Қазіргі заманның шаң-тозан газдарын күкірттен тазарту: Технологиялар, даму бағыттары және өнеркәсіптегі қолданыстарының толық нұсқаулығы

Өткен онжылдықта әлем бойынша ауа сапасына қойылатын талаптар бірте-бірте қатаңдай түсті, ол электр станцияларын, болат зауыттарын, цемент өндірушілерді және химиялық кәсіпорындарды түтін газдарын тазарту жүйелерін жаңартуға мәжбүр етті. Осы экологиялық талаптардың орталығында түтін газдарын күкірттен тазарту (FGD) — өнеркәсіптік шығарылатын газдардан күкірт диоксидін (SO₂) алу үшін маңызды процес.

Өнеркәсіптер жасыл және тиімді операцияларға өткен сайын, FGD технологиялары дамуды жалғастырады. Кеңінен танымал әктас-гипс әдісінен бастап жаңа аммиак негізіндегі тәсілдерге дейінгі әрбір шешім тиімділік, құны, жұмыс тұрақтылығы және қосалқы өнімдерді қайта өңдеу саласында әртүрлі артықшылықтар ұсынады.

Бұл мақала дезульфурлеу технологияларының, негізгі механизмдерінің, қолдану сценарийлерінің және глобалдық өнеркәсіптік бағыттардың толық шолуын ұсынады — инженерлер, сатып алу менеджерлері, EPC контрактшылары мен экологиялық мамандар үшін сенімді және жаңартылған ақпарат іздеу мақсатында жасалды.

1. Дезульфурлеу неге маңызды

Күкірт диоксиді - отынның жануы, металлургиялық реакциялар мен ауыр өнеркәсіптік процестердің нәтижесінде пайда болатын негізгі ластану көзі. Дұрыс емделмесе, SO₂ шығарындылар мыналарға әкеледі:

• Қышқыл жаңбыр

• Тұман түзілуі

• Ауыр тыныс алу проблемалары

• Топырақтың қышқылдануы

• Жабдықтарға, ғимараттарға және өсімдіктерге зиян келтіру

Еуропа, Орта Шығыс, Оңтүстік-Шығыс Азия және Қытайдағы нормативтік талаптар қазір кеңінен SO₂ шығарындыларының 35 мг/Нм³-ге дейін жетуін талап етеді, бұл көптеген зауыттар үшін FGD жүйелерін міндетті етеді.

Сондай-ақ өнеркәсіп саласының клиенттері халықаралық сатып алушылардан, ESG инвесторларынан және көміртегі бейтараптыққа берген уәде аясында басымдық алуда, олардың әрқайсысы шығарындыларды бақылауды стратегиялық басымдыққа айналдырады — тек қана сәйкестік міндеттемесі емес.

2. Түтін газын күкірттен тазартуда қолданылатын негізгі технологиялар

FGD әдістері негізінен сулы, жартылай құрғақ және құрғақ процестерге бөлінеді. Әрқайсысының өзіндік химиялық принциптері, жұмыс режимдері және қолданылу салалары бар.

2.1 Әктас–Гипс сулы күкірттен тазарту (WFGD)

Бұл көмір жағатын электр станциялары мен үлкен өнеркәсіптік будың котелдерінде ең кеңінен қолданылатын күкірттен тазарту әдісі.

Процестің принципі:

Түтін газындағы SO₂ әк сусы (CaCO₃) мен әрекеттесіп кальций сульфитін түзеді, одан әрі ол шаңтастыққа (CaSO₄·2H₂O) дейін тотығады.

Негізгі плюслері:

• Жоғары және тұрақты SO₂-ді алу тиімділігі (95–99%)

• Жетілген, сенімді технология

• Үлкен көлемді қондырғыларға қолдануға болады

• Шаңтастық қосалқы өнімі құрылыс материалдары ретінде сатылуы мүмкін

Шектеуліктер:

• Суға жоғары талап

• Аймақты көп алады

• Улкен бастапқы инвестиция

• Қабаттасу және сүспенің құбырын жөндеу талаптары

Кемшіліктеріне қарамастан, әк-шаңтастық электр станциялары мен үлкен жану жүйелерінде тұрақтылығы мен дәлелденген табысына байланысты әлемдегі негізгі бағыт болып қала береді.

2.2 Аммиак негізіндегі күкіртті жою (NH₃-FGD)

Соңғы жылдары аммиактық күкіртті жою өзінің күшті қарқынын көрсетті, әсіресе химиялық зауыттарда, болат өндіретін зауыттарда, ферросилиций балқыту цехтарында, кокстеу зауыттарында және өнеркәсіптік будың қазанында .

