تحليل مقارن للطريقة الأكسيدية عالية الحرارة (الحرق) والتحلل الحراري
التحلل الحراري — عملية التفكك الحراري للنفايات التي تحتوي على مواد عضوية مع نقص أو انعدام الأكسجين. ونتيجة لذلك يتكوّن مُتبقٍ صلب حاوٍ على الكربون وغاز تحلل حراري أو زيت تحلل حراري. عند درجات الحرارة المنخفضة للتحلل الحراري (~400–600 °C) يتكوّن المزيد من المنتجات السائلة – زيت التحلل الحراري، بينما عند الدرجات العالية (~700–1050 °C) تكون حصة المنتجات الغازية أكبر – غاز التحلل الحراري.
التحلل الحراري والتغويز يُستخدمان حالياً بشكل نادر نسبياً بسبب المتطلبات الصارمة لجودة النفايات الداخلة، وانخفاض الموثوقية، وارتفاع استهلاك الطاقة. فثمة متطلبات صارمة للتحضير الأولي للنفايات، بما في ذلك نفايات البلديات الصلبة، الموجّهة إلى التحلل الحراري والتغويز:
- فرز النفايات بهدف استخلاص الكسور المعدنية/الخامدة (الزجاج، المعادن، الحجارة، الكسر الناعم)؛
- تجفيف النفايات؛
- السحق الأولي للنفايات.
إن هذا الشرط الأخير يؤدي إلى انخفاض موثوقية منشآت معالجة النفايات التي تستخدم تقنية التحلل الحراري. ويرتبط ذلك بوجود كسور كبيرة غير مسحوقة، المتكررة الظهور مثلاً في نفايات البلديات الصلبة، مما يُعطّل عمل الوحدة ويتسبب في خروج المعدات من الخدمة (НДТ ИТС 9-2020).
جودة نواتج التحلل الحراري (غاز التحلل الحراري، زيت التحلل الحراري) تعتمد على تركيبة النفايات المعالجة ودرجة حرارة العملية. يمكن تطبيق تقنية التحلل الحراري لـمعالجة إطارات السيارات، المنتجات المطاطية التقنية، نفايات اللدائن، نفايات البلديات الصلبة المُحضرة، الزيوت المستعملة، رواسب النفط، بعض النفايات الطبية بعد التعقيم وغيرها من النفايات التي تُفرَض عليها المتطلبات التالية:
- ارتفاع محتوى المركبات العضوية (وتندرج في المقام الأول ضمن هذه النفايات المطاط، الزيوت المستعملة، البلاستيك)؛
- انخفاض الرطوبة (إذ تتميز نفايات البلديات الصلبة، من دون تحضير مسبق، برطوبة مرتفعة نسبياً بالنسبة للتحلل الحراري)؛
- يجب أن يكون محتوى المكونات المعدنية (الزجاج، الحجارة، التربة، المعادن) قريباً من الصفر.
بالنسبة للنفايات التي تتحلّى بالخصائص المذكورة، يمكن الحصول على نواتج تحلل حراري ذات جودة جيدة. عند عدم استيفاء المتطلبات المفروضة على النفايات فإن جودة المنتجات تكون منخفضة إلى حد لا يجد معه المنتج أي استخدام لاحق. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب التحلل الحراري الحفاظ على درجات حرارة محددة. وأي تغيير طفيف في درجة الحرارة يؤدي أيضاً إلى رداءة جودة المنتج المُتحصل عليه، أي إن هناك خطراً متعلقاً بانتهاك نظام التشغيل حتى لو كانت الوحدة مزودة بنظام أتمتة ورقابة على العمليات التكنولوجية.
بخلاف التحلل الحراري، فإن الطريقة الأكسيدية عالية الحرارة لا تفرض متطلبات على نوع وجودة النفايات الداخلة إلى الحرق. إن القائمة الكاملة للنفايات في ГЭЭ لشركة Eco-Spectrum تشمل أكثر من 4700 اسماً من النفايات. ويكون تحضير النفايات إما طفيفاً أو معدوماً تماماً. كما يمكن الحصول على الطاقة الحرارية، والكهرباء، والرماد كمادة إنشائية بوصفها موارد مادية ثانوية.
وبذلك، لا ينطبق التحلل الحراري على عدد هائل من النفايات الصناعية والمنزلية بسبب المتطلبات الصارمة لها، ومقارنة بتقنية الحرق فإن استخدام التحلل الحراري غير مجدٍ اقتصادياً.
