إزالة الكبريت من غازات العادم باستخدام الأمونيا في قطاع الصلب: تحقيق انبعاثات منخفضة للغاية وكفاءة تشغيلية

يُعَدّ قطاع الصلب حجر الزاوية في تطوير البنية التحتية العالمية، ومع ذلك فهو أيضًا أحد أكبر المصادر الصناعية لانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت (SO₂). وتولِّد مصانع التحبيب، والأفران الانفجارية، والأفران القوسية الكهربائية غازات عادم تحتوي على مستويات عالية من ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) وأكاسيد النيتروجين (NOₓ) والجسيمات العالقة، والتي تسهم في تلوث الهواء وتدهور البيئة. ومع تشديد اللوائح التنظيمية المتعلقة بالانبعاثات بشكل متزايد والدفع العالمي نحو الاستدامة، يتعيّن على منتجي الصلب اعتماد تقنيات متقدمة لمعالجة غازات العادم ومن بين هذه التقنيات، إزالة الكبريت من غازات العادم باستخدام الأمونيا (FGD) برزت تقنية إزالة الكبريت من غازات العادم باستخدام الأمونيا باعتبارها حلاً فعّالاً للغاية وموثوقاً به وذات جدوى اقتصادية.

تحديات غازات العادم في إنتاج الصلب

يشمل إنتاج الصلب عمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة:

• محطات التكوير: توليد غازات العادم ذات المحتوى العالي من الغبار والمركبات الكبريتية وتركيزات أكسيد النيتروجين (NOₓ) المتغيرة.

• الأفران الانفجارية والأفران القوسية الكهربائية: تنبعث منها كميات كبيرة من غازات العادم ذات الأحمال المتقلبة من الكبريت والجسيمات العالقة.

• وغازات العادم هذه تتميز عادةً بـ درجات حرارة متغيرة ، ومستويات رطوبة وسرع تدفق متقلبة، مما يُعقِّد عملية التحكم في الملوثات.

وتجعل هذه الخصائص طرق إزالة الكبريت التقليدية، مثل أنظمة إزالة الكبريت بالكالسيوم-الجبس أو أنظمة كربونات الصوديوم، أقل مرونة أو أكثر تكلفةً في التشغيل. نظام إزالة الكبريت باستخدام الأمونيا ، الذي يتميَّز بسرعة امتصاصه الكيميائي وتنوعه في التفاعلات، يوفِّر حلاً قادرًا على التعامل مع تدفقات غازات العادم المعقدة مع الحفاظ على كفاءة عالية.

مبدأ نظام إزالة الكبريت باستخدام الأمونيا في مصانع الصلب

تستخدم إزالة غازات العادم القائمة على الأمونيا الأمونيا المائية (NH₃) لتحييد ثاني أكسيد الكبريت في غازات العادم، مشكِّلةً أملاح الأمونيوم مثل كبريتات الأمونيوم و بيسولفيت الأمونيوم . وتتضمن هذه العملية عدة خطوات:

1. تماس غاز العادم: وتُستخدم أبراج الرش متعددة المراحل أو الأعمدة المحشوة لتعظيم التماس بين غاز العادم و محلول الأمونيا.

2. التفاعل الكيميائي: ويذوب ثاني أكسيد الكبريت في محلول الأمونيا مكوِّنًا سلفيت الأمونيوم، الذي يتأكسد لاحقًا إلى كبريتات الأمونيوم.

3. استرجاع المنتجات الثانوية: يتم تركيز محلول كبريتات الأمونيوم، وتبلوره، وتجفيفه لإنتاج سماد من الدرجة التجارية.

4. التحكم في الانبعاثات: تمنع مزيلات الضباب والفصل متعدد المراحل تسرب الأمونيا وتكوين الهباء الجوي والمشكلات المرتبطة بالروائح.

تتيح الخصائص الكيميائية للأمونيا كفاءة عالية في إزالة ثاني أكسيد الكبريت (95–99%) ، حتى في ظل تغيرات تركيب غازات العادم، مما يجعلها مناسبة لعمليات صناعة الصلب.

