الدليل الشامل لتقنيات إزالة الكبريت من غازات المداخن الحديثة: التقنيات والاتجاهات والتطبيقات الصناعية

أصبحت اللوائح التنظيمية المتعلقة بجودة الهواء حول العالم أكثر صرامةً بشكل متزايد على مدار العقد الماضي، مما دفع محطات توليد الطاقة ومصانع الصلب ومنتجي الأسمنت والشركات الكيميائية إلى تحديث أنظمتها لتنظيف غازات المداخن. وتتمحور هذه المتطلبات البيئية حول إزالة كبريت غاز المداخن (FGD) —العملية الأساسية لإزالة ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من تيارات الغازات العادمة الصناعية.

مع انتقال الصناعات نحو عمليات أكثر اخضراراً وكفاءة، تستمر تقنيات إزالة الكبريت من الغازات (FGD) في التطور. من طريقة الحجر الجيري-الجبس الراسخة إلى الأساليب الأحدث القائمة على الأمونيا، توفر كل حل مزايا مختلفة من حيث الكفاءة، التكلفة، الاستقرار التشغيلي، واسترجاع المنتجات الثانوية.

يقدم هذا المقال نظرة شاملة على تقنيات إزالة الكبريت، والآليات الأساسية، وحالات التطبيق، والاتجاهات الصناعية العالمية — وهو مصمم للمهندسين، ومديري المشتريات، والمقاولين في مشاريع الهندسة والمشتريات والإنشاءات (EPC)، والمتخصصين في المجال البيئي الذين يبحثون عن رؤى موثوقة وحديثة.

1. أهمية إزالة الكبريت

ثاني أكسيد الكبريت هو ملوث رئيسي ينتج عن احتراق الوقود الأحفوري، والتفاعلات المعدنية، والعمليات الصناعية الثقيلة. وفي حالة عدم المعالجة المناسبة، تسهم انبعاثات SO₂ في:

• الأمطار الحمضية

• تكوين الضباب الدخاني

• مشاكل تنفسية حادة

• تحمض التربة

• تلف المعدات، والمباني، والمحاصيل

تشترط اللوائح في أوروبا والشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا والصين الآن عادةً أن تصل انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت إلى 35 ملغ/نم³ أو أقل ، مما يجعل أنظمة إزالة كبريت الغازات العادمة إلزامية للعديد من المصانع.

كما يواجه العملاء الصناعيون ضغوطًا متزايدة من المشترين الدوليين ومستثمري المعايير البيئية والاجتماعية والحوكمة (ESG) والتزامات الحياد الكربوني، مما يجعل التحكم في الانبعاثات أولوية استراتيجية وليس مجرد التزام امتثال.

2. التقنيات الأساسية المستخدمة في إزالة كبريت الغازات العادمة

يمكن تصنيف طرق إزالة كبريت الغازات العادمة بشكل عام إلى عمليات رطبة وشبه جافة وجافة ، ولكل منها مبادئها الكيميائية وظروف تشغيلها والصناعات المناسبة لها.

2.1 إزالة كبريت بالحجر الجيري–الجبس بطريقة الرطب (WFGD)

تُعد هذه الطريقة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم والغلايات الصناعية الكبيرة.

مبدأ العملية:

يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) في غاز المداخن مع ملاط الحجر الجيري (CaCO₃) لتكوين كبريتات الكالسيوم، والتي تتأكسد لاحقًا إلى الجبس (CaSO₄·2H₂O).

المزايا الرئيسية:

• كفاءة عالية ومستقرة في إزالة SO₂ (95–99%)

• تقنية ناضجة وموثوقة

• قابلة للتطبيق في المحطات الكبيرة

• يمكن بيع الجبس الناتج كمنتج ثانوي في مواد البناء

قيود:

• استهلاك مرتفع للماء

• احتياج إلى مساحة أكبر

• استثمارات أولية عالية

• متطلبات صيانة تتعلق بالتسلّف وتوصيلات الملاط

رغم العيوب، يظل نظام الحجر الجيري-الجبس الخيار السائد عالميًا في محطات توليد الطاقة والأنظمة الكبيرة للحرق، نظرًا لاستقراره وسجله المثبت.

2.2 إزالة الكبريت بالاعتماد على الأمونيا (NH₃-FGD)

في السنوات الأخيرة، اكتسبت تقنية إزالة الكبريت باستخدام الأمونيا زخمًا قويًا، خاصة في مصانع كيماوية، وحدات صهر الصلب، صهر الفيرو سيليكون، مصانع الكوك، والغلايات الصناعية .

