احداث واحد تولید شبه قیر از زباله

مقدمه

دفع و بازیافت زباله، یکي از معضلات جهان امروز، خصوصا کشورهاي جهان سوم و در حال توسعه است. بسیاري از زباله هاي تولیدشده مثل پس ماندهاي غذا، قابل بازگشت به چرخه طبیعت هستند؛ اما برخی از آنها مانند شیشه و پلاستیلث تجزیه نمیشوند و بعضی دیگر هم مدت زیادي طول میکشد تا به چرخه طبیعت برگردند بازیافت مواد یکی از راه حل های مهم و قابل توجه در رابطه با مواد در دنیای امروز است . بازیافت در حقیقات تبدیل زباله به کالای قابل استفاده است . با توجه به اینکه زباله مخلوطی از مواد مختلف میباشد بدون شک اولین مرحله کار تفکیک زباله است و در نهایت در این فرآیند با توجه به مشکلات تفکیک ، فرآیندهایی که به تفکیک کمتری نیاز دارند، پر طرفدار تر خواهند بود . از طرفی در این مورد خاصی بازیافت ، محصول ، ماده ایست برای مصرف در آسفالت و عایق سازی و عایق کاری ، که امروزه در کشور مورد نیاز بوده و به دلیل کمبود عرضه در بازار بورس ، دارای قیمت بالا است و طالبان بسیاری دارد.
طرح زیر بطور خلاصه دارای مزیتهای فراوانی است که برخی از آنها در زیر آمده است:

1. دفع زباله که خود بعنوان یکی از معضلات اصلی و مهم شهری مطرح است
2. استحصال شبه قیر که مورد مصرف فراوان دارد
3. اشتغالزایی
4. ایجاد جایگزین برای قیر نفتی و ایجاد امکان استفاده از فرآورده های قیر برای ایجاد ارزش افزوده بیشتر

به این ترتیب واضح است که چنین طرحی باید از بعد اقتصادی ، دارای آینده درخشانی باشد.

معرفی قیر

نفت خام مخلوط پیچیده ای است از هیدروکربن ها که محدوده وسیعی از نقطه جوش را در بر می گیرد. هیدروکربن ها از مولکول های مختلفی تشکیل شده اند که ساده ترین و سبک ترین آنها متان ( به صورت گاز) و سنگین ترین آنها قیر می باشد. هیدروکربن ها اغلب %50 تا %98 نفت خام را تشکیل می دهد.

هیدروکربن های موجود در نفت خام عبارتند از (PONA):

• پارافین ها یا آلکان ها (ترکیبات زنجیری سیر شده)
• اولفین ها یا آلکن ها ( ترکیبات زنجیری سیر نشده)
• نقتن ها ( ترکیبات حلقوی سیر شده )
• آروماتیک ها ( ترکیبات حلقوی سیر نشده)

ترکیبات ناخالصی موجود در نفت خام

• ترکیبات اکسیژنه موجود در نفت شامل اسیدها و فنل ها می باشد. اسیدهای موجود در نفت بیشتر بصورت مشتقات سیکلانی یا نفتنی هستند.اسیدهای غیر حلقوی نیز بصورت های اشباع شده و یا غیر اشباع وجود دارند.
• ترکیبات سولفوره : اغلب نفت ها شامل گوگرد آزاد بصورت محلول یا در ترکیب می باشند. خاصیت خورندگی وبوی نامطبوع نفت بعلت وجود ترکیبات گوگردی است.
• ترکیبات ازته : ازت می تواند به یکی از صورت های زیر در ترکیب نفت خام وجود داشته باشد: کینولوئین- پیریدین – کار بازول – پیرول
• مشتقات فلزی : هرگاه مواد باقیمانده از تقطیر نفت خام را بسوزاند؛ از خود خاکستری بر جای می گذارد که شامل برخی از ترکیبات فلزی است . حاوی عناصری مانند سیلیس ، آهن ، آلومینیوم ، کلسیم ، منیزم ، نیکل، سدیم و وانادایم می باشند.
• کاتالیست های فرآیند کراکینگ
• فرآیندهای کاتالیستی به دلیل افزایش سرعت واکنش و تسریع آن ها و علاوه بر این ها باعث افزایش عدد اکتان در بسیار از محصولات نفتی از جمله در فر آیند کراکینگ کاتالیستی
  کاتالیست های فرآیند کراکینگ:
  کاتالیست های تجاری کراکینگ را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
  1. آلومینوسیلیکات های طبیعی عمل آوری شده با اسید.
  2. ترکیب های سیلیسی-آلومین سنتزی بی ریخت
  3. کاتالیست های سیلیس آلومین سنتزی بلورین که زئولیت ها یا غربال های مولکولی نامیده شدند.