يجب الانتباه إلى أن التحلل الحراري غير فعّال إلى حد كبير بالنسبة للنفايات السائلة، في حين أن الأفران الإعصارية تتعامل بسهولة مع مهمة معالجة نفايات مثل:
- زيوت المحولات؛
- سوفтол والزيوت المستعملة؛
- السوائل المحتوية على كحول، المذيبات والمحاليل المستعملة؛
- سوائل الغسل؛
- مياه الصرف؛
- النفايات السائلة للصناعة الكيميائية والمختبرات، رشاحة مواقع الطمر؛
- النفايات السائلة لوحدات التناضح العكسي وغيرها الكثير.
الأفران الإعصارية ليست حلاً فعالاً فحسب، بل وحلاً مبتكراً أيضاً لمعالجة وتحويل أنواع مختلفة من النفايات. إن الالتزام بالمعايير العالية للسلامة الصناعية والمسؤولية البيئية يجعلها عنصراً لا غنى عنه في العمليات الإنتاجية الحديثة.
الميزة الرئيسية لفرن HURIKAN الإعصاري تكمن في فعاليته وتخصصه في معالجة النفايات السائلة. وبفضل التقنية الإعصارية الفريدة مقترنةً بنظام تنقية غازات آلي، يؤمّن هذا الفرن درجة عالية من تنقية الانبعاثات الغازية تصل إلى 99%.
إذا تمت مقارنة التحلل الحراري وإزالة الخطر لمعالجة النفايات السائلة، تصبح تقنية التحلل الحراري خاسرة وقليلة الفعالية مقارنة بإزالة الخطر في الأفران الإعصارية.
يعمل الإعصار وفق مبدأ القصور الذاتي. فهو ينقّي الوسط العامل تحت تأثير الجاذبية والقوة الطاردة المركزية. تؤثر القوة الطاردة المركزية بحيث تنفصل الجسيمات الصلبة عن الكتلة الرطبة والهوائية وتصطدم بالجدران الداخلية. ويمكن أن تكون العملية مستمرة بفضل المغذي اللولبي. ويمكن تجهيز المعدات بمبادل حراري بأي وسيط حراري، وكذلك نظام ГОУ لتنقية الغازات الدقيقة. من مزايا الأفران الإعصارية: الإتاحة، السعر المقبول، الكفاءة العالية، وإمكانية التحكم في العمليات.
تُعد من عيوب التحلل الحراري: تعقيد الأفران؛ غلاء المعدات؛ الحاجة إلى عدد كبير من العاملين. وتفوق قائمة العيوب المزايا المحتملة للطريقة.
عند النظر في إمكانية التحلل الحراري لحمأة الحمأة، فإلى جانب الحصول على سائل التحلل الحراري الذي يمكن استخدامه كمواد أولية للصناعة الكيميائية، ولا سيما لإنتاج الوقود وتخليق المذيبات العضوية والكواشف، تحصل الجهة المُشغّلة على كميات كبيرة من الكوك الصلب ذو المحتوى المرتفع من المعادن الثقيلة الذي يتعيّن التخلص منه، ما يزيد إلى حد كبير التأثير السلبي على البيئة. لذلك، قبل احتساب الجدوى الاقتصادية، من المهم احتساب تكاليف إزالة خطر الكوك (نفاية التحلل الحراري).
مقارنة طرق التحلل الحراري وإزالة الخطر (الحرق) للنفايات السائلة
| التحلل الحراري | إزالة الخطر (حرق) النفايات السائلة |
|---|---|
|
يتطلب تحضير النفايات بعد المعالجة يبقى كوك مُثرى بالمعادن الثقيلة بنسبة 30–60% من الحجم، ويتطلب معالجة لاحقة. |
لا يتطلب تحضيراً للنفايات بعد المعالجة يبقى رماد منزوع الخطورة بنسبة 3–6% لا يتطلب معالجة لاحقة. ومن الممكن استخدامه في الإنتاج.
