بهینه سازی مصرف آب ، کاهش انرژی و بهبود بازیافت در تولید اتانول با استفاده از محصولات زیمنس
ابتکارات پایداری در تولید اتانول
اتانول به عنوان سوخت و فعالیتهای پایداری شرکتهایی مانند زیمنس (Siemens).
- اتانول (Ethanol):
- نوعی الکل است که از منابع تجدیدپذیر مانند ذرت و گندم تولید میشود.
- بسیاری از شرکتهای بزرگ نفتی، بنزین مخلوط با اتانول عرضه میکنند.
- مزایای آن شامل کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی، کاهش آلایندههای سمی از اگزوز و یک منبع انرژی پایدار و “سبز” است.
- در سال 2011، تولید جهانی اتانول از 84,000 مگالیتر (22.3 میلیارد گالن) فراتر رفت.
- موج پایداری (The sustainability surge):
- مفهوم پایداری دهههاست که وجود دارد اما اکنون در مقیاس وسیع احساس میشود.
- شرکتهایی مانند زیمنس نشان میدهند که سازگار بودن با محیط زیست و اقتصادی بودن منافی هم نیستند.
- محصولات و خدمات زیمنس کاهش قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانهای برای مشتریانش ایجاد کرده است.
- در سال 2011، زیمنس به مشتریانش کمک کرد تا انتشار سالانه دیاکسید کربن (CO2) را حدود 320 میلیون تُن کاهش دهند؛ این مقدار برابر با کل انتشار سالانه CO2 شهرهای برلین، دهلی، هنگ کنگ، استانبول، لندن، نیویورک، سنگاپور و توکیو است.
بسیاری از جوامع محلی در حال اجرای شیوههای تجاری پایدار هستند. نمونه بارز آن، شهر کوچک هاولاک در انتاریوی مرکزی-شرقی کانادا است که میزبان شرکت Kawartha Ethanol، یکی از تولیدکنندگان اتانول در اندازه متوسط کانادا، میباشد.
Kawartha Ethanol: تولید پایدار در مقیاس کوچک
- تأسیس و ظرفیت: این شرکت در سال 2010 شروع به کار کرد و ظرفیت تولید سالانه آن تا 80 میلیون لیتر اتانول درجه سوختی است. این مقدار برای پر کردن بیش از 1.4 میلیون باک بنزین خودروهای معمولی کافی است.
- هدف اصلی: هدف اصلی شرکت در طول فرآیند تولید، فعالیت به پایدارترین شکل ممکن است. این داستان همکاری بین Kawartha Ethanol و زیمنس (Siemens) در ترویج پایداری در انتاریو است.
فرآیند تولید اتانول شامل مراحل زیر است:
- پردازش غلات.
- ترکیب آنها با آنزیمها.
- تقطیر “سوپ” حاصل برای تولید الکل با کیفیت بالا.
مزایای کلیدی اتانول درجه سوختی:
- خلوص: 99% الکل خالص.
- احتراق پاک: اتانول با داشتن درصد اکسیژن بالا (35%)، احتراق کارآمدتری در سوخت ایجاد میکند.
- کاهش آلایندگی: استفاده از اتانول در وسایل نقلیه، انتشار مونوکسید کربن (CO) را تا 30% کاهش میدهد (بر اساس انجمن سوختهای تجدیدپذیر کانادا - CRFA).
با توجه به مصرف روزانه جهانی 88.6 میلیون بشکه نفت (2012)، این نوع کاهش در انتشار گازهای گلخانهای (GHG) گامی حیاتی در مسیر پایداری جهانی محسوب میشود.
مشارکت در جهانی سبزتر:
فرآیندهای تولید Kawartha Ethanol عمدتاً در سه حوزه کلیدی به پایداری جهانی کمک میکنند:
- کاهش مصرف آب.
- کاهش مصرف گرما.
صرفهجویی در مصرف آب: استانداردهای فراتر از انتظار
در حالی که تولید هر بشکه نفت خام حدود 1851 گالن آب شیرین نیاز دارد، اکثر کارخانههای اتانول میتوانند حدود یک سوم کل آب مصرفی خود را مجدداً استفاده کنند. در کارخانه Kawartha Ethanol، طراحان فراتر از این استاندارد عمل کردهاند:
- استفاده مجدد از آب باران: این کارخانه دارای شش محوطه بتنی مهار (Containment Areas) است که اطراف مخازن ذخیرهسازی مواد شیمیایی و سوخت قرار دارند تا از نشت مواد به آبهای زیرزمینی جلوگیری شود.
- راهکار نوآورانه: آب بارانی که در این محوطهها جمع میشود، هدر نمیرود. پمپها این آب را مستقیماً به فرآیند اتانول برگردانده و برای تهیه دوغاب (Slurry) مخلوط کردن ذرت با آب، مجدداً استفاده میکنند. این اقدام یک راهحل منحصربهفرد و کارآمد برای صرفهجویی در آب در Kawartha Ethanol است.
