قام مصنع زجاج أوروبي مؤخراً بتشغيل نموذج مصغر نظام تحليل غاز احتجاز الكربون لمشروع احتجاز الكربون. ركز المشروع على هدفين. أولاً، أراد العميل فهم السلوك الديناميكي لعملية صهر الزجاج. ثانياً، احتاج المصنع إلى مراقبة مستقرة عبر الإنترنت لنقاء ثاني أكسيد الكربون قبل معالجة احتجاز الكربون في المراحل اللاحقة.

يتضمن نظام احتجاز الكربون الكامل عادةً ثلاثة أقسام أساسية:

• احتجاز ثاني أكسيد الكربون
• نقل ثاني أكسيد الكربون
• استخدام أو تخزين ثاني أكسيد الكربون

تُعدّ مرحلة الاحتجاز الجزء الأكثر حساسية في العملية برمتها، وهنا يبرز الدور الحاسم لنظام تحليل غاز احتجاز الكربون.

بدلاً من مناقشة احتجاز الكربون من منظور نظري فقط، ستقدم هذه المقالة نظامًا حقيقيًا مخصصًا لتحليل غاز احتجاز الكربون يستخدم في مصنع زجاج صناعي.

لماذا تحتاج صناعة الزجاج إلى نظام تحليل غازات احتجاز الكربون؟

نقوم بتصميم ملف نظام تحليل غاز احتجاز الكربون كنظام مراقبة متكامل عبر الإنترنت. علاوة على ذلك، يمكنه قياس تركيبة غازات المداخن باستمرار قبل وأثناء وبعد عملية احتجاز الكربون. يساعد هذا النظام المشغلين في مصانع الزجاج على فهم ظروف العملية في الوقت الفعلي داخل تيار غازات المداخن والحفاظ على أداء مستقر لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون في ظل الأحمال الصناعية المتغيرة.

تُنتج صناعة الزجاج غازات احتراق عالية الحرارة ذات تركيزات غازية متذبذبة. وتؤثر عوامل عديدة على حالة غازات الاحتراق، منها درجة حرارة الفرن، وجودة الوقود، وكفاءة الاحتراق، وتدفق الهواء، ومعدل الإنتاج. وبدون مراقبة مستمرة للغازات، لا يستطيع المشغلون تقييم كفاءة الاحتجاز، أو أداء المذيبات، أو نقاء ثاني أكسيد الكربون بدقة. ولا توفر طرق أخذ العينات اليدوية التقليدية رؤية مستمرة للعملية، حيث يغفل المشغلون في كثير من الأحيان عن التغيرات السريعة في تركيز غازات الاحتراق. ويحل نظام تحليل الغازات المتخصص عبر الإنترنت هذه المشكلة من خلال القياس المستمر وأخذ العينات الآلي.

في العمليات الصناعية العملية، لا يقتصر دور نظام تحليل الغازات عبر الإنترنت على قياس ثاني أكسيد الكربون فحسب، بل يساعد المشغلين أيضاً على:

• تحسين ظروف الاحتراق
• تقليل تحلل المذيب
• الكشف عن عدم استقرار العملية
• حماية معدات التنقية في اتجاه المصب
• تحسين كفاءة احتجاز الكربون
• الحفاظ على موثوقية النظام على المدى الطويل

ما هي مكونات الغاز التي تحتاج إلى مراقبة مستمرة في نظام تحليل غاز احتجاز الكربون؟

تؤثر مكونات الغاز المختلفة بشكل مباشر على استقرار وكفاءة عملية احتجاز الكربون. ويتطلب كل غاز تقنية قياس مناسبة بناءً على نطاق تركيزه وظروف العملية ومقاومته للتداخل. فعلى سبيل المثال، تُطلق أفران الزجاج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين أثناء الاحتراق. وتؤثر هذه الغازات بشكل مباشر على كفاءة احتجاز الكربون وجودة عمليات التنقية اللاحقة.

نظام تحليل غازات احتجاز الكربون المكونات والتقنيات المقاسة

تُستخدم تقنية NDIR على نطاق واسع لقياس ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون نظرًا لاستقرارها العالي ومقاومتها القوية للتداخلات الصناعية. كما أنها تعمل بكفاءة عالية في البيئات ذات الرطوبة العالية وتركيزات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة.

توفر تقنية UV-DOAS قدرة ممتازة على الكشف عن مستويات منخفضة من ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين. كما أنها توفر مناعة قوية ضد تأثير الغبار والرطوبة في تطبيقات غازات المداخن.

