تعزز نماذج أحدث أفران التشقق الكفاءة الحرارية من خلال ميزات مثل تقنية المفاعل الحلزوني (CRT) وأنابيب مشعّة ذات تصميم محسّن. وبحسب بيانات حديثة صادرة عن وزارة الطاقة لعام 2023، تقلل هذه التحسينات استخدام الوقود بنسبة تتراوح بين 12٪ إلى 18٪ مقارنةً بالنظم الأقدم. وهذا يعني انخفاضًا حقيقيًا في انبعاثات الكربون بالنسبة لعمليات تصنيع الإيثلين. يعتمد المهندسون الآن على محاكاة حاسوبية متقدمة تُعرف باسم ديناميكا الموائع الحسابية لضبط درجات الحرارة مع تقليل خسائر الحرارة إلى الحد الأدنى. السبب في أهمية هذا الأمر بسيط وهو الحسابات الرياضية – إذ تستهلك أفران التشقق ما يقارب الثلثين من إجمالي الطاقة المستخدمة في مصنع إنتاج الإيثلين المتوسط.
تُحقِّق أنظمة ترشيد الطاقة خفضًا بنسبة تصل إلى 25% في الطلب على الطاقة أثناء التشغيل من خلال ثلاثة آليات متكاملة:
قامت شركة رائدة في إنتاج الإيثيلين بتحديث ستة أفران تكسير في 2022 بتركيب مكونات موفرة للطاقة، من ضمنها عزل من الألياف السيراميكية وضوابط احتراق مُحكمة بواسطة الذكاء الاصطناعي. وفي خلال 18 شهرًا، ساهمت هذه التحسينات في تحقيق نتائج ملموسة:
| المتر | التحسين | الأثر المالي |
|---|---|---|
| استهلاك الوقود | خفض بنسبة 22% | توفير سنوي بقيمة 4.2 مليون دولار |
| انبعاثات CO₂ | خفض بنسبة 18% | خفض بقيمة 84000 طن |
| مدة تشغيل الفرن | زيادة بنسبة 6.5% | إيرادات إضافية بقيمة 1.1 مليون دولار |
تُظهر هذه النتائج الفوائد التشغيلية والاقتصادية لتحسينات الكفاءة المستهدفة.
يُحقق النهج التدريجي في إعادة التأهيل أقصى مكاسب في الكفاءة:
يمكن لتسخين الهواء مسبقًا لاحتراق الغازات العادمة أن يستعيد حوالي 85 في المائة من الطاقة الحرارية المهدورة، مما يسخّن الهواء الداخل إما باستخدام المُسخّنات العادّية أو مبادلات الحرارة اللوحية إلى درجات حرارة تتراوح بين 250 و400 درجة مئوية. ما النتيجة؟ انخفاض ملحوظ في متطلبات الوقود بنسبة تصل إلى 15-20 في المائة دون التأثير على كفاءة الاحتراق. وفي العمليات الكبيرة مثل إنتاج الإيثلين حيث تتجاوز درجات الحرارة 1000 درجة مئوية، فإن أي تحسينات بسيطة تُحدث فرقًا. تُظهر البيانات الصناعية أن كل زيادة إضافية بـ 50 درجة في درجة حرارة الهواء المُسخّن مسبقًا تعني تقريبًا 3 إلى 4 في المائة أقل من الغاز الطبيعي المطلوب. ومع مرور الوقت، تتراكم هذه التوفيرات مما يجعل أنظمة التسخين المسبق استثمارًا جذابًا للعديد من المنشآت الصناعية التي تسعى إلى خفض التكاليف وتحسين الاستدامة.
تستعيد الأنظمة المتقدمة لاستعادة الحرارة من الغازات (TLE) 50–60% من حرارة غاز التحلل الحراري— مقارنة بـ 35–40% في الأنظمة القديمة— من خلال خفض درجات حرارة المخرج إلى 400–450°م (مقابل 550–600°م). ويؤدي هذا إلى تقليل احتياجات التصدير من البخار بمقدار 25–30 طن/ساعة في مصانع إنتاج الإيثلين بطاقة مليون طن سنوياً (1MTA)، كما يقلل تكاليف الطاقة بمقدار 2.8–3.5 دولار لكل طن من الإيثلين المنتج.
