אסטרטגיות ליישום עקרונות כלכלה מעגלית בייצור מבוסס Cstr

משמרת אורנט ל Circularity בייצור רציף

המודל הליניארי הקונבנציונלי "לקחת-לטעון" שולט בייצור כימי, אך חוסר היעילות שלו הופכים בלתי-אפשריים בעולם מומן משאבים. בתוך תהליכים של כור טטרק מתמשך (CSTR), היישום של עקרונות כלכלה מעגלית מציע נתיב מובנה כדי לפענח את הייצור של ייצור צמחי מרפא מדה פוליבית.

מכיוון ש- CSTRs פועלים ברציפות, אפילו רווחים צנועים במתחם יעילות משאבים באופן משמעותי לאורך זמן.הפחתה של 2 אחוזים באובדן זרז, למשל, מתרגמת לאלפים של ק"ג של מתכת יקרה שנשמרה מדי שנה, ולכידת זרם נמוך של תוצר יכול לייצר קו הכנסות משני תוך חיסול עלויות הסילוק.אך פעולות רבות עדיין מטפלות בשיפורים אלה כמיזמים מבודדים ולא שינויים מערכתיים.

הבנת ייצור & המבוסס על CSTR; טביעת הרגל

כורי זעזוע מתמשך הם בכל מקום בתעשיות התהליך בגלל היכולת שלהם לשמור על תערובת אחידה, העברה חום מעולה, ופעולה יציבה במצב יציב.רכבת CSTR טיפוסית עשויה לכלול להאכיל pre-heaters, הכור עצמו, מעיל טמפרטורה-שליטה, מעיל מעל ראש, ויחידות הפרדה הזרם.

למרות האלגנטיות המבצעית שלהם, תהליכים המבוססים על CSTR מייצרים מספר קטגוריות של פסולת:

(ב) [15] ,ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) אובדן האבולוציוני (FLT:1) - באמצעות evaporation, אימון בזרימי מוצר, או התאוששות לא יעילה.
(FLT:0) מוצרים ספציפיים ל-FLT:1 - במהלך ההפעלה, הסגירה או הפרעות חולפות.
(ב) ,0) ,אורגית בזבזה את ה- 1:1 - משילוב חום לא פגום, מחילופי חום מזוהמים או כלי רכב גדולים.

בהתייחסות לזרימי הפסולת האלה באופן הוליסטי היא הבסיס של אסטרטגיה מעגלית של CSTR במקום להתייחס לכל בעיה בבידוד, יצרנים מובילים מאמצים מסגרת ניהול משאבים משולבת המעדיפה את מניעת הטיפול מקצה לקצה.

אסטרטגיות כלכלה מעגליות לתהליכים CSTR

1 פסולת וריאציות באמצעות עיצוב מוצרים

Valorization הופך את מה שנחשב בעבר פסולת למוצר משותף בשוק.בייצור CSTR, זה מתחיל לעתים קרובות בשלב ההנדסה התגובה. על ידי התאמת סטויצ'ימטריה, פרופילי טמפרטורה, בחירה זרז, מהנדסים יכולים לנווט את התגובה פחות, ערך גבוה יותר על ידי מוצרים.למשל, בייצור של caprolactam (מבשר ניילון-6), מחזורי מופחת, 000 חד פעמי יכול לייצר תגובות אדניטריות מתקדמות כל כך כדי ליצור תגובה מתקדמת של המוצר.

דוגמה קונקרטית מגיעה מהתעשייה הביו-מדיזל, שבה גליגליקול הוא תוצר לוואי גדול של טרנססטרציה ב CSTRs. במקום לטפל גליקול כנטל של סילוק, המפיקים פיתחו רכבות טיהור הנותנותנות גליגליקול של כיתה פרמצבטית או להמיר אותו לתוך propylene glycol באמצעות מימן קטליטי.זה לא רק מבטלת זרם פסולת אלא גם יוצר מקור שני שמשפר את תהליך שולי הכולל.

סגור-Loop Solvent & Catalyst Recovery

סולטורים וזרזים מייצגים לעתים קרובות את העלות החומרית הגדולה ביותר במבצע CSTR, ואת אובדן הסביבה לשאת עונשים רגולטוריים ופיננסיים.הטמעת מערכות שיקום סגורות-פרלופ היא אחת האסטרטגיות המעגליות הגבוהות ביותר.

(ב) ⁇ (בשורה התחתונה) או מנברון (ה) (ב) 1) כדי לשחזר זרזים הומוגניים מהכור ללא קירור הזרם.
(ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ (ב) ,ב[[1924]], ⁇ ⁇ ) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) ,Overhead condenserאופטימיזציה אופטימיזציה FLT:1ua כדי למזער את האוורור, בשילוב עם מערכות התאוששות.
(ב) [15] ,0) Catalyst Immobilization (FLT:1) על תמיכה מוצקה (למשל, זאוליטים, סיליקה פונקציונלית) כדי לחסל את הצורך בהפרדה במורד הזרם.

