منطق بازیابی اتیلن گلیکول

 

 

چند دلیل برای بازیابی خنک کننده های مصرف شده وجود دارد. اول اینکه طبق قوانین محیط زیستی اگرچه اتیلن گلیکول به صورت بیولوژیکی قابل تجزیه می باشد اما از آنجا که پساب ضد یخ حاوی فلزات سنگین مانند سرب ، کادمیم و کروم بوده و این پساب را جزء ضایعات سمی و مضر قرار داده است ، لذا دفع آن به محیط و سیستم فاضلاب قبل از تصفیه غیر قانونی می باشد و همچنین به دلیل مقادیر زیاد آب در سیال خنک کننده سوزاندن روشی مناسب نمی باشد. بنابراین در عمل ، فرایند بازیافت گلیکول ، اگر هزینه کمتری نسبت به روش های دیگر داشته باشد ترجیح داده می شود. در آلمان با وجود قوانین زیست محیطی سفت و سخت نسبت به مصرف مایع خنک کننده استفاده شده ، فقط در حدود 40% مایع خنک کننده استفاده شده برای تصفیه به مراکز بازیافت فرستاده می شود[8].

 

دومین مساله این است که بازیابی ضدیخ مانند بازیابی روغن موتور مصرف شده می تواند در حفظ منابع تجدید ناپذیر اولیه مثل گاز طبیعی مفید باشد و هزینه فرایند خنک کننده بازیابی شده ارزانتر از خنک کننده اولیه و اصلی می باشد ، البته کارایی این دو تا حد زیادی شبیه به هم می باشد. تجربه چنین بازیافتی در تصفیه و بازیابی روغن موتور مصرف شده نتایج خوب و مقرون به صرفه ای را برای صنعت به ارمغان آورده است. البته موضوع بازیابی ضدیخ و خنک کننده ها و محصولات این چنینی هنوز به طور عمده در کشورهای صنعتی مورد توجه قرار نگرفته است و در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای بازیابی اینگونه پسابها انجام نگرفته است[5].

بازیابی گلیکول مصرف شده نیازمند دو فرایند اصلی جداسازی می باشد که تنها مرحله دوم در تغلیظ محصول حاصل از واکنش آب و اکسید اتیلن مشترک می باشد.

1-جداسازی آلاینده ها به منظور تولید یک محصول پایه ی به اندازه کافی خالص از گلیکول و آب برای فرموله کردن دوباره ضدیخ

2-جداسازی آب و گلیکول تا غلظت اتیلن گلیکول در آب خالص برای تخلیه مستقیم به سیستم پساب مناسب گردد.

 

1-5-1)مرحله اول پیش تصفیه :

پیش تصفیه خنک کننده مصرف شده،نقشی حیاتی در عملکرد سیستم های نمک زدایی جریانهای پایین دستی دارد. جداسازی ثقلی و فیلتراسیون ذرات معمولا در ابتدای فرایندهای نمک زدایی نصب می شوند. به خاطر پتانسیل بالای گرفتگی ، سیستم های غشایی در مرحله پیش تصفیه کمتر مورد توجه قرار می گیرند و در فیلتراسیون / سانترفیوژ مواد حل شده از خنک کننده مصرف شده زدوده شده سپس به آن گرما داده می شود و بعضی از ناخالصی ها توسط عمل سانترفیوژ حذف می گردند.

 

1-5-2)مرحله دوم پیش تصفیه

مرحله دوم پیش تصفیه با بهره گرفتن از تکنیکهای جداسازی غشایی انجام می گیرد. تعدادی از سیستم های بر پایه غشاء نیز ممکن است به منظور پیش تصفیه یا نمک زدایی خنک کننده مصرف شده به کار روند. این موارد را می توان به دو گروه ، نیرومحرکه فشاری و نیرومحرکه الکتریکی تقسیم بندی کرد. فرایندهای غشایی با نیرومحرکه فشار بر پایه اندازه ذرات و روش های با نیرومحرکه الکتریکی براساس یونهای باردار عمل می کنند.

 

 

 

 

1-5-3)فرایندهای غشایی با نیرومحرکه فشار

 

  • الترافیلتراسیون(UF) : این روش به طور متداول مواد آلی دارای وزن ملکولی بالاتر از 1000 را دفع می کند. در حالیکه یونها و ذرات آلی کوچکتر را از خود عبور می دهد و معمولا این روش با نانوفیلتراسیون ترکیب می شود. UF می تواند ضد یخ روغنی ، کدر و مصرف شده را به منظور تولید محصولی نیمه شفاف فرآوری کند. در این روش گرفتگی برگشت ناپذیر در غشا اتفاق میافتد. این فرایند نمی تواند خنک کننده موتور با خلوص کافی به منظور دسترسی به خواص خنک کننده اصلی تولید کند.