لقياس مستويات الأكسجين المنخفضة للغاية، يستخدم النظام تقنية ECD لمراقبة ظروف الاحتراق وتوازن العملية بحساسية عالية.

تعمل هذه التقنيات مجتمعة على إنشاء نظام تحليل غاز احتجاز الكربون مستقر لعملية احتجاز الكربون على المدى الطويل.

ما هي المكونات الرئيسية لنظام تحليل غاز احتجاز الكربون؟

المخصصة نظام تحليل غاز احتجاز الكربون يتكون النظام المستخدم في مصنع الزجاج من أربعة أقسام رئيسية. يؤدي كل قسم مهمة محددة لضمان مراقبة الغازات بشكل مستقر عبر الإنترنت في ظل ظروف صناعية صعبة.

1. وحدة أخذ العينات

وحدة أخذ العينات هي نقطة البداية للنظام بأكمله.

وتشمل:

• مقطع أنبوب أخذ العينات الملحوم مسبقًا
• صمام الكرة
• تركيبات طرفية
• خط نقل العينات

يتم لحام أحد جانبي قسم أخذ العينات مباشرة على خط أنابيب غازات المداخن الخاص بالعملية. أما الجانب الآخر فيتصل بخط أخذ العينات الساخن المؤدي إلى خزانة المحلل.

من جهة، يُسهم هذا التصميم في الحفاظ على استخلاص الغازات بشكل تمثيلي مع تقليل مخاطر التسرب وفقدان العينات أثناء النقل. ومن جهة أخرى، في تطبيقات احتجاز الكربون ذات درجات الحرارة العالية، يُعدّ أخذ العينات بشكل مستقر أمرًا بالغ الأهمية لأن ظروف غازات المداخن قد تتقلب بسرعة أثناء تشغيل الفرن.

2. وحدة معالجة غاز العينة

غاز المداخن الخام غير مناسب للقياس المباشر بواسطة المحلل.

لضمان مراقبة مستقرة عبر الإنترنت، يدمج النظام ما يلي:

• نظام مكثف ثنائي المراحل
• وحدة ترشيح الغاز
• مضخة أخذ العينات من شركة بوهلر

يدخل غاز العينة أولاً إلى المكثفات، حيث تتم إزالة الرطوبة والمكثفات. ثم يمر الغاز عبر مراحل ترشيح متعددة لإزالة الجسيمات قبل دخوله إلى أجهزة تحليل الغاز.

تحمي عملية التكييف هذه المكونات البصرية الحساسة وتحسن استقرار محلل الغاز أثناء التشغيل طويل الأمد. وبدون تكييف الغاز بشكل صحيح، يمكن أن تؤثر مشاكل مثل التكثيف وتلوث الغبار وتراكم الرواسب في الحجرة البصرية بسرعة على دقة القياس.

3. وحدة التحكم الآلي

يعمل نظام تحليل الغاز بالكامل تلقائيًا من خلال منصة تحكم تعتمد على وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC).

تشمل المكونات الرئيسية ما يلي:

• نظام التحكم Siemens PLC
• مرحلات وسيطة
• صمامات الملف اللولبي مثبتة عند كل نقطة تحكم في الغاز

تتولى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) إدارة أخذ عينات الغاز، وتبديل الصمامات، والتحكم في حالة النظام، واتصال الإشارات بشكل تلقائي.

يُقلل هذا التصميم الآلي من التدخل اليدوي ويُحسّن من اتساق النظام ككل. كما يُسهّل دمجه في أنظمة التحكم الصناعية الحديثة ومنصات المراقبة المركزية. بالنسبة للمصانع الصناعية الكبيرة، يُساعد التشغيل الآلي في الحفاظ على أداء قياس مستقر على مدار الساعة.

4. وحدة تحليل الغاز وإخراج البيانات

يُعد قسم تحليل الغازات وإخراج البيانات الجزء المركزي من نظام تحليل غازات احتجاز الكربون. يستخدم النظام ثلاثة أجهزة تحليل غازات مداخن متصلة بالإنترنت تتميز بما يلي: استقرار عالٍ، ومتطلبات صيانة منخفضة، وقدرة على القياس المستمر عبر الإنترنت، وواجهة تشغيل سهلة الاستخدام.

تقوم أجهزة تحليل الغاز بمراقبة مكونات الغاز الرئيسية داخل تيار غاز المداخن في فرن الزجاج بشكل مستمر، وترسل بيانات القياس إلى نظام التحكم في المصنع في الوقت الفعلي.

