يؤدي التطور السريع لدورات طاقة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (sCO₂)، وتخزين الكربون CCUS، وتقنيات الاستخراج فوق الحرج إلى زيادة الطلب على-المضخات المعززة لثاني أكسيد الكربون عالية الأداء.
باعتبارها واحدة من القطع الأساسية للمعدات في نظام sCO₂، تعمل المضخة المعززة في ظل ظروف صعبة حيث يمكن أن تتغير خصائص السوائل بشكل كبير بالقرب من النقطة الحرجة. ولذلك فإن توصيل الضغط المستقر، والختم الموثوق، ومقاومة عدم استقرار التدفق تمثل تحديات فنية رئيسية.
على الصعيد العالمي، اكتسبت الشركات المصنعة الرائدة خبرة كبيرة في مجال أنظمة المضخات عالية الطاقة-والطويلة-العمر، بينما تعمل معاهد الأبحاث الصينية وشركات تصنيع المعدات على تسريع التطوير المحلي لتوليد الطاقة من ثاني أكسيد الكربون-بحجم ميجاواط، ومشاريع CCUS، والتطبيقات الصناعية ذات الضغط العالي-.
لماذا تمثل المضخات الداعمة لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج تحديًا تقنيًا
يتمتع ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج بخصائص فيزيائية مختلفة جدًا عن السوائل التقليدية.
بالقرب من النقطة الحرجة، يمكن للتغيرات الصغيرة في الضغط ودرجة الحرارة أن تسبب تغيرات كبيرة في الكثافة والانضغاط. وهذا يضع متطلبات أعلى على تصميم المضخة، وأنظمة الختم، واستقرار التدفق، والتحكم في النظام.
تشمل التحديات التقنية الرئيسية ما يلي:
- إحكام الغلق بالضغط العالي-في ظل الظروف فوق الحرجة
- تسليم مستقر للسوائل بالقرب من النقطة الحرجة
- منع قفل الغاز والتجويف-مثل عدم الاستقرار
- موثوقية طويلة الأمد-في ظل التشغيل المستمر
- التحكم في نبض التدفق
- التوافق المادي
- تنسيق المضخة والنظام
- مراقبة الحالة في الوقت الفعلي-.
هذه العوامل جعلت من مضخات ثاني أكسيد الكربون المعززة تقنية مهمة في توليد الطاقة، واحتجاز الكربون، والمعالجة الكيميائية، وأنظمة الاستخراج.
كبرى الشركات المصنعة الدولية
قام العديد من مصنعي المضخات الدوليين بتطوير منتجات وتقنيات لتطبيقات ثاني أكسيد الكربون ذات الطور فوق الحرج أو الكثيف.
باربر-نيكولزفي الولايات المتحدة شاركت في برامج أبحاث دورة طاقة sCO₂-وركزت على مضخات تعزيز الطرد المركزي المدمجة والعالية السرعة- للمنصات التجريبية والعروض التوضيحية.
ليوافي ألمانيا تشتهر-بالمضخات الغاطسة الترددية العالية، مع نقاط قوة في القياس الدقيق، والتحكم في التدفق، وتكنولوجيا الختم. وتُستخدم منتجاتها في عمليات الاستخراج فوق الحرج، والمعالجة الكيميائية، وأنظمة الأبحاث ذات الضغط العالي-.
سولزروفلوسيرفالتركيز بشكل أكبر على حلول الضخ بالطرد المركزي- ذات التدفق الكبير لمرحلة نقل ثاني أكسيد الكربون الكثيفة وتطبيقات خطوط أنابيب احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، حيث يكون التشغيل المستمر على المدى الطويل- والكفاءة العالية أمرًا مهمًا.
أوراكامتخصصة في تكنولوجيا المضخات الترددية عالية الضغط- وتوفر حلول المضخات المكبسية لتطبيقات عمليات الضغط العالي-، بما في ذلك أنظمة حلقات الاستخراج والاختبار فوق الحرج-.
المحكممعروفة بتكنولوجيا المضخات الآلية-المعلبة غير المحكمة، مما يوفر مزايا في التطبيقات التي يكون فيها منع التسرب أحد الاهتمامات الرئيسية.
تطوير مضخات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج في الصين
حققت الصين تقدمًا سريعًا في تطوير معدات ضخ ثاني أكسيد الكربون في الطور فوق الحرج والكثيف-.
في الوقت الحالي، حققت مضخات التدفق الصغيرة- والمتوسطة-المخصصة للتطبيقات المعملية والتجريبية-مستوى عالٍ نسبيًا من التعريب. وفي الوقت نفسه، يعمل المصنعون المحليون على تحسين أنظمة المضخات الكبيرة-ذات التدفق والضغط العالي-من أجل احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، والاستخلاص المعزز للنفط، ومشروعات توليد طاقة sCO₂-بحجم ميجاواط-.
يركز المصنعون الصينيون الممثلون على العديد من المسارات التقنية، بما في ذلك:
- -مضخات ذات غطاس ترددي عالي الضغط
- مضخات ثاني أكسيد الكربون ذات الطور الكثيف-الكبيرة-ذات الطور
- أنظمة التعزيز-التي تعمل بالغاز
- مجموعات المضخات المدمجة-المثبتة على الانزلاق
- مضخات طرد مركزي متعددة-المراحل
- أنظمة ذكية للتحكم في الضغط والتدفق
نانجينغ يالونغ:-مضخات الغطاس ذات الضغط العالي لتطبيقات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج
تركز شركة Nanjing Yalong Petrochemical Equipment Technology Co., Ltd. على تطوير وتصنيعالمضخات الترددية والمضخات الغاطسة ذات الضغط العالي-للمطالبة بتطبيقات البترول والبتروكيماويات والطاقة والبحث.
