إزالة الكبريت من غازات العادم باستخدام الأمونيا في صناعة الكوك

مقدمة

الـ صناعة الكوكس تُعد صناعة الكوك جزءًا حيويًّا من قطاعي الصلب والكيماويات، حيث تُنتج الكوك من الفحم لتغذية الأفران الانفجارية والعمليات الكيماوية. ومع ذلك، فإن عملية إنتاج الكوك مرتبطة أيضًا بـ انبعاثات كبريتية عالية ، وتركيب معقَّد لغازات العادم، وتشديد اللوائح البيئية. وأصبح الامتثال لمتطلبات الانبعاثات فائقة الانخفاض من ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) وأكاسيد النيتروجين (NOₓ) أكثر صعوبةً على نحوٍ متزايد، لا سيما تحت الضغط المزدوج للامتثال البيئي والتحكم في تكاليف التشغيل.

ومن بين مختلف تقنيات إزالة الكبريت — مثل تقنية إزالة الكبريت بالحجر الجيري-الجبس (Limestone-gypsum FGD)، والطرق القائمة على الصوديوم، والأنظمة القائمة على الأمونيا — برزت الأخيرة باعتبارها الأكثر ملاءمةً لمصانع إنتاج الكوك ، وذلك نظراً لمدى توافقها مع غازات العادم ذات درجة الحرارة المنخفضة ونسبة الرطوبة العالية، وقدرتها على الاستفادة من موارد الأمونيا الموجودة مسبقاً، وقدرتها على إنتاج منتجات ثانوية ذات قيمة.

التحديات في معالجة غازات العادم الناتجة عن عملية التكويك

تُشكل غازات عادم أفران الكوك عدة تحديات فريدة:

• انخفاض درجة الحرارة وارتفاع محتوى الرطوبة : تتراوح درجات حرارة غازات العادم النموذجية بين ١٨٠–٢٨٠°م، ما يقلل من كفاءة أنظمة إزالة الكبريت القائمة على الكالسيوم التقليدية.

• الملوثات المعقدة : تحتوي غازات العادم على القطران والغبار والمركبات الكبريتية وأكاسيد النيتروجين (NOₓ) والمعادن الثقيلة بنسب ضئيلة، مما يتطلب أنظمة قوية للتحكم في ملوثات متعددة.

• العمل المستمر : تعمل مصانع التكويك على مدار الساعة، ما يستدعي وجود نظام موثوق به ويتيح أقل فترة توقف ممكنة.

• قيود المساحة : غالبًا ما تفتقر مرافق التكويك إلى المساحة الكافية لتثبيت معدات إضافية، لذا تُفضَّل الحلول المدمجة والمضغوطة.

المزايا التي تقدمها أنظمة إزالة الكبريت القائمة على الأمونيا في قطاع التكويك

١. كفاءة عالية في إزالة الكبريت

يمكن لأنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت القائمة على الأمونيا تحقيق كفاءات إزالة ثاني أكسيد الكبريت تفوق ٩٨٪ ، تلبي حتى أكثر معايير الانبعاثات صرامة. رد فعل SO2 مع الأمونيا ينتج كبريتات الأمونيوم ، والتي من السهل جمعها، وتركيزها، وتحويلها إلى منتجات من نوع الأسمدة. هذا يضمن أن مصانع الكوكز يمكن أن تلتزم باللوائح البيئية دون استثمار مفرط في تخزين الحجر الجيري أو معالجة الجبس.

- 2. استخدام الموارد وتوفير التكاليف

مصانع الكوكس غالبا ما تولد الأمونيا كمنتج ثانوي من تصفية غازات فرن الكوكس. استخدام هذا الأمونيا مباشرة لـ FGD يقلل من الحاجة إلى المواد الكيميائية الخارجية، مما يقلل من تكاليف المواد الخام و يسهل الخدمات اللوجستية. يقدم كبريتات الأمونيوم المنتجة مصدر الدخل ، تعويض جزئي لإنفاق التشغيل ودعم نهج الاقتصاد الدائري.

3. التحكم المتكامل في الملوثات المتعددة

أنظمة FGD الحديثة القائمة على الأمونيا مصممة لمعالجة أكثر من الكبريت فقط. من خلال دمج أبراج الرش متعددة المراحل، ومزيلات الضباب المتقدمة، وفصل الغازات من السوائل ، ويمكن لهذه الأنظمة أيضًا تقليل الجسيمات العالقة (PM2.5) والزئبق وغيرها من المعادن الثقيلة. ويؤدي هذا التحكم المتكامل إلى تحسين جودة غازات العادم بشكل عام وتقليل الأثر البيئي.