أجهزة تحليل الغاز مزودة بما يلي:

• مخرج تناظري 4–20 مللي أمبير
• الاتصالات التسلسلية RS485
• رسنومكس واجهة الاتصالات
• شاشة LCD وشاشة لمس كاملة

يمكن نقل بيانات تركيز الغاز مباشرةً إلى غرفة التحكم المركزية لدى العميل عبر كابلات إشارة محمية، وذلك لأغراض المراقبة المركزية، وتحسين العمليات، وتحليل الاتجاهات، وإدارة الإنذارات، وتسجيل البيانات التاريخية. يتيح ذلك للمشغلين الاستجابة السريعة لتغيرات العمليات والحفاظ على استقرار عملية احتجاز الكربون خلال دورات إنتاج طويلة.

كيف يعمل نظام تحليل غاز احتجاز الكربون؟

مبدأ عمل أ نظام تحليل غاز احتجاز الكربون تبدأ العملية باستخلاص غازات الاحتراق بكفاءة عالية. يقوم مسبار أخذ العينات، المثبت مباشرةً على خط أنابيب العملية، باستخلاص غازات الاحتراق من الفرن أو المدخنة بشكل مستمر. ثم ينتقل الغاز عبر خط أخذ العينات المُسخّن إلى خزانة محلل الغاز. مع ذلك، لا يمكن لغازات الاحتراق الخام أن تدخل إلى أجهزة تحليل الغاز مباشرةً، إذ تحتوي غازات الاحتراق الصناعية عادةً على نسبة عالية من الرطوبة، والمكثفات، والغبار، والجسيمات الدقيقة، والمكونات المسببة للتآكل.

يمكن لهذه الملوثات أن تُلحق الضرر بالمستشعرات، وتُلوّث الحجرات البصرية، وتُقلّل من استقرار القياس. ولحلّ هذه المشكلة، يُجري النظام عدة مراحل من معالجة الغاز قبل التحليل.

داخل خزانة جهاز التحليل، يمر الغاز بالعملية التالية:

1. التكثيف على مرحلتين

تتمثل المرحلة الأولى في إزالة الرطوبة والمكثفات السائلة من غاز العينة. تحمي هذه الخطوة المكونات اللاحقة وتثبت ظروف الغاز.

2. الترشيح الأولي

تتم إزالة جزيئات الغبار الأكبر حجماً والشوائب لمنع التلوث داخل مسار الغاز.

3. ضخ عينة الغاز

توفر مضخة أخذ العينات من شركة Bühler نقلًا مستقرًا للغاز وتحافظ على تدفق ثابت للعينات إلى أجهزة التحليل.

4. الترشيح الدقيق

يقوم مرشح عالي الدقة بإزالة الجسيمات الأكبر من 1 ميكرومتر قبل دخول الغاز إلى أجهزة التحليل.

5. تحليل الغاز عبر الإنترنت

يدخل الغاز المعالج بالكامل في النهاية إلى أجهزة تحليل غازات المداخن المتصلة بالإنترنت لإجراء قياس مستمر.

تعمل عملية التكييف الكاملة هذه على تحسين موثوقية القياس على المدى الطويل بشكل كبير مع تقليل وتيرة الصيانة في البيئات الصناعية القاسية.

في مشاريع احتجاز الكربون الحقيقية، غالباً ما يكون استقرار معالجة العينات بنفس أهمية جهاز تحليل الغاز نفسه. فالعديد من القراءات غير المستقرة لا تنتج عن عطل في المستشعر، بل عن الرطوبة أو تراكم الغبار أو المعالجة غير السليمة للغاز داخل نظام أخذ العينات.

خاتمة

المخصصة نظام تحليل غاز احتجاز الكربون تُبيّن هذه المقالة كيف يُمكن لتحليل الغازات عبر الإنترنت دعم مشاريع احتجاز الكربون في ظل ظروف صناعية قاسية، بما في ذلك درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية وبيئات غازات المداخن المحملة بالغبار. بدءًا من أخذ عينات الغاز ومعالجتها، مرورًا بتقنيات NDIR وUV-DOAS وECD، وصولًا إلى التشغيل الآلي باستخدام PLC وإخراج البيانات المركزي، يؤثر كل جزء من النظام بشكل مباشر على دقة القياس وموثوقية العملية.

إذا كنت تخطط لمشروع احتجاز الكربون أو تحديث منشأة احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه القائمة، فالآن هو الوقت المناسب لتقييم قدراتك الحالية في مراقبة الغاز. قد تحدّ أجهزة تحليل الغاز القديمة، أو أنظمة أخذ العينات غير المستقرة، أو قياسات الغاز غير الكاملة من أداء الاحتجاز بشكل عام.