المزايا المترتبة على استخدام نظام إزالة غازات العادم القائم على الأمونيا في مصانع الصلب

1. انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت منخفضة للغاية

تتفاقم صرامة المعايير الصناعية للانبعاثات في مصانع الصلب باستمرار. ويضمن نظام إزالة غازات العادم القائم على الأمونيا تركيزات ثاني أكسيد الكبريت عند المخرج دون 30 ملغ/م³ بشكلٍ ثابت ، والوفاء بأهداف الانبعاثات المنخفضة للغاية. ويسمح الامتصاص الكيميائي السريع للنظام بالتعامل مع التقلبات العابرة في حمل الكبريت، مما يضمن الامتثال حتى في ظل ظروف التشغيل المتغيرة.

٢. استرداد الموارد واستخدام النواتج الثانوية

يحوّل نظام إزالة ثاني أكسيد الكبريت القائم على الأمونيا (FGD) غاز SO₂ إلى كبريتات الأمونيوم ، الذي يمكن بيعه كسماد عالي الجودة. أما بالنسبة لمصانع الصلب، التي غالباً ما تعمل بهوامش ربح ضئيلة وتواجه تكاليف عالية لمعالجة النفايات، فإن هذا يوفّر مصدراً قيّماً مصدر الدخل ويتماشى مع مبادئ الاقتصاد الدائري من خلال تحويل ملوثات الكبريت إلى منتجات قابلة للتسويق.

٣. التحكم في ملوثات متعددة

وليس نطاق أنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت القائمة على الأمونيا الحديثة مقصوراً على إزالة الكبريت فحسب؛ بل إن التصاميم المتقدمة منها قادرة أيضاً على احتجاز:

• الجسيمات العالقة، بما في ذلك الجسيمات الدقيقة (PM2.5)، باستخدام مُزيلات الضباب ووحدات الفصل متعددة المراحل.

• المعادن الثقيلة النزرة، مثل الزئبق، الموجودة في غازات العادم.

• أكاسيد النيتروجين (NOₓ) عند دمجها مع أنظمة SCR أو SNCR.

ويؤدي هذا النهج المتكامل إلى تقليل الحاجة إلى أجهزة تحكم منفصلة متعددة، مما يبسّط عمليات المصنع ويقلل الاستثمار الرأسمالي الإجمالي.

٤. استهلاك طاقة أقل

وبالمقارنة مع أنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت التقليدية القائمة على الحجر الجيري والجبس، فإن الأنظمة القائمة على الأمونيا تتطلب نسبة أقل من السائل إلى الغاز مما يقلل طاقة الضخ. كما أن التصميم الأمثل للبرج وتقليل سقوط الضغط في النظام يؤديان إلى خفض استهلاك طاقة المراوح. ويمكن أيضًا الاستفادة من التفاعل الطارد للحرارة بين الأمونيا وثاني أكسيد الكبريت للحفاظ على درجات حرارة العملية، ما يقلل بشكل أكبر من الفقدان الحراري.

٥. المرونة والاستقرار التشغيلي

وتتعرض مصانع الصلب لـ تقلبات كبيرة في حجم ودرجة حرارة غازات العادم نتيجةً لدورات الإنتاج الدفعي، أو تغيّر أنواع الوقود، أو تعديل الأحمال. ويمكن لأنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت القائمة على الأمونيا التكيّف مع هذه التقلبات دون المساس بالأداء. كما تسمح التصاميم الوحدوية بدمج هذه الأنظمة في المرافق الجديدة والقائمة على حد سواء مع أقل قدر ممكن من التعطيل.

٦. المزايا المتعلقة بالسلامة والبيئة

تستخدم الأنظمة المتقدمة القائمة على الأمونيا فصلًا تدريجيًّا والتحكم في الضباب المائي للحد من تسرب الأمونيا، ومنع الانبعاثات المرئية، وتقليل الأثر البيئي. وللمصانع الواقعة بالقرب من المناطق الحضرية، فإن هذا لا يضمن الامتثال للوائح التنظيمية فحسب، بل يحسّن أيضًا العلاقات مع المجتمع ويعزّز المسؤولية الاجتماعية للشركات.

دراسات الحالة والتطبيقات العملية

لقد نفّذت عدة منشآت لصناعة الصلب بنجاح أنظمة إزالة ثاني أكسيد الكبريت (FGD) القائمة على الأمونيا:

• محطات التكوير: خفض تركيز ثاني أكسيد الكبريت في غاز العادم بنسبة ٩٨٪، مع تحويل منتج الأمونيوم الكبريتات الثانوي إلى سماد، مما يُغطّي تكاليف التخلّص منه.