انظر مقالة حول الاستخدامات الممكنة للرماد المتبقي |
|
التحلل الحراري لحمأة الحفر المشبعة بالماء ممكن (تحلل حراري منخفض الحرارة):
|
إزالة خطر حمأة الحفر المشبعة بالماء ممكن (تفكك حراري عالي الحرارة):
|
|
طريقة التحلل الحراري لحمأة مياه الصرف صعبة للغاية بسبب كمية الماء الكبيرة وانخفاض القيمة الحرارية للنفايات. وهنا يلزم استخدام تقنية معالجة ثلاثية المراحل تتضمن التخلص من الكسر السائل والحصول على الحمأة. بعد ذلك يلزم معالجة الكسر السائل. ويتطلب المُتبقي إزالة الشوائب. كما يلزم تنقية الغازات المنبعثة. للحصول على غاز تخليق يتكون أساساً من CO وH2، يلزم كميات كبيرة من الفحم النباتي كي تمر الغازات المتولدة عن التحلل الحراري عبر طبقة من الفحم النباتي المسخّن إلى 1000 °C. |
طريقة إزالة خطر حمأة مياه الصرف ممكنة في الأفران الإعصارية. يُستخدم أسلوب أحادي المرحلة للتخلص عالي الحرارة من الخطورة. لا يتطلب فصل الكسر السائل. |
| مزايا التحلل الحراري | مزايا إزالة الخطر |
|---|---|
|
|
| مبدأ عمل المرجل القائم على التحلل الحراري | مبدأ عمل الفرن الدوّار |
|---|---|
|
يعمل المرجل القائم على التحلل الحراري طويل الاحتراق وفق مبدأ التقطير الجاف — وهذه العملية تختلف في جوانب عدة عن الاحتراق العادي. ففي الحجرة الأولى، وتحت تأثير درجات حرارة مرتفعة، يتكوّن الغاز. ثم يدخل إلى الحجرة الثانية حيث يبدأ بالاحتراق عند ملامسته للكربون النشط والأكسجين.
يمكن توجيه الطاقة الحرارية المتحصلة إلى وسيط حراري. |
تُحمَّل النفايات في قادوس الاستقبال، ومنها إلى ناقل لولبي، وتُغذّى إلى الحجرة الرئيسية الدوّارة وتمر عبر لهب الموقد. وتحت تأثير درجات حرارة عالية يبدأ الاحتراق في وسط أكسجين الهواء. تتحرك النفايات داخل الحجرة الرئيسية الدوّارة (حجرة الاحتراق) للمحرقة، حيث تتعرض لدرجات حرارة مرتفعة. ونتيجة احتراق النفايات تتكوّن الغازات الدخانية وتنتقل من الحجرة الرئيسية إلى الحجرة الثانوية، فيما ينتقل الرماد إلى مُلتقط الرماد — نظام التفريغ الآلي للرماد. |
| تقنية التحلل الحراري (تفكك حراري منخفض الحرارة بلا أكسجين) | تقنية إزالة الخطر (تفكك حراري عالي الحرارة بوجود الأكسجين) |
|---|---|
|
يمثّل التحلل الحراري تفككاً حرارياً للمادة الأصلية (تتضمن تفاعلات التحلل الحراري تهديم البنية المعتادة للمادة بواسطة درجة حرارة مرتفعة مع تقييد وصول الأكسجين)، وينتج عنه نفاية سامة (كوك مع معادن ثقيلة، لا تقل خطورته عن الفئة III) تتطلب إزالة الخطر في محرقة أو بطرق كيميائية أو عالية الحرارة أخرى. ومع ذلك، لتطبيق التحلل الحراري مثلاً على حمأة مياه الصرف، يجب أولاً نزع ماء النفايات، ثم تجفيفها، ثم إزالة خطر ناتج التحلل الحراري، وغالباً ما تُستخدم لذلك محرقة. وعليه، قد يتطلب ضمان العمليات التكنولوجية في دورة مغلقة الجمع بين تقنيتين: التحلل الحراري وإزالة الخطر. |
تمثّل إزالة الخطر عملية تفكك حراري عند درجات حرارة مرتفعة بوجود الأكسجين. وتهدف إزالة الخطر إلى تقليص التأثير الضار للنفايات على الإنسان والمحيط الحيوي. هدف الطريقة: تحقيق المؤشرات التالية:
ينبغي أن يؤدي التخلص من الخطورة إلى خفض فئة خطورة المواد، مثلاً من III إلى V. تُوجّه الدورة بشكل متكرر إلى محرقة لإزالة الخطر. وتُطلَق الغازات المُنقّاة إلى الغلاف الجوي. وبفضل أتمتة عملية فصل الرماد المتبقي يمكن الحصول على مُكوّن خامل ذي جودة وقيمة عالية، يُعد مثالياً كموارد مادية ثانوية — مثلاً — كبديل للرمل في إنتاج المنتجات البوليمرية الرملية، وللاستبدال الجزئي أو الكامل للرمال المسامية وخفض الكثافة المتوسطة للخرسانة. |
| ربحية التحلل الحراري للنفايات | ربحية إزالة الخطر الحرارية للنفايات |
|---|---|
|
تُحدد ربحية عمل المُعالِج بطريقة التحلل الحراري وفق المعايير التالية:
لا تُعد الطريقة شاملة لكل النفايات، فعلى سبيل المثال من حمأة المياه أو الرشاحات لا يمكن الحصول على نفط تخليقي، أو غاز تخليقي عالي الجودة، أو بارافينات أو زيوت ثقيلة، إلخ. أي إن المُعالِج يحتاج إلى عقود مضمونة طويلة الأجل لمدة 5–7 سنوات لقائمة محددة من النفايات (الملائمة للتحلل الحراري) لأجل عمل ناجح ومستمر وضمان فترة استرداد، وهو ما يزيد في ظل المنافسة العالية والاعتماد على المورّدين والتغييرات التشريعية المنتظمة المخاطر التجارية على المُعالِج. تعتمد كميات المواد المتكونة في عملية التحلل الحراري بشكل مباشر على التركيب الأولي للنفايات المنزلية الصلبة وعلى الظروف القائمة أثناء عملية التحلل الحراري نفسها. |
تُحدد ربحية عمل المُعالِج بطريقة إزالة الخطر وفق المعايير التالية:
*شركة Eco-Spectrum تمتلك ترخيصاً لمزاولة النشاط التعليمي، ويستطيع عملاؤنا الحصول مجاناً على تعليم إضافي (مهنة جديدة) «مشغّل محرقة»
إن الطريقة شاملة لجميع النفايات، فمثلاً من حمأة المياه أو الرشاحات يمكن الحصول على حرارة، كهرباء، مادة خام خاملة (رماد فئة 5)، وثاني أكسيد الكربون (CO2). علاوة على ذلك، يحصل المُعالِج على امتيازات تتعلق بالالتزام بخطط خفض البصمة الكربونية (بفضل تطبيق وحدة التقاط CO2 المطوّرة من قِبل شركة Eco-Spectrum). وبالتالي لا يعتمد المُعالِج على مواد خام واردة ثابتة، ويمكنه استقبال أي نفايات بتركيبات مكوّنية مختلفة، ما يزيد جاذبية نشاطه التجاري ويقلّص فترات الاسترداد إلى 1–2 سنة. ومع اتجاه التشريعات نحو الاستفادة الطاقية تصبح هذه التقنية أكثر طلباً عاماً بعد عام في مجال إدارة ومعالجة النفايات. |
ملاحظة: إزالة خطر الغازات المنبعثة لنوعي الأفران الحجيرية والدوّارة. في الغرفة الثانوية (غرفة ما بعد الحرق) تُحرق المركبات العضوية في الغازات الدخانية التي لم تتحلل في الغرفة الرئيسية عند درجة حرارة مرتفعة بفضل احتجاز الغازات لمدة لا تقل عن ثانيتين عند درجة حرارة مرتفعة (لا تقل عن 850 °C)
يدخل الغاز المسخّن إلى درجة حرارة عالية من الغرفة الثانوية إلى المبادل الحراري، فتَنخفض حرارته إلى قيمة تسمح بتشغيل نظام تنقية الغازات. ويمكن استخدام الحرارة المتحصلة للاحتياجات المنزلية أو الإنتاجية للمنشأة بوصفها موارد مادية ثانوية (ВМР).
تُوجّه الغازات الدخانية من المبادل الحراري إلى نظام تنقية الغازات، الذي يتكون من إعصار خلية بطاريات، ومرشح إعصاري، ومرشح كيسي، وممتزّ كربوني بنظام حقن إضافي لمتفاعل قلوي جاف؛ وتعتمد التشكيلة على نوع النفايات والتركيب المحتمل للانبعاثات الصناعية. ويحدث اصطياد لجسيمات الغبار وثاني أكسيد الكبريت وكلوريد الهيدروجين والمعادن الثقيلة والشوائب العضوية.
من الممكن تجهيز المعدات لالتقاط CO2 بهدف تسويقه كموارد مادية ثانوية.
