حذف گوگرد از گاز: حفاظت از سیاره ما در هر فرآیندی

علم پشت حذف گوگرد از گاز

واکنش‌های شیمیایی در حذف گوگرد

چندین واکنش شیمیایی اصلی برای حذف گوگرد از گاز وجود دارد. مهم‌ترین این واکنش‌ها اکسیداسیون، ردوکسیون و هیدرولیز هستند که همه به صورت متقابل در تغییر مواد گوگردی به فرم‌های کم‌تر سمی نقش دارند. به عنوان مثال، دی옥سید گوگرد (SO2) در فرآیند حذف گوگرد از گاز کانالیزاسیون اکسیده می‌شود و سپس با یک قلیایی واکنش می‌دهد و محصول جامد نهایی مانند گیپس به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. و کلیدی به این واکنش‌ها، شرایط خاصی است که آنها در آن رخ می‌دهد، شامل دما و فشار. سرعت و کارایی این واکنش‌ها می‌تواند با تنظیم این عوامل، بر اساس تحقیقات صنعتی، به طور قابل ملاحظه ای افزایش یابد.

کارایی این واکنش‌های شیمیایی معمولاً با کاتالیزورهایی که موانع فعالسازی را کاهش می‌دهند و کینتیک واکنش را بهبود می‌بخشند، افزایش می‌یابد. کاتالیزورهای معمول شامل پنتاکسید وانادیوم و زغال فعال هستند. این کاتالیزورها با ارائه یک محل خاص که واکنش‌ها می‌توانند در آن به طور کارآمدتری رخ دهند، فرآیند حذف سولفور را شتاب می‌دهند. آنها به خاطر عملکردشان در شرایط مختلف مورد تقدیر قرار می‌گیرند و بنابراین برای نیتروژنه کاربردی هستند.

اصول فرآیند مرطوب vs خشک

حذف گاز گوگرد به دو روش مرطوب و خشک انجام می‌شود، که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. سیستم‌های مرطوب، مانند حذف گوگرد از گاز کانوپی با استفاده از سنگ کالسیوم، به یک معلق مایع نیاز دارند که در آن ترکیبات گوگرد جذب می‌شوند، در حالی که سیستم‌های خشک از جذب‌کننده‌های پودری مانند کلیک صخره‌ای استفاده می‌کنند که به جریان گاز تزریق می‌شود. هر دوی این تکنیک‌ها مزایا و معایب خود را دارند. فرآیندهای مرطوب بسیار کارا هستند، معمولاً با بیش از ۹۰٪ حذف گوگرد، اما مقدار زیادی از آب مصرف می‌کنند و محصول جانبی مایع تولید می‌کنند. روش‌های خشک، با این حال، آب مصرف می‌کنند و زباله جامد قابل مدیریت‌تری تولید می‌کنند، اما به طور کلی ظرفیت کمتری برای حذف گوگرد دارند.

تولید مرطوب و خشک مفهومی است که در آن استفاده از آب برای برخی صنایع تفاوت ایجاد می‌کند، همچنین تصمیم‌گیری صنایع بسته به عواملی نظیر هزینه و الزامات هر بخش نیز متفاوت است. به عنوان مثال، دی‌سولفوراسیون مرطوب به طور رایج در نیروگاه‌ها به دلیل عملکرد بهتر در پالایش استفاده می‌شود، اما در مناطق خشک روش‌های خشک ترجیح داده می‌شوند زیرا آب کمیاب است [12] [13] [14]. تصمیم‌گیری بین این روش‌ها سازشی بین الزامات عملیاتی نیروگاه و تأثیرات محیطی است.

نقش کاتالیزورها در درمان کارآمد

کاتالیزورها در افزایش کارایی فرآیند HDS با کاهش انرژی فعال‌سازی مورد نیاز برای وقوع واکنش‌های شیمیایی رقابتی و در نتیجه، افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی در طول فرآیند ضروری هستند. کربن فعال یا اکسیدهای فلزی اغلب به عنوان کاتالیزور برای تسریع تبدیل مواد حاوی گوگرد به فرم‌های بی‌اثر استفاده می‌شوند. این کاتالیزورها می‌توانند طبیعی یا سنتزی باشند و قابلیت بازیابی و پایداری آن‌ها یک هدف مهم در صنعت محسوب می‌گردد.