يؤدي تحسين تحليل الغازات إلى نتائج أفضل في احتجاز الكربون.

الأسئلة الأكثر شيوعا:

1: ما هو نظام تحليل غاز احتجاز الكربون؟

A نظام تحليل غاز احتجاز الكربون هو نظام مراقبة إلكتروني يُستخدم لقياس تركيب غازات المداخن بشكل مستمر أثناء عملية احتجاز الكربون. ويقوم عادةً بتحليل غازات مثل ثاني أكسيد الكربون، والأكسجين، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، لمساعدة المشغلين على مراقبة كفاءة الاحتجاز، وتحسين ظروف العملية، وضمان استقرار تشغيل النظام. ويتضمن النظام عادةً وحدات أخذ عينات الغاز، ومعالجة العينات، وأجهزة التحليل، ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، ووحدات نقل البيانات.

2: لماذا تعتبر مراقبة نقاء ثاني أكسيد الكربون مهمة في عملية احتجاز الكربون؟

تؤثر نقاوة ثاني أكسيد الكربون بشكل مباشر على سلامة خطوط الأنابيب، وكفاءة المذيبات، والاستخدامات اللاحقة، والامتثال للوائح التنظيمية. يمكن أن تتسبب الشوائب مثل أكاسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، والرطوبة، والهيدروكربونات، أو الأكسجين في التآكل، وانخفاض جودة التخزين، وتلف المعدات. يساعد الرصد المستمر لنقاوة ثاني أكسيد الكربون المشغلين على الحفاظ على أداء مستقر لعملية الاحتجاز، وتلبية مواصفات النقل أو التخزين.

3: ما هي تقنيات تحليل الغاز المستخدمة في أنظمة احتجاز الكربون؟

تُستخدم العديد من تقنيات التحليل بشكل شائع في تطبيقات احتجاز الكربون:

• تقنية الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة لقياس ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون
• تقنية UV-DOAS لرصد ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين
• تحليل الأكسجين منخفض المستوى باستخدام تقنية التقاط الإلكترون (ECD).
• تقنية FTIR لرصد الشوائب متعددة المكونات
• تقنية كروماتوغرافيا الغاز (GC) لتحليل تركيب الغاز بالتفصيل

تعتمد التقنية المختارة على تركيب الغاز، ونطاق القياس، ووقت الاستجابة، وظروف العملية.

4: ما هي الغازات التي يجب مراقبتها في تطبيقات احتجاز الكربون؟

تشمل الغازات الأكثر شيوعًا التي تخضع للمراقبة ما يلي:

• ثاني أكسيد الكربون لكفاءة الاحتجاز والنقاء
• الأكسجين لتحسين الاحتراق والكشف عن التسرب
• أول أكسيد الكربون لتحسين أداء الاحتراق
• ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين لحماية المذيبات والتحكم في الانبعاثات
• الرطوبة والشوائب النزرة لضمان سلامة خطوط الأنابيب ومنع التآكل

قد تقوم الصناعات المختلفة أيضًا بمراقبة CH₄ أو H₂S أو NH₃ أو الهيدروكربونات اعتمادًا على تصميم العملية.

5: هل يمكن لأنظمة تحليل غاز احتجاز الكربون أن تعمل في بيئات ذات درجات حرارة عالية؟

نعم. صناعي أنظمة تحليل غاز احتجاز الكربون صُممت هذه الأنظمة للعمل في ظروف تشغيل قاسية، بما في ذلك تطبيقات غازات المداخن ذات درجات الحرارة العالية. ويستخدم النظام عادةً مجسات أخذ عينات مُسخّنة، ومكثفات، وفلاتر، ووحدات معالجة العينات لخفض درجة حرارة الغاز وإزالة الرطوبة أو الغبار قبل دخوله إلى جهاز التحليل. وتُعدّ معالجة العينات بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لضمان استقرار القياسات على المدى الطويل.

6: لماذا تعتبر مراقبة ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين مهمة في عمليات احتجاز الكربون؟

يمكن أن يؤثر كل من ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) بشكل كبير على كفاءة احتجاز الكربون. قد تتفاعل هذه الغازات الحمضية مع مذيبات الاحتجاز، مما يزيد من خطر التآكل، ويقلل من أداء الممتص، ويلوث تيارات ثاني أكسيد الكربون المحتجز. تساعد المراقبة المستمرة المشغلين على حماية المعدات اللاحقة، والحفاظ على استقرار المذيبات، وتحسين موثوقية العملية بشكل عام.