداد، مما قد يؤدي إلى انسداد العادم وانخفاض كفاءة استعادة الحرارة. لذا، تُتخذ الإجراءات التالية لمنع الانسداد:

1. وسائط استعادة الحرارة الخزفية ذات المسام الكبيرة في الجزء السفلي من وحدة الأكسدة الحرارية المتجددة؛
2. تصميم مُحسَّن وترتيب منافذ الفحص لوسائط استعادة الحرارة بتقنية RTO.

ثالثًا: عوامل اختيار المعدات

1. اختيار عملية الواجهة الأمامية
أثناء إنتاج البلاستيك، تتولد مركبات عضوية متطايرة وروائح كريهة. يبلغ متوسط ​​تركيز الروائح المنبعثة من غازات نفايات البلاستيك حوالي 5000 (بدون وحدة قياس). بالنسبة لغازات النفايات المتولدة أثناء عملية الصهر، يتم جمعها مبدئيًا عادةً عبر أنابيب مغلقة وامتصاصها باستخدام الكربون المنشط، ويمكن الاستمرار في استخدام الأنابيب الموجودة. أما بالنسبة للروائح المنبعثة أثناء الإنتاج، فيلزم جمعها. في هذه الحالة، تُركّب شفاطات غاز عند نقاط انبعاث الروائح على كل خط من خطوط تكوير البلاستيك لالتقاط غازات نفايات البلاستيك، والتي تُسحب تحت ضغط سلبي بواسطة مراوح. يُدمج غاز النفايات المُجمّع في قناة تجميع المركبات العضوية المتطايرة الأصلية أو يُرسل مباشرةً إلى غرفة الخلط. على سبيل المثال، يبلغ معدل انبعاث غازات نفايات البلاستيك في مصنع تكوير البلاستيك ذي التسعة خطوط 2500 متر مكعب/ساعة لكل خط، ليصل إجماليها إلى 22500 متر مكعب/ساعة عبر القناة الرئيسية.

2. اختيار معدات الواجهة الخلفية
تشمل طرق التنقية المتاحة في صناعة حبيبات البلاستيك طرق التنقية الكهروستاتيكية، والامتزاز، والامتصاص. ومع ذلك، تتسم هذه الطرق بانخفاض كفاءتها، وعدم إزالة الروائح بشكل كامل، واحتمالية توليدها تلوثًا ثانويًا، مما يُصعّب الالتزام بمعايير الانبعاثات. يحتوي غاز النفايات على مركبات عضوية متطايرة معقدة، بكميات كبيرة في الهواء وتركيزات منخفضة، لكن مكوناته الرئيسية هي مواد هيدروكربونية قابلة للاحتراق يمكن أن تتأكسد بالكامل عند تعرضها للهواء في درجات حرارة أعلى من 790 درجة مئوية لأكثر من 0.5 ثانية. تشمل تقنيات المعالجة الحرارية السائدة حاليًا الأكسدة التحفيزية العكسية (RCO) والأكسدة التحفيزية العكسية (RTO). نظرًا لانخفاض تركيز المركبات العضوية المتطايرة بشكل عام، وتركيبها المعقد، واحتمالية تسمم المحفز أو فشله في الأكسدة التحفيزية العكسية، إلى جانب ارتفاع تكلفة الاستثمار في أنظمة الأكسدة التحفيزية العكسية ذات الحجم الكبير، وعمر المحفز المحدود بـ 8000 إلى 100000 ساعة، تُفضّل طريقة المعالجة النهائية الموفرة للطاقة. RTO الدوار.

رابعاً: معايير الانبعاثات

الجدول 3: معيار انبعاث الملوثات ذات الرائحة الكريهة (GB14554-1993)

الجدول 4: معيار الانبعاثات المتكامل لملوثات الهواء (GB16297-1996)

خامساً: المنافع الاجتماعية

باستخدام الدوار معدات RTO يمكن تحقيق ما يلي من خلال معالجة المركبات العضوية المتطايرة الناتجة عن عملية تكوير البلاستيك:

• تتوافق الهيدروكربونات غير الميثانية والمؤشرات الأخرى مع معايير الانبعاثات الوطنية؛
• يمكن إزالة الروائح الموجودة في غازات النفايات بشكل فعال؛
• يتم ضمان كفاءة الطاقة والتشغيل المستقر والإنتاج الصديق للبيئة.