คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากก๊าซเสียในยุคปัจจุบัน: เทคโนโลยี แนวโน้ม และการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรม

ข้อกำหนดด้านคุณภาพอากาศทั่วโลกมีความเข้มงวดมากขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ทำให้โรงไฟฟ้า โรงงานเหล็ก ผู้ผลิตซีเมนต์ และภาคอุตสาหกรรมเคมีจำเป็นต้องปรับปรุงระบบการทำความสะอาดก๊าซเสีย โดยหัวใจสำคัญของข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมเหล่านี้คือ flue gas desulfurization (FGD) —กระบวนการจำเป็นสำหรับการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ออกจากกระแสก๊าซเสียในอุตสาหกรรม

เมื่ออุตสาหกรรมต่างๆ เปลี่ยนผ่านไปสู่การดำเนินงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เทคโนโลยี FGD จึงยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่วิธีปูนขาว-ยิปซั่มที่ได้รับการยอมรับกันอย่างแพร่หลาย ไปจนถึงแนวทางใหม่ที่ใช้แอมโมเนีย ซึ่งแต่ละวิธีมีข้อดีแตกต่างกันในด้านประสิทธิภาพ ต้นทุน ความเสถียรในการดำเนินงาน และการกู้คืนผลพลอยได้

บทความนี้ให้ภาพรวมอย่างละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีการกำจัดกำมะถัน กลไกหลัก สถานการณ์การประยุกต์ใช้งาน และแนวโน้มอุตสาหกรรมระดับโลก—ออกแบบมาสำหรับวิศวกร ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อ ผู้รับเหมา EPC และผู้เชี่ยวชาญด้านสิ่งแวดล้อม ที่ต้องการข้อมูลเชิงลึกที่เชื่อถือได้และทันสมัย

1. ทำไมการกำจัดกำมะถันจึงสำคัญ

ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นมลพิษหลักที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ปฏิกิริยาทางโลหะวิทยา และกระบวนการอุตสาหกรรมหนัก หากไม่มีการบำบัดที่เหมาะสม การปล่อย SO₂ จะก่อให้เกิด

• ฝนกรด

• การก่อตัวของหมอกควัน (Smog)

• ปัญหาสุขภาพระบบทางเดินหายใจอย่างรุนแรง

• ดินเป็นกรด

• ความเสียหายต่ออุปกรณ์ อาคาร และพืชผล

ข้อบังคับในยุโรป ตะวันออกกลาง เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และจีน ปัจจุบันมักกำหนดให้การปล่อยก๊าซ SO₂ ต้องลดลงถึง ต่ำเพียง 35 มก./Nm³ ทำให้ระบบ FGD เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับโรงงานจำนวนมาก

ลูกค้าภาคอุตสาหกรรมยังเผชิญแรงกดดันที่เพิ่มขึ้นจากผู้ซื้อระดับนานาชาติ นักลงทุน ESG และพันธสัญญาความเป็นกลางทางคาร์บอน ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้การควบคุมการปล่อยมลพิษกลายเป็นลำดับความสำคัญเชิงกลยุทธ์ ไม่ใช่เพียงแค่ภาระผูกพันตามกฎหมาย

2. เทคโนโลยีหลักที่ใช้ในการกำจัดกำมะถันจากก๊าซเสีย

วิธีการ FGD สามารถแบ่งออกได้โดยทั่วไปเป็น แบบเปียก กึ่งแห้ง และแห้ง แต่ละประเภทมีหลักการทางเคมี สภาพการทำงาน และอุตสาหกรรมที่เหมาะสมแตกต่างกัน

2.1 การกำจัดกำมะถันแบบเปียกโดยใช้หินปูน–ยิปซัม (WFGD)

นี่คือวิธีการกำจัดกำมะถันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินและหม้อไอน้ำอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

หลักการของกระบวนการ:

ก๊าซ SO₂ ในก๊าซปล่อยทำปฏิกิริยากับน้ำปูนผสมหินปูน (CaCO₃) เกิดเป็นแคลเซียมซัลไฟต์ ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติมกลายเป็นยิปซัม (CaSO₄·2H₂O)

จุดเด่นหลัก:

• ประสิทธิภาพการกำจัด SO₂ สูงและคงที่ (95–99%)

