اختر صفحة

إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية، وإزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي، والترسيب الكهروستاتيكي لاستعادة موارد النفايات الصلبة

دراسة حالة · التحكم في الانبعاثات الصناعية

كيف حققت شركة رائدة متخصصة في إعادة تدوير الرصاص وتصنيع سبائك الألومنيوم كفاءة إزالة النيتروجين 97% SCR، ومخرج SO₂ عند 35 ملغم/م³، ومخرج PM عند 10 ملغم/م³ من فرنَي أكسدة - باستخدام سلسلة عمليات مبتكرة من ESP + مبادل حراري + مرشح أكياس + إزالة الكبريت بالسائل الأيوني + ESP رطب مع استعادة الحرارة من بلاط السيراميك ذي درجة الحرارة المنخفضة لتقليل تكلفة التشغيل.

غازات إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية
إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية
إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي في درجات الحرارة المنخفضة
المرسب الكهروستاتيكي الرطب
مبادل حراري من بلاط السيراميك

97%
إزالة النيتروجين من عملية الاختزال الانتقائي للكبريت
مخرج أكاسيد النيتروجين ≤ 50 ملغم/م³
≤35
مخرج ثاني أكسيد الكبريت ملغم/متر مكعب
نظام إزالة غازات المداخن بالسائل الأيوني
≤10
مخرج الجسيمات الدقيقة mg/Nm³
ESP + فلتر كيس + ESP رطب
40,000
م³/ساعة
إجمالي غازات المداخن الصناعية

01 - خلفية الصناعة

استعادة موارد النفايات الصلبة: إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية وحالة إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية

يُمثل استغلال موارد النفايات الصلبة نقطة التقاء بين سياسات الاقتصاد الدائري والتحكم في الانبعاثات الصناعية. ويُعدّ استخلاص وإعادة صهر الرصاص من بطاريات الرصاص الحمضية المستهلكة أحد أهم القطاعات الاقتصادية وأكثرها تحديًا من الناحية التقنية في صناعة استخلاص موارد النفايات الصلبة. تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية المستهلكة على بقايا إلكتروليت حمض الكبريتيك، ومعجون كبريتات الرصاص، وصفائح رصاص معدنية، والتي تُنتج، عند معالجتها في أفران الأكسدة، غازات عادمة تحمل تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكبريت (من مركبات الكبريتات والحمض)، وأكاسيد النيتروجين (من تفاعلات هواء الاحتراق عند درجات حرارة عالية)، وجزيئات دقيقة حاملة للرصاص، وأنواع أخرى من الغازات الحمضية. يجب التحكم في جميع هذه الملوثات ضمن حدود صارمة قبل تصريف الغازات العادمة.

تُعدّ الشركة المذكورة في هذه الدراسة شركةً رائدةً متخصصةً في قطاع إعادة تدوير الرصاص وإعادة صهره، وتشمل عملياتها الرئيسية استعادة بطاريات الرصاص الحمضية المستهلكة، وإعادة صهرها لإنتاج الرصاص المعاد تدويره، وتصنيع سبائك الألومنيوم. وبطاقة معالجة سنوية تبلغ حوالي 200,000 طن من البطاريات المستهلكة، وإنتاج سنوي من الرصاص المعاد تدويره وسبائك الألومنيوم يصل إلى حوالي 100,000 طن، تُصنّف الشركة ضمن الشركات الرائدة في صناعة استعادة الرصاص الثانوي. ويضمّ المصنع فرنَي أكسدة (فرن أكسدة-اختزال)، يُولّدان معًا حجمًا إجماليًا من غازات الاحتراق يبلغ 40,000 متر مكعب في الساعة عند درجة حرارة 180 درجة مئوية.

تتميز غازات أفران الأكسدة الناتجة عن إعادة تدوير الرصاص بتركيز عالٍ من ثاني أكسيد الكبريت (600-1500 ملغم/م³)، وأكاسيد النيتروجين (600-1500 ملغم/م³)، ومحتوى عالٍ من الأكسجين (8-161 ميكروغرام/م³)، وحمل عالٍ من الجسيمات الدقيقة، وذلك في بيئة غازية أكالة تحمل جزيئات الرصاص ورذاذًا حمضيًا. وتواجه طرق التنظيف الرطب التقليدية وإزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري، المستخدمة في محطات توليد الطاقة وصناعة الصلب، تحديات كبيرة في هذه البيئة، لأن التركيب الكيميائي للسوائل الأيونية في غازات إعادة تدوير الرصاص يخلق ظروفًا تُضعف أداء المواد الماصة القياسية وتُنتج نفايات سائلة معقدة. يستخدم هذا المشروع تقنية إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية - وهي تقنية مختارة خصيصًا لهذا التطبيق - بالإضافة إلى تقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) وسلسلة متعددة المراحل لإزالة الغبار باستخدام مرشحات كهروستاتيكية وأكياس ترشيح.

