การกำจัดกำมะถันจากก๊าซเสียโดยใช้แอมโมเนียในอุตสาหกรรมการกลั่นถ่านโค้ก

แนะนำ

เครื่อง อุตสาหกรรมคอก เป็นส่วนสำคัญของภาคเหล็กและเคมี โดยผลิตโค้กจากถ่านหินเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในเตาหลอมแบบเบลสต์ฟอร์น (blast furnaces) และกระบวนการทางเคมี อย่างไรก็ตาม การทำโค้กยังสัมพันธ์กับ การปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์สูง , องค์ประกอบของก๊าซเสียที่ซับซ้อน และข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้าน การปล่อยมลพิษระดับต่ำสุดเป็นพิเศษ สำหรับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) และไนโตรเจนออกไซด์ (NOₓ) กลายเป็นเรื่องที่ท้าทายมากยิ่งขึ้น โดยเฉพาะภายใต้แรงกดดันสองประการ คือ ความจำเป็นในการปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมและการควบคุมต้นทุนการดำเนินงาน

ในบรรดาเทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันหลายประเภท — เช่น ระบบกำจัดกำมะถันแบบหินปูน-ยิปซัม (limestone-gypsum FGD), วิธีการที่ใช้โซเดียม และระบบที่ใช้แอมโมเนีย — ระบบที่ใช้แอมโมเนียได้รับการพิจารณาว่าเป็น ระบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโรงทำโค้ก เนื่องจากสามารถทำงานร่วมกับก๊าซเสียที่มีอุณหภูมิต่ำและมีความชื้นสูงได้ดี มีความสามารถในการนำทรัพยากรแอมโมเนียที่มีอยู่แล้วมาใช้ประโยชน์ และสามารถผลิตผลพลอยได้ที่มีมูลค่า

ความท้าทายในการบำบัดก๊าซเสียจากเตาเผาโค้ก

ก๊าซเสียจากเตาเผาโค้กมีความท้าทายเฉพาะตัวหลายประการ:

• อุณหภูมิต่ำและความชื้นสูง : อุณหภูมิของก๊าซเสียโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 180–280°C ซึ่งลดประสิทธิภาพของระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) แบบแคลเซียมที่ใช้กันทั่วไป

• สารปนเปื้อนที่ซับซ้อน : ก๊าซเสียมีสารเรซิน (tar), ฝุ่น, สารประกอบกำมะถัน, ไนโตรเจนออกไซด์ (NOₓ) และโลหะหนักในปริมาณเล็กน้อย จึงจำเป็นต้องใช้ระบบควบคุมมลพิษหลายชนิดที่มีความทนทานสูง

• การทํางานต่อเนื่อง : โรงกลั่นถ่านโค้กดำเนินการตลอด 24 ชั่วโมง จึงต้องการระบบที่เชื่อถือได้และมีเวลาหยุดทำงานน้อยที่สุด

• ความจํากัดพื้นที่ : โรงงานถ่านโค้กมักมีพื้นที่จำกัดสำหรับติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม จึงนิยมใช้โซลูชันที่มีขนาดกะทัดรัดและผสานรวมกัน

ข้อได้เปรียบของระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียในอุตสาหกรรมถ่านโค้ก

1. ประสิทธิภาพในการกำจัดซัลเฟอร์สูง

ระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียสามารถบรรลุ ประสิทธิภาพในการกำจัด SO₂ ได้สูงกว่า 98% , สามารถตอบสนองมาตรฐานการปล่อยมลพิษที่เข้มงวดที่สุดได้ ปฏิกิริยาของ SO₂ กับแอมโมเนียจะผลิต แอมโมเนียซัลเฟต , ซึ่งสามารถเก็บรวบรวม ความเข้มข้น และแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ปุ๋ยได้อย่างง่ายดาย ส่งผลให้โรงงานถ่านโค้กสามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมได้โดยไม่ต้องลงทุนมากเกินไปในระบบจัดเก็บหินปูนหรือการจัดการยิปซัม

2. การใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและการประหยัดต้นทุน

โรงกลั่นถ่านโค้กมักผลิต แอมโมเนียเป็นผลพลอยได้ จากการทำให้ก๊าซเตาถ่านโค้กบริสุทธิ์ การใช้แอมโมเนียนี้โดยตรงในระบบ FGD ช่วยลดความจำเป็นในการใช้สารเคมีภายนอก ทำให้ต้นทุนวัตถุดิบลดลงและทำให้การจัดการด้านโลจิสติกส์ง่ายขึ้น แอมโมเนียมซัลเฟตที่ผลิตได้จะให้รายได้ กระแสรายได้ ซึ่งช่วยชดเชยค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานบางส่วน และสนับสนุนแนวทางเศรษฐกิจหมุนเวียน

3. การควบคุมมลพิษหลายชนิดแบบบูรณาการ

ระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียรุ่นใหม่ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการมลพิษมากกว่าแค่กำมะถันเท่านั้น โดยการผสานรวม หอพ่นแบบหลายขั้นตอน เครื่องกำจัดละอองฝอยขั้นสูง และการแยกก๊าซ-ของเหลว ระบบที่บูรณาการนี้สามารถลดอนุภาคฝุ่น (PM2.5) ปรอท และโลหะหนักชนิดอื่นๆ ได้ด้วย การควบคุมแบบบูรณาการนี้ช่วยยกระดับคุณภาพของก๊าซเสียโดยรวม และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

