إزالة الكبريت من غازات العادم القائمة على الأمونيا في صناعة الفحم الكيميائي

مقدمة

مع تقدُّم صناعة الكيماويات الفحمية نحو الإنتاج الأنظف، أصبح الامتثال البيئي، وكفاءة استخدام الطاقة، والاستخدام المستدام للموارد أولوياتٍ بالغة الأهمية. وتؤدي تقنيات إزالة الكبريت من غازات العادم (FGD) دوراً محورياً في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، التي تُعدُّ مساهمةً رئيسيةً في تكوُّن المطر الحمضي والتلوث الجوي. ومن بين الخيارات المتاحة، تقنية إزالة الكبريت من غازات العادم باستخدام الأمونيا تكتسب تدريجياً اعترافاً واسعاً باعتبارها الحلَّ الأكثر فعاليةً لمصانع الكيماويات الفحمية. وبفضل قدرتها على التكامل مع مصادر الأمونيا القائمة، وتحقيق كفاءة عالية في إزالة الكبريت، وإنتاج منتجات ثانوية ذات قيمة، فإنها تُعتبر الخيار الأمثل.

الحاجة إلى تقنيات إزالة الكبريت من غازات العادم في مصانع الكيماويات الفحمية

تُنتج منشآت الكيماويات الفحمية مجموعة متنوعة من المنتجات الثانوية، ومنها الأمونيا والفحم المتبقي (الكوك) والقطران، أثناء تحويل الفحم إلى مواد كيميائية ووقود. ويؤدي احتراق الفحم والغازات الناتجة عنه إلى إنتاج غاز عادم غني بالكبريت، ما يشكّل تحديًّا بيئيًّا جسيمًا. وغالبًا ما تواجه أنظمة إزالة غازات الكبريت (FGD) التقليدية القائمة على الجير أو الحجر الجيري قيودًا تشغيلية، مثل الترسبات الكلسية (التكلس)، ومشاكل التخلص من النفايات، وتكاليف الصيانة المرتفعة. تقنية إزالة الكبريت القائمة على الأمونيا يستفيد من مصادر الأمونيا الموجودة داخليًّا في المنشأة، معالجًا بذلك التحديات البيئية والتشغيلية بكفاءة.

مبدأ أنظمة إزالة غازات الكبريت القائمة على الأمونيا

تستخدم أنظمة إزالة غازات الكبريت القائمة على الأمونيا الأمونيا (NH₃) كمادة ماصة للتفاعل مع ثاني أكسيد الكبريت في الغاز العادم. ويؤدي هذا التفاعل إلى إنتاج كبريتات الأمونيوم وهيدروجين كبريتات الأمونيوم، والتي يمكن بعد ذلك تحويلها إلى اسمدة سلفات الأمونيوم . وتُحوِّل هذه الطريقة الانبعاثات الضارة إلى منتجات ثانوية قابلة للتسويق، مما ينسّق بين حماية البيئة والمصلحة الاقتصادية.

نظرة عامة على التفاعل الكيميائي:

SO₂ + 2NH₃ + H₂O → (NH₄)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃ + ½O₂ → (NH₄)₂SO₄

يمكن أن تصل كفاءة أنظمة إزالة غازات الكبريت القائمة على الأمونيا إلى 95–99%، وفقًا لتصميم النظام وجرعة الأمونيا وتحسين التماس بين الغاز والسائل. امتصاص رش متعدد المراحل و التحكم في الهباء الجوي ، مما يقلل من تسرب الأمونيا ويضمن مستويات انبعاثات منخفضة جدًا.

المزايا في صناعة الكيماويات الفحمية

1. التكامل مع مصادر الأمونيا القائمة – غالبًا ما تُنتج مصانع الكيماويات الفحمية كميات زائدة من الأمونيا، والتي يمكن استخدامها مباشرةً في إزالة الكبريت، مما يقلل من تكاليف الشراء الخارجي.

2. كفاءة عالية في إزالة الكبريت – تحافظ الأنظمة الحديثة القائمة على الأمونيا على انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت عند أقل من ٣٠ ملغ/م³، لتلبية أشد المعايير التنظيمية صرامةً.

3. كفاءة الطاقة – تطلق التفاعل الطارد للحرارة حرارةً يمكن استرجاع جزءٍ منها. كما أن خفض نسب السائل إلى الغاز يقلل أيضًا من استهلاك طاقة المضخات والمراوح.

4. التحكم في ملوثات متعددة – التصاميم المتقدمة تزيل الجسيمات الدقيقة (PM2.5) والزئبق وغيرها من المعادن الثقيلة في وقتٍ واحد.

5. استخدام المنتجات الثانوية – يُولِّد تحويل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) إلى كبريتات الأمونيوم سمادًا عالي الجودة، ما يُشكِّل مصدر دخل إضافيًا.

مثال تطبيقي: مصنع كيميائي للفحم في فوجيان

وقد نفَّذ مصنع كيميائي للفحم في فوجيان نظام إزالة ثاني أكسيد الكبريت باستخدام الأمونيا الخاص بشركة شاندونغ ميرشاين للبيئة ، وحقَّق كفاءة مستقرة في إزالة ثاني أكسيد الكبريت تجاوزت 99.2%، مع متوسط تسرب للأمونيا بلغ 1.2 ملغ/م³ كما استوفى كبريتات الأمونيوم الناتجة معايير السماد الصينية GB 535-1995. وقلَّل النظام أيضًا من استهلاك الطاقة بنسبة ~20% مقارنةً بأنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت التقليدية القائمة على الحجر الجيري، ما يدل على الفوائد البيئية والاقتصادية معًا.

اعتبارات التنفيذ

• خصائص غاز المداخن: تؤدي درجات الحرارة المنخفضة (180–280°م) والرطوبة العالية إلى تحسين امتصاص الأمونيا.

• التحكم في حقن الأمونيا: يمنع القياس الدقيق حدوث تسرب زائد للأمونيا.

• التكامل مع أنظمة التحكم في أكاسيد النيتروجين (NOₓ) اللاحقة: تحسِّن ظروف غاز المداخن المُحسَّنة كفاءة عمليتي التحفيز الانتقائي الضوئي (SCR) والتخفيض غير التحفيزي (SNCR).

• الصيانة وإدارة التآكل: يضمن اختيار المواد وتصميم النظام الموثوقية الطويلة الأمد للنظام.

خلاصة

تُعَدّ تقنية إزالة غازات العادم باستخدام الأمونيا (Ammonia-based FGD) الحل الأمثل لمصانع الكيماويات الفحمية التي تسعى لتحقيق انبعاثات فائقة الانخفاض، والكفاءة التشغيلية، واسترجاع الموارد . وبفضل قدرتها على التكامل مع العمليات الإنتاجية القائمة، وتحويل الملوثات إلى أسمدة ذات قيمة، والحفاظ على أداءٍ مستقرٍ في ظل الظروف المتغيرة، تُعتبر هذه التقنية تقنيةً استراتيجيةً للعمليات الصناعية المستدامة.