کربن فعال همچنان به عنوان راهی برای تولید یک محصول برتر و قابل فروش از زباله های زیست توده، علاقه مندی را به خود جلب می کند. به عنوان یک جاذب قدرتمند، مواد مبتنی بر کربن در همه چیز از تصفیه آب گرفته تا بازیافت طلا استفاده شده است.
ماهیت نوپا این صنعت اما علاقه مندان به تولید کربن فعال را با سوالات زیادی مواجه کرده است. به عنوان یک تولیدکننده پیشرو کورههای کربن فعال در مقیاس تجاری ، ما نمای کلی زیر را در مورد این سیستمهای تبدیل حرارتی برای کمک به ارزیابی دوام یک فرآیند مورد نظر گردآوری کردهایم.
ظرفیت مورد نیاز
یکی از چالش برانگیزترین جنبه های عملیات کربن فعال، بازده نسبتا کم است. تقریباً فقط 15٪ از مقدار اولیه اولیه به عنوان محصول از فرآیند خارج می شود، اگرچه خروجی به نوع ماده اولیه و همچنین محتوای کربن آن بستگی دارد (معمولاً هرچه محتوای کربن بیشتر باشد، بازده کمتر است).
به این ترتیب، در دسترس بودن مواد و منابع باید در ابتدای پروژه در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که منبع قابل اعتمادی از مواد اولیه می تواند به آسانی و از نظر اقتصادی در بلندمدت تامین شود.
زیرساخت سیستم
در حالی که فرآیند تبدیل واقعی نسبتاً ساده است، پردازش زیست توده به کربن فعال به یک سیستم پیچیدهتر از آنچه که بیشتر پیشبینی میشود نیاز دارد، معمولاً به دنبال پیشرفت نشاندادهشده در اینجا:
یک مرکز تولید کربن فعال معمولی شامل موارد زیر است:
تجهیزات اولیه
خشک کن زیست توده
برای اینکه زیست توده به طور موثر تحت کربن شدن قرار گیرد، میزان رطوبت باید کمتر از 10٪ (از نظر وزن) باشد. از آنجایی که زیست توده خام معمولاً بین 40 تا 60 درصد رطوبت وارد می شود، اکثر تأسیسات قبل از فرآیند تبدیل واقعی نیاز به فرآیند خشک کردن دارند.
خشک کردن زیست توده معمولاً در یک خشک کن درام دوار با سوخت مستقیم گاز طبیعی با محفظه احتراق انجام می شود .
کربن سازی و فعال سازی
فرآیند تبدیل در دو کوره دوار غیرمستقیم انجام می شود : یکی برای کربنیزاسیون و دیگری برای فعال سازی. یک کوره غیرمستقیم شامل یک درام دوار مهر و موم شده است که در داخل یک کوره یا پوشش حرارتی می چرخد. تعدادی مشعل چندین ناحیه گرمایشی در طول کوره ایجاد می کنند تا دمای پردازش داخل درام را کنترل کنند.
کربن سازی
زیست توده خشک شده به کوره کربنیزاسیون وارد می شود که از فولاد ضد زنگ ساخته شده است و برای یک عملیات معمولی اندازه آن از 4 تا 13+ در قطر و 40 تا 110+ در طول متغیر است. طول واقعی کوره گرم شده بسته به اندازه واحد متفاوت است، اما می تواند از 30 تا 90+ باشد. کربنیزاسیون در حدود 750 درجه فارنهایت اتفاق می افتد، در این نقطه بیشتر ناخالصی ها تبخیر می شوند و مواد به کربن خالص تبدیل می شوند.
در طول کربنسازی، ممکن است لازم باشد که نیتروژن به کوره تزریق شود تا یک محیط بیاثر حفظ شود و از احتراق جزء کربنی خوراک جلوگیری شود.
فعال سازی
مواد کربنی از کوره کربنیزاسیون خارج می شود و به کوره فعال سازی تغذیه می شود که در دماهای بسیار بالاتر کار می کند و بنابراین از فولاد ضد زنگ با دمای بالا ساخته شده است. این کوره از نظر اندازه با کوره کربنیزاسیون قابل مقایسه است.
فعال سازی در حدود 1750 درجه فارنهایت با تزریق بخار اشباع انجام می شود که باعث می شود ناخالصی های باقی مانده تبخیر شده و مواد به کربن فعال تبدیل شوند.
خنک کننده محصول
موادی که از کوره فعالسازی خارج میشوند معمولاً در حدود 1800 درجه فارنهایت هستند و باید قبل از هر گونه جابجایی بیشتر تا حدود 120 درجه فارنهایت خنک شوند.