4. การหยุดชะงักในการดำเนินงานน้อยที่สุด

ต่างจากระบบปูนขาวหรือหินปูน ระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียมี แรงต้านของระบบต่ำ และมีแนวโน้มเกิดการสะสมคราบหรืออุดตันน้อยกว่า ปฏิกิริยาระหว่างของเหลวกับก๊าสเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และกระบวนการนี้สามารถผสานรวมเข้ากับหน่วยกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากก๊าซเสียและหน่วยกำจัดฝุ่นที่มีอยู่แล้วได้ ทำให้การดำเนินงานของเตาถ่านโค้กไม่หยุดชะงัก

5. ความสอดคล้องกันด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ

ความสามารถในการเปลี่ยนการปล่อยสารกำมะถันให้กลายเป็น ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟตเชิงพาณิชย์ สร้างประโยชน์สองด้านพร้อมกัน คือ ลดมลพิษไปพร้อมกับสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจ ปุ๋ยคุณภาพสูงที่ได้จากกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากก๊าซเสียสามารถตอบสนองมาตรฐานตลาดได้ ซึ่งจะเป็นแหล่งรายได้เพิ่มเติมสำหรับโรงงานผลิตถ่านโค้ก

จุดเด่นทางเทคโนโลยี

ระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียระดับแนวหน้าในอุตสาหกรรมถ่านโค้กประกอบด้วยคุณสมบัติขั้นสูงหลายประการ:

• การแยกและการทำให้บริสุทธิ์แบบขั้นตอน ลดการรั่วไหลของแอมโมเนียและลดการก่อตัวของแอโรซอล ทำให้ไม่มี "ควันสีขาว" และรับประกันการปล่อยมลพิษในระดับต่ำสุด

• การดูดซับฝอยแบบเพิ่มประสิทธิภาพ: เพิ่มการสัมผัสระหว่าง SO₂ กับแอมโมเนีย ทำให้ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาสูงสุด ขณะเดียวกันก็ลดการใช้ของเหลวให้น้อยที่สุด

• การทำงานที่ประหยัดพลังงาน: สามารถนำพลังงานความร้อนจากปฏิกิริยาเอกโซเทอร์มิกมาใช้ประโยชน์ได้ จึงช่วยลดการสูญเสียความร้อนและลดการใช้พลังงานโดยรวมของระบบ

• การกำจัดฝุ่นแบบบูรณาการ: จับอนุภาคฝุ่นขนาดเล็กไปพร้อมกับสารประกอบกำมะถัน ทำให้คุณภาพอากาศโดยรวมดีขึ้น

กรณีศึกษา: การดำเนินการระบบสิ่งแวดล้อม MirShine แห่งซานตง

ที่โรงกลั่นถ่านโค้กขนาดใหญ่แห่งหนึ่ง ระบบ FGD แบบใช้แอมโมเนียเป็นขั้นตอน (staged ammonia FGD system) ของบริษัท MirShine Environmental ถูกติดตั้งใช้งาน ผลลัพธ์สำคัญที่ได้ ได้แก่:

• ประสิทธิภาพการกําจัด SO2 มากกว่า 98.5%, โดยมีปริมาณการออกที่ต่ํากว่า 30 mg/Nm3

• อโมเนียสลลิปรักษาที่ต่ํากว่า 1 mg/Nm3 ปรากฏว่ากําจัดกลิ่นและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

• การกําจัดฝุ่นละอองและโลหะหนักตามรอยรวมกัน เพื่อเพิ่มการควบคุมสารก่อลมหลายชนิด

• ผลิตภัณฑ์ประจําปีของปุ๋ยออมโมเนียมซัลเฟตคุณภาพสูง 1015% ของค่าใช้จ่ายในการดําเนินงาน .

• การใช้พลังงานลดลงโดย 18–20%เมื่อเทียบกับระบบ FGD หินปูนแบบดั้งเดิม

ความคิดเกี่ยวกับการดําเนินงาน

• การจัดการแหล่งที่มาของแอมโมเนีย: รับรองว่ามีแอมโมเนียเพียงพอภายในโรงงาน หรือมีสัญญาจัดหาแอมโมเนียที่แน่นอน

• การควบคุมอุณหภูมิและอัตราการไหลของก๊าซ: รักษาอุณหภูมิของก๊าซเสียให้อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการดูดซับ (180–280°C)

• การบูรณาการกับระบบ SCR/SNCR: การปรับสภาพก๊าซเสียล่วงหน้าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัด NOₓ ขั้นตอนต่อไป

• การวางแผนบำรุงรักษา: วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนและการออกแบบที่สามารถเข้าถึงได้ง่ายสนับสนุนการดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง

สรุป

ระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียเสนอ วิธีการแบบครบวงจรสำหรับโรงกลั่นถ่านโค้ก ที่มุ่งเป้าหมายสู่การปล่อยก๊าซ SO₂ ในระดับต่ำพิเศษ ประสิทธิภาพในการดำเนินงาน และความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ โดยการแปลงก๊าซซัลเฟอร์ที่ปล่อยออกเป็นผลิตภัณฑ์ปุ๋ยที่สามารถจำหน่ายได้ พร้อมทั้งบรรลุการควบคุมมลพิษหลายชนิดพร้อมกัน เทคโนโลยีนี้จึงสอดคล้องกับความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมและผลประโยชน์ทางการเงินไปพร้อมกัน สำหรับผู้ประกอบการอุตสาหกรรมถ่านโค้ก การนำระบบ FGD ที่ใช้แอมโมเนียมาใช้งานไม่เพียงแต่เป็นการปฏิบัติตามมาตรฐานการปล่อยมลพิษสมัยใหม่เท่านั้น แต่ยังถือเป็นการลงทุนเชิงกลยุทธ์เพื่อการผลิตที่ยั่งยืนและสร้างกำไรอีกด้วย