Процестің принципі:

SO₂ аммиакпен әрекеттесіп, аммоний сульфит/бисульфит түзеді, одан кейін тотығу арқылы өндіріледі аммоний Сульфат Тыңайтқышы .

Артықшылықтар:

• SO₂-ді жою тиімділігі 97%

• NO₂-ді сіңіру қабілеті — бір мезгілде күкіртті және жартылай азотты жою

• Суарынды сулардың толық жоқтығы

• Құнды қосалқы өнім — аммоний сульфаты

• Известкалық гипстен гөрі масштабталмауы, қарапайым жұмыс істеуі

Проблемелер:

• Тұрақты аммиак қорын талап етеді

• Аммиактың шығып кетуін бақылау

• Жоғары қауіпсіздік және желдету талаптары

Шығарылымды азайту мен ресурстық тиімділікті бірдей іздейтін салалар үшін аммиакты десульфурлеу бұрынғыдан гөрі қолға ұялып келеді.

2.3 Жартылай құрғақ десульфурлеу (SDA) / Спрей-құрғатқыш абсорбер

Жартылай құрғақ жүйелер жиі қолданылады цемент зауыттарында, энергия өндіру объектілерінде, кіші электр станцияларында және биомасса қазандарында .

Ерекшеліктері:

• Гидратталған әк қолданылады

• Аз мөлшерде су қажет етеді

• Орташа SO₂ шығарылымын азайту тиімділігі (70–90%)

• Төменгі инвестициялық құны

• Қарапайым жұмыс істеу және төмен техникалық қызмет көрсету

Жартылай құрғақ жүйелер кейбір елдерде қажет болатын ультра төмен шығарынды деңгейлеріне жетпесе де, олар кішігірім немесе ескі қондырғылар үшін қолданылатын шығындарды үнемдейтін шешім ретінде сақталуда.

2.4 Құрғақ Десульфуризация

Құрғақ әдістер түтін газына тікелей құрғақ сорбенттерді енгізуін қамтиды. Олар әдетте мыналар үшін қолданылады:

• Кіші өнеркәсіптік пештер

• Шыны пештері

• Төменгі SO₂ шығарынды ағындары

• Кеңістігі шектеулі болатын жаңартылған жобалар

Құрғақ жүйелер компактілі және техникалық қызмет көрсетуге оңай, бірақ олардың тиімділігі мен реакция толықтығы ылғалды жүйелерден төмен.

3. Десульфуризация технологиясын дұрыс таңдау әдісі

Тиімді FGD жүйесін таңдау бірнеше факторларды бағалауды қажет етеді:

3.1 SO₂ концентрациясы және түтінді газ ағыны

• Жоғары SO₂ + үлкен ағын → ылғалды жүйелер (әктас немесе аммиак) ұсынылады

• Орташа SO₂ → жартылай құрғақ

• Төменгі SO₂ → құрғақ сіңіру

3.2 Су ресурстары мен жергілікті нормативтер

• Су ресурстары аз аймақтар (Орта Шығыс) жартылай құрғақ жүйелерді ұстанады

• Ең қатаң стандарттар үшін аммиак немесе әктас-гипс қажет

3.3 Қосалқы өнімдерді пайдалану

• Егер зауыттың тыңайтқыш сатып алушылары болса, аммиакты күкіртсіздандыру одан тиімді болады

• Шынықтау рыноктары халықаралық деңгейде әртүрлі

3.4 ЖИБ және ЖЖБ бойынша ескертпелер

Жалпы баға электр энергиясын, сорбенттерді, техникалық қызмет көрсетуді, жұмыс күшін, тұтынатын материалдарды және гипс немесе аммоний сульфатымен жұмыс істеуді қамтиды. Көптеген клиенттер қазір бастапқы инвестициядан гөрі ұзақ мерзімді жұмыс шығындарына басымдық береді .

4. Тиімді FGD жүйесінің негізгі компоненттері

Қазіргі кездегі күкіртті газдан тазарту қондырғылары мыналарды қамтиды:

• Сіңіргіш колонна немесе скруббер

• Шайыр дайындау жүйесі

• Тотықтыру ауасы құрылғысы

• Бул ұстағыштар

• Циркуляциялық сорғылар

• Қосалқы өнімдерді өңдеу жүйелері (гипс, аммоний сульфаты)

• Кептіру және қаптау жүйелері (аммиакты ерітінділер үшін)

• Автоматтандыру және онлайн-бақылау

Абсорбердің, сорғыштардың және тұман бөлгіштердің жоғары сенімділігі тікелей SO₂-ді алып тастау тиімділігін анықтайды.

