عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف پس از ۱۲ سال فعالیت تحقیقاتی و عملیاتی، موفق به طراحی و ساخت «راکتور بستر سیال» و «دستگاه تبدیل زغال‌سنگ به گاز احیایی» شد.
به گزارس دیده‌بان علم ایران دکتر محمد حلالی به تشریح اهمیت ساخت راکتور بستر سیال پرداخت و گفت: راکتور یا کوره بستر سیال (fluidized bed furnace) یکی از مهم‌ترین اختراعات در زمینه مهندسی متالورژی و مهندسی شیمی است که در حوزه متالورژی، از این روش برای فرایندهای خشک کردن، تکلیس، تشویه و احیاء استفاده می‌شود.
وی افزود: در کشورهایی مانند هند و برزیل که ضمن دارا بودن رشد بالای صنعتی، از داشتن منابع انرژی فسیلی محروم هستند، از این روش جهت تولید گاز و همچنین جهت سوخت و احیاء استفاده می‌شود (پروسه Biogas).
به گفته دکتر حلالی، کوره بستر سیال به عنوان آینده صنعت متالورژی استخراجی حرارتی در نظر گرفته می‌شود و هم اکنون این روش در فرایند تولید فلزاتی مانند مس، روی، سرب، آلومینیوم و تیتانیوم کاربرد دارد.
وی یادآور شد: طبق جدیدترین اطلاعات، کمپانی پوسکو کره جنوبی اخیرا اقدام به راه اندازی واحدی با ظرفیت ۱٫۲ میلیون تن فولاد با استفاده از این روش کرده است (پروسه FINEX) که در این مجتمع کنسانتره آهن پس از احیاء در کوره بستر سیال، وارد کنورتور فولادسازی می‌شود و به این ترتیب فرایند پر هزینه اگلموراسیون عملا حذف می‌شود.
این پژوهشگر ایرانی اظهار کرد: همچنین در کشور فنلاند با استفاده از کوره بستر سیال (پروسه های Finmet و Fior) از کنسانتره مگنتیتی، آهن اسفنجی تولید می‌شود و در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی کانادا، استرالیا و آمریکا پروژه‌های زیادی جهت بهینه سازی کارکرد کوره‌های بستر سیال در حال انجام است.
وی ادامه داد: با وجود مزیت‌های بی‌شمار این پروسه نسبت به روش‌های قدیمی‌تر، این روش هنوز در ایران مورد بهره‌برداری صنعتی قرار نگرفته است و مطابق اطلاعات موجود، فقط در شرکت‌های آلومینای جاجرم جهت پروسه خشک کردن و در مجتمع سرب و روی بافق جهت تشویه از کوره بستر سیال استفاده می‌شود که البته هر دو دستگاه از خارج کشور خریداری و نصب شده است.
عضو هیات علمی دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف همچنین به کاربردهای گسترده کوره بستر سیال در صنایع مختلف از جمله صنایع متولوژیکی، مهندسی شیمی، مواد غذایی و حتی محیط زیستی اشاره کرد و گفت: از این کوره می‌توان برای خشک یا پودر کردن انواع مواد و سوزاندن زباله‌های خاص در حرارت‌های بسیار بالا استفاده کرد.
وی که بیش از ۱۲ سال در دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه شریف بر روی طراحی و ساخت کوره بستر سیال و همچنین دستگاه تبدیل زغال سنگ به گاز احیایی کار کرده و آن را به سرانجام رسانده است، تصریح کرد: طراحی و ساخت این کوره به طور کامل در دانشگاه صنعتی شریف انجام گرفته و سیستم تعیین زمان ماند کوره کاملا منحصر بفرد و بدون استفاده از نمونه‌های خارجی طراحی شده است.
دکتر حلالی با بیان اینکه ظرفیت تولید این کوره در حال حاضر حدود یکصد کیلوگرم در روز است، اظهار کرد: با توجه به دانش فنی به دست آمده، امکان ساخت کوره‌های کوچکتر و بزرگتر برای ما وجود دارد و درصورت تقاضا و سفارش صنایع مختلف، آن را در ابعاد مورد نیاز تولید خواهیم کرد.
وی تاکید کرد: تمام مراحل تست‌های آزمایشگاهی کوره با موفقیت سپری شده و تائیدیههای فنی لازم را کسب کرده است و تاکنون از آن جهت تولید اکسید روی از باطله‌های سرب و روی، استحصال اکسید منگنز از دی اکسید منگنز و احیای ناقص کنسانتره هماتیتی به مگنتیت استفاده شده است.
مجری پروژه طراحی و ساخت کوره بستر سیال جهت انجام واکنش‌های شیمیایی عنوان کرد: هم اکنون از این کوره برای انجام دو پروژه کارشناسی ارشد برای تشویه خاکه‌های سولفیدی روی و سولفیدی مس استفاده می‌شود.
ویژگی‌های دستگاه تبدیل زغال سنگ به گاز احیایی
محقق دانشگاه شریف درباره دیگر دستگاه تولیدی خود با عنوان «دستگاه تبدیل زغال سنگ به گاز احیایی» نیز گفت: کوره بستر سیال در مراحل ابتدایی از زغال چوب استفاده می‌کرد که علاوه بر نداشتن صرفه اقتصادی، مشکلات زیست محیطی نیز به همراه داشت، ازهمین رو تصمیم گرفتیم سوخت زغال سنگ را جایگزین آن کنیم.