بهبودهای اخیر در فناوری کاتالیزورها، به عنوان مثال، اختراع نانوکاتالیزورها، انتظار می‌رود کارایی بیشتری فراهم کرده و عمر کاربرد آنها را طولانی‌تر کند. این کاتالیزورهای جدید سرعت واکنش را افزایش می‌دهند، مقاوم‌تر به غیرفعال شدن هستند و دوره خدماتی بلندتری دارند که هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد و فرآیند دی‌سلفوره کردن گاز را اقتصادی‌تر و پایدارتر می‌کند. آنها همچنان در حال تحول هستند و فرصت‌های جدیدی برای تنظیم و ارتقاء فناوری‌های محیطی ایجاد می‌کنند.

مبارزه با شکل‌گیری باران اسیدی

ازکوبش گاز از سولفید مهم است در کاهش شکل‌گیری باران اسیدی زیرا که به طور قابل توجهی دی‌اکسید سولفور (SO₂) را که از منابع صنعتی عرضه می‌شود، کاهش می‌دهد. SO₂ به عنوان یکی از منابع اصلی باران اسیدی عمل می‌کند که می‌تواند آسیب به اکوسیستم‌ها، خاک و جریانات آب زدایی کند. بر اساس مطالعات محیط زیست مختلف، صنایع می‌توانند تا ۹۰٪ از اmissیون‌های سولفور را با استفاده از فناوری‌های پیشرفته‌تر ازکوبش سولفید کاهش دهند. به عنوان مثال، بریتانیا تقریباً کاهش ۷۰٪ در نسبت حادثه‌های باران اسیدی را در طول دوره‌ای حدود بیست ساله مشاهده کرد، و ازکوبش گاز دخانیه نقش بزرگی در این کاهش داشت. تحقیقات علمی همچنین رابطه بین پیاده‌سازی فناوری‌های ازکوبش سولفید و تغییرات قابل توجه در pH خاک، سلامت جریانات آب و غیره را که همچنین بهره‌وری قوی برای محیط زیست است، تایید کرده است. این موضوع به بالا بردن پتانسیل جهانی برای مقابله با باران اسیدی کمک می‌کند، زیرا مناطق بیشتر و بیشتری این فناوری‌ها را نصب می‌کنند.

بهبود معیارهای کیفیت هوا در شهرها

روش‌های دی‌سولفوراسیون به تدریج آلودگی هوا در شهرها، به ویژه آلودگی ناشی از اmission صنعتی را کاهش می‌دهد. هر چه شهرها بیشتر صنعتی می‌شوند، چالش‌های مربوط به کیفیت هوا شدیدتر می‌شود که پیامدهای سلامتی جدی دارد. دی‌سولفوراسیون در بخش تولید انرژی و بخش صنعتی نقش مهمی در کاهش سطح آلاینده اصلی، مانند دی‌اکسید گوگرد، که ماده هدف است، ایفا کرده است. شاخص‌های کیفیت هوا (AQI) شهرهایی مثل پکن و نوئی دله پس از اجرای قوانین دی‌سولفوراسیون سختگیرانه بهبود یافته است. این اقدامات همچنین با مزایای سلامتی مرتبط بوده است، شامل کاهش عفونت‌های تنفسی و بهبود سلامت کلی در مناطق شهری. مطالعات موردی از این مناطق شهری شواهد مستقیمی از اثرات هواپاک تر حاصل از تکنیک‌های دی‌سولفوراسیون جدید فراهم می‌کند.

محافظت از اکوسیستم‌های آبزی

فناوری‌های دسولفوریزاسیون برای مبارزه با انتشار بیش از حد SO2 و حفاظت از کیفیت اکوسیستم آبی، به ویژه در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و مناطق ساحلی ضروری هستند. سطوح آلودگی گوگردی که از حد مجاز فراتر می‌روند می‌توانند باعث اسیدی شدن آب‌های سطحی شوند که این امر می‌تواند تأثیرات مخربی بر زندگی دریایی و تنوع زیستی داشته باشد. مطالعات انجام شده در زیست‌شناسی دریایی نشان داده‌اند که در مناطقی که انتشار گوگرد کاهش یافته است، گونه‌های مختلف زیستی دارای بازگشت و بهبودی هستند. به عنوان مثال، در دریاچه‌های بزرگ، کاهش سولفات‌ها به بازگشت ماهی‌ها و سایر موجودات آبی به این منطقه کمک کرده است، همان‌طور که گزارش‌های تحقیقاتی نشان داده‌اند. تنوع زیستی از این موضوع جلوگیری می‌کند که جمعیت حیات وحش در یک منطقه خاص بیش از حد متمرکز شود؛ بنابراین فناوری‌های دسولفوریزاسیون نیز با حفظ محیط زیست آبی سالم، تعادل لازم را حفظ می‌کنند. از این رو، این اقدامات علاوه بر مزایای زیست‌محیطی در بهبود کیفیت هوا، منجر به محیط‌های آبی سالم‌تر و متنوع‌تری می‌شوند.

