التغويز .. عملية التحويل للغاز

محطة تغويز الفحم

عملية التغويز (Gasification) هي تحويل المواد التي تحتوي على الكربون في تركيبها مثل الفحم والكتلة الحيوية إلى أول أكسيد الكربون والهيدروجين وذلك بتفاعل المواد الخام عند درجات حرارة عالية مع كميات من الأكسجين متحكم بها ينتج عن هذه العملية مزيج غازي يدعى غاز الاصطناع، وتعتبر عملية التغويز من العمليات الفعالة لاستخراج الطاقة من المواد العضوية.

مبدأ عمل مولدات الغاز

إن وقود الكتلة الحيوية عبارة عن خليط من مركبات الكربون والهيدروجين والأكسجين التي تمر بتفاعلات مصحوبة بانطلاق أو امتصاص حرارة خلال الاحتراق الجزئي في الهواء فيتفاعل الهواء القادم مع الكربون الساخن وتنطلق حرارة لتكون تاني أوكسيد الكربون والذي يختزل فوراً إلى أول أكسيد الكربون مع امتصاص حرارة وبخار الماء بعدة تفاعلات مع الكربون وأول أكسيد الكربون منتجاً الهيدروجين وينتج خليط غازي من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين ويعمل النتروجين كمخفف خامل ويسمى هذا الخليط بغاز المولدات وقيمته الحرارية تكون منخفضة تتراوح بين 4 -8 ميغا جول لكل متر مكعب وذلك لارتفاع تركيز غاز النتروجين.

أنواع مولدات الغاز:

1. المولدات ذات السحب العلوي أو التيار المضاد

إن أبسط أنواع مولدات الغاز هي fixed-bed countercurrent gasifier وفي هذه المولدة يتم إدخال الكتلة الحيوية من أعلى المفاعل وتتجه نحو الأسفل يدخل الهواء من الأسفل ويخرج الغاز من الأعلى.

الكتلة الحيوية يتم تحريكها بشكل معاكس لتدفق الغاز وتمر بشكل متعاقب خلال مناطق التجفيف والتقطير والارجاع ومنطقة الموقد. في منطقة التجفيف يتم تجفيف الكتلة الحيوية. أما في منطقة التقطير(أو منطقة الانحلال الحراري pyrolysis) يتم تفكيك الكتلة الحيوية إلى غازات طيارة وفحم صلب.

2. مولدات الغاز ذات السحب السفلي downdraft gasifiers

في المفاعل ذو السحب السفلي تتم تغذية الكتلة الحيوية من الأعلى ويتم إدخال الهواء من الأعلى أو من الجوانب أما الغاز فيخرج من أسفل المفاعل. مناطق عملية التغويز مشابهة لتلك الموجودة في المولدات ذات السحب العلوي ولكن يختلف نظام العمل إلى حد ما. يتم تجفيف الكتلة الحيوية في منطقة التجفيف drying zone ثم تحلل حراريا في منطقة التقطير distillation zone وهاتان المنطقتان تسخنان بشكل رئيسي بواسطة الإشعاع الحراري (وبشكل جزئي بواسطة تيار الحمل) من منطقة الموقد حيث أن جزءا من فحم الخشب يحرق فيها. غازات التحلل الحراري تمر عبر منطقة الموقد وتحرق بشكل جيد ,ينتج عن احتراق الفحم المتبقي غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وتتجه إلى منطقة الإرجاع reduction zoneحيث يتشكل غازي أول أكسيد الكربون والهيدروجين.

3. مولدات الغاز ذات السحب العرضي Cross-Draft Gasifiers

تم تصميم مولدات الغاز ذات السحب العرضي للتكيف مع استخدام فحم الخشب كوقود. إن تغويز فحم الخشب ينتج عنه حرارة عالية (أكثر من 1500درجة مئوية) في منطقة الموقد والتي يمكن أن تقود إلى مشاكل في المواد المستخدمة لتصميم المفاعل.

4. مولدات الغاز ذات القلب المفتوح Open-Core Gasifier

تم تصميم هذا النوع من مولدات الغاز لتغويز المواد الخام ذات الكثافة الحجمية المنخفضة (مثل قشور الرز) وبسبب الكثافة الحجمية للوقود فليس هناك داعي لوجود حلق وبالتالي تجنب تقطيع الكتلة الحيوية.

مولدات الغاز التي تستخدم قشور الرز كوقود بحاجة دائمة إلى إزالة الرماد بسبب كمية الرماد الكبيرة الناتجة عن قشور الرز.

المصدر: ويكيبيديا