بازیابی حرارت از سرباره مذاب صنایع آهن و فولاد با رویکرد بازیابی بواسطه انجام واکنش های شیمیایی- حمید رضا عسگری؛ حمید رضا عظیمی؛ سید مجید آیت- گروه عطران

0

بازیابی حرارت از سرباره مذاب روشی موثر و کارآمد برای کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار گاز گلخانه ای دی اکسید کربن در صنایع تولید فولاد است. سرباره مذاب معمولاً با دمای بین 1723 تا 1923 کلوین از کوره خارج می شود و لذا حاوی مقادیر معتنابهی انرژی است. با این حال، بازیابی حرارت از سرباره عموماً با چالش های جدی مثل پایین بودن هدایت حرارتی، کریستاله شدن داخل سرباره و موجودیت ناپیوسته سرباره روبرو است.

در چند دهه گذشته، چندین روش شیمیایی برای استحصال گرمای محسوس سرباره بسط و توسعه داده شده است که از آن میان می توان به واکنش رفرمینگ متان، تبدیل به گاز نمودن کک و تغییر ماهیت مستقیم سرباره و کاربری آن اشاره نمود. این روشها، دقیقاً با چالش هایی که در بالا بدانها اشاره شد رو به رو هستند.

در خلال بازیابی حرارت با روش های شیمیایی، سرباره تنها بعنوان حامل انرژی عمل نمی کند و نقش های دیگری مثل کاتالیست یا ماده واکنشگر را در واکنش شیمیایی ایفا می کند که همین امر موجب گسترش  زمینه کاربرد آن می شود. تولید سوخت گازی با استفاده از گرمای قابل بازیافت در حال حاضر پرطرفدار ترین شیوه در تحقیقات طرح و توسعه ای است که طی این فرآیند، انرژی گرمایی سرباره قابل تبدیل به انرژی شیمیایی با کیفیت بالا به شکل سوخت گازی است.

کلمات کلیدی: مذاب، بازیابی حرارت، روش های شیمیایی، تولید سوخت گازی

 

مقدمه

صنعت تولید فولاد صنعتی با مصرف انرژی بالا و در نتیجه با انتشار دی اکسید فراوان است و حدود 9 درصد از کل انرژی تولیدی دنیا ]1[صرف این صنعت می شود. همچنین این صنعت مسبب انتشار 25 درصد از کل انتشار دی اکسید کربن از صنایع  جهان محسوب می شود ]3و2[. همچنین تحقیقات جدید در زمینه ردپای گازهای گلخانه ای و جریان مواد در این صنعت حاکی از آن است که صنعت تولید فولاد از منظر زیست محیطی صنعتی پایدار نیست ]5و4و2[.

آقای فروهان و همکاران ]6 [ پتانسیل صرفه جویی انرژی در صنعت فولاد را حدود 25 درصد تخمین زده اند. لذا صنعت آهن و فولاد پتانسیل بالایی برای تبدیل شدن به صنایعی در زمره توسعه پایدار را خواهد داشت و طبق گزارش آقایان بیسیو ]7[ و براتی ]8[، دمای بالای ، بزرگترین منبع عدم توسعه در صنایع فولاد است. برای سنگ آهن های با عیار متوسط (60 تا 66 درصد)، در کوره بلند عموماً حدود 3/0 تن سرباره به ازای هر تن چدن مذاب و در کوره های فولاد سازی حدود 1/0 تا 15/0 تن سرباره به ازای هر تن فولاد تولیدی سرباره تولید می شود ]9[.

با استفاده از این نسبتها می توان گفت که در حال حاضر در سرتاسر جهان حدود 400 میلیون تن سرباره تولید می شود ]10[. این با دمای بین 1723 تا 1923 کلوین به محیط وارد می شود و گرمای هدر رفته با این حجم سرباره بیش از 1019×5 ژول (با آنتالپی 6/1 گیگاژول بر تن سرباره) خواهد بود ]11[. در کشور ایران متاسفانه هنوز هیچ روش شیمیایی یا حتی فیزیک برای بازیابی حرارت از سرباره مذاب به منصه ظهور نرسیده و طبق چشم انداز و برنامه توسعه ای ایران تا سال 1404 که پیش بینی تولید فولاد 55 میلیون تن خواهد بود حدود 1017×5 ژول انرژی به طور سالانه به هدر خواهد رفت.

لذا تعریف و پیاده سازی روش های بازیابی حرارت از سرباره امری جدی و فوق العاده مهم محسوب می گردد. همانگونه که قبلاً نیز ذکر شد بازیابی حرارت با چالش های جدی مثل هدایت حرارتی پایین سرباره، کریستاله شدن داخلی سرباره و پیوسته نبودن فرآیند تولید آن است.

 

– معرفی روش های شیمیایی بازیابی حرارت از سرباره

2-1- تولید سوخت گازی

2-1-1- واکنش های تجزیه متان

در حال حاضر واکنش رفرمینگ متان – بخار که با کاتالیست های نیکل انجام می شود،به طور گسترده ای برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد ]13و12[

گرمای محسوس سرباره می تواند گرمای مورد نیاز واکنش رفرمینگ متان – بخار آب را تامین نماید و از طرفی خود نیز به عنوان کاتالیست موثر ایفای نقش خواهد نمود. این مفهوم اولین بار توسط آقای کاسای در سال 1997 معرفی شد و در شکل 1 نشان داده شده است ]14[. گرمای قابل بازیافت سرباره داغ بواسطه واکنش شماره 1 در رفرمر بخار بازیابی می شود و سپس گازهای داغ تولید شده تا دمای اتمسفر سرد می شوند؛

بعد از آن، حرارت به واسطه واکنش برگشتی واکنش1 برای تولید بخار استفاده گردیده و در همین حین متان باززایی می شود.

2-1-2-پروسه واکنش رفرمینگ متان

سرباره مذاب حاوی حرارت محسوس بسیار بالایی است و از سویی بسیاری از واکنش های شیمیایی در صنایع مختلف فرآیندهایی گرماگیر محسوب می شوند. این امر محققان را به ترکیب روش های بازیابی حرارت با واکنش های شیمیایی گرماگیر تهییج نمود. این موضوع، مفهوم روش های شیمیایی برای بازیابی حرارت است. در این روش، گازهای واکنشگر جهت سرد کردن ذرات گرانوله شده سرباره مورد استفاده قرار می گیرند. گرمای بازیابی شده از سپس به انرژی شیمیایی مبدل می شود.

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Call Now Button