מחקר אחד שפורסם ב-FLT:0 הנדסת הנדסה ג'ורנללייט 1 (Journal הנדסה הנדסת הנדסה) הראה כי תגובה של הפיכה של שיתוק של שיתוק של סוכרת מושגת על ידי CSTR שהושגה > 99 אחוזים שחזור באמצעות מודול קרום קרמיקה, צמצום עלויות התפעול על ידי 35 אחוזים וחיסול הפרשות של פלה למי פסולת.

3.התהליך האמיתי של תהליך אופטימיזציה לפסולת

בקרת תהליכים מתקדמת (APC) ותאומים דיגיטליים מאפשרים למפעילי CSTR להחזיק את התגובה בנקודת הבזבוז המינימלית ברציפות.במקום להסתמך על ניתוחי מעבדה תקופתיים, חיישני זמן אמת ל- pH, לפזר חמצן, FT-IR, או Raman spectroscopy להאכיל נתונים לתוך מודל חיזוי בקר כי מאמת את שיעורי המזינים, טמפרטורה, ומהירות הסגירה כדי לשמור על המרה אופטימלית תופעות לוואי.

לדוגמה, בייצור של ביניים פרמצבטיים, יצרנית גדולה מיושמת אופטימיזציה המבוססת על מודל אשר הפחיתה את החומר מ- 8.5% ל-0.5 אחוזים מעל שישה חודשים.המערכת גם זיהתה הזדמנות לחמם מראש את זרם ההזנת באמצעות חום פסולת נמוך מעמודה של ירידה בדרגה נמוכה, חיתוך צריכת קיטור עד 18 אחוזים.

4. Bio Based & Renewable Feedstocks

שינוי מדלק שמקורו באכילק מבוסס ביולוגית הוא יישום ישיר של עקרונות כלכלה מעגלית, במיוחד כאשר אלה הזנות נגזרות ביומסה פסולת או שאריות חקלאיות. תהליכים CSTR רבים ניתן רטרוfffed כדי לקבל את ethanol, חומצות שומן, מחסניות ליגנולוסיות, או גליצרין כמקור פחמן.

דוגמאות לא ניתנות כוללות את הייצור של חומצה סוצ'ינית מבוססת ביולוגית, אשר מחליף ביניים פטרוכימי המשמש בפוליאורתנים וביופלסטים.צעד התסיסה מבוצע לעתים קרובות ב CSTR, והתהליך מייצר פסולת מסוכנת רשלנית בהשוואה לתוואי ההיד הגברי המסורתי.

טכנולוגיות ל-Circular CSTR

סימפוביוזיס תעשייתית & דגימה; אינטגרציה חמה

לא קיים ניתוח CSTR בבידוד.סימביוזיס תעשייתי מחבר את הפסולת או פלט האנרגיה של יחידה אחת לצרכים של מתקן השכנות או חלק אחר של אותו האתר. במודל הפארק הכימי, למשל, תצורת CSTR מייצרת את ethylene oxide עשויה לספק את החום התגובה שלה לעמודה מזקקה צמודה, בעוד CO2 שלה מחוץ לגז נתפס לשימוש בצמח סמוך.

דרכון מוצר דיגיטלי עבור בעיות

Circularity דורש שקיפות על הרכב החומרי, תוספים, ומחזוריות. דרכון מוצר דיגיטלי (DPP) מוטבע בחבילה או בתיעוד מתמשך מאפשר למשתמשים במורד הזרם להעריך אם זרם פלט יכול להיות repurpose. עבור תהליכי CSTR, זה יכול להיות מיושם כמו תג נתונים Blockchain-linked blockchain המלווה כל הרבה, להקליט את העומס המדויק, תושב, פתרון חיוורנטי, ופרופיל בלתי חוקי זה הופך להיות מוכר נתונים אחר כדי לנסות לרפא על ידי יצרן אחר.

הערכה עצמית (LCA) ככלי עיצוב

אסטרטגיות כלכלה מעגלית חייבות להיות מאומתות על ידי LCA חזקה כדי למנוע שינוי בעיות. "ירוק" תביעות סביב החלפת מזון יכול להחזיר באש אם החומר מבוסס ביולוגית דורש אדמה או מים מופרזים, מחזור אנרגיה רגיש עשוי לשלול את היתרונות של התאוששות חומרית.מודרנית LCA תוכנה המשלבת ערבוב רשת אזורית, מים בעידנים, פחמן וחשבונאות מאפשר למעצבי משקל CSTR כדי להשוות בין 40% לצריכת פחמן, אך עשויה להפחית את תהליך מבוסס 150%, אך ניתן להפחית את רמת המסחר.

