الرحلة إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية: تحديات وفرص إطلاق الهيدروجين في التدفئة المحروقة

فهم الأساسيات

كان التسخين المحروق طريقة فعالة وشائعة لتوفير الحرارة اللازمة لدفع التفاعلات الكيميائية في العمليات الصناعية الكبيرة. اعتمدت عمليات التكرير والإصلاح والتكسير تقليديا على مصادر الطاقة المتاحة بسهولة (مثل الغاز الطبيعي). على الرغم من أن الوقود الأحفوري كان مصدرا منخفض التكلفة وفعال للطاقة اللازمة لتكرير النفط وتقطيره ، إلا أن الكربون الموجود في هذا الوقود يؤدي إلى انبعاثات غير مرغوب فيها لها آثار بيئية طويلة الأجل. ومع ذلك ، فإن احتراق الهيدروجين يخفف من تكوين ثاني أكسيد الكربون كمنتج للاحتراق ، مما يجعله خيارا جذابا لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

التحديات

التقنية خصائص الاحتراق

على الرغم من أن آليات إطلاق الهيدروجين تشبه آليات معظم أنواع الوقود الهيدروكربونية الأخرى ، إلا أن أداء الموقد يختلف اختلافا كبيرا عند إطلاق الهيدروجين. يحتوي احتراق الهيدروجين على درجة حرارة لهب ثابت الثمالة أعلى بكثير ، وحدود أوسع للقابلية للاشتعال ، ومعدل تفاعل أسرع. ستؤثر هذه الخصائص على معدلات نقل الحرارة ، والكفاءة الإجمالية لسخان العملية ، وفي النهاية كيفية تشغيل الأفران. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي هذه الخصائص إلى إحداث فوضى في معدات التدفئة التي يتم إطلاقها (مثل الشعلات الجاهزة) التي قد لا تكون مصممة لها.

موثوقية الموقد

يمكن أن تؤدي درجة حرارة اللهب العالية ، وحدود القابلية للاشتعال الواسعة ، وسرعة اللهب للهيدروجين إلى زيادة تآكل المواد المستخدمة في معدات التسخين التي يتم إطلاقها. قد تتحلل تصميمات المعدات الشاملة التي تعمل بشكل جيد مع الغاز الطبيعي بمعدل متسارع عند التعامل مع احتراق الهيدروجين. وهذا يستلزم تطوير استراتيجيات تصميم أكثر قوة للشعلات ، جنبا إلى جنب مع مواد البناء المطورة ، لتقليل مخاوف الموثوقية وتحقيق أطوال التشغيل المطلوبة.

مخاوف تتعلق بالسلامة

يتمتع الهيدروجين بنطاق أوسع للاشتعال مقارنة بالغاز الطبيعي ، مما يزيد من خطر الاشتعال والانفجارات أثناء ظروف بدء التشغيل. يعد تنفيذ بروتوكولات السلامة الراسخة وتصميم أنظمة آمنة من الفشل أمرا بالغ الأهمية للتخفيف من هذه المخاطر.

فرص الابتكار

تصميم الموقد المتميز:

توفر الخصائص الفريدة لاحتراق الهيدروجين فرصة للابتكار في تصميم الموقد. جون زينك تم تصميم الشعلات والتقنيات المميزة لتزدهر في مجال التشغيل المحدد. مع عقود من الخبرة في إطلاق المحتويات العالية من الهيدروجين ، ركز تطوير الموقد على معالجة مسألتين رئيسيتين:

• موثوقية المعدات: المواد الاستهلاكية في موقد العملية ، من الناحية العملية ، لا مفر منها. لذلك ، ستكون تصميمات الموقد المميزة هي تلك التي تقلل بشكل كبير وفعال من الاعتماد على المواد الاستهلاكية دون تقليل أداء الموقد.
• عمليات متسقة: يمكن العثور على المستوى التالي من الأداء عند الاستفادة من الخبرة في الموضوع لضبط أداء الاحتراق في الوقت الفعلي لتحقيق الأداء المطلوب بغض النظر عن التغيير في تكوين الوقود ودرجة حرارة هواء الاحتراق. يمكن لموقد البيانات SOLEX القيام بذلك. من خلال الاستفادة من منطقتي احتراق مستقلتين ، يمكن تعديل القياس المتكافئ في الأجزاء الاستراتيجية من الموقد بشكل فعال للتخفيف من مخاطر الفلاش باك مع تحسين أداء أكاسيد النيتروجين.

الشكل 1 أنظمة السلامة لمناطق

• : تعمل الحاجة إلى أنظمة أمان قوية على تعزيز الابتكار في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم. تضمن هذه التطورات إمكانية استخدام الهيدروجين بأمان، مما يقلل من مخاطر الحوادث ويعزز موثوقية العملية بشكل عام.

الاعتبارات الاقتصادية

يتطلب الانتقال إلى الهيدروجين استثمارات رأسمالية كبيرة. ويشمل ذلك تعديل البنية التحتية الحالية ، وتطوير معدات جديدة ، وضمان الامتثال لمعايير السلامة. في حين أن الفوائد طويلة الأجل لخفض انبعاثات الكربون واضحة ، إلا أن التكاليف الأولية يمكن أن تكون رادعا للعديد من التطبيقات. يمكن للحكومات والهيئات التنظيمية أن تلعب دورا محوريا من خلال تقديم الحوافز والإعانات لتعويض هذه التكاليف وتشجيع اعتماد تكنولوجيا الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لهذه الاستثمارات في البنية التحتية للهيدروجين أن تعزز إنتاجية الوحدة وتقدم مردود على جهود إزالة الكربون.