وی افزود: با توجه به وجود منابع عظیم زغال سنگ حرارتی در ایران و نبود مصرف صنعتی در مقیاس بالا برای آن، زغال سنگ می‌تواند به عنوان منبع تولیدکننده گرما و گاز احیایی مورد استفاده قرار گیرد.
دکتر حلالی، قیمت مناسب را از جمله مزیت‌های استفاده از زغال سنگ حرارتی ذکر کرد و گفت: برخلاف گاز طبیعی، این ماده قابلیت دپو کردن را دارد و برای انتقال آن نیازی به لوله‌کشی گاز نیست، همچنین با توجه به اینکه طیف استفاده از زغال سنگ حرارتی در کشور گسترده نیست، احتمال قطع شدن عرضه آن در ماه‌های پر مصرف سال وجود ندارد و در نتیجه می‌تواند به عنوان سوختی مطمئن مورد استفاده قرار گیرد.
وی خاطرنشان کرد: فولادسازان ایرانی پروسه احیای مستقیم را به عنوان انتخاب نخست خود در زمینه تولید آهن در نظر دارند و مهم‌ترین پروسه احیای آهن مورد استفاده توسط مجتمع‌های فولاد سازی در ایران پروسه میدرکس است که به هیچ وجه در مقیاس کمتر از حدود ۶۰۰ هزار تن توجیه اقتصادی ندارد و نمی‌تواند در مقیاس پایین توسط سرمایه گذاران خصوصی مورد استفاده قرار گیرد.
عضو هیات علمی دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه شریف تصریح کرد: گذشته از این، در این پروسه علاوه بر نیاز به گندله‌سازی، از کاتالیست‌های پایه نیکل (روی آلومینا) برای شکستن گاز طبیعی استفاده می‌شود که این کاتالیست‌ها در ایران ساخته نمی‌شوند و با توجه به نوسانات نرخ ارز خارجی و امکان تحریم مجتمع‌های صنعتی و همچنین با توجه به مشکلات بانکی موجود جهت انجام تراکنش‌های بین‌المللی، دستیابی به روشی کاملا بومی جهت تولید گاز احیایی ضروری و لازم به نظر می‌رسد.
وی با یادآوری اینکه پروسه اگلموراسیون تاثیر مهمی بر هزینه تولید فولاد دارد، اظهار کرد: در این پروسه، علاوه بر صرف انرژی و نیاز به منابع مهمی مانند آب شیرین، برخی مواد افزودنی وارد ترکیب کنسانتره می‌شود که علاوه بر کاهش عیار کنسانتره می‌تواند بر پروسه تولید آهن یا فولاد تاثیر سوء داشته باشد.
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف اضافه کرد: برای مثال می‌توان به بنتونیت اشاره کرد که وجود آن در ترکیب گندله باعث کاهش بازیسیته سرباره خواهد شد، در نتیجه برای برطرف کردن این آثار مجتمع‌های فولادسازی ناگزیر به مصرف بیشتر موادی مانند آهک خواهند بود.
وی با بیان اینکه پروسه اگلموراسیون علاوه بر هزینه‌های خود، باعث تحمیل هزینه‌های ناخواسته دیگر نیز خواهد شد، ضمن اینکه عیار کنسانتره نیز کاهش می‌یابد، گفت: یکی از راه‌های غلبه بر مشکلات بالا استفاده از زغال سنگ حرارتی جهت ایجاد گاز احیایی در دمای بالا است، زیرا گاز حاصله می‌تواند برای احیای ناقص یا کامل اکسید آهن به کار برده شود.
دکتر حلالی همچنین به کاربردهای گاز حاصله در دیگر پروسه‌های صنعتی از قبیل خشک کردن، تشویه و تکلیس و احیای ناقص یا کامل دیگر اکسیدها اشاره و تصریح کرد: گاز حاصله می‌تواند در راکتورهای مختلف از قبیل کوره‌های دوار، بستر سیال و چند محفظه‌ای مورد استفاده قرار گیرد، برای مثال راکتور تولید گاز احیایی که در دانشگاه صنعتی شریف توسط مجری این طرح ساخته شده است، در حال حاضر گاز احیایی برای کوره بستر سیال را تامین می‌کند.
وی ظرفیت تولید این طرح را به میزان ۲۰۰ لیتر گاز در دقیقه در دمای هزار درجه سانتیگراد اعلام کرد و گفت: استفاده از این دستگاه در دماهای پایین‌تر منجر به تولید حجم بالاتری از گاز خواهد شد.
این استاد دانشگاه ارزانی قیمت انرژی در کشور، آشنا نبودن صنعتگران با روش‌های جدید و به روز رایج در دنیا و غیر رقابتی بودن برخی فعالیت‌های صنعتی را از جمله دلایل ناشناخته و مهجور ماندن این تکنولوژی جدید در کشور عنوان کرد.
وی تصریح کرد: با وجود مزایای فراوانی همچون کاهش هزینه‌های تولید و صرفه اقتصادی، ارتقای کیفیت محصولات تولیدی و سرعت بخشی به فرایندهای صنعتی، هنوز بسیاری از صنعتگران کشور نسبت به ویژگی‌های کوره بستر سیال و دستگاه تبدیل زغال سنگ به گاز احیایی آشنایی چندانی ندارند که امیدواریم آگاهی لازم در این زمینه ایجاد شود.
انتهای پیام