بالنسبة لتطبيقات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج، تم تطوير نانجينغ يالونغسلسلة 3CQ و5CQ-مضخات ذات كباس عالي الضغط، يغطي نطاق ضغط واسعًا لمختلف المتطلبات التجريبية والصناعية.
يركز النهج الفني للشركة على:
- هيكل المضخة الترددية ذات الضغط العالي-
- تسليم السوائل مستقرة
- انخفاض نبض التدفق
- أداء ختم موثوق
- -تصميم مكبس مقاوم للتآكل
- التكيف مع ظروف ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة والضغط العالي
يتم استخدام الغطاسات الخزفية في تكوينات مختارة لتحسين مقاومة التآكل ودعم عمر خدمة أطول في ظل ظروف التشغيل الصعبة.
يمكن تطبيق حلول مضخة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة من Nanjing Yalong في:
- يعمل sCO₂ على تشغيل-منصات اختبار الدورة
- مختبرات الجامعات ومعاهد البحوث
- أنظمة الاستخراج فوق الحرجة
- معالجة المواد الكيميائية والجديدة-.
- أنظمة تدوير ثاني أكسيد الكربون-عالية الضغط
- تجربة-مشاريع أبحاث الطاقة على نطاق واسع
كما قامت الشركة أيضًا بتوريد معدات المضخات للجامعات والمؤسسات البحثية المحلية، مما يدعم تطوير دورة طاقة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج ومنصات اختبار السوائل ذات الضغط العالي.
الاتجاهات الرئيسية في سوق مضخة sCO₂ العالمية
أصبح اتجاه التطوير الشامل لمعدات ضخ ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج واضحًا بشكل متزايد.
تدفق أعلى وقوة
مع انتقال تقنية sCO₂ من الأبحاث المعملية إلى المشروعات التوضيحية والتجارية-النطاقية، يتحول الطلب نحو معدلات تدفق أكبر، وطاقة أعلى، وفترات تشغيل متواصلة أطول.
تحسين موثوقية الختم
ويظل الختم بالضغط العالي-أحد أهم التحديات التقنية. سوف يستمر تطوير المضخات في المستقبل في التركيز على مواد الختم المتقدمة، وانخفاض معدلات التسرب، وفترات الصيانة الأطول.
استقرار أفضل بالقرب من النقطة الحرجة
يمكن أن تؤدي تغييرات خاصية-السوائل بالقرب من النقطة الحرجة إلى عدم استقرار التشغيل. ولذلك، يعمل مصنعو المضخات على تحسين التصميم الهيدروليكي، وتكوين نهاية السائل-، وإستراتيجيات التحكم للحفاظ على الضغط والتدفق المستقرين.
انزلاق-تكامل مثبت
أصبحت الأنظمة المركبة على ألواح انزلاقية-تحظى بشعبية متزايدة لأنها تعمل على تبسيط عملية التركيب والتشغيل والنقل والصيانة-في الموقع.
المراقبة والتحكم الذكي
تتضمن المزيد من المشاريع مراقبة في الوقت الفعلي- للضغط ودرجة الحرارة والاهتزاز والتدفق لتحسين سلامة التشغيل والقدرة على الصيانة التنبؤية.
من معدات البحث إلى التطبيقات الصناعية
لا يزال المصنعون الدوليون يتمتعون بمزايا في أنظمة المضخات الكبيرة الحجم-والعالية-الطاقة والطويلة-، خاصة في خطوط أنابيب CCUS الكبيرة ومشاريع توليد الطاقة-.
ومع ذلك، يعمل المصنعون الصينيون على سد الفجوة بسرعة من خلال برامج البحث، والمشاريع التجريبية، وتطوير المعدات المحلية.
بالنسبة لتطبيقات أبحاث التدفق- والمتوسطة-الصغيرة، تتوفر بالفعل حلول المضخات المحلية على نطاق واسع. ستركز المرحلة التالية من التطوير على:
- أنظمة مضخات الضغط الكبيرة-ذات التدفق العالي-
- موثوقية طويلة-على المدى الطويل
- تكنولوجيا الختم فوق الحرجة
- عملية شرط -متغيرة
- مضخة -نظام تحكم متكامل
- التحقق من المشروع على نطاق صناعي-.
التوقعات
ومع تقدم المزيد من المنصات التوضيحية لتوليد طاقة sCO₂-ومشاريع CCUS، من المتوقع أن يستمر الطلب على مضخات تعزيز ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة الموثوقة في النمو.
تنتقل الصناعة من المعدات المعملية-إلى أنظمة مضخات أكبر حجمًا وأكثر تكاملاً وأكثر ذكاءً.
للمصنعين الصينيين مثلنانجينغ يالونغ لتكنولوجيا معدات البتروكيماويات المحدودة، يمثل السوق الحالي فرصة مهمة لتسريع عملية تصنيع تكنولوجيا مضخات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة ذات الضغط العالي- وتوفير المزيد من حلول المعدات المحلية للطاقة، واحتجاز الكربون، والمعالجة الكيميائية، وتطبيقات الأبحاث.