• เทคโนโลยีที่ผ่านการพิสูจน์แล้ว มีความน่าเชื่อถือสูง

• สามารถนำไปใช้กับโรงงานขนาดใหญ่ได้

• ผลิตภัณฑ์ยิปซัมสามารถนำไปขายต่อเพื่อใช้ในวัสดุก่อสร้าง

ข้อจำกัด:

• การใช้น้ำในปริมาณมาก

• ต้องใช้พื้นที่มาก

• การลงทุนเริ่มต้นสูง

• มีความต้องการในการบำรุงรักษาท่อส่งสารละลายเนื่องจากปัญหาการสะสมของคราบ

แม้จะมีข้อเสีย แต่ระบบกำจัดซัลเฟอร์แบบหินปูน-ยิปซัมยังคงเป็นเทคโนโลยีหลักทั่วโลกสำหรับโรงไฟฟ้าและระบบเผาไหม้ขนาดใหญ่ เนื่องจากความเสถียรและประวัติการใช้งานที่พิสูจน์แล้ว

2.2 การกำจัดซัลเฟอร์โดยใช้อะมโมเนีย (NH₃-FGD)

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การกำจัดซัลเฟอร์ด้วยอะมโมเนียได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดยเฉพาะใน โรงงานเคมีภัณฑ์ โรงงานเหล็ก โรงงานหลอมเฟอโรซิลิคอน โรงงานถ่านโค้ก และหม้อต้มอุตสาหกรรม .

หลักการของกระบวนการ:

SO₂ ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียเพื่อสร้างแอมโมเนียมซัลไฟต์/ไบซัลไฟต์ ซึ่งจากนั้นจะถูกออกซิไดซ์เพื่อผลิต ปุ๋ยแอมโมเนียซัลเฟต .

ข้อดี:

• ประสิทธิภาพการกำจัด SO₂ 97%

• ความสามารถดูดซับ NO₂ — การควบคุมกำมะถันและไนโตรเจนบางส่วนพร้อมกัน

• ไม่มีการปล่อยน้ำเสีย

• ผลพลอยได้ที่มีค่า คือ แอมโมเนียมซัลเฟต

• ไม่เกิดการสะสมของคราบ ส่งผลให้การดำเนินงานง่ายกว่ากระบวนการปูนขาว-ยิปซัม

ความท้าทาย:

• ต้องอาศัยแหล่งแอมโมเนียที่มีเสถียรภาพ

• การควบคุมการรั่วไหลของแอมโมเนีย

• ต้องการความปลอดภัยและการระบายอากาศในระดับสูงขึ้น

สำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการทั้งการลดการปล่อยมลพิษและการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพ การดูดซับกำมะถันแบบใช้อะมโมเนียจึงเริ่มเป็นที่นิยมมากขึ้น

2.3 การดูดซับกำมะถันกึ่งแห้ง (SDA) / เครื่องดูดซับแบบพ่นฝอย

ระบบกึ่งแห้งมักพบได้ทั่วไปใน โรงงานผลิตปูนซีเมนต์ โรงงานแปลงขยะเป็นพลังงาน หน่วยผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก และหม้อต้มไอน้ำที่ใช้วัสดุชีวมวล .

คุณสมบัติ:

• ใช้ปูนขาวไฮเดรต

• ต้องการน้ำในปริมาณน้อย

• ประสิทธิภาพการกำจัด SO₂ ในระดับปานกลาง (70–90%)

• ต้นทุนการลงทุนต่ำ

• การดำเนินงานง่ายและต้องการการบำรุงรักษาน้อย

แม้ว่าระบบกึ่งแห้งจะไม่สามารถทำให้เกิดการปล่อยมลพิษต่ำพิเศษตามที่บางประเทศกำหนดได้ แต่ก็ยังคงเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับสถานประกอบการขนาดเล็กหรือเก่า

2.4 การกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์แบบแห้ง

กระบวนการแบบแห้งเกี่ยวข้องกับการฉีดสารดูดซับแบบแห้งเข้าไปในก๊าซเสียโดยตรง โดยทั่วไปจะใช้สำหรับ:

• เตาอุตสาหกรรมขนาดเล็ก

• เตาเผาแก้ว

• ก๊าซไอเสียที่มีปริมาณซัลเฟอร์ไดออกไซด์ต่ำ

• โครงการปรับปรุงใหม่ที่มีพื้นที่จำกัด

ระบบแบบแห้งมีขนาดกะทัดรัดและง่ายต่อการบำรุงรักษา แต่มีประสิทธิภาพและความสมบูรณ์ของการตอบสนองต่ำกว่าระบบแบบเปียก

3. วิธีการเลือกเทคโนโลยีการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่เหมาะสม

การเลือกระบบ FGD ที่เหมาะสมเกี่ยวข้องกับการประเมินปัจจัยหลายประการ:

3.1 ความเข้มข้นของ SO₂ และอัตราการไหลของก๊าซเสีย

• SO₂ สูง + ปริมาณการไหลมาก → ควรเลือกระบบแบบเปียก (หินปูนหรือแอมโมเนีย)

• SO₂ ระดับกลาง → ระบบกึ่งแห้ง

• SO₂ ต่ำ → การดูดซับแบบแห้ง

3.2 ทรัพยากรน้ำและข้อบังคับท้องถิ่น

• พื้นที่ขาดแคลนน้ำ (ตะวันออกกลาง) อาจให้ความสำคัญกับระบบกึ่งแห้ง

• สำหรับมาตรฐานที่เข้มงวดที่สุด จำเป็นต้องใช้แอมโมเนียหรือหินปูน-ยิปซั่ม

3.3 การนำผลพลอยได้ไปใช้ประโยชน์

• หากโรงงานมีผู้ซื้อปุ๋ย การลดน้ําผึ้งจากอะโมเนีย จะกลายเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ายิ่งขึ้น

• ตลาดยิปซั่มแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ

3.4 ข้อพิจารณาด้าน CAPEX และ OPEX

ต้นทุนรวมประกอบด้วยค่าไฟฟ้า สารดูดซับ ค่าบำรุงรักษา ค่าแรง วัสดุสิ้นเปลือง และการจัดการผลิตภัณฑ์พลอยได้ เช่น ยิปซัมหรือแอมโมเนียมซัลเฟต ปัจจุบันลูกค้าจำนวนมากให้ความสำคัญกับ ต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาวมากกว่าการลงทุนครั้งแรก .

4. ส่วนประกอบหลักของระบบ FGD ที่มีประสิทธิภาพ

หน่วยกำจัดกำมะถันแบบทันสมัยประกอบด้วย:

• หอดูดซับหรือเครื่องชะล้าง (Absorber tower หรือ Scrubber)

• ระบบเตรียมสารละลาย

• อุปกรณ์จ่ายอากาศออกซิเดชัน

• Mist eliminators

• ปั๊มหมุนเวียน

• ระบบจัดการผลิตภัณฑ์พลอยได้ (ยิปซัม, แอมโมเนียมซัลเฟต)

• ระบบอบแห้งและบรรจุภัณฑ์ (สำหรับสารละลายที่มีส่วนผสมของแอมโมเนีย)

• ระบบอัตโนมัติและการตรวจสอบออนไลน์

ความน่าเชื่อถือสูงของตัวดูดซับ ปั๊ม และเครื่องกำจัดละอองไอน้ำ มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการกำจัด SO₂

5. แนวโน้มทั่วโลกในเทคโนโลยีการกำจัดกำมะถัน

5.1 การเปลี่ยนผ่านสู่ระบบ FGD ที่ฟื้นฟูทรัพยากร

รัฐบาลและลูกค้าต่างให้ความต้องการเพิ่มมากขึ้นต่อนวัตกรรมที่สอดคล้องกับเศรษฐกิจหมุนเวียน ระบบฐานแอมโมเนียสอดคล้องกับแนวโน้มนี้ได้ดี โดยผลิต แอมโมเนียมซัลเฟตเกรดปุ๋ย แทนที่จะเป็นยิปซัมเสีย

5.2 ระบบไฮบริดและระบบบูรณาการมากขึ้น

ปัจจุบันระบบ FGD มักถูกรวมเข้ากับ:

• การกำจัดไนโตรเจนออกไซด์ด้วย SCR/SNCR

• การกำจัดฝุ่น

• การควบคุมมลพิษแบบกว้างขวาง

• การรักษา vocs

ระบบสมัยใหม่ได้รับการปรับให้มีประสิทธิภาพเพื่อให้บรรลุ การปล่อยมลสารต่ำพิเศษในกระบวนการบูรณาการเดียว .