 

  • نانوفیلتراسیون(NF) : فرایند NF برای زدایش موثر ملکولهای و یونها با توجه به اندازه آنها در محدوده بین دو فرایند الکتروفیلتراسیون و اسمز معکوس انتخاب مناسبی می باشد. NF از غشاهای با تخلخل بیشتری نسبت به RO بهره می گیرد. این فرایند نمی تواند اجزای کوچکتر و دارای بار کمتر مانند کلرید را نگه داشته یا دفع کند و معمولا قادر به تولید خنک کننده با درجه خلوص کافی در حد خواص خنک کننده اصلی نمی باشد. بعضی از غشاهای NF مشابه غشاهای UF می باشد که درنتیجه می توانند بدون عبور دادن رنگ و یونهای چند والانسی (سخت) و دیگر آلاینده ها در امر تصفیه استفاده شوند.

 

  • اسمز معکوس(RO) : در اسمز معکوس آب از درون یک غشا نیمه تراوا از منطقه ای با غلظت بالاتر به درون منطقه ای رقیق تر به وسیله فشاری که بیشتر از فشار اسمزی می باشد رانده می شود. تحت فشار اسمزی نرمال ، آب از طرف رقیق تر به سمت غلیظ تر حرکت می کند. RO به غیر از تعداد کمی اکثر مواد را دفع کرده و درفشار 125 الی 1000 psia عمل می کند. غشاهایی که EG را دفع می کنند جهت تغلیظ گلیکولها برای تصفیه محلولهای مانند سیال یخ زدای فرودگاه ها که به صورت رقیق همراه با آب خارج می شوند، استفاده می شوند.

کاربرد RO در این زمینه عموما وقتی که غلظت EG اولیه در خوراک کمتر از 6% باشد عملی است و برای تغلیظ EG رقیق برای رسیدن به ماکزیمم غلظت حدود 10 الی 12 درصد در فشار عملیاتی 1000 psig مفید می باشد[5]. به منظور بازیابی ضد یخ وسایل نقلیه که بطور متداول در برگیرنده بیش از 20% اتیلن گلیکول می باشد غشاهایی که می توانند EG و یا آب را از خود عبور داده و نمکها و دیگر آلاینده ها را دفع کنند،استفاده می شوند. مشکل ابتدایی برای نیرومحرکه فشاری مانند UF/NF وجود روغنهای تعلیق شده می باشد، روغن روی سطح غشا را پوشانده(گرفتگی) در نتیجه بحث کاهش شدید نرخ تولید می شود. وقتی که گرفتگی اتفاق می افتد سیستم باید خاموش و تمیز گردد که این فرایند زمان بر می باشد.

 

 

 

 

 

 

1-6)فرایندهای مختلف بازیابی اتیلن گلیکول

مطابق با آنچه گفته شد پیش تصفیه برای جداسازی مکانیکی جامدات و مواد با وزن کم که عمدتا شامل فیلتراسیون ذرات و میکروفیلتراسیون یا الترافیلتراسیون برای جلوگیری از کلوخه  شدن و کاهش رسوب گرفتگی در مراحل بعدی می شود انجام می گیرد. بعد از پیش تصفیه بایستی آب از اتیلن گلیکول جدا گردد.

فرایند های مختلف مورد بررسی قرار گرفته در جداسازی آب از اتیلن گلیکول شامل فرایندهای متداول تقطیر و تبخیر1 و فرایندهای غشایی، تراوش تبخیری2و تقطیر غشایی3 می گردد. در تبخیر(EV) مایع خنک کننده از 25% تا 70% وزنی گلیکول تغلیظ می گردد. دمای فرایند خیلی پایین تر از دمای سیستم خنک کننده موتور برای جلوگیری از تشکیل نیترو آمینها می تواند نگه داشته شود و آب با غلظت کمی از گلیکول به عنوان محصول بالادستی تولید می شود.

محصول اصلی EV برای تغلیظ بیشتر، خصوصا آب گیری به مرحله ی تراوش تبخیری(PV) فرستاده می شود. جزء عبور نکرده از غشاء تراوش تبخیری مایع گلیکولی با غلظت بالا (96%<) می باشد[8].

 

1-6-1)کاربرد فرایند تبخیر در جداسازی آب و اتیلن گلیکول

در تبخیر محلول آب و اتیلن گلیکول،محلولی که از ماده حل شده غیر فرار اتیلن گلیکول و حلال فرار آب تشکیل شده است تغلیظ می گردد. با بخار شدن قسمتی از آب، که بر اثر آن محلول غلیظ لیکور به دست می آید، تبخیر انجام می شود. تفاوت آن با تقطیر این است که بخار حاصل از تبخیر معمولا یک جزء تنهاست و حتی وقتی بخار به صورت مخلوط است ، در مرحله تبخیر سعی نمی شود بخار به اجزای تشکیل دهنده اش تفکیک شود[9].

فرایند تبخیر برای رسیدن به غلظت 70% وزنی اتیلن گلیکول مناسب می باشد. برای غلظت خوراک بالاتر از 70% کیفیت محصول بالادست به طور قابل ملاحظه ی  به تغییر خصوصیات فاز آب و اتیلن گلیکول می انجامد. از طرف دیگر در فرایند تبخیر در محدوده ی غلظت اتیلن گلیکول بالاتر از 70% انرژی مورد نیاز به میزان چشمگیری با افزایش غلظت خوراک اتیلن گلیکول افزایش می یابد.