اختيارياً يمكن أن يكون نظام تنقية الغازات رطباً أو مختلطاً وفقاً لجودة الانبعاثات المطلوبة والمتطلبات المناخية.
وبفضل تطبيق نظام معالجة المياه، يُقصى تصريف المياه إلى البيئة، وتُلتقط حمأة معالجة المياه.
تواصلنا مع مدير شركة «سلامة الزئبق» بشأن خبرة العمل على أفران التحلل الحراري، وإليكم تعليقه:
فاليري غيناديفيتش ماكسيموفيتش — مؤسِّس شركة ذات مسؤولية محدودة «الوكالة "سلامة الزئبق"».
سألنا فاليري غيناديفيتش أن يشاركنا خبرته في العمل على أفران التحلل الحراري، وهذا ما قاله:
تم ضبط العديد من العمليات تجريبياً، وبشكل شبه يدوي. لقد قامت فريق من المهندسين والكيميائيين، وأنا كيميائي بالتعليم وكان يهمّني شخصياً «ترويض» التحلل الحراري، ببذل الكثير من الوقت والمال قبل أن نحصل على منتج تجاري جيد الجودة. لقد جُلتُ في بلدان كثيرة بحثاً عن تقنية تحلل حراري موثوقة ومجربة، وتأكدت من عدم وجود تحلل حراري شامل، ولا تقنية عاملة على «كل وأي» نفايات، ولا ما يُسمى «تقنية تحلل حراري أكّالة لكل شيء»، ولا معدات تعمل دون أعطال. الكثير يعتمد أيضاً على مؤهلات وخبرة طاقم التشغيل.
في الواقع اضطررنا لتفكيك وحدة التحلل الحراري وتحسينها بجهودنا كي نُبرر ولو جزئياً الأموال المستثمرة. لذا أؤكد مجدداً أن التحلل الحراري ليس تقنية إعجازية يُصوّرها كثيرون كاستثمار مربح واسترداد سريع مع الحد الأدنى من الاهتمام والتكاليف؛ إنها تبدو فقط متاحة ومفهومة ومربحة، لكن فعلياً عملنا سنوات عديدة بلا ربح، وأحياناً بخسارة، ويجب أن يكون المُعالِجون مستعدين لذلك.
إذا قارنّا مع تقنية الحرق (الإنسِّنِراسية)، فهي أكثر قابلية للتنبؤ، والعمليات أكثر قابلية للضبط، وقائمة النفايات الممكن معالجتها واسعة جداً ولا تتطلب أي تحضير أو فرز دقيق، ما يجعل تقنيات الحرق جذابة ومتاحة لخطوط أعمال عديدة.
الاستنتاجات:
يمكننا الاستنتاج أنه عند اختيار معالجة فعّالة للنفايات السائلة مقارنة بتقنية التحلل الحراري، فإن الأفران الإعصارية من سلسلة HURIKAN C، والأفران الدوّارة من سلسلة HURIKAN R، والأفران ذات الحجرة من سلسلة HURIKAN مع إمكانية الحصول على الطاقة الحرارية والكهرباء وثاني أكسيد الكربون CO2 والرماد الخامل، ستحوّل قطاعاً خاسراً إلى قطاع عالي الربحية، يحل ليس فقط المشكلة البيئية بل ومشكلة الطاقة أيضاً. إن استخدام محارق إعصارية ودوّارة وحجيرية من تصنيع Eco-Spectrum يساهم في تحسين العمليات الإنتاجية وتوفير الوقت وزيادة الإيرادات وتبسيط إدارة النفايات في المنشأة.
محرقة إعصارية من سلسلة HURIKAN C
شركة Eco-Spectrum تقدّم معدات مبتكرة من تطويرها وإنتاجها — الفرن الإعصاري لمعالجة (إزالة خطورة) النفايات السائلة HURIKAN C بطاقة حتى 7 طن/ساعة.
نعمل حالياً على مشروع معالجة رشاحات مواقع الطمر، وحمأة الحمأة، ومنتجات التناضح العكسي بطلب من شركة «فودوكانال».
أجرينا دراسات بمشاركة مختبر مستقل معتمد لتأكيد صداقة الطريقة للبيئة وجدوائيتها الاقتصادية.
كاتب المقال
ديفليتوفا أوكتيابرينا شاكيـروفنا
المؤسسة والمديرة العامة لشركة «Eco-Spectrum»
«خبير قضائي. خبرة بيئية قضائية»
