הסרת גפרית מערפל עישון על בסיס אמוניה בתעשיית הפלדה: השגת פליטות נמוכות מאוד ויעילות תפעולית

תעשיית הפלדה היא עמוד תווך בפיתוח התשתיות הגלובליות, אך היא גם אחת ממקורות הפליטה הגדולים ביותר של דו-תחמוצת הגופרית (SO₂) בתעשייה. מפעלי סינטיר, כבשנים וכבשנים קשת חשמליים מייצרים גז מעוכב שמכיל רמות גבוהות של SO₂, חנקנים חמצניים (NOₓ) וחומר חלקתי, אשר תורמים לזיהום האוויר ולידרדר הסביבתי. עם תקנות הפליטה המתחדשות והמחמירות יותר, והדחיפה הגלובלית לעבר קיימות, יצרני פלדה חייבים לאמץ טכנולוגיות מתקדמות לטיפול בגז מעוכב . בין אלה, הסרת גופרית מערפל הדלק על בסיס אמוניה (FGD) הצטער כ emerged as a highly effective, reliable, and economically viable solution.

אתגרי הגז המעוכב בייצור פלדה

ייצור הפלדה כולל תהליכים הדורשים כמות גדולה של אנרגיה:

• מפעלי סינטירינג: מייצרים גז מעוכב בעל תוכן גבוה של אבק, תרכובות גופרית וריכוזים משתנים של NOₓ.

• כבשנים וכבשנים קשת חשמליים: פולטים נפחים גדולים של גז מעוכב עם עומסים משתנים של גופרית וחומר חלקתי.

• גזים מעופשים לרוב מפגינים טמפרטורות משתנות , רמות לחות ושטפי זרימה, מה שמקשה על בקרת מזהמים.

מאפיינים אלו הופכים שיטות דליפון קונבנציונליות, כגון מערכת דליפון אבן גיר-גבס (FGD) או מערכות מבוססות אבקת סודה, פחות גמישות או יקרות יותר בתפעולן. דליפון מבוסס אמוניה (FGD) , אשר מאפיין אותו קצב ספיגה מהיר וגמישות כימית, מספק פתרון המסוגל להתמודד עם זרמי גז מעופש מורכבים תוך שמירה על יעילות גבוהה.

עקרון דליפון מבוסס אמוניה במפעלי פלדה

דליפון מבוסס אמוניה משתמש ב אמוניה מימית (NH₃) לניטרול דו-תחמוצת הגופרית בגזי העשן, ויוצר מלחות אמוניום כגון סילפט אמונيوم ו אמוניום ביסולפט . התהליך כולל מספר שלבים:

1. התקשרות עם גז המפלט: מגדלים מפזרים רב־שלביים או עמודות ממולאות ממקסמים את ההתקשרות בין גז המפלט לפתרון האמוניה.

2. תגובה כימית: SO₂ מתמוסס לתוך פתרון האמוניה ויוצר אמוניום סולפיט, אשר מאוחרת נחמצת לאמוניום סולפט.

3. שיקום התוצר הלוואי: פתרון אמוניום הסולפט מוקצף, מוגבש ומיובש לייצור דשן ברמה מסחרית.

4. בקרת פליטה: מנקיות אדים ומפרידים רב־שלביים מונעים דליפת אמוניה, היווצרות אאerosול ובעיות ריח.

התכונות הכימיות של האמוניה מאפשרות יעילות גבוהה של הסרת הגופרית (95–99%) , גם תחת הרכבים משתנים של גז מעשן, מה שהופך אותה מתאימה לפעולת פלדה.