نقش تجهیزات زیمنس (Siemens): ایمنی و پایش دقیق
تجهیزات دقیق زیمنس نقشی حیاتی در اطمینان از پایداری و ایمنی این فرآیندها ایفا میکنند. برای جلوگیری از نشت مواد و آلودگی آبهای جمعآوری شده، اقداماتی ایمنی اتخاذ شده است:
- پایش سطح مداوم: این کارخانه از فرستنده فشار دیجیتال Siemens SITRANS P DS III برای نظارت مستمر بر سطح مخازن مواد شیمیایی استفاده میکند.
- عملکرد دستگاه: این فرستندهها فشار هیدرواستاتیک مخازن را اندازهگیری کرده و آن را به قرائت دقیق سطح تبدیل میکنند تا از سرریز شدن یا نشت جلوگیری شود.
ایمنی و پایش دقیق: اطمینان از عملکرد بدون خطا
برای تضمین عملیات ایمن و جلوگیری از آلودگی، Kawartha Ethanol از فناوریهای پیشرفته زیمنس استفاده میکند:
- حفاظت از سرریز (Overfill Protection):
- سوئیچهای سطح نقطهای ارتعاشی SITRANS LVL200 به عنوان پشتیبان دستگاههای اندازهگیری مداوم نصب شدهاند.
- این سوئیچها برای حفاظت در برابر سرریز شدن در مخازن مواد شیمیایی و در طول فرآیند تولید حیاتی هستند و به دلیل طراحی مستحکم، عملکرد قابل اعتمادی حتی در محیطهای تهاجمی دارند.
- پایش جریان (Flow Monitoring):
- برای ردیابی آب بازچرخانی و سایر مواد در جریان بین مراحل مختلف فرآیند، از فلومترهای زیمنس استفاده میشود.
- ترکیب سنسور SITRANS F M MAG 5100 W و فرستنده SITRANS F M MAG 6000 دقتی برابر با ± 0.25% در اندازهگیری جریان مایع ارائه میدهد که عملکرد و کارایی بالا را تضمین میکند.
بازیافت حرارت (Heat Reclamation): بهرهوری انرژی
کنترل دما و فشار در طول تولید برای کیفیت محصول نهایی و ایمنی محیط کار حیاتی است. مهمترین اندازهگیری در این کارخانه، دما است.
- مبدلهای حرارتی: Kawartha Ethanol از مبدلهای حرارتی محصول به محصول (Product-to-Product Heat Exchangers) برای توزیع دماهای مختلف در سراسر کارخانه استفاده میکند. این مبدلها مایعات یا دوغابهای با دمای بالا را با مایعات با دمای پایینتر، بدون ترکیب شدن، به گردش درمیآورند.
- نمونه کاربرد: یکی از این مبدلها در مرحلهای که آنزیمها، خمیر ذرت را به قندهای ساده تجزیه میکنند (که گرمای زیادی تولید میکند)، استفاده میشود تا این گرمای اضافی به بخشهای سردتر فرآیند منتقل شود.
پایداری در Kawartha Ethanol با راهحلهای زیمنس
کارخانه Kawartha Ethanol در هاولاک، انتاریو، با بهکارگیری تجهیزات دقیق زیمنس (Siemens)، رویکردی پیشرو در زمینه کاهش مصرف آب، صرفهجویی در انرژی و بهبود بازیافت (Reclamation) در پیش گرفته است.
۱. کاهش مصرف آب و بازیافت هوشمند
کارخانه بیش از یکسوم آب مصرفی خود را بازیافت میکند. یک اقدام منحصر به فرد، استفاده مجدد از آب باران جمعآوری شده در محوطههای بتنی مهار مواد شیمیایی است؛ این آب به جای هدر رفتن، مستقیماً برای تهیه دوغاب (Slurry) در ابتدای فرآیند اتانول استفاده میشود.
نقش پایش زیمنس:
- فرستنده فشار دیجیتال Siemens SITRANS P DS III به طور مداوم سطح مخازن شیمیایی را برای جلوگیری از نشت پایش میکند.
۲. حفاظت از نشت و اندازهگیری جریان
برای اطمینان از ایمنی و کارایی فرآیند:
- سوئیچهای سطح نقطهای ارتعاشی SITRANS LVL200 به عنوان پشتیبان، حفاظت کامل در برابر سرریز شدن (Overfill) مخازن شیمیایی را فراهم میآورند.
- برای اندازهگیری جریان آب بازچرخانی و سایر مواد، سنسور SITRANS F M MAG 5100 W با فرستنده SITRANS F M MAG 6000 دقتی تا ± 0.25% را ارائه میدهند.
۳. بازیافت حرارت (Heat Reclamation) برای بهرهوری انرژی
کنترل دقیق دما و فشار برای کیفیت محصول نهایی و ایمنی ضروری است؛ دمای بالا بزرگترین متغیر اندازهگیری شده در تولید اتانول است.