مبدأ العملية:

يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأمونيا لتكوين كبريتات الأمونيوم/بي كبريتات الأمونيوم، والتي تُؤكسد بعد ذلك لإنتاج اسمدة سلفات الأمونيوم .

المميزات:

• كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكبريت 97%

• قدرة امتصاص ثاني أكسيد النيتروجين — إزالة الكبريت والتحلل الجزئي للنيتروجين في آن واحد

• عدم تصريف مياه الصرف الصناعي

• منتج جانبي قيم: كبريتات الأمونيوم

• لا يحدث ترسب، وتشغيل أبسط من تقنية الجبس الحجري

التحديات:

• يتطلب إمدادًا مستقرًا من الأمونيا

• التحكم في تسرب الأمونيا

• متطلبات أعلى للسلامة والتهوية

بالنسبة للصناعات التي تسعى إلى تقليل الانبعاثات وكفاءة الموارد، أصبحت عملية إزالة الكبريت القائمة على الأمونيا خيارًا متزايد التفضيل.

2.3 إزالة كبريت أشباه الجافة (SDA) / ماص ذو مجفف رذاذ

أنظمة شبه الجافة شائعة في مصانع الأسمنت، ومرافق تحويل النفايات إلى طاقة، والوحدات الكهربائية الصغيرة، وغلايات الكتلة الأحيائية .

المميزات:

• يستخدم الجير المُهدرج

• يتطلب كمية ضئيلة من الماء

• كفاءة متوسطة في إزالة ثاني أكسيد الكبريت (70–90%)

• تكلفة استثمار منخفضة

• تشغيل بسيط وصيانة قليلة

على الرغم من أن الأنظمة شبه الجافة لا يمكنها الوصول إلى مستويات الانبعاثات المنخفضة جدًا المطلوبة في بعض الدول، إلا أنها تظل حلاً فعالاً من حيث التكلفة للمنشآت الصغيرة أو القديمة.

2.4 إزالة كبريت جاف

تتضمن العمليات الجافة حقن ماصات جافة مباشرة في غاز المداخن. وعادةً ما تُستخدم هذه العمليات في:

• الأفران الصناعية الصغيرة

• أفران صهر الزجاج

• تيارات العادم منخفضة ثاني أكسيد الكبريت

• مشاريع التطوير اللاحق (retrofit) ذات المساحات المحدودة

تكون الأنظمة الجافة مدمجة وسهلة الصيانة، ولكن كفاءتها واكتمال التفاعل فيها أقل مقارنة بالأنظمة الرطبة.

3. كيفية اختيار تقنية إزالة الكبريت المناسبة

يشمل اختيار نظام FGD مناسب تقييم عدة عوامل:

3.1 تركيز ثاني أكسيد الكبريت ومعدل تدفق غاز المداخن

• تركيز عالٍ من SO₂ وتدفق كبير → يُفضل الأنظمة الرطبة (باستخدام الحجر الجيري أو الأمونيا)

• متوسطة ثاني أكسيد الكبريت → شبه جاف

• منخفضة ثاني أكسيد الكبريت → الامتصاص الجاف

3.2 الموارد المائية واللوائح المحلية

• المناطق شحيحة المياه (الشرق الأوسط) قد تفضل التقنية شبه الجافة

• لأقصى درجات المعايير صرامة، يُطلب استخدام الأمونيا أو الحجر الجيري-الجبس

3.4 الاستفادة من المنتجات الثانوية

• إذا كانت المحطة لديها مشترون للأسمدة، إزالة الكبريت من الأمونيا تصبح أكثر اقتصادية

• تختلف أسواق الجبس عالميًا

3.4 اعتبارات رأس المال والاستهلاك

تشمل التكلفة الإجمالية الكهرباء، والمواد الماصة، والصيانة، وتكاليف العمالة، والمستهلكات، ومعالجة الجبس أو كبريتات الأمونيوم. يُعطي العديد من العملاء الآن أولوية لتكلفة التشغيل طويلة الأجل مقارنة بالاستثمار الأولي .

4. المكونات الرئيسية لنظام FGD فعال

تتضمن وحدات إزالة الكبريت الحديثة:

• برج الماص أو جهاز الغسيل

• نظام تحضير الملاط

• معدات هواء الأكسدة

• منقيات الضباب

• مضخات تدوير

• أنظمة معالجة المنتجات الثانوية (الجبس، كبريتات الأمونيوم)

• أنظمة التجفيف والتغليف (للحلول القائمة على الأمونيا)

• الأتمتة والرصد عبر الإنترنت

تعتمد الموثوقية العالية للممتصات، والمضخات، وعاكسات الضباب بشكل مباشر على أداء إزالة ثاني أكسيد الكبريت.