היתרונות של מערכת הסרת הגופרית המבוססת על אמוניה במפעלי פלדה

1. פליטות SO₂ נמוכות מאוד

תקני הפליטות התעשייתיים למפעלי פלדה הופכים קשיחים יותר ויותר. מערכת הסרת הגופרית המבוססת על אמוניה מבטיחה ריכוזי SO₂ בפליטה הנמוכים באופן עקבי מ-30 מ"ג/נ"מ³ , ומקיימת את יעד הפליטות הנמוכות ביותר. ספיגת כימית מהירה מאפשרת למערכת להתמודד עם תנודות זמניות בעומס הגופרית, ומבטיחה התאמה לתקנים גם בתנאי פעולות משתנים.

2. שחזור משאבים ושימוש במוצרי לוואי

מערכת הסרת הגופרית המבוססת על אמוניה ממירה את SO₂ ל- סילפט אמונيوم , שניתן למכור כדשן באיכות גבוהה. עבור מפעלי פלדה, שבעבר פועלים לעיתים קרובות בשולי רווח צרים ומפגיעים בעלויות גבוהות לטיפול בפסולת, זה מציע ערך זרם הכנסות ומתאים ל עקרונות כלכלה מחזורית על ידי המרה של מזהמי הגופרית למוצרים שיכולים להימכר.

3. בקרת מזהמים מרובים

מערכות אמוניה מודרניות לבלימת גזים דלקתיים (FGD) אינן מוגבלות להסרת גופרית בלבד. תצורות מתקדמות יכולות גם ללכוד:

• חומר חלקיקי, כולל חלקיקים עדינים מסוג PM2.5, באמצעות מסנני אדים ומערכות הפרדה רב־שלבית.

• מתכות כבדות זעירות, כגון כספית, הקיימות בגזים הנפלטים.

• תחמוצות חנקן (NOₓ) כאשר המערכת מאוחדת למערכות SCR או SNCR.

הגישה המשולבת הזו מפחיתה את הצורך במכשירי בקרה נפרדים מרובים, מפשטת את פעולות המפעל ומחסכת בהשקעה הראשונית הכוללת.

4. צריכת אנרגיה נמוכה

בהשוואה למערכות ספיגת גזים (FGD) מסורתיות של סידן-גבס, מערכות מבוססות אמוניה דורשות יחס נוזל-גז נמוך יותר , מה שמביא לצמצום צריכת האנרגיה לדחיסה. תכנון מגדל מותאם ומזעור אובדן הלחץ במערכת מפחיתים את צריכת האנרגיה של המאגרים. התגובה האקזותרמית של אמוניה עם דו-תחמוצת הגופרית יכולה גם לשמש לשמירה על טמפרטורת התהליך, ובכך לצמצם עוד יותר את אובדי האנרגיה.

5. גמישות ויציבות תפעולית

מפעלי פלדה חווים נפח טמפרטורה משתנים מאוד של גזי עישן בשל מחזורי ייצור בדוכות, החלפת דלק או התאמות עומס. מערכות FGD מבוססות אמוניה מסוגלות להתאים עצמן לעובדות אלו ללא פגיעה בביצועים. עיצוב מודולרי מאפשר שילוב הן במתקנים חדשים והן במתקנים קיימים, עם הפרעה מינימלית.

6. יתרונות בטיחותיים וסביבתיים

מערכות מתקדמות מבוססות אמוניה משתמשות ב הפרדה מדורגת ובקרת אדים למזער את דליפת האמוניה, למנוע פליטות נראות לעין ולפחית את ההשפעה הסביבתית. עבור מפעלים הממוקמים בקרבת אזורים עירוניים, זה לא רק מבטיח התאמה לתקנות אלא גם משפר את היחסים עם הקהילה ואת אחריותה החברתית של החברה.

חקר מקרים והתאמות פרקטיות

מספר מתקני פלדה יישמו בהצלחה מערכת FGD מבוססת אמוניה:

• מפעלי סינטירינג: הפחתת רמות דו-תחמוצת הגופרית בגז העשן ב-98%, כאשר תוצר הלוואי סולפט אמוניום הומר לדשן, מה שמבטל את עלויות הפינוי.