5. Күкірттен тазарту технологиясындағы глобалдық тенденциялар

5.1 Ресурстарды қайта өңдеуге бағытталған газ тазарту жүйелеріне көшу

Үкіметтер мен тапсырыс берушілер шеңберлік экономика шешімдерін барынша талап етеді. Аммиак негізіндегі жүйелер осы тенденцияға жақсы сәйкес келеді және тыңайтқыш сапасындағы аммоний сульфатын қоқыс ретінде гипс емес, өндіреді.

5.2 Көбірек гибридті және интеграцияланған жүйелер

FGD қазір көбінесе мыналармен бірге қолданылады:

• SCR/SNCR денитрификациясы

• Шаңды кетіру

• Кеңжолақты ластауға қарсы шаралар

• Ауа жүзгіш ОҚҚ өңдеу

Қазіргі заманғы жүйелер біртұтас интеграцияланған процесте ультр төменгі шығарындыларды қамтамасыз етуге бағытталған .

5.3 Цифрландыру және ақылды басқару

Жасанды интеллектке негізделген бақылау, pH/аммиак берілу жылдамдығын оптимизациялау және автоматтандырылған масштабтау болжамы алдыңғы қатарлы қондырғыларда стандартқа айналып келеді.

5.4 Дамушы нарықтарда кеңею

Орта Шығыс, Оңтүстік-Шығыс Азия, Африка және Оңтүстік Америкадағы елдер экологиялық стандарттарды жедел жаңартуда. Сұраныстың өсуі ерекше күшті болып келеді:

• Сауд Арабиясы

• БАЕ

• Индонезия

• Вьетнам

• Индия

• Қазақстан

EPC мердігерлері мен жабдық әзірлеушілер үшін бұл аймақтар ірі нарықтық мүмкіндіктерді білдіреді.

6. Қолданылу мысалдары: FGD ең үлкен әсерін тигізетін салалар

6.1 Көмір қуатын пайдаланатын электр станциялары

Әлі де әлемде ең үлкен орнатылым базасы болып табылады, әдетте ультра төменгі шығарындыларға сәйкестікті қамтамасыз ету үшін әктас-гипс немесе сірке жүйелері қолданылады.

6.2 Ферросилиций және металлургиялық зауыттар

Түтін газында жоғары SO₂ және бөлшектер болуы мүмкін. Сіркемен десульфуризациясына шаңды алу жоғары нәтижеге ие.

6.3 Кокстеу және көмір химия өнеркәсібі

Сірке бай орта және әртүрлі SO₂ жүктемелері сірке-FGD үшін ерекше қолайлы жағдайлар туғызады.

6.4 Цемент және қалдықтан энергия алу зауыттары

Кеңістіктің шектеулілігі мен судың аздығына байланысты жартылай құрғақ және құрғақ жүйелер басымдық құрайды.

7. Болашақ көзқарас: Нөлдік шығарынды жануға қарай

Өнеркәсіптік әлем көміртегі бейтараптылыққа қарай қозғалған кезде, күкірттен тазарту технологиясы әрі қарай дамуде:

• Сулық қалдықтардың болмауы

• Жиір қолдануды кеміту

• Жоғары қосалқы өнім құны

• Толық процесті цифрлық басқару

• CO₂-ді ұстап алумен интеграциялау

Түтінді газдардан күкіртті тазарту - ауыр өнеркәсіп үшін ең маңызды экологиялық технологиялардың бірі болып табылады және глобалды түрде ауа сапасына қойылатын талаптар қатаңдай түскен сайын оның рөлі арта түседі.

Қорытынды

Түтінді газдардан күкіртті тазарту енді тек қана экологиялық талап емес – бұл тұрақты, бәсекеге қабілетті өнеркәсіптік жұмыс істеуге арналған ұзақ мерзімді инвестиция. Кәсіпорын ізбес-гипсті, аммиак негізіндегі, жартылай құрғақ немесе құрғақ күкірттен тазартуды таңдау шығарындыларға қойылатын талаптарға, жергілікті нормативтерге, жұмыс істеу құнына және қосалқы өнім құнына байланысты.

Әдетте төменгі шығарындылар мен экономикалық пайданы мақсат етіп отырған компаниялар үшін заманауи аммиак негізіндегі күкірттен тазарту және гибридті көп ластағышты бақылау жүйелері өнеркәсіптің жаңа бағытын білдіреді.