أنظمة خلط الوقود الحيوي

يتوقف خلط المكوّن الحيوي بالنسبة الصحيحة أثناء تعبئة الصهريج على ثلاثة أمور: قياس كل تيار على حدة، والتحكم في النسبة باستمرار من بداية التعبئة حتى نهايتها، والتأكد من تجانس الخليط قبل وصوله إلى حجرة الصهريج. فالنقطة التي يلتقي فيها الإيثانول بالبنزين، أو الديزل الحيوي (FAME) بالديزل، ليست مجرد وصلة أنابيب، بل هي الموضع الذي تتحدد فيه جودة المنتج والكمية التجارية وبيانات التقارير التنظيمية في آن واحد.

تتناول هذه الصفحة أنظمة الخلط المرتبطة بذراع التعبئة في محطات الوقود الحيوي: متى تُختار كل طريقة خلط، وكيف يُتحقق من النسبة، ولماذا ينعكس الاختلاف الكبير بين سلوك الإيثانول وسلوك FAME على التصميم. أما حساب الكمية المبيعة من الخليط فيُعرض في صفحة قياس نقل الملكية، وجرعات الإضافات في صفحة حقن الإضافات.

لماذا يجري الخلط في المحطة وقت التعبئة؟

تُخزَّن المكوّنات الحيوية عادةً نقيةً أو بتركيز مرتفع في خزانات مستقلة، ثم تُدمج مع المنتج الأحفوري في المرحلة الأخيرة. السبب الأول هو سلوك الإيثانول مع الماء؛ فالإيثانول يذوب في الماء بلا حدود، ويستطيع خليط الإيثانول والبنزين حمل كمية من الماء المذاب تفوق كثيرًا ما يحمله البنزين العادي. لكن عند تجاوز هذا الحد تنفصل طبقة مستقلة تحتوي على الماء وعلى الإيثانول المسحوب من البنزين معًا. وتذكر مذكرة وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) المستخدمة مرجعًا هنا مثالًا لخليط يحتوي 10 % إيثانول يبقى في طور واحد حتى نحو 0.5 % حجمًا من الماء عند 60 °F. ولذلك فإن تقليل مدة بقاء الخليط في التخزين هو الوسيلة العملية للحد من هذا الخطر.

السبب الثاني هو سلوك FAME في البرد. يبدأ الديزل الحيوي النقي (B100) بالتهلّم عند درجة حرارة أعلى من الديزل، وتختلف هذه الدرجة باختلاف المادة الأولية، ولهذا يُحفظ غالبًا في خزانات فوق سطح الأرض مزودة بالتسخين. أما خلائط الديزل الحيوي الممزوجة جيدًا فلا تنفصل مع الوقت ما دامت فوق نقطة التعكّر. وبإجراء الخلط عند منصة التعبئة تقتصر الحاجة إلى التسخين والعزل على جانب B100 فقط. ويصف دليل NREL الخلط في المحطة أو عند منصة التعبئة بأنه الطريقة المفضلة لأنه يحقق خلطًا كاملًا.

الخلط النسبي والخلط التتابعي والخلط داخل الصهريج

يُشرح المبدأ العام لطرق الخلط عند منصة التعبئة في صفحة أنظمة تعبئة الصهاريج، ونلخص هنا ما يتغير عندما يكون أحد التيارين مكوّنًا حيويًا.

·         الخلط على الخط (بالنسبة): لكل خط منتج عدّاده وصمام التحكم الخاص به، وتتدفق التيارات في الوقت نفسه إلى مجمّع مشترك، بينما يضبط المتحكم النسبة طوال التعبئة. يُضاف المكوّن الحيوي إلى تيار المنتج الأساسي بشكل مستمر أو على دفعات قصيرة، ويتولى الاضطراب في الخط عملية المزج. وبما أن النسبة محفوظة في كل لحظة، يبقى تركيب الخليط صحيحًا حتى في التعبئات القصيرة أو التي تتوقف قبل اكتمالها.

·         الخلط التتابعي: تمر المنتجات واحدًا تلو الآخر عبر العدّاد والصمام نفسيهما، وتُضبط الكميات الإجمالية وفق النسبة المستهدفة. المعدات أبسط، لكن المزج يعتمد إلى حد كبير على حركة السائل داخل الحجرة، وإذا توقفت التعبئة في منتصفها قد تنحرف النسبة داخل الحجرة.