  امروزه بیشتر کاتالیست های مورد استفاده در واحدهای تجاری یا از دسته نوع سوم بوده و یا مخلوطی از دسته های دوم و سوم هستند.

مزایای کاتالیست های زئولیتی در مقایسه با کاتالیست های طبیعی و سنتزی بی ریخت عبارت اند از:

• تولید بنزین با بهره بالاتر به ازای تبدیل معین
• تولید بنزین با درصد بالاتر از هیدروکربن های پارافینی و آروماتیکی
• بهره پایین تر برای تولید کک
• افزایش تولید ایزوبوتان
• توان دستیابی به تبدیل های بالاتر در هر گذر بدون کراکینگ اضافی

فعالیت زیاد کاتالیست کراکینگ زئولیتی انجام واکنش کراکینگ را در مدت اقامت کوتاه را ممکن می سازد و بدین ترتیب در اغلب واحدهای کراکینگ استفاده از روش عملیات کراکینگ در خط بالابرنده میسر شده. در این حالت تاثیر منفی رسوب کربن بر فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست کمینه می شود زیرا میزان پس اختلاط کاتالیست در خط بالابرنده قابل توجه نیست. به علاوه می توان از خطوط بالابرنده متفاوتی برای کراکینگ جریان بازگردانی و خوراک تازه استفاده کرد به ترتیبی که هر یک در شرایط بهینه خود شکسته شوند.

اثرات کاتالیستی کاتالیست های زئولیتی تنها با موجودیت ۱۰ تا ۲۵ % زئولیت در کاتالیالیست در گردش کامل می شود. و باقیمانده ان را سیلیس – آلومین بی ریخت تشکیل می دهد. کاتالیست های بی ریخت مقاومت سلیشی بیشتری دارند و از کاتالیست های زئولیتی ارزانتر می باشند. برای کاتالیست های بی ریخت فعالیت و گزینش پذیری بیشتری از جهت تولید بنزین با زئولیت ارزانتر و شدت جریان جبرانی کمتر تواما حاصل می شود. سرعت سایش کمتر کاتالیست و سرعت نشر ذرات را بهبود می بخشد.

ترکیب نیتروژن دار پایه آهن و نیکل یا وانادیم و مس در خوراک همانند سم کاتالیست کراکینگ عمل می کنند. نیتروژن با مراکز اسیدی کاتالیست واکنش داده فعالیت کاتالیست هرا کاهش می دهند. فلزات روی کاتالیست رسوب کرده و تجمع می کنند و به دلیل تشکیل فزاینده کک و تقلیل کک سوخته شده به ازای مقدار واحد هوا از طریق کاتایست کردن احتراق کک به دی اکسید کربن به جای منوکسید کربن موجب تقلیل ظرفیت عملکرد می شوند.

این مطلب معمولا پذیرفته شده است که تاثیر نیکل بر فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست حدود ۴ برابر تاثیر وانادیم است و برخی از شرکت ها از مقدارهای خاصی برای بیان رابطه همبستگی تاثیر فلزات استفاده می کنند در حالی که شرکت های دیگر مقادیر دیگری را مورد استفاده قرار می دهند. هر چند رسوب کردن نیکل و وانادیم بر روی کاتالیست به دلیل اشغال مراکز فعال کاتالیست فعالیت آن را تقلیل می دهد ولی تاثیر عمده آن افزایش فراورده های گازی و کک و کاهش بهره تولید بنزین به ازای درجه تبدیل معین است.