يمكن للسبائك المقاومة لدرجات الحرارة العالية مثل 25Cr-35Ni-Nb مع القطع المصبوبة المعالجة خصيصًا تحمل الإجهاد الحراري الشديد حتى عند درجة حرارة تصل إلى حوالي 1150 مئوية. في الواقع، تزيد هذه القدرة من عمر الملفات قبل الحاجة إلى استبدالها، حيث تضيف عادةً ما بين 18 إلى 24 شهراً إضافية من الخدمة. وعندما تُستخدم مع أنظمة احتراق متقدمة تقوم بفحص اللهب في الوقت الفعلي من خلال أجهزة استشعار ضوئية بينما تقوم بتعديل خليط الهواء والوقود حسب الحاجة، فإن هذه المواد توفر كفاءة احتراق تصل إلى نحو 99.8 بالمئة. علاوة على ذلك، فإنها تقلل بشكل كبير من الانبعاثات الضارة من أكاسيد النيتروجين، حيث تخفض المستويات إلى أقل من 80 ملليغرام لكل متر مكعب قياسي. وهذا يمثل انخفاضاً يعادل ثلث معدل التلوث الذي تنتجه الحارقات التقليدية.
تعمل أفران التحلل الكهربائية من خلال استبدال مواقد الغاز التقليدية بعناصر تسخين تعمل بالكهرباء بدلاً من احتراق الوقود الأحفوري مباشرة. وبحسب بحث نُشر في عام 2016 من قِبل لِختِنبُهمر وزملائه، يمكن لهذه الأفران الكهربائية أن تقلص استهلاك الوقود الأحفوري في عمليات التحلل بالبخار بنسبة تصل إلى 90 بالمئة عندما تعمل بالطاقة المتجددة. إن هذا التحول منطقي للشركات الكيماوية لأنه يُخرج إنتاج الإيثلين من قبضة تقلبات أسعار الغاز الطبيعي، في الوقت الذي يقلل فيه الانبعاثات المباشرة الناتجة عن مداخن المصانع. وللشركات التي تسعى لجعل عملياتها أكثر استدامة دون التأثير على الإنتاج، توفر هذه التكنولوجيا ميزات حقيقية من الناحية البيئية والاقتصادية.
تعمل أفران E كأحمال مرنة تدعم استقرار الشبكة من خلال تعديل معدلات التسخين الكهربائية بنسبة ±15% خلال خمس دقائق لتتماشى مع تقلبات إنتاج الطاقة الرياحية والشمسية. وقد أظهرت التجارب الأوروبية الخاصة بتوازن الشبكة أن هذه الاستجابة الفعالة تسمح بدمج العمليات الصناعية بشكل سلس مع أنظمة الطاقة المتجددة.
تتضمن استراتيجيات رئيسية ثلاث تعزيز دمج الطاقة المتجددة:
قامت مصفاة كيميائية نرويجية بتحديث وحدة تكسير النفثا الخاصة بها بإضافة ملفات تسخين كهربائية بقدرة 48 ميغاواط تعمل بالرياح البحرية. وقد حقق النظام:
| المتر | فرن تقليدي | فرن كهربائي | التحسين |
|---|---|---|---|
| CO₂/طن الإيثلين | 1.8 طن | 0.16 طن | انخفاض بنسبة 91% |
| تكلفة الطاقة/طن | $142 | 89$ | توفير بنسبة 37% |
ورغم تغير مصادر الرياح، فقد حافظ النظام على استقرار إنتاج الإيثلين بنسبة 98%، مما يُظهر الجدوى التقنية لتقنية التكسير التي تعمل بالطاقة المتجددة.