5.3 การทำดิจิทัลและระบบควบคุมอัจฉริยะ

การตรวจสอบโดยใช้ปัญญาประดิษฐ์ การปรับอัตราการเติม pH/แอมโมเนียให้เหมาะสม และการคาดการณ์การเกิดคราบสะสมโดยอัตโนมัติ กำลังกลายเป็นมาตรฐานในโรงงานขั้นสูง

5.4 การขยายตัวในตลาดเกิดใหม่

ประเทศในตะวันออกกลาง เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ แอฟริกา และอเมริกาใต้ กำลังปรับปรุงมาตรฐานสิ่งแวดล้อมอย่างรวดเร็ว ความต้องการเติบโตอย่างมากใน:

• ซาอุดีอาระเบีย

• สหรัฐอาหรับเอมิเรตส์

• อินโดนีเซีย

• เวียดนาม

• อินเดีย

• คาซัคสถาน

สำหรับผู้รับเหมา EPC และผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์ ภูมิภาคเหล่านี้ถือเป็นโอกาสทางการตลาดขนาดใหญ่

6. ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งาน: พื้นที่ที่ FGD มีผลกระทบมากที่สุด

6.1 โรงไฟฟ้าถ่านหิน

ยังคงเป็นเทคโนโลยีที่ติดตั้งมากที่สุดในระดับโลก โดยทั่วไปใช้ระบบปูนขาว-ยิปซั่ม หรือระบบแอมโมเนียเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการปล่อยมลพิษต่ำพิเศษ

6.2 โรงงานเฟอร์โรซิลิคอนและโรงงานโลหกรรม

ก๊าซเสียโดยทั่วไปมีปริมาณ SO₂ และฝุ่นละอองสูง การใช้กระบวนการกำจัดซัลเฟอร์ด้วยแอมโมเนียร่วมกับการกำจัดฝุ่นจึงมีประสิทธิภาพสูง

6.3 อุตสาหกรรมถ่านโค้กและเคมีภัณฑ์จากถ่านหิน

สภาพแวดล้อมที่มีแอมโมเนียสูงและปริมาณ SO₂ ที่เปลี่ยนแปลงทำให้ระบบ FGD แบบแอมโมเนียเหมาะสมอย่างยิ่ง

6.4 โรงงานปูนซีเมนต์และโรงงานผลิตพลังงานจากขยะ

ระบบกึ่งแห้งและระบบแห้งเป็นที่นิยมเนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่และการเข้าถึงน้ำที่ต่ำ

7. แนวโน้มในอนาคต: สู่การเผาไหม้ที่ไม่มีการปล่อยมลพิษ

เมื่ออุตสาหกรรมทั่วโลกเคลื่อนตัวสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอน เทคโนโลยีการกำจัดซัลเฟอร์จะยังคงพัฒนาต่อไปในทิศทาง:

• น้ำเสียเป็นศูนย์

• การใช้พลังงานที่ต่ํากว่า

• มูลค่าของผลิตภัณฑ์พลอยได้สูงขึ้น

• การควบคุมดิจิทัลตลอดกระบวนการ

• การผสานรวมกับการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

FGD ยังคงเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมหนัก และบทบาทของมันจะยิ่งเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากมาตรฐานคุณภาพอากาศทั่วโลกกำลังเข้มงวดมากยิ่งขึ้น

สรุป

การกำจัดกำมะถันจากก๊าซปล่อยควันไม่ใช่เพียงแค่ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมอีกต่อไป แต่เป็นการลงทุนระยะยาวในการดำเนินงานอุตสาหกรรมอย่างยั่งยืนและมีความสามารถในการแข่งขัน ไม่ว่าโรงงานจะเลือกใช้ระบบกำจัดกำมะถันแบบปูนขาว-ยิปซัม แบบใช้น้ำยาแอมโมเนีย แบบกึ่งแห้ง หรือแบบแห้ง ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านการปล่อยมลพิษ กฎระเบียบในท้องถิ่น ต้นทุนการดำเนินงาน และมูลค่าของผลิตภัณฑ์พลอยได้

สำหรับบริษัทที่มุ่งเน้นการลดการปล่อยมลพิษให้ต่ำที่สุดและได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจ ระบบกำจัดกำมะถันสมัยใหม่ที่ใช้น้ำยาแอมโมเนียและระบบควบคุมมลพิษหลายชนิดแบบผสมผสาน ถือเป็นทิศทางใหม่ของอุตสาหกรรม