٤. الحد الأدنى من التعطيل التشغيلي

وعلى عكس أنظمة أكسيد الكالسيوم أو كربونات الكالسيوم، فإن نظام إزالة ثاني أكسيد الكبريت القائم على الأمونيا يتميز بمقاومة منخفضة للنظام وهو أقل عُرضةً للتَّرسبات أو الانسدادات. كما أن التفاعل بين السائل والغاز سريعٌ جدًّا، ويمكن دمج هذه العملية مع وحدات إزالة ثاني أكسيد الكبريت وتنقية الغازات العادمة الموجودة مسبقًا، مما يضمن استمرارية تشغيل أفران التكليس دون انقطاع.

٥. التكامل البيئي والاقتصادي

وتتيح القدرة على تحويل انبعاثات الكبريت إلى سماد كبريتات الأمونيوم التجاري فائدة مزدوجة: تقليل التلوث مع توليد قيمة اقتصادية في آنٍ واحد. ويمكن أن يلبي السماد عالي الجودة الناتج عن عملية إزالة ثاني أكسيد الكبريت من غازات العادم المعايير السوقية، ما يوفِّر لمصانع التكليس مصدر دخل إضافي.

أبرز المزايا التقنية

تتضمن أنظمة إزالة غازات العادم القائمة على الأمونيا الرائدة في صناعة التكليس عدة ميزات متقدمة:

• الفصل والتنقية المُرحَّل: يقلل من تسرب الأمونيا وتكوين الهباء الجوي، مما يلغي ظاهرة «الدخان الأبيض» ويضمن انبعاثات فائقة الانخفاض.

• امتصاص الرش المُحسَّن: يعزِّز تلامس ثاني أكسيد الكبريت مع الأمونيا، ما يحقِّق أقصى كفاءة تفاعلية مع تقليل استهلاك السائل إلى أدنى حدٍّ ممكن.

• تشغيل موفر للطاقة: يمكن الاستفادة من التفاعلات الطاردة للحرارة، مما يقلل من الفقد الحراري واستهلاك الطاقة الكلي للنظام.

• إزالة الغبار المدمجة: تلتقط الجسيمات الدقيقة بالإضافة إلى المركبات الكبريتية، ما يحسِّن جودة الهواء بشكل عام.

دراسة حالة: تنفيذ شركة شاندونغ ميرشاين للبيئة

في مصنع تكليس واسع النطاق، نظام إزالة أكسيد الكبريت بالامونيا على مراحل من شركة ميرشين للبيئة تم تركيبه. وشملت النتائج الرئيسية ما يلي:

• كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكبريت تجاوزت 98.5%، مع بقاء تركيز المخرجات أقل باستمرار من ٣٠ ملغ/م³.

• وقد حُفظ تسرب الأمونيا عند أقل من ١ ملغ/م³ ، ما أدى إلى القضاء شبه التام على الرائحة والأثر البيئي.

• إزالة مجمَّعة للجسيمات العالقة والمعادن الثقيلة النزرة، مما عزَّز التحكم في الملوِّثات المتعددة.

• إنتاج سنوي لأسمدة كبريتات الأمونيوم عالية الجودة، ما عوَّض جزءًا من تكاليف التشغيل بنسبة ١٠–١٥٪ .

• انخفاض استهلاك الطاقة بنسبة 18–20%مقارنةً بأنظمة إزالة غازات الكبريت من الحجر الجيري التقليدية.

اعتبارات التنفيذ

• إدارة مصدر الأمونيا: ضمان توفر كمية كافية من الأمونيا داخل المصنع أو وجود عقود توريد مُبرمة.

• التحكم في درجة الحرارة وتدفق الغاز: الحفاظ على غاز المداخن ضمن نطاقات درجة حرارة الامتصاص المثلى (١٨٠–٢٨٠°م).

• التكامل مع أنظمة SCR/ SNCR: معالجة غاز المداخن مبدئيًّا تحسّن كفاءة إزالة أكاسيد النيتروجين (NOₓ) لاحقًا.

• التخطيط للصيانة: تدعم المواد المقاومة للتآكل والتصاميم القابلة للوصول التشغيل المستمر.

خلاصة

توفر تقنية إزالة غازات الكبريت المعتمدة على الأمونيا حل شامل لمصانع التكليس يهدف إلى تحقيق انبعاثات منخفضة جدًّا من ثاني أكسيد الكبريت، والكفاءة التشغيلية، والجدوى الاقتصادية. وبتحويل انبعاثات الكبريت إلى منتج سمادي قابل للتسويق والوصول إلى التحكم في ملوثات متعددة، فإن هذه التقنية تنسق بين المسؤولية البيئية والفائدة المالية. ولِمُشغِّلي صناعة التكليس، يمثل اعتماد نظام إزالة غازات العادم القائم على الأمونيا ليس مجرد الامتثال لمعايير الانبعاثات الحديثة فحسب، بل هو أيضًا استثمار استراتيجي في إنتاج مستدام ومربح.