• أفران الانفجار: دمج نظام إزالة ثاني أكسيد الكبريت القائم على الأمونيا مع أنظمة التخفيض الانتقائي المحفّز (SCR)، لتحقيق التحكم الآني في كلٍّ من ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين، ما يعزّز الامتثال ويقلل من تعقيد عمليات الصيانة.

• الأفران القوسية الكهربائية: تم التعامل مع تقلبات محتوى الكبريت مع الحفاظ على انبعاثات منخفضة جدًا بشكل مستقر وتقليل الحجم الكلي للنظام إلى أدنى حد.

تُظهر هذه التطبيقات العملية متانة التكنولوجيا وكفاءتها وجدواها الاقتصادية في عمليات إنتاج الصلب على نطاق واسع.

اعتبارات التنفيذ لمصانع الصلب

لضمان نجاح النشر، يجب على المشغلين أخذ ما يلي في الاعتبار:

1. إمداد الأمونيا: توفير مصدرٍ ثابتٍ للأمونيا، إما عبر الإنتاج المحلي في الموقع أو عبر إمداد خارجي موثوق.

2. التكامل مع الأنظمة الحالية: التأكد من توافق النظام مع وحدات التحبيب (Sinter Plants)، وأفران الصهر (Blast Furnaces)، أو غازات العادم الناتجة عن المراجل (Boiler Exhausts).

3. اختيار المواد: وتُعد المواد المقاومة للتآكل ضرورية لتشغيل النظام على المدى الطويل.

4. معالجة المنتجات الثانوية: وتتطلب عملية إنتاج كبريتات الأمونيوم القابلة للتسويق عمليات مناسبة للتبلور والتجفيف والتخزين.

5. الصيانة والرصد: تضمن عمليات الفحص والصيانة الدورية كفاءةً عاليةً وتقلل من حالات التعطيل التشغيلية إلى أدنى حد ممكن.

الفوائد الاقتصادية والبيئية

توفر تقنية إزالة ثاني أكسيد الكبريت باستخدام الأمونيا (FGD) فوائد ملموسة متعددة:

• الامتثال التنظيمي: تكفل انبعاثاتٍ فائقة الانخفاض من غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) وتدعم المبادرات الأوسع نطاقاً المتعلقة بالامتثال البيئي.

• توليد الإيرادات: وبتحويل الكبريت إلى سماد كبريتات الأمونيوم، يمكن للمصانع توليد دخل إضافي.

• توفير الطاقة: انخفاض استهلاك الطاقة مقارنةً بأساليب إزالة ثاني أكسيد الكبريت التقليدية.

• الكفاءة التشغيلية: قابلية التكيّف مع ظروف التشغيل المتغيرة، مما يقلل من فترات التوقف عن العمل وتكاليف الصيانة.

• الاستدامة: تدعم أهداف الاقتصاد الدائري من خلال تحويل النفايات إلى منتجات ذات قيمة وتقليل البصمة البيئية.

خلاصة

تُعد تقنية إزالة ثاني أكسيد الكبريت من غاز العادم باستخدام الأمونيا لِمُشغِّلي قطاع الصلب حلاً فعّالاً للغاية، وصديقاً للبيئة، ومُربحاً اقتصادياً للتحكم في انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂). إن مرونتها وقدرتها على تحقيق انبعاثات فائقة الانخفاض واستثمار المنتجات الثانوية وكفاءتها في استهلاك الطاقة، تجعلها خياراً متفوقاً للمنشآت التي تسعى إلى تشغيل مستدام.

من خلال تحويل انبعاثات الكبريت إلى كبريتات الأمونيوم ذات القيمة التجارية، فإن نظام إزالة غازات العادم القائم على الأمونيا يتماشى مع الاتجاهات العالمية نحو الاقتصاد الدائري واسترداد الموارد . وتضمن قدرته على الاندماج مع العمليات القائمة، ومعالجة تيارات غازات العادم المعقدة، والحفاظ على استقرار التشغيل في ظل الظروف المتغيرة موثوقيةً طويلة الأجل. ولشركات صناعة الفولاذ التي تسعى إلى الامتثال للمعايير البيئية الصارمة مع تحسين الكفاءة التشغيلية، فإن نظام إزالة غازات العادم القائم على الأمونيا يمثل التكنولوجيا الاستراتيجية المفضلة ، حيث يوفّر كلاً من الامتثال التنظيمي والفوائد الاقتصادية الملموسة.