چندین ترتیب خنک کننده در دسترس است. یک کولر چرخشی غیرمستقیم اغلب برای انجام فرآیند خنکسازی استفاده میشود، زیرا از هر گونه خطر حباب شدن، یا جارو شدن ریزدانهها در جریان هوا و خروج از سیستم گاز خروجی جلوگیری میکند (در این مرحله، ماده از یک پودر ریز تشکیل شده است. ).
سیستم های پشتیبانی
تجهیزات ذکر شده در بالا فرآیند تبدیل اولیه را پوشش می دهند، اما چندین سیستم برای پشتیبانی از این فرآیند ضروری است:
اکسید کننده حرارتی
کوره کربنیزاسیون به یک اکسید کننده حرارتی نیاز دارد که به عنوان محفظه احتراق ثانویه یا پس سوز نیز شناخته می شود. این سیستم برای احتراق گازهای فرار تولید شده در حین کربن سازی استفاده می شود.
سیستم تزریق نیتروژن
همانطور که گفته شد کوره کربنیزاسیون نیاز به تزریق نیتروژن دارد. منبع نیتروژن اختصاصی از طریق نازلی که روی دیواره کوره ورودی قرار دارد تزریق می شود. همچنین ممکن است نیتروژن در اطراف مهر و موم تزریق شود تا از ورود هوا جلوگیری شود.
سیستم بویلر
برای تولید بخار اشباع که در طی فرآیند فعال سازی تزریق می شود، به یک سیستم دیگ بخار نیاز است. این سیستم معمولاً از یک دیگ بخار کوچک یا تجاری و همچنین تصفیه شیمیایی برای آب تغذیه تشکیل شده است.
تامین آب اختصاصی
از آنجایی که کولر از نوع سیل آب غیر مستقیم است، تامین آب اختصاصی ضروری است.
سیستم خرد کردن
فرآیند تبدیل برای بهترین نتایج به یک ماده اولیه با اندازه یکنواخت نیاز دارد (اندازه غیریکنواخت منجر به گرمایش ناهموار و در نتیجه نتایج متناقض می شود). از آنجایی که زیست توده در اشکال و اندازههای بسیاری، حتی از یک منبع وجود دارد، یک سیستم خرد کردن اغلب در قسمت جلویی فرآیند، قبل از خشک کردن ضروری است.
مواد اولیه بسته به مواد در محدوده 6 میلی متر تا 40 مش خرد می شوند.
تجهیزات جانبی
علاوه بر سیستم ها و تجهیزاتی که قبلاً ذکر شد، چندین نوع دیگر از تجهیزات جانبی برای پشتیبانی از تسهیلات و عملیات پردازش مورد نیاز خواهد بود. این تجهیزات اضافی معمولاً در محدوده قیمت بودجه گنجانده نمی شود، اما معمولاً شامل موارد زیر است:
- سیلوهای ذخیره خوراک
- انتقال خوراک
- تجهیزات غربالگری
- کوله بری
- کنترل ها
- کنترل آلودگی هوا
ملاحظات دیگر
فرآیند کربن فعال و توسعه محصول
در حالی که تبدیل زیست توده به کربن فعال در تئوری نسبتاً ساده است، در عمل به دلیل طیف متنوع انواع مواد اولیه و منبع خاص ویژگیهای مواد اولیه به سرعت پیچیده میشود.
به همین دلیل، آزمایش کوره دوار در تأسیساتی مانند مرکز نوآوری یک گام اساسی در تأیید امکانسنجی فیزیکی و اقتصادی فرآیند مورد نظر است. علاوه بر این، آزمایش را می توان از مقیاس دسته ای به مقیاس آزمایشی برای ارزیابی بیشتر و بهینه سازی فرآیند برای تولید مشخصات دقیق محصول مورد نظر (محتوای کربن، مقدار حرارت، تعداد ید و غیره) افزایش داد.
متغیرهای زیادی بر فرآیند تبدیل و ویژگیهای محصول نهایی تأثیر میگذارند، از جمله:
- نوع و گونه زیست توده
- چگالی ظاهری مواد اولیه
- زمان اقامت
- درجه حرارت
- اندازه ذرات
- شیب درام و سرعت
نتیجه
پتانسیل بازار برای پردازش زیست توده به کربن فعال همچنان در حال رشد است. تولیدکنندگانی که به دنبال بررسی قابلیت اجرای یک پروژه بالقوه هستند، ابتدا باید محدودیتهای ظرفیت کسبوکار و همچنین مقیاس سیستم و تمام اجزای ضروری آن را درک کنند. کسانی که علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد فرآیند یا توسعه محصول برای تولید کربن فعال یا کوره های کربن فعال سفارشی هستند، باید تماس بگیرند.