5. الاتجاهات العالمية في تقنية إزالة الكبريت

5.1 التحول نحو أنظمة إزالة الكبريت المستندة إلى استرداد الموارد

تتزايد مطالبات الحكومات والعملاء بحلول تعتمد اقتصاد الدورة، وتتماشى الأنظمة القائمة على الأمونيا جيدًا مع هذا الاتجاه، حيث تُنتج كبريتات الأمونيوم ذات الجودة الأسمدية بدلًا من الجبس الناتج كنفايات.

5.2 المزيد من الأنظمة الهجينة والمتكاملة

يتم الآن دمج أنظمة إزالة الكبريت عادةً مع:

• إزالة أكاسيد النيتروجين باستخدام SCR/SNCR

• إزالة الغبار

• مكافحة تلوث النطاق العريض

• معالجة المركبات العضوية المتطايرة

تم تحسين الأنظمة الحديثة لتحقيق انبعاثات منخفضة للغاية في عملية متكاملة واحدة .

5.3 التحول الرقمي والتحكم الذكي

أصبحت المراقبة المعتمدة على الذكاء الاصطناعي، وتحسين معدل تغذية درجة الحموضة/الأمونيا، والتنبؤ الآلي بالتراكمات أمراً شائعاً في المصانع المتقدمة.

5.4 التوسع في الأسواق الناشئة

تقوم دول الشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا وأفريقيا وأمريكا الجنوبية بتحديث معاييرها البيئية بسرعة. ويكون نمو الطلب قوياً بشكل خاص في:

• المملكة العربية السعودية

• الامارات العربية المتحدة

• أندونيسيا

• فيتنام

• الهند

• كازاخستان

تمثل هذه المناطق فرصاً سوقية كبيرة لمقاولي EPC وموردي المعدات.

6. تطبيقات عملية: حيث يُحدث نظام إزالة كبريت الغازات أكبر أثر

6.1 محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم

ما زال يمتلك أكبر قاعدة تركيب في العالم، ويستخدم عادةً أنظمة الحجر الجيري-الجبس أو الأمونيا لتحقيق الامتثال للانبعاثات الفائقة المنخفضة.

6.2 مصانع السيليكون الحديدي والصناعات المعدنية

غالبًا ما يحتوي غاز العادم على نسبة عالية من ثاني أكسيد الكبريت والجسيمات. إن إزالة كبريتة الأمونيا مقترنة بإزالة الغبار تكون فعالة للغاية.

6.3 صناعة الكوك والصناعات الكيميائية الفحمية

تُعد البيئات الغنية بالأمونيا والأحمال المتغيرة من ثاني أكسيد الكبريت مناسبة بشكل خاص لتقنية امتصاص الغازات بالكيميا (ammonia-FGD).

6.4 مصانع الأسمنت ومحطات تحويل النفايات إلى طاقة

تسيطر الأنظمة شبه الجافة والجافة بسبب ضيق المساحة وانخفاض توفر المياه.

7. التوقعات المستقبلية: نحو احتراق خالٍ تمامًا من الانبعاثات

مع تحرك العالم الصناعي نحو الحياد الكربوني، ستستمر تقنيات إزالة الكبريت في التطور نحو:

• صفر مياه صرف

• استهلاك طاقة أقل

• قيمة أعلى للمنتج الثانوي

• التحكم الرقمي الشامل في جميع المراحل

• التكامل مع احتجاز ثاني أكسيد الكربون

يبقى نظام إزالة الكبريت من غازات المداخن واحدة من أهم التقنيات البيئية في الصناعة الثقيلة، وسوف يزداد دورها فقط مع تشديد معايير جودة الهواء عالمياً.

الاستنتاج

لم يعد إزالة الكبريت من غازات العادم مجرد شرط بيئي فحسب، بل هو استثمار طويل الأجل في تشغيل صناعي مستدام وتنافسي. يعتمد اختيار المصنع بين كبريتات الجبس بالحجر الجيري أو القائم على الأمونيا أو نصف الجاف أو الجاف على متطلبات الانبعاثات واللوائح المحلية وتكاليف التشغيل وقيمة المنتج الثانوي.

بالنسبة للشركات التي تسعى لتحقيق انبعاثات منخفضة للغاية وفوائد اقتصادية، تمثل أنظمة إزالة الكبريت الحديثة القائمة على الأمونيا وأنظمة التحكم الهجينة في الملوثات المتعددة الاتجاه الجديد للصناعة.