انواع قیرها

• قیر طبی:
  ساخت نوعی کاتالیزور (کاتالیزگر) نفتی جدید با استفاده از فن آوري نانو یافت شرکت توسعه دهنده نانو مواد، فرآیندها و تجهیزات پالایشی جدید براي استفاده در بخش انرژي هاي جایگزین و انرژي هاي موجود، از نتایج موفقیت آمیز آزمایش مستقل محصول شرکت Refinery Science با نام تجاري Nano-cat خبر داد. محققان آزمایشهایی را براي افزایش درجه خلوص نمونه هايي از محصول Cold Lake Bitumen با استفاده از Nano-cat در یافت راکتور ویژه با کاربرد خاصی متعلق به شرکت Refinery Science انجام دادند.

  فن آوري نانو تغییراتي بنیادي در نحوه تولید مواد و ابزارها ایجاد کرده است. شرکت Nanoforce اخیرا توانایی خود در ساخت بلو لث هاي سازنده نانو مقیاس با اندازه هاي بسیار دقیق کنترل شده را توسعه داده است. ترکیب این بلولهاي سازنده به گونه اي است که میتوانند به ساختارهایي بزرگتر و با خواص و کارکردهاي منحصر به فرد تبدیل شوند. مواد و پتنت هاي انحصاري به کار رفته در Nano-cat از مواد کاتالیزوري خود سامان به ضخامت تنها یافت مولکول تشکیل شده اند.

  هم اکنون شرکت Refinery Science Corp در حال توسعه یافت راکتور اساسي است که بتوان در آن از Nano-cat براي افزایش درجه خلوص Residual Bottoms Heavy Crude و Extra Heavy Crude که در آمریکاي شمالي یافت مي شوند استفاده کرد.طراحي این راکتور، به منظور بهبود روش هاي خالص سازي سنتي انجام شده است و این کار با بهینه سازي بر هم کنش نفت خام و Nano-cat انجام مي شود. هدف از این کار، کاهش قابل توجه هزینه هاي خالص سازي از طریق انجام نرخ هاي تبدیل بالاتر در دما و فشار پائینتر است؛ به علاوه، با این روش ناخالصی هایی مانند سولفور، نیتروژن و فلزات سنگین به طور قابل ملاحظه اي کاهش مییابند. چگالی نفت بر حسب گران روي API که استاندارد مؤسسه American Petroleum است تعیین ميشود. وقتي بیتو من از زمین استحصال ميشود گران روي آن تقریباً ۹ است و قبل از آنکه بتوان آن را از طریق خطوط لوله براي پالایش بیشتر به پالایشگاه هاي مرکزي انتقال داد باید این رقم را به حداقل 19 API رساند.

  در استحصال اولیه از زمین هاي نفتي، محصولی شبیه Cold Lake Bitumen به دست میآید؛ اما آزمایش هاي انجام شده، در گستره اي از دماها و غلظت هاي کاتالیزوري انجام شد، تا اثرات گسترده عملکرد کاتالیزور مورد بررسي قرار گیرد. همچنین در این آزمایش ها نمونه هایی از محصولات جامد، مایع و گاز جمعآوري و توسط آزمایشگاه مستقلي مورد تحلیل قرار گرفت. به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فن آوري نانو، نتایج حاصل از بررسي هاي آزمایشگاهي Cold Lake Bitumen نشان از افزایش API از مقدار ۹ به بیش از 22 API طي یافت بار عبور محصول از فرآیند کاتالیزوري کم فشار انجام شده با استفاده از Nano-cat دارد.

  به علاوه، نتایج به دست آمده این نکته را تأیید میکند که تنها با مقادیر نسبتا کمي کاتالیزور میتوان به درجه خلوصی API لازم براي نمونه خام بیتو من دست یافت. دکتر ادوارد هاپتمن، مدیر مهندسي Refinery Science Corp در این زمینه مي گوید: نتایج به دست آمده نشان دهنده آن است که محصول Nano-cat، ميتواند به عنوان یافت ماده کاتالیزوري بسیار کارآمد در تصفیه بیتو من به کار رود. ضمن آنکه قابلیت امیدوارکنندهاي را هم براي کاربرد در تاسیسات و چاه هاي نفتي SAGD و نیز استفاده در فرآیندهاي تصفیه متداول فعلي از خود نشان داده است .