تتطلب الطرق الحرجة للحد من الكربون في التدفئة الصناعية مثل هذه الابتكارات لتحقيق أهداف الحياد الكربوني مع ضمان موثوقية الإنتاج.
تبلغ التكاليف الأولية لهذه الأفران المتقدمة لتسخين التحلل حوالي 15 إلى 25 بالمائة أعلى من التكاليف الخاصة بالأنواع العادية الموجودة في السوق اليوم. لكن ما يجعلها تستحق النظر هو التوفير الكبير على المدى الطويل. تقلل هذه الأنظمة من فواتير الوقود والصيانة السنوية بنسبة تتراوح بين 20 إلى 35 بالمائة، لذا فإن معظم الشركات تسترد استثمارها خلال ثلاث إلى سبع سنوات. وبحسب تقارير صناعية حديثة لعام 2024، فإن المصانع التي قامات بتحديث معداتها باستخدام تقنيات أكثر تطوراً في استعادة الحرارة تمكنت فعلياً من توفير حوالي 2.8 مليون دولار سنوياً، واستردت استثماراتها بعد نحو 54 شهراً من التشغيل. هناك أيضاً ميزات إضافية أخرى، إذ يسمح التصميم الوحدوي بتحديثات أسهل في المستقبل، في حين تساعد أشياء مثل برامج الصيانة التنبؤية وتلك التقنيات الحديثة مثل تقنية التوأم الرقمي (Digital Twin) في الحفاظ على سير العمليات بسلاسة، وتقليل الإغلاقات غير المتوقعة بنسبة تصل إلى 40 بالمائة في بعض الحالات.
تحكّم وحدات الحرق التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي بشكل آلي في التغيرات التي تطرأ على جودة المواد الخام وظروف الفرن، مما يقلل من حالات الحرق الم flare ويخفض هدر الوقود بنسبة تتراوح بين 30 إلى 50 بالمئة وفقًا للاختبارات الميدانية. وتساهم هذه الدقة الأعلى أيضًا في خفض معدلات تسرب الميثان بنسبة تتراوح بين 18 إلى 22 بالمئة دون التأثير على درجات الحرارة اللازمة لعملية التكسير المثلى، وهو أمر تأكد خلال الاختبارات التي أجريت على طول الساحل الشرقي للخليج في العام الماضي. وقد أظهرت نفس الدراسة أن المنشآت حققت وفرًا يقدر بحوالي 12 ألف طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنويًا بعد تبني هذه الأنظمة الاحتراق الديناميكية. بالنسبة لمشغلي المصانع الذين يواجهون قواعد بيئية متزايدة الصعوبة، فإن هذه التحسينات التكنولوجية تجعل الامتثال أكثر سهولة، وتساعدهم في تجنب الغرامات الباهظة المتعلقة بالكربون، والتي تتراوح بين 120 إلى 180 دولارًا لكل طن يتم الانبعاث فوق الحد المسموح.
تُعد تقنية الأفران الحديثة الموفرة للطاقة تطورًا كبيرًا في تقليل استهلاك الوقود والانبعاثات الكربونية، مما يعزز كفاءة إنتاج الإيثلين.
تستبدل أفران التحلل الكهربائية الحارقات الغازية التقليدية بعناصر تسخين كهربائية تعمل بمصادر متجددة، مما يقلل بشكل كبير الاعتماد على الوقود الأحفوري.
يمكن أن يؤدي تجديد أفران التحلل إلى توفير كبير في تكاليف الوقود والصيانة، حيث تحقق العديد من الشركات عائد الاستثمار خلال ثلاث إلى سبع سنوات.
أخبار ساخنة2024-09-25
2024-09-18
2024-09-12
2024-09-05
2024-08-30
2024-08-23
حقوق الطبع والنشر © 2025 لشركة شانغكيو أوتيوي المحدودة لمعدات حماية البيئة سياسة الخصوصية
EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
ID
LT
SR
UK
VI
TH
TR
FA
AF
MS
GA
AZ
BN
LA
MN
UZ