روش‌های کلیدی در تیمار مدرن گاز

سیستم‌های شستشوی مرطوب مبتنی بر سنگ کالسیوم

به دلیل کارایی و فرآیند شیمیایی ساده‌ای که در آن دخول دارد، پاک‌کننده‌های مرطوب مبتنی بر کلسیت فناوری رایجی برای حذف دی اکسید گوگرد (SO2) از گازهای دودی هستند. این سیستم‌ها با جذب معلق کلسیت در آب به جریان گاز، جایی که با دی اکسید گوگرد واکنش شیمیایی انجام می‌دهد تا کلسیم سولفات را تولید کند که قابل جمع‌آوری است، کار می‌کنند. نشان داده شده است که کارایی حذف SO2 از طریق کلسیت به 95٪ می‌رسد که یکی از کارای‌ترین روش‌های دی‌اکسید گوگرد زدایی است. با این حال، هزینه نصب و نگهداری این سیستم‌ها می‌تواند بالا باشد - به خصوص میلیون‌ها دلار در سایت‌های بزرگ. با وجود هزینه، آن‌ها بسیار کارا هستند و کلیدی در دستیابی به انتشارات کمتر و هوا شوینده‌تر هستند (ژورنال تولید شوینده).

تکنیک های تزریق جذب کننده خشک

تزریق جذب‌کننده خشک (DSI) فرآیندی است که در آن یک جذب‌کننده پودری، مانند باکینگ سدیم، مستقیم به گاز رokه اضافه می‌شود. این فرآیند به ویژه برای نصب‌هایی با اندازه کوچک یا به عنوان بهسازی در سیستم‌های موجود بدون تغییرات عمده در فرآیند مناسب است. جذب‌کننده‌های مورد استفاده در DSI ممکن است کنترل خوبی بر مرکب‌های گوگردی داشته باشند و کارایی حذف گوگرد بین حدود ۵۰٪ تا ۷۰٪ باشد. به عنوان مثال، نشان داده شده است که trona در یک پروژه در تگزاس در سال ۲۰۲۲ کارایی حذف را به میزان ۲۰٪ افزایش داده است. با این حال، DSI ممکن است در جریان‌های گازی با تنوع ترکیبی کارایی کمتری داشته باشد و نیازمند کنترل‌های اضافی برای دستیابی به اهداف آلودگی کم باشد (علم محیط زیست & فناوری).

نوآوری‌های در جذب پاشیدنی نیمه‌خشک

روش جذب اسپری نیمه-خoshاب یک روش انعطاف‌پذیر و کارآمد برای حذف گوگرد است. فرآیندی مانند اتمیز کردن آبرنگ کلی یا کلی سخت به فاز گاز، می‌تواند با دی‌اکسید گوگرد واکنش دهد تا محصولات واکنش خشکی تولید شود که به راحتی جمع‌آوری می‌شوند. بهبودهای اخیر در این فرآیند، مانند اتمیزکننده‌های بهبود یافته و سیستم‌های بهتر مدیریت فاضلۀ، کارایی را در برخی موارد به نزدیک به ۹۰٪ افزایش داده است. به عنوان مثال، کاهش قابل توجهی در اmissão‌ها در حالی که انعطاف‌پذیری عملیاتی حفظ می‌شد، برای صنایعی که از این سیستم‌ها در آلمان استفاده می‌کنند گزارش شده است. این سیستم جذاب است زیرا نسبت به پاک‌کننده‌های نوع مرطوب سنتی، آب کمتری مصرف می‌کند و نیاز به نگهداری کمتری دارد، بنابراین اغلب برای سیستم‌های جدید انتخاب می‌شود (Energy Procedia).