• قیر بازیافتی:
  یا همان قیر حاصل از بازیافت زباله، خواص مشابه قیر طبی دارد اما واضح است که ترکیبات آن عینا برای تولید این قیر ابتدا یک بازیافت ابتدایی لازم است تا مواد بازیافتی قابل تبدیل ، بهبود دهنده خواص و غیر مضر باقی مانده و سایر مواد از این چرخه خارج گردد. سپس لازم است در ماشین آلات پیش بینی شده مواد بازیافتی ، تحت تاثیر کاتالیزورها و فشار و دمای حساب شده با شکستن برخی پیوندهای مواد و تشکیل پیوند های جدید، ماده قیری حاصل گردد.

موارد مصرف قیر

قیر موارد مصرف متعدد و در عین حال محدودی دارد. عایق بندی رطوبتی و عایق بندی در برابر خوردگی و استفاده در آسفالت از مهمترین این کاربردها هستند.

بررسی کالاهای جایگزین قیر بازیافتی

برای جایگزینی قیر بازیافتی ، قیر طبیعی ، قیر نفتی ، و قیر پلیمری ، سه ماده جایگزین اصلی تعریف میشوند.

بررسی تکنولوژی و روشهای تولید شبه قیر

قیر بیتوپک یک تکنولوژی جدید و دوستدار محیط زیست بوده که با بسته بندی گریدهای مختلف قیر، با تسهیل در قابلیت جابجایی ضمن صرفه جویی در هزینه های حمل و انرژی استفاده آسانتر از محصول را برای مصرف کنندگان نهایی فراهم میکند.
از جمله مزیت های قیر بیتو پک می توان به کاهش هزینه های بسته بندی، کاهش چشمگیر ضایعات ناشی از گرمایش محصول در هنگام جابه جایی، استفاده بهینه از فضای حمل و نقل، کاهش هزینه جابجایی نسبت به حمل قیر بشکه، کاهش هزینه بیمه با توجه به پایین تر بودن ریسک بسته بندی بیتوپک، حذف هزینه بازیافت و دفع بشکه و سایر زباله های ناشی از حمل قیر و امکان جابه جایی سهل و آسان به محل مصرف نهایی با توجه به وزن کم و بسته بندی قابل انعطاف اشاره کرد.
قیر بیتو پک محصول سبز و سازگار با محیط زیست است که در راهسازی، ساختمان سازی ها و تولید عایقهای گوناگون کاربرد دارد و در حال حاضر در کارخانه قیرسازی آبادان شرکت نفت پاسارگاد تولید می شود.

بررسی نقاط قوت و ضعف تکنولوژیهای مرسوم تولید قیر از زباله

تکنولوژیهای مرسوم بخشی از مواد نفت خام طبیعی را بعنوان محصول در اختیار میگذارد. ماده ای بسیار ارزشمند که در صورت شکسته شدن به پلیمرهای کوچکتر، بسیار قابل استفاده است.در تکنولوژی مورد بحث اساسا ماده اولیه بی ارزش و زباله است که بازیافت شده و در یک پروسه ذغالی شدن تبدیل به ماده ای جایگزین برای همان محصول نفتی ارزشمند میگردد. تکنولوژیهای مرسوم در کنار پالایشگاه های نفت خام و وابسته به آنهاست در حالی که تکنیک مورد بحث ، ربطی به پالایشگاه ندارد.

مواد اولیه تولید قیر از زباله و محل تامین آن

مواد اولیه این طرح زباله های شهری است . یعنی ماده ای که شهرداریها برای آن و برای جمع آوری و دفع آن هزینه متقبل میشوند. بعبارتی ماده اولیه در همه شهرها وجود دارد و حتی برای قیمت آن عدد منفی قابل لحاظ کردن خواهد بود.

پیشنهاد منطقه مناسب برای اجرای طرح تولید قیر از زباله

با توجه به مواد اولیه لازم برای طرح مشخص است که این واحد در اطراف همه شهر ها قابل اجراست . محل مناسب با توجه به ظرفیت ، اطراف شهرهای بزرگ مثل تهران، مشهد، اصفهان و شیراز میباشد.

برای آگاهی از میزان سرمایه مورد نیاز برای اجرای طرح، پیشنهاد میشود مطلب  طرح تولید شبه قیر از زباله را مطالعه نمایید.