سيناريوهات تطبيق نظام إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية، ونظام إزالة النيتروجين الانتقائي التحفيزي، ونظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب في منشأة استعادة موارد النفايات الصلبة، حيث تتم معالجة بطاريات الرصاص الحمضية المستهلكة باستخدام معالجة غازات العادم المنبعثة من فرن الأكسدة، مما يحقق امتثالاً لمعايير الانبعاثات المنخفضة للغاية.

كان القرار الهندسي الرئيسي في هذا المشروع هو وضع مرحلة إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني في نهاية سلسلة معالجة شاملة لإزالة الغبار باستخدام المرسب الكهروستاتيكي ومرشح الأكياس، مما يقلل بشكل كبير من كمية الجسيمات قبل أن يلامس الغاز مادة الامتصاص السائلة الأيونية. تحمي إدارة الغبار هذه في المراحل الأولى ظروف تشغيل إعادة تدوير السائل الأيوني، وتقلل من خطر انسداد المحفز في مرحلة الاختزال التحفيزي الانتقائي، وتخفض بشكل ملحوظ التكلفة التشغيلية الإجمالية للنظام من خلال استخدام مبادل حراري من بلاط السيراميك منخفض الحرارة لاستعادة الحرارة المهدرة.

— ملخص الخبرة الهندسية، مشروع إزالة الغبار / إزالة الكبريت / إزالة النيتروجين من صناعة استخدام موارد النفايات الصلبة

02 - لمحة عن التلوث

غازات العادم من فرن الأكسدة: تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، والجسيمات الدقيقة، والأكسجين في تيار غازي أكّال يحتوي على الرصاص

يُنتج فرنَا الأكسدة معًا 40,000 متر مكعب/ساعة من غازات الاحتراق عند درجة حرارة 180 درجة مئوية. ويُلاحظ ارتفاع نسبة الأكسجين (8-16%)، وهي سمة مميزة لغازات أفران الأكسدة، ولها تأثيرات على كلٍ من كيمياء إزالة الكبريت (حيث تُفضّل أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت في أجهزة التنقية الرطبة) وتصميم محفزات الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) (حيث تتطلب تركيبات محفزات مقاومة للأكسجين). كما أن ارتفاع نسبة الأكسجين يعني ضرورة مراعاة بيئة الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة في كلٍ من التحكم في درجة حرارة مدخل إزالة الكبريت وإدارة درجة حرارة مدخل الاختزال التحفيزي الانتقائي.

يتطلب ملف الملوثات معالجة خمسة معايير متزامنة: أكاسيد النيتروجين (NOx) بتركيز يتراوح بين 600 و1500 ملغم/م³، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂) بتركيز يتراوح بين 600 و1500 ملغم/م³، والجسيمات الدقيقة (PM) بتركيز 10 ملغم/م³ عند مدخل وحدة إزالة الكبريت (بعد المعالجة المسبقة)، وأكاسيد النيتروجين عند مدخل وحدة إزالة النيتروجين الانتقائية (SCR) بتركيز 10 ملغم/م³ بعد المعالجة المسبقة، وأكاسيد النيتروجين عند مخرج فرن الأكسدة الداخل إلى وحدة SCR بتركيز يتراوح بين 600 و1500 ملغم/م³. يجب تحقيق جميع الحدود في وقت واحد عند المدخنة.