·         الخلط داخل الصهريج أو الخزان (Splash): تُضخ المكوّنات منفصلة في الحجم نفسه، ويعتمد المزج على تدفق الدخول أو إعادة التدوير. ولا يوجد تحكم في النسبة أثناء التسليم، لذا يظهر هذا الأسلوب عادةً في نقاط التوزيع الصغيرة لا بديلًا عن الخلط النسبي أو التتابعي في المحطات التجارية.

تُصمَّم معدات الخلط على الخط عادةً لمستوى خلط محدد. وفي المحطات التي ترغب في تسليم خلائط منخفضة وأخرى أعلى من الديزل الحيوي عبر الوحدة نفسها، ينبغي التحقق من بقاء عدّاد المكوّن الحيوي وصمام التحكم ضمن نطاق القياس في كلتا النسبتين.

التحكم في النسبة والتحقق بعدّادين

في الخلط النسبي يقارن المتحكم باستمرار النبضات الواردة من عدّاد المنتج الأساسي وعدّاد المكوّن الحيوي، ويضبط صمام المكوّن الحيوي للإبقاء على النسبة المستهدفة. لذلك فإن دقة النسبة خاصية للعدّادين معًا لا لأحدهما منفردًا. ومن النقاط التي تستحق الاهتمام في مرحلة التصميم:

·         نطاق قياس عدّاد المكوّن الحيوي: عند النسب المنخفضة يكون تدفق المكوّن الحيوي جزءًا صغيرًا من تدفق المنتج الأساسي، ويجب أن يقيسه العدّاد حتى أثناء مرحلتي بدء التعبئة وإنهائها.

·         أساس الحجم الذي تُحسب عليه النسبة: يتمدد الإيثانول وFAME بالحرارة بشكل مختلف عن الوقود الأحفوري، وللإيثانول معيار مستقل للكثافة وتصحيح الحجم. ويجب أن يُحسم وفق التشريعات والعقد ما إذا كانت النسبة تُحسب على الحجم عند ظروف التشغيل أم على الحجم عند درجة الحرارة المرجعية أم على أساس الكتلة.

·         إنذار الانحراف وإيقاف التعبئة: إطلاق إنذار عند خروج النسبة عن نطاق السماح، وإيقاف التعبئة عند الحاجة، وتسجيل الحدث.

·         سجل الدفعة: تسجيل كميتي المنتج الأساسي والمكوّن الحيوي لكل تعبئة بشكل منفصل، وهو أساس ضبط الجودة وإعداد التقارير حسب المكوّن.

موقع نقطة الخلط

كلما اقتربت نقطة الخلط من ذراع التعبئة صغرت كمية الخليط السابق التي تنتقل إلى التعبئة التالية. وفي الخطوط التي تسلّم نسبًا مختلفة أو منتجًا دون مكوّن حيوي، يحدد حجم الخط بين نقطة الخلط والصهريج الكمية المنقولة عند تغيير المنتج. ويُختار موضع حقن المكوّن الحيوي بحيث يصبح الخليط متجانسًا قبل وصوله إلى الحجرة، وتُقيَّم الحاجة إلى خلاط ساكن وفق نظام التدفق وطول الخط.

إجراءات خاصة بخطَّي الإيثانول وFAME

تُحدَّد مستويات الخلط وفق مواصفات الوقود في السوق الذي يُباع فيه المنتج. ففي التعريفات الأمريكية مثلًا يعني E10 خليطًا من 10 % إيثانول و90 % بنزين، ويدل الرقم الذي يلي الحرف B على النسبة الحجمية للديزل الحيوي في الخليط (مثل B20). وتشمل المواصفة الأوروبية للديزل البارافيني، ومنه HVO، منتجات قد تحتوي على ما يصل إلى 7 % حجمًا من FAME. وينبغي الاتفاق مع المشغّل على النسبة المطبقة لكل درجة منتج ولكل موسم قبل تصميم النظام.

معايير تصميم نظام الخلط

دور TLY Enerji في مشاريع الخلط

بحسب نطاق المشروع، يمكن أن تقدم TLY Enerji الدعم الهندسي في اختيار العدّادات وصمامات التحكم لكل خط منتج، وتوريد معدات القياس والتحكم، ودمج التحكم في الخلط مع طبقة PLC وSCADA، والتركيب في الموقع والاختبار والتشغيل. ويُحدَّد ما يدخل ضمن نطاق التوريد ونقطة الربط مع نظام أتمتة المحطة بالاتفاق من خلال المواصفات الفنية للمشروع.

البيانات اللازمة لتقييم نظام الخلط

·         المكوّنات الحيوية المراد خلطها (إيثانول، FAME، مكوّن بارافيني) والنسب المستهدفة

·         نطاق معدل التعبئة وعدد أذرع التعبئة لكل منتج ومكوّن حيوي

·         مواقع خزانات المكوّنات الحيوية وظروف حرارتها والبنية القائمة للتسخين

·         هل تُعرَّف النسبة على أساس الحجم أم الكتلة، وما نطاق الانحراف المقبول

·         المنتجات الأخرى المسلَّمة عبر الخط نفسه وتواتر تغيير المنتج

·         وحدة التحكم الدفعي أو نظام أتمتة المحطة القائم وصيغة السجلات المطلوبة

صفحات ذات صلة

·         أنظمة حقن الإضافات في محطات الوقود الحيوي: جرعات إضافات التدفق في البرد ومضادات الأكسدة المصاحبة للخليط.

·         قياس نقل ملكية الوقود الحيوي والإيثانول: الكمية المبيعة من الخليط والتقارير حسب المكوّن.

·         وحدات قياس الوقود الحيوي: اختيار العدّادات في خطوط FAME وHVO تبعًا لتأثير اللزوجة والحرارة.

·         أنظمة تعبئة صهاريج الوقود: خط الوقود الأحفوري وذراع التعبئة الذي يستقبل الخليط.

·         أنظمة تعبئة الصهاريج: المبدأ العام للخلط النسبي والتتابعي عند منصة التعبئة.

أسئلة شائعة حول خلط الوقود الحيوي

هل نختار الخلط النسبي أم الخلط التتابعي؟

يحافظ الخلط النسبي على النسبة المستهدفة في كل لحظة من التعبئة، فيبقى الخليط صحيحًا حتى في التعبئات القصيرة أو المتوقفة، لكنه يتطلب عدّادًا وصمام تحكم مستقلين لكل خط منتج. أما الخلط التتابعي فيحتاج إلى معدات أقل، غير أن المزج يحدث داخل الحجرة وقد تنحرف النسبة إذا توقفت التعبئة في منتصفها. ويُبنى الاختيار على عدد التعبئات وتنوع المنتجات وشروط جودة الخليط في العقود.

لماذا لا يُفضَّل تخزين خليط الإيثانول لفترة طويلة؟

يستطيع خليط الإيثانول والبنزين إذابة ماء أكثر من البنزين العادي، لكن بعد تجاوز هذا الحد تترسب طبقة مستقلة من الإيثانول والماء في قاع الخزان. عندها ينخفض محتوى الإيثانول في الخليط وتتكون في القاع طبقة غير صالحة للاستخدام. وتخزين الإيثانول منفصلًا في ظروف جافة وخلطه عند نقطة التعبئة الأخيرة يقصّر مدة تعرض الخليط للماء ويقلل هذا الخطر.

هل يجب تسخين خط خلط الديزل الحيوي بالكامل؟

تتركز الحاجة إلى التسخين والعزل عادةً على جانب الديزل الحيوي النقي (B100)، أي الخزان والمضخة والخط حتى نقطة الخلط، وذلك وفق المناخ المحلي ونقطة تعكّر المنتج. وبعد الخلط يصبح سلوك الخلائط منخفضة النسبة في البرد أقرب بكثير إلى الديزل. ويُحدَّد الجزء الذي يحتاج إلى حماية من خلال بيانات المختبر للـFAME الفعلي وأدنى درجة حرارة محيطة في الموقع.

كيف نثبت أن نسبة الخليط كانت صحيحة؟

في الأنظمة النسبية تُسجَّل مجاميع عدّاد المنتج الأساسي وعدّاد المكوّن الحيوي لكل تعبئة بشكل منفصل، وتُحسب منها النسبة المحققة. وتُظهر إنذارات الانحراف وسجلات الأحداث ما إذا حوفظ على النسبة طوال التعبئة. كما يدعم التحقق الدوري من العدّادات، والمقارنة مع تحليل العينات عند الحاجة، موثوقية هذه السجلات.