• כורות נפיחת: שילוב של מערכת FGD מבוססת אמוניה למערכת SCR, וקבלת בקרה חד-זמנית על דו-תחמוצת הגופרית ועל חנקנים (NOₓ), מה שמשפר את ההתאמה לתקנות ומצמצם את מורכבות התיקון והתחזוקה.

• כורות קשת חשמלית: הסתגלו לתנודות ברמת הגופרית תוך שמירה על פליטות נמוכות מאוד יציבות ומזעור שטח הפלטפורמה של המערכת.

יישומים מעשיים אלו מדגימים את עמידות הטכנולוגיה, יעילותה והנראות הכלכלית שלה בתפעול פלדה בקנה מידה גדול.

היבטים להתחשב בהם ביישום במפעלי פלדה

לפריסה מוצלחת, על המפעילים לשקול:

1. אספקת אמוניה: לצאת במקור עקבי, בין אם בייצור באתר או באספקה חיצונית אמינה.

2. שילוב עם מערכות קיימות: להבטיח תאימות עם מתקני סינטיר, כבשנים פורצים או פליטת גזים של דודים.

3. בחירת חומר: חומרים مقاומים לקורוזיה הם קריטיים לפעולת טווח ארוך.

4. טיפול במוצרים הלוויים: קריסטליזציה, ייבוש וסידור מתאימים הם הכרחיים לייצור сульפט אמוניום שיווקי.

5. תחזוקה ומעקב: בקרות תקופתיות ותחזוקה רגילה מבטיחות יעילות גבוהה וממזערות הפרעות בתפעול.

יתרונות כלכליים וסביבתיים

מערכת הספיגה המבוססת על אמוניה מספקת יתרונות מוחשיים מרובים:

• הסכמה רגולטורית: מבטיחה פליטות SO₂ נמוכות מאוד ותומכת ביוזמות התאמה הסביבתית הרחבות יותר.

• יצירת הכנסות: על ידי המרה של גופרית לסולפט אמוניום כדשן, מפעלים יכולים לייצר הכנסות נוספות.

• חיסכון באנרגיה: צריכת אנרגיה נמוכה בהשוואה לשיטות מסורתיות לשליטה בגופרית בעשנים (FGD).

• יעילות תפעולית: ניתן להתאים אותו לתנאי תהליך משתנים, ובכך להפחית את זמן העצירה ועלות התיקון והתחזוקה.

• קיימות: תומך במטרות כלכלה מעגלית על ידי המרה של פסולת למוצרים בעלי ערך ובהקטנת ה FOOTPRINT הסביבתי.

סיכום

הסרת גופרית מעשנים מבוססת אמוניה מציעה למפעילי תעשיית הפלדה פתרון יעיל מאוד, ידידותי לסביבה ויתרוני כלכלית לשליטה ב- SO₂. הגמישות שלו, יכולות הפליטה הנמוכות ביותר, הערך הכלכלי של המוצרים המשניים והיעילות האנרגטית שלו הופכים אותו לבחירה עליונה עבור מתקנים המחפשים פעילות ברת-קיימא.

על ידי המרה של פליטות גופרית לסולפט אמוניום בעל ערך מסחרי, שיטת הסרת גופרית מעשנים מבוססת אמוניה עומדת בדרישות הזרם הגלובלי לכיוון כלכלה מעגלית ושחזור משאבים . היכולת שלו להשתלב בתהליכי הפעלה קיימים, להתמודד עם זרמי גז עישן מורכבים ולשמור על יציבות תפעולית בתנאים משתנים מבטיחה אמינות לטווח הארוך. עבור מפעילי פלדה שמתמקדים בהגעה לסטנדרטים הסביבתיים החמורים תוך שיפור יעילות הפעולה, הספיגה הגזית באלקטרוליט אמוניה (FGD) מייצגת את טכנולוגיית הבחירה האסטרטגית , ומספקת הן התאמה לתקנות והן יתרונות כלכליים מוחשיים.