عملکرد مبدلهای حرارتی:
این کارخانه از مبدلهای حرارتی برای انتقال گرما بین جریانهای مختلف بدون اختلاط استفاده میکند:
- مرحله تجزیه ذرت: در مرحلهای که آنزیمها، خمیر ذرت را به قندهای ساده تبدیل میکنند (که دمای آن 85°C است)، مبدلهای حرارتی این گرما را بازیابی کرده و دما را به 41°C (دمای مناسب برای تخمیر) میرسانند. این فرآیند بیش از 40°C گرما را بدون نیاز به انرژی اضافی بازیابی میکند.
- تولید محصول جانبی: پس از تقطیر، باقیمانده (Stillage) جداسازی شده و مایع آن با استفاده از گرمای هدررفته (Waste Heat) از فرآیند تقطیر توسط اِواپراتورها تغلیظ میشود تا خوراک دام با پروتئین بالا تولید شود.
- گرمایش آب فرآیند: به جای استفاده از انرژی برای گرم کردن آب، از بخار فلش (Flash Steam) تولید شده در سیستم کندانس دیگ بخار (جایی که مایع از فشار بالا به پایین میآید) برای گرم کردن آب فرآیند استفاده میشود.
پایش حیاتی دما و فشار با زیمنس:
- SITRANS T برای نظارت بر خنککننده خمیر (Mash Cooler) استفاده میشود تا اطمینان حاصل شود دوغاب با دمای صحیح وارد مرحله تخمیر میشود.
- SITRANS P فشار سیستمهایی مانند کندانس دیگ بخار را اندازهگیری میکند، زیرا فشار بیش از حد خطرناک است.
- تمامی این فرستندههای دما و فشار با موقعیتیابهای سوپاپ SIPART PS2 همراه هستند که با ارائه تشخیصهای هوشمند، انعطافپذیری و ایمنی کامل را برای تمامی کاربردهای حیاتی فراهم میکنند.
صرفهجویی در انرژی و اتوماسیون مرکزی
۴. صرفهجویی در انرژی از طریق مدیریت حرارت و اتوماسیون
برای به حداقل رساندن اتلاف گرما در حین انتقال:
- عایقبندی سفارشی: دور لولهها و مخازنی که حاوی مواد گرم هستند، پوششهای عایق سفارشی نصب شده است. این عایقها به گونهای طراحی شدهاند که اپراتورها بتوانند به راحتی آنها را باز کرده، نگهداری لازم روی ابزار دقیق را انجام دهند و مجدداً آنها را محکم ببندند.
اتوماسیون مرکزی با زیمنس
تمام ابزارهای دقیقی که این لولهها و مخازن را پایش میکنند (جریان، سطح، فشار، دما)، از طریق یک شبکه Profi bus به سیستم کنترل توزیعشده (DCS) SIMATIC PCS 7 از زیمنس متصل هستند.
- مزایای PCS 7: این سیستم به اپراتورها در اتاق کنترل اجازه میدهد فوراً متوجه شوند کدام تجهیزات نیاز به نگهداری دارند و به سرعت واکنش نشان دهند. این سیستم ابزارهای مهندسی با کارایی بالا، مدیریت آلارم، ایمنی فرآیند و مدیریت داراییها را فراهم میکند.
- تأیید اپراتور: همانطور که بیل هریس، سرپرست برق Kawartha Ethanol میگوید: “فرآیند ما شامل صدها ابزار دقیق زیمنس است که جریان، سطح، فشار و دما را اندازهگیری میکنند و همه از طریق شبکه پروفیباس به یک سیستم DCS مرکزی بازخورد میدهند. ما به دقت و قابلیت اطمینان این سیستم برای اطمینان از عملکرد کارآمد و ایمن خود متکی هستیم.
جمعبندی: تعهد به پایداری
این اقدامات در Kawartha Ethanol کاملاً با فلسفهای قدیمی همسو است: «جهان را بهتر از آنچه پیدا کردی ترک کن؛ بیش از حد نیاز برندار؛ سعی کن به محیط زیست آسیب نرسانی؛ و اگر آسیبی وارد کردی، جبران کن.» نیاز به شیوههای سبزتر در صنعت در دو دهه گذشته افزایش یافته است، و ابزارهای فرآیندی زیمنس نقشی مهم در کمک به شرکتها برای تحقق این اهداف ایفا میکنند.
جمعبندی نهایی:کسبوکار سبز واقعی
همانطور که در Kawartha Ethanol فعالیت میکنند تا کارخانه خود را کارآمد اداره کنند با ارائه اطلاعات دقیق فرآیندی به اپراتورها زیمنس کانادا نیز که اخیراً به عنوان یکی از صاحبان مشاغل سبز کانادا در سال ۲۰۱۲ (Canada’s Greenest Employers for 2012) معرفی شد، نشان میدهد که هم محصولات و هم ارزشهای سازمانی آن با شیوههای پایدار همسو هستند.
Kawartha Ethanol و زیمنس با تلاش برای «بهتر ترک کردن جهان نسبت به آنچه یافتهاند»، ثابت میکنند که کسبوکار سبز نه تنها امکانپذیر است، بلکه در مقیاسهای کوچک محلی (مانند شهرهای کوچک) و همچنین در مقیاس جهانی قابل تحقق است.