المعلمة مدخل (غاز خام) منفذ مصمم منفذ البيع الفعلي حدود الاتحاد الأوروبي لبطاقات الهوية الاستثمارية/بطاقات تسجيل الهوية الوطنية
أكاسيد النيتروجين 600–1500 ملغم/متر مكعب ≤50 ملغم/متر مكعب 50 ملغم/متر مكعب IED 2010/75/EU ≤200 ملغم/م³
ثاني أكسيد الكبريت 600–1500 ملغم/متر مكعب ≤35 ملغم/متر مكعب 35 ملغم/متر مكعب مرسوم الأنشطة الهولندي NER
الجسيمات الدقيقة (عند مدخل إزالة الكبريت) 10 ملغم/متر مكعب (بعد المعالجة المسبقة) ≤10 ملغم/متر مكعب 10 ملغم/متر مكعب IED 2010/75/EU ≤5 ملغم/متر مكعب
HF — ≤50 ملغم/متر مكعب ≤50 ملغم/متر مكعب خفاش معبأ بعبوات ناسفة
انزلاق الأمونيا (NH₃) — ≤5 جزء في المليون 3 جزء في المليون شروط التصريح
محتوى الأكسجين (O₂) 8–16% — — —
حجم غازات المداخن في العملية 40,000 م³/ساعة (فرنان مجتمعان) — — —
درجة حرارة غازات الاحتراق (مخرج الفرن) 180 درجة مئوية — — —
درجة حرارة مدخل إزالة الكبريت 180 درجة مئوية (عند دخول النظام) — — —
درجة حرارة مدخل وحدة إزالة النتروجين الانتقائية 180-220 درجة مئوية (بعد إعادة التسخين بالتبادل الحراري) — — —

03 - محلول العلاج

عملية من خمس مراحل: المرسب الكهروستاتيكي الجاف ← مبادل حراري ← مرشح أكياس ← نظام إزالة غازات المداخن بالسائل الأيوني ← نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي ← المرسب الكهروستاتيكي الرطب

يُبنى نظام المعالجة على البنية التحتية الحالية لفرن الأكسدة، مع إضافة نظام جديد لإزالة النتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) إلى مجموعة معدات المرسب الكهروستاتيكي (ESP) الحالية، والتي تشمل إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني والمرسب الكهروستاتيكي الرطب. يكمن جوهر التصميم في أن مرحلة إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني تتطلب تيار غاز مُنقى جيدًا مسبقًا لكي تعمل بكفاءة: إذ تمتص جزيئات الغبار الموجودة في تيار الغاز مادة السائل الأيوني الماصة وتُعطلها، مما يقلل من قدرتها على امتصاص ثاني أكسيد الكبريت بمرور الوقت. بوضع سلسلة معالجة مسبقة شاملة تتكون من مرسب كهروستاتيكي جاف، ومبادل حراري، ومرشح أكياس، قبل مرحلة السائل الأيوني، يتم تقليل تركيز الجسيمات الدقيقة في الغاز الداخل إلى مادة السائل الأيوني الماصة إلى ≤10 ملغم/م³، وهو مستوى تكون فيه ظروف تشغيل السائل الأيوني مناسبة وعمر إعادة التدوير مقبولًا.

يتمثل القرار التصميمي الرئيسي الثاني في تحديد موقع مفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) بعد مرحلة إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني. يُعدّ هذا التكوين البارد لمفاعل SCR ضروريًا لأن إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني تُخفّض تركيز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) إلى مستويات منخفضة جدًا قبل أن يلامس الغاز محفز SCR، مما يُزيل خطر ترسب بيكبريتات الأمونيوم على المحفز، والذي قد يحدث عند درجات الحرارة المنخفضة في الغازات الغنية بثاني أكسيد الكبريت. بوضع مفاعل SCR بعد وحدة إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام السائل الأيوني، يعمل المحفز في بيئة خالية تقريبًا من ثاني أكسيد الكبريت عند درجة حرارة تتراوح بين 180 و220 درجة مئوية، مما يُمكّن محفز SCR منخفض الحرارة من تحقيق كفاءة إزالة النيتروجين المستهدفة 97% دون التسمم بثاني أكسيد الكبريت الذي قد يحدث في موقع ساخن قبل وحدة إزالة الكبريت من غازات المداخن.

المرحلة 1: جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الجاف (ESP) - الإزالة المسبقة للجسيمات الخشنة

تمر غازات العادم المنبعثة من فرن الأكسدة عند درجة حرارة 180 درجة مئوية أولاً عبر المرسب الكهروستاتيكي الجاف الموجود، والذي يزيل معظم الجسيمات الخشنة الحاملة للرصاص من تيار الغاز. تحمي هذه المرحلة المبادل الحراري اللاحق من تآكل الغبار الكاشط، وتقلل من تركيز الجسيمات إلى مستوى يمكن التحكم فيه بواسطة المبادل الحراري ومراحل الترشيح الكيسي. يعمل المرسب الكهروستاتيكي بجهد عالٍ في ظل ظروف غازات العادم المنبعثة من فرن الأكسدة، والتي تتسم بارتفاع نسبة الأكسجين فيها، ويجب أن يُجهز بمواد أقطاب كهربائية مقاومة للتآكل.

المرحلة الثانية: مبادل حراري من بلاط السيراميك (220 درجة مئوية → 40 درجة مئوية، ثم 40 درجة مئوية → 130 درجة مئوية)

يمر الغاز المُزال منه الغبار مسبقًا عبر مبادل حراري من بلاط السيراميك منخفض الحرارة (طراز HB-565؛ حجم غاز المداخن 40,000 م³/ساعة لكل جانب؛ مدخل الجانب الساخن 220 درجة مئوية، ومخرجه حوالي 128 درجة مئوية؛ مدخل الجانب البارد 40 درجة مئوية، ومخرجه حوالي 130 درجة مئوية؛ مساحة التبادل الحراري حوالي 563 م²؛ الحمل الحراري حوالي 1,344 كيلوواط؛ ضغط التصميم 5 كيلو باسكال؛ مادة الهيكل: فولاذ مقاوم للصدأ S31603 بسماكة جدار 0.7 مم؛ مادة شفة الأنبوب: S30408؛ الأبعاد حوالي 3,300×2,200×2,700 مم). يبرد الغاز الساخن مسبقًا قبل دخوله إلى مرشح الأكياس، بينما يُعاد تسخين الغاز البارد بعد عملية إزالة غاز المداخن قبل دخوله إلى مفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR). تعمل حلقة استعادة الحرارة المهدرة هذه على إلغاء الحاجة إلى تسخين الغاز الخارجي لنظام SCR، وتحويل ما كان سيمثل تكلفة طاقة كبيرة إلى نظام استعادة حرارة مكتفٍ ذاتيًا باستخدام الطاقة الحرارية لغاز النفايات الخاص بالمنشأة.

المرحلة 3: مرشح الكيس - تلميع الجسيمات الدقيقة

بعد التبريد بالتبادل الحراري، يدخل الغاز إلى مرشح الأكياس لإزالة الجسيمات الدقيقة. يُخفّض مرشح الأكياس تركيز الجسيمات الدقيقة إلى ≤10 ملغم/م³، وهو الحد الأدنى المطلوب لفعالية إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني. وقد سُجّل تركيز الجسيمات الدقيقة عند مدخل مرحلة إزالة الكبريت عند 10 ملغم/م³، مما يؤكد أن مرشح الأكياس يحقق مستوى المعالجة الأولية المستهدف. كما يوفر مرشح الأكياس آلية احتجاز ثانوية لأي جسيمات تحتوي على الرصاص مرت عبر مرحلة المرسب الكهروستاتيكي، مما يضمن عدم تعرض مرحلة السائل الأيوني للغبار المحتوي على المعادن الثقيلة الذي قد يُلوّث مادة الامتصاص السائلة الأيونية تدريجيًا.

مخطط تدفق عملية إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية، وإزالة النتروجين، والترسيب الكهروستاتيكي الرطب، لاستعادة موارد النفايات الصلبة، وإعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية، ومعالجة غازات العادم في فرن الأكسدة، موضحًا مراحل الترسيب الكهروستاتيكي الجاف، والمبادل الحراري، ومرشح الأكياس، وإزالة غازات المداخن باستخدام السوائل الأيونية، والترسيب الكهروستاتيكي الرطب.

المرحلة الرابعة: إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني

يدخل الغاز المُعالَج مسبقًا عند درجة حرارة 40 درجة مئوية تقريبًا (بعد تبريده بواسطة المبادل الحراري) إلى نظام إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني. يعتمد هذا النظام على سائل أيوني مُصَمَّم خصيصًا لامتصاص ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) من تيار الغاز بشكل انتقائي عبر الامتصاص الفيزيائي. وتتمثل المزايا الرئيسية لهذا النظام مقارنةً بنظام إزالة الكبريت التقليدي باستخدام الحجر الجيري والجبس في: (1) عدم توليد أي نفايات صلبة، حيث يُعاد تدوير السائل الأيوني المُحمَّل بثاني أكسيد الكبريت، مما يُنتج ثاني أكسيد كبريت مُركَّز يُمكن استخدامه في تصنيع حمض الكبريتيك بدلًا من إنتاج الجبس الذي يتطلب التخلص منه؛ (2) عدم توليد أي مياه صرف صحي من عملية إزالة الكبريت نفسها؛ (3) إمكانية إعادة تركيز ثاني أكسيد الكبريت المُمتص وبيعه كمنتج ثانوي أو معالجته لإنتاج حمض الكبريتيك، مما يُحوِّل تكلفة الامتثال إلى مصدر دخل؛ (4) انخفاض استهلاك المواد الكيميائية، نظرًا لإعادة تدوير السائل الأيوني وتجديده بدلًا من استهلاكه بكميات مُكافئة. يبلغ تركيز مخرج وحدة إزالة الكبريت ≤ 35 ملغم/م³ وفقًا للتصميم، وتؤكد القيم المقاسة فعليًا هذا التطابق. ويتمثل التحكم التشغيلي الرئيسي في إدارة درجة حموضة حلقة تدوير السائل الأيوني: مراقبة درجة حموضة السائل والتحكم في تركيز فلوريد الهيدروجين (من غازات العادم المنبعثة من فرن الأكسدة) وثاني أكسيد الكبريت في السائل الأيوني للحفاظ على كفاءة الامتصاص ومنع تكون الرواسب التي قد تسد نظام التدوير.

المرحلة 5: إزالة النيتروجين بتقنية SCR (درجة حرارة منخفضة 180-220 درجة مئوية)

بعد إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني، يُعاد تسخين الغاز النظيف (منخفض ثاني أكسيد الكبريت، منخفض الجسيمات الدقيقة) من حوالي 40 درجة مئوية إلى 180-220 درجة مئوية بواسطة مبادل حراري من بلاط السيراميك، مستفيدًا من حرارة الغاز الخام الساخن الداخل. يدخل الغاز المُعاد تسخينه إلى مفاعل إزالة النيتروجين الانتقائي منخفض الحرارة. يحقق نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي انخفاضًا في أكاسيد النيتروجين بنسبة 97%. أهم معايير المحفز: 30 ثقبًا؛ حجم العنصر 150×150 مم (المقطع العرضي)، ارتفاع 580 مم؛ المسافة بين الثقوب 4.93 مم؛ تباعد الثقوب 4.23 مم؛ سمك الجدار 0.70 مم؛ المسامية 70.1%؛ مساحة السطح النوعية للمحفز 678 م²/م³؛ المكون النشط V₂O₅ على حامل TiO₂ (محتوى الحامل 75-85%)؛ درجة حرارة التصميم 220 درجة مئوية؛ أقصى درجة حرارة تشغيل 420 درجة مئوية. درجة حرارة التشغيل الدنيا 220 درجة مئوية؛ انخفاض الضغط أحادي الطبقة ≤ 135 باسكال (للمحفز النظيف)؛ العمر الكيميائي: 24000 ساعة من أول تلامس مع الغاز؛ كفاءة إزالة النيتروجين ≥ 96.66% عند 16000 ساعة؛ سرعة تدفق المحفز في قناة مدخل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي 4.33 م/ث؛ الاستهلاك النظري لليوريا 20.38 كجم/ساعة؛ سرعة الحجم الفراغي 2661 ساعة⁻¹. يُركّب نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي بعد مرحلة السائل الأيوني، مستفيدًا من خلو الغاز من ثاني أكسيد الكبريت لتمكين التشغيل في درجات حرارة منخفضة دون تسمم المحفز بكبريتات الأمونيوم. يُستخدم ماء الأمونيا كعامل اختزال بمعدل 0.02 طن/ساعة؛ ضمان تسرب الأمونيا ≤ 5 جزء في المليون (القيمة الفعلية: 3 جزء في المليون).

المرحلة السادسة: جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب (WESP) - التلميع النهائي

يدخل الغاز الناتج بعد عملية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) إلى المرسب الكهروستاتيكي الرطب لإجراء عملية تنقية نهائية من رذاذ الحمض والجسيمات الدقيقة قبل تصريفه من المدخنة. ويقوم المرسب الكهروستاتيكي الرطب باحتجاز أي رذاذ حمضي متبقٍ وجسيمات دون الميكرون لم تتم إزالتها في مراحل المعالجة السابقة، مما يضمن تحقيق هدف تركيز الجسيمات الدقيقة عند المخرج، وهو ≤10 ملغم/م³، مع هامش امتثال كافٍ.

أكسدة مضاعفة
الأفران
180 درجة مئوية
→
جاف ESP
(موجود)
→
بلاط سيراميك ⭐
التبريد المسبق HX
→40 درجة مئوية
→
فلتر الكيس
(موجود)
→
سائل أيوني
نظام إزالة غازات المداخن (الموجود)
→
إعادة تسخين HX ⭐
←180–220 درجة مئوية
→
SCR ⭐
97% NOx
→
نظام ESP رطب
(موجود)
→
جيش الدفاع الإسرائيلي
→ مكدس

⭐ معدات جديدة تمت إضافتها في مشروع التحديث هذا

معايير المعدات الرئيسية

غرض مواصفة
مبادل حراري من بلاط السيراميك طراز HB-565؛ 40,000 م³/ساعة؛ الجانب الساخن 220→128 درجة مئوية؛ الجانب البارد 40→130 درجة مئوية؛ 563 م²؛ 1,344 كيلوواط؛ هيكل من الفولاذ المقاوم للصدأ S31603
عنصر محفز SCR مقطع عرضي 150×150 مم؛ ارتفاع 580 مم؛ مسام 30؛ مسامية 70.1%؛ V₂O₅/TiO₂؛ تصميم 220 درجة مئوية؛ عمر افتراضي 24000 ساعة
كفاءة إزالة النتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي 97% فعلي؛ ≥96.66% مضمون عند 16000 ساعة؛ انخفاض ضغط الطبقة الواحدة ≤135 باسكال
ماء الأمونيا (عامل مختزل) 0.02 طن/ساعة؛ ضمان انزلاق الأمونيا ≤ 5 جزء في المليون؛ القيمة الفعلية 3 جزء في المليون
مروحة السحب الرئيسية 110 كيلوواط؛ وحدة واحدة (قيد التشغيل)
إجمالي الطاقة المركبة 124.5 كيلوواط مركبة؛ 123 كيلوواط تشغيل فعلي
التكلفة السنوية للكهرباء (8000 ساعة) ما يعادل حوالي 39.36 عشرة آلاف يوان صيني (0.4 يوان صيني/كيلوواط ساعة)
التكلفة السنوية للغاز الطبيعي (تدفئة SCR) 75 م³/ساعة؛ ما يقارب 192 عشرة آلاف يوان صيني/سنة (3.2 يوان صيني/م³)
التكلفة السنوية لمياه الأمونيا حوالي 8 آلاف يوان صيني/سنة (0.02 طن/ساعة، 500 يوان صيني/طن)

رسم تخطيطي رأسي لتصميم نظام إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني، وإزالة النتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR)، ونظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب، وذلك لمرفق استعادة موارد النفايات الصلبة، موضحًا تكوين مفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) ذي المبادل الحراري وبرج الترسيب الكهروستاتيكي الرطب.

04 - المزايا الأساسية

ستة أسباب تجعل بنية هذه العملية مثالية لغازات العادم المنبعثة من فرن أكسدة إعادة تدوير الرصاص

  • ✓
    تعمل إزالة الغبار العميقة في المراحل الأولية على حماية السائل الأيوني ومحفز SCR في آن واحد: يتمثل القرار المعماري الأساسي في هذا المشروع في معالجة مشكلة الجسيمات الدقيقة بشكل كامل قبل أن يلامس الغاز مادة الامتصاص السائلة الأيونية أو محفز الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR). تعمل سلسلة الترسيب الكهروستاتيكي الجاف، والمبادل الحراري، ومرشح الأكياس على خفض تركيز الجسيمات الدقيقة من مستوى خروج الغاز الخام من الفرن إلى ≤10 ملغم/م³ قبل مرحلة السائل الأيوني، وإلى مستوى أقل قبل مرحلة الاختزال التحفيزي الانتقائي. يخدم هذا التنظيف المسبق العميق للغبار غرضين: فهو يحافظ على ظروف تشغيل إعادة تدوير السائل الأيوني عن طريق منع تلوث مادة الامتصاص بالجسيمات، ويحمي محفز الاختزال التحفيزي الانتقائي من الانسداد المتسارع والتسمم الكيميائي الناتج عن التعرض للغبار المحتوي على الرصاص بتركيزات عالية. تساهم هاتان الميزتان بشكل مباشر في إطالة عمر النظام وتقليل الحاجة إلى الصيانة.
  • ✓
    نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي للجانب البارد بعد إزالة غازات المداخن باستخدام السائل الأيوني يقضي على تسمم المحفز ببيكبريتات الأمونيوم: تكون عملية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) عند درجات حرارة منخفضة تتراوح بين 180 و220 درجة مئوية عرضةً لترسبات كبريتات الأمونيوم (ABS) عند وجود ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) على سطح المحفز، لأن معدل تكوّن كبريتات الأمونيوم يكون في أعلى مستوياته عند هذه الدرجات. وبوضع وحدة الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) في اتجاه مجرى مرحلة إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني، ينخفض ​​تركيز ثاني أكسيد الكبريت عند مدخل وحدة الاختزال التحفيزي الانتقائي من 600-1500 ملغم/م³ إلى حوالي 35 ملغم/م³ أو أقل. عند هذا التركيز المنخفض لثاني أكسيد الكبريت، ينخفض ​​معدل تكوّن كبريتات الأمونيوم بشكل ملحوظ، مما يمكّن محفز الاختزال التحفيزي الانتقائي ذي درجة الحرارة المنخفضة من تحقيق كفاءة إزالة النيتروجين 97% دون حدوث تعطيل تدريجي للمحفز نتيجةً لترسبات كبريتات الأمونيوم، وهو ما قد يحدث في حالة وضع وحدة الاختزال التحفيزي الانتقائي في الجانب الساخن قبل وحدة إزالة غازات المداخن.
  • ✓
    نظام استعادة الحرارة المهدرة باستخدام مبادل حراري من بلاط السيراميك يلغي تكلفة إعادة التسخين الخارجي لنظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR): يتطلب نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) أن تكون درجة حرارة الغاز الداخل إليه بين 180 و220 درجة مئوية لضمان فعالية التفاعل التحفيزي. ويخرج الغاز بعد معالجة نظام إزالة غازات المداخن باستخدام السائل الأيوني عند درجة حرارة تقارب 40 درجة مئوية. وبدون استعادة الحرارة، سيتطلب ذلك تسخين 40,000 متر مكعب/ساعة من الغاز من 40 درجة مئوية إلى 180 درجة مئوية، وهو ما يعادل تكلفة طاقة تبلغ حوالي 75 متر مكعب/ساعة من الغاز الطبيعي. يقوم المبادل الحراري المصنوع من بلاط السيراميك باستعادة هذه الطاقة من الغاز الخام الساخن الداخل (والذي يجب تبريده قبل مرحلتي الترشيح الكيسي والسائل الأيوني)، محولاً فائض الطاقة الناتج إلى طاقة إعادة التسخين دون أي تكلفة إضافية على الوقود. ويُعد استهلاك 75 متر مكعب/ساعة من الغاز الطبيعي ضروريًا لتزويد المبادل الحراري بالوقود اللازم للحفاظ على درجة حرارة الغاز الداخل إلى نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي، إلا أن هذه الكمية أقل بكثير مما هو مطلوب بدون نظام استعادة الحرارة.
  • ✓
    لا ينتج عن عملية إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية أي نفايات من الجبس، وتتيح استعادة ثاني أكسيد الكبريت كمنتج ثانوي: على عكس عملية إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري والجبس (التي تُنتج الجبس كمنتج ثانوي صلب يتطلب المعالجة والتخلص منه أو بيعه)، فإن إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية تُجدد المادة الماصة وتُركز ثاني أكسيد الكبريت المُحتجز كمنتج قابل للاسترداد. في سياق صناعة إعادة تدوير الرصاص، يُمكن معالجة ثاني أكسيد الكبريت المُركز المُسترد وتحويله إلى حمض الكبريتيك لإعادة استخدامه في تصنيع البطاريات أو إنتاج المواد الكيميائية الصناعية، مما يُنشئ حلقة اقتصاد دائري تُحوّل تكلفة الامتثال إلى منتج ثانوي مُدرّ للدخل. كما أن عدم استخدام الجبس يُلغي الحاجة إلى البنية التحتية للتجفيف والتخزين والخدمات اللوجستية التي تتطلبها عملية إزالة الكبريت الرطبة من غازات المداخن.
  • ✓
    يساهم تحديث البنية التحتية الحالية في تقليل التكاليف الرأسمالية وتعطيل الموقع: يُضيف هذا المشروع مُبادل حراري من بلاط السيراميك ونظام إزالة النتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) إلى مجموعة المعدات الحالية في المنشأة، والتي تشمل المرسب الكهروستاتيكي، ومرشح الأكياس، ونظام إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية، والمرسب الكهروستاتيكي الرطب. وبفضل البناء على البنية التحتية القائمة بدلاً من تصميم نظام معالجة جديد بالكامل، تقتصر التكلفة الرأسمالية للتحديث على المكونات الجديدة فقط (المُبادل الحراري ومفاعل SCR)، بينما تشمل فوائد الامتثال جميع المعايير المُنظمة. يُمكن تطبيق هذا النهج مباشرةً على أي منشأة لديها بالفعل معدات تقليدية للتحكم في الانبعاثات، ولكن لا يُمكن تحقيق الامتثال لمعايير أكاسيد النيتروجين (NOx) دون إضافة مرحلة إزالة النتروجين.
  • ✓
    يغطي العمر الافتراضي للمواد الكيميائية لمحفز SCR لمدة 24000 ساعة ثلاث سنوات من التشغيل المتواصل: يضمن العمر الكيميائي لمحفز SCR لمدة 24,000 ساعة من أول تلامس مع الغاز، بالإضافة إلى ضمان كفاءة ≥96.66% لمدة 16,000 ساعة، مما يعني أن المحفز قادر على العمل لمدة ثلاث سنوات تقريبًا بمعدل 8,000 ساعة تشغيل سنويًا قبل الوصول إلى عمره الكيميائي. صُممت تركيبة محفز V₂O₅/TiO₂ المستخدمة في هذا النظام خصيصًا لبيئة غاز ما بعد إزالة غازات المداخن (FGD) الغنية بالأكسجين والمنخفضة في تركيز SO₂. ويُضمن انخفاض الضغط أحادي الطبقة عند ≤135 باسكال (للمحفز النظيف)، مما يُمكّن نظام SCR من العمل ضمن سعة مروحة السحب الحالية دون الحاجة إلى ترقيات للمروحة.

05 - النتائج التشغيلية

بيانات الامتثال المُتحقق منها: جميع المعايير عند أو أقل من حدود التصريح

50 / 50
ملغم/م³ فعلي/حد
NOx — تمت إزالة 97%
35 / 35
ملغم/م³ فعلي/حد
ثاني أكسيد الكبريت — عند الحد
10 / 10
ملغم/م³ فعلي/حد
رئيس الوزراء — عند الحد الأقصى
3 / 5
جزء في المليون فعلي/الحد الأقصى
انخفاض مستوى NH₃ — 40% أسفل
123 كيلوواط
الجري الفعلي
(القدرة المركبة: 124.5 كيلوواط)
97%
إزالة النيتروجين الفعلية
(التصميم: 97%)

صور تشغيلية لنظام إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية ونظام إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) في منشأة إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية لاستعادة الموارد من النفايات الصلبة، تُظهر معلمات تشغيل نظام عرض SCADA في غرفة التحكم وتفريغ المدخنة النظيفة.

التكاليف التشغيلية السنوية: الكهرباء بقدرة تشغيلية فعلية تبلغ 123 كيلوواط (0.4 يوان صيني/كيلوواط ساعة، 8000 ساعة/سنة) = ما يعادل 39.36 يوان صيني تقريبًا؛ الغاز الطبيعي لإعادة تسخين نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) بمعدل 75 متر مكعب/ساعة (3.2 يوان صيني/متر مكعب، 8000 ساعة) = ما يعادل 192 يوان صيني تقريبًا؛ ماء الأمونيا بمعدل 0.02 طن/ساعة (500 يوان صيني/طن، 8000 ساعة) = ما يعادل 8 يوان صيني تقريبًا. يُعد الغاز الطبيعي المستخدم في الحفاظ على درجة حرارة نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) البندَ الرئيسي في التكاليف التشغيلية، مما يُعزز قيمة المبادل الحراري المصنوع من بلاط السيراميك في تقليل الحاجة إلى التدفئة الإضافية.

06 - احتياطات التنفيذ

الدروس الهندسية والتشغيلية الحاسمة لمعالجة الغازات المنبعثة من إعادة تدوير الرصاص

  • ⚠️
    يؤدي ضعف إزالة الغبار في المراحل الأولية إلى انخفاض كفاءة إزالة الكبريت بواسطة السائل الأيوني في المراحل اللاحقة - أضف مراقبة تركيز الجسيمات الدقيقة عند مدخل النظام واستجب على الفور عند انخفاض الكفاءة: يتمثل الخطر الرئيسي الموثق في أن ضعف إزالة الغبار في المراحل الأولية (المعالجة المسبقة) يؤدي إلى انخفاض