منشورهای جهانی که انتشارات تمیزتر را محرک می‌کنند

استانداردهای EPA برای نیروگاه‌ها

معیارهای EPA محدودیت‌های بسیار سختی را بر روی اmissیون‌های نیروگاه‌ها تعیین کرده است، به ویژه بر روی اmissیون‌های دیوکسید گوگرد (SO2). این مقررات نیروگاه‌ها را ملزم می‌کند تا فناوری‌های غسل گاز با کارایی بالا را برای کاهش زیادی در پایگاه گوگرد استفاده کنند. این موضوع منجر به کاربرد قابل توجه فناوری‌هایی مانند شستشوی سنگ کلی‌کال و تزریق جذب‌کننده خشک شده است. داده‌های آلودگی نشان می‌دهد که ۹۰٪ نیروگاه‌ها در سال‌های اخیر به طور کامل با معیارهای اmissیون گوگرد EPA همخوانی داشته‌اند، که نشان‌دهنده سطح بالایی از رعایت این معیارهاست. بسیاری از مشاهده‌کنندگان معتقدند که این معیارها نیروی بسیار مهمی برای هدایت جهت نوآوری و پذیرش فرآیندهای جدید در صنعت تصفیه گاز هستند. به گزارش EPA، کاهش ۵۰٪ در اmissیون‌های گوگرد نیروگاه‌ها به دلیل این الزامات در دهه گذشته رخ داده است.

Direktive اmissies industrie EU

ای دی-یو یک ابزار رهبرانه برای کنترل خروجی صنعتی در اروپا است. این دستورالعمل محدودیت‌هایی بر روی خروجی‌ها تعیین کرده است، با تأکید بر کاهش سطح برخی ترکیبات گوگرد، که باعث بهبود کیفیت هوا و سلامت انسان خواهد شد. کشورهایی مثل آلمان و سوئد پیشرو در پیاده‌سازی موفق این استانداردها بوده‌اند و کاهش قابل توجهی در آلودگی هوا مرتبط با گوگرد ایجاد کرده‌اند. گزارشی در سال ۲۰۲۱ گزارش داد که آلمان در دهه‌ای که پس از اجرای این دستورالعمل بود، خروجی گوگرد خود را به میزان ۶۰٪ کاهش داده است. اتحادیه اروپا در حال تعقیب مکانیسم‌هایی است که مقررات را شدید‌تر خواهد کرد و انتظار می‌رود که این موضوع کاهش خروجی‌ها و گسترش فناوری‌های تمیزتر را در کل کشورهای عضو تسهیل کند.

جدول زمانی رعایت قوانین اقتصادهای نوظهور

کشورهای در حال توسعه، از طرف دیگر، شرایط خاصی را در پیروی از استانداردهای بین‌المللی ناسازگارسازی تحت محدودیت‌های اقتصادی و وضعیت زیرساخت کم دارند. این کشورها به تدریج موعد‌هایی برای اتخاذ فناوری ناسازگارسازی و تمیز کردن هوا تعیین می‌کنند. تعدادی از کشورها ادعاهای طموحی مطرح کرده‌اند که برآورد‌های فعلی نشان می‌دهد منجر به کاهش چشمگیر اندازه‌های آلودگی در ده سال آینده خواهد شد. مشکلات مستمر مشکلاتی مانند تأمین مالی، دانش فناوری و اجرای مقررات همچنان باقی هستند. برای مقابله با این موضوع، سازمان‌های بین‌المللی و کشورهای توسعه‌یافته باید با هم همکاری کنند. با این حال، هنگامی که کشورهای در حال توسعه در نهایت به اهداف پیروی دست می‌یابند، باید ارزش قابل توجهی از نظر بهبود کیفیت هوا و پیشرفت در راستای استانداردهای محیطی جهانی انتظار داشته باشیم.

رشد صنعتی پایدار از طریق حذف گوگرد

استفاده از محصولات بدنه‌ای اقتصاد دایره‌ای

اقتصاد دایره‌ای در حال تغییر روشی است که صنایع به زباله‌ها مانند زباله‌های حاصل از نابودسازی گاز تیتانیوم می‌پردازند. در مورد نابودسازی، فاضلات مانند گیپس می‌تواند بازیافت شده و در صنایع دیگری مانند ساخت و ساز و کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، نابودسازی در نیروگاه‌ها می‌تواند گیپس تولید کند که به صفحه‌های دیواری تبدیل می‌شود. علاوه بر این، یک مطالعه نشان داد که بازیافت این فاضلات نه تنها مقدار زباله را کاهش می‌دهد، بلکه با صرفه‌جویی در هزینه‌های مواد اولیه و وجود فرصت‌های بازاری برای مواد بازیافتی، می‌تواند سودآورتر باشد. این موضوع نشان می‌دهد که رقابت‌پذیری بخش صنعتی نباید به قیمت راه‌حل‌های مؤثر و پایدار، با توجه به محیط زیست و استفاده از منابع، به دست آید.

طراحی‌های سیستمی با کارایی انرژی

سیستم‌های دی‌سلفیداسیون با طراحی‌های نوآورانه برای صرفه‌جویی در انرژی، دروازه‌ای را برای صنایع باز می‌کنند تا هزینه‌های عملیاتی خود را با نیازمندی کمتر به انرژی کاهش دهند. سیستم‌های دی‌سلفیداسیون مدرن از فناوری جدید شستشو (scrubber) و فرآیندهای کنترل خودکار استفاده می‌کنند که عملکرد بهینه سیستم و کاربرد موثرترین انرژی را فراهم می‌آورند. به عنوان مثال، شرکت‌هایی وجود دارند که این طراحی‌ها را پیاده کرده‌اند و صرفه‌جویی در مصرف انرژی تا ۳۰٪ را تجربه کرده‌اند، که به وضوح هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، یک شرکت تولیدی بزرگ که این فناوری‌ها را ترکیب کرد، پیشرفت‌های قابل توجهی در کارایی انرژی دست یافت که نشان می‌دهد چنین اجرای استراتژیک موثری چقدر مزایای عملی دارد. این اقدامات علاوه بر ایجاد سود اقتصادی، به اولویت‌های پایداری کمک می‌کند توسط حمایت قابل توجهی از کاهش گازهای گلخانه‌ای.

استراتژی‌های صرفه‌جویی در آب

امروزه، فرآیند دیسولفوراسیون مدرن نیز در حال انتقال به استفاده از کمتر آب است - این موضوع بخش عمده ای از توسعه پایدار را نشان می دهد. با استفاده از دستگاه های صرفه جویی در مصرف آب، این سیستم ها مصرف آب در صنایع را به طور قابل توجهی کاهش می دهند. به عنوان مثال، برخی از کارخانجات سیستم های آب «lus closed loop» را پیاده سازی کرده اند که با بازچرخاندن و مجدد استفاده از آب در فرآیند، مصرف آب تازه را به شدت کاهش می دهد. این توسعه از اهمیت ویژه ای برخوردار است، به ویژه در نظر گرفتن تقاضای رو به افزایش برای استفاده کارآمد از آب در سطح جهانی، به ویژه در صنعت. با صرفه جویی در مصرف آب، صنایع به پیروی از تصویر عمومی خود به عنوان کسب و کارهای دوست دار محیط زیست که روشهای اکوسیستمی را اولویت می دهند، مدیریت می کنند.

بخش سوالات متداول

کاتالیزورها چگونه کارایی دی‌زولفابی را افزایش می‌دهند؟

کاتالیزورها انرژی فعال‌سازی را کاهش می‌دهند و واکنش‌های شیمیایی را شتاب می‌دهند، که این موضوع ازداشت کارآمد سولفور را تحت شرایط مختلف تسهیل می‌کند.

چرا از سولفوریزه کردن گاز مهم است؟

حذف گاز سولفور در کاهش اmissیون دی‌اکسید سولفور، کاهش شکل‌گیری باران اسیدی، بهبود کیفیت هوا و حفاظت از سیستم‌های اکوسیستم آبی نقش مهمی ایفا می‌کند.

چه تأثیرات محیطی از اmissیون سولفور وجود دارد؟

اmissیون زیاد سولفور منجر به باران اسیدی می‌شود که به اکوسیستم‌ها، کیفیت خاک و زیستگاه‌های آبی آسیب می‌رساند.

چگونه اقتصادهای نوپدید چالش‌های حذف گاز سولفور را حل می‌کنند؟

اقتصادهای نوپدید با استانداردهای جهانی زمانبندی پیروی می‌کنند، اما با چالش‌هایی مانند تأمین مالی و دسترسی به فناوری مواجه هستند و اغلب با سازمان‌های بین‌المللی همکاری می‌کنند تا کیفیت هوا را بهبود بخشند.