אתגרים & Roadblocks to Circular Implementation

בעוד היתרונות של מעגליות משכנעים, כמה מחסומים נמשכים:

(FLT:0) ,Capital אינטנסיביותFLT:1 - רטרוfiting צמח CSTR עם יחידות התאוששות קרום קרום, חיישנים מתקדמים, או לולאות אינטגרציה חום לעתים קרובות דורשות השקעה רבה מעלה.
(FLT:0) ,Feedstock variabilityFLT:1 - זרמים ממוחזרים או ביולוגיים הם פחות אחידים מאשר קטנוכינים בתולה. אי-תזונה יכולה להרעיל זרז, להחליף חום רע, או לשנות צבע המוצר, המוביל אל מחוץ לדגמי נוף.
(ב) ,0) אי הוודאות של קונסולת 1 (במיוחד כאשר חוצים גבולות אזוריים) יכולה לעכב אישורים.ה-FLT:2U.S. Environmental Protection Strategys) של הסוכנות להגנת הסביבה, FLT 3: מעודד גישות כאלה, אך פרשנות מקומית משתנה.
(FLT:0) אורגניזציה של אינרציה:1 - שינוי מחשיבה ליניארית לאדם מעגלי דורש שינויים בממדדי ביצועים, מבני תמריץ, ומנהלי ייצור מתגמלים עבור תפוקה לבד אינם צפויים לאשר פרויקטים של ניכוי פסולת כי באופן זמני נמוך יותר.

מעבר למכשולים אלה דורש תוכנית יישום של תהליך, סובלני סיכון.פרויקטים של טייס ברכבת אחת יכולים להפגין תאימות לפני פיזור בקנה מידה מלא של מענקים ממשלתיים ותמריצים מס עבור השקעות מעגליות יכול גם לתת את האיזון הכלכלי.

מחקרים: מעגליות בפעולה

פתרון התאוששות במפעל כימי מיוחד

יצרנית אירופאית של כימיקלים דקים הפעילה חמישה CSTRs עבור סינזזות מרובות שלבים, כל אחד באמצעות מעצורים שונים (THF, acetonitrile, methanol, toluene, ו- DCM) היסטורית, כל זרם נשלח למכשול מרכזי, תוך שימוש באלפי מ"ק דלק" של דלק מעוקב בשנה.

Catalyst Recycling in a Hydrogenation CSTR

מפיק אגרכיני בצפון אמריקה ביצע מימונורציה רציפה באמצעות זרז ניקל שהושעה בכור. Catalyst deactivation דרש טיהור תקופתי והחלפה.הקבוצה עיצבה לולאה התאוששות מגנטית אשר הוציאה זרז מההתחילה, חשפה אותו מחדש במתקן קטן של מכון נוזלי, וחזרה להזנתה.

שילוב חום באתר כימיקלים בולקים

במתחם קטנוכימי בדרום מזרח אסיה, התגובה הנשגבת ב- CSTR מייצרת חומצה אצטית היה קרקר בעבר על ידי מגדל קירור גדול, בעוד עמודה של מטה הזרם הנדרש reboiler קיטור. ניתוח צובט גילה כי חום התגובה יכול להיות מועבר דרך מעגל שמן תרמי סגורה-פר סגורה לספק 70% של חובת ה-Reboiler.

תחזית: לקראת רשת CSTR מעגלית

ככל שהתקנות הסביבתיות מתדקרות ומחויבויות הקיימות התאגידיות להעמיק, עקרונות הכלכלה המעגלית יהפכו לבסיס ולא לתוצרת.תאומים דיגיטליים שדמיינו את מחזור החיים המלא של מולקולה – ממיצוי מוצרי מזון מרובים ועד להשפלה הסופית – יאפשרו למפעילי CSTR לעצב את הדחיסות של התהליך הראשון לזרימה.ה של דגמי ההנקה הכימית, שם יצרנים מוכרים את הפונקציה של חומר כימי (למשל, ביו-סי, פותרים, באופן מושלם), מאשר את ההחלמה עצמה.

יתר על כן, ההתקדמות ביחידות מודולריות, המיכליות פירושה כי זרמי פסולת יכולים להיות "מרוצה" באתר באמצעות רכבות כור ניידות. גנרטור פסולת עם ריכוז נמוך על ידי תוצר יכול פשוט לשכור קידוד CSTR שממיר את זרם זה לתוך חומר ממכר, סוגר את הלולאה ללא בניית צמח קבוע.

מסקנה

מעבר למתקן ייצור מבוסס CSTR למודל כלכלה מעגלי הוא לא פשוט ולא מיידי, אבל הנתיב ברור.על ידי עדיפויות פסולת, יישום התאוששות סגורה של סלקנטים וזרזים, תוך שימוש אופטימיזציה בזמן אמת כדי לחסל את הייצור של מפרט, ושילוב של הזנות מתחדשות או מבוססות ביולוגית, פעולות יכולות להפחית משמעותית את טביעת הרגל הסביבתי שלהם תוך שיפור השורה התחתונה שלהם.

הגורם המכריע הוא מנהיגות: מנהלי צמחים ומנהלי חברות חייבים להיות אלופים מעגליות כמטרה אסטרטגית הליבה, לא פעילות גופנית עמידה. עם תמיכה חזקה מצוות הנדסה, שותפים חיצוניים, ומסגרות רגולטוריות תומך, התהליכים CSTR של העשור הבא יכולים להיות תורמים חיוביים נטו לכלכלה מעגלית באמת. החל היום עם זרם פסולת יחיד או רכבת כור יחיד הוא הצעד הראשון לעבר עתיד שבו פסולת היא פשוט משאב עבור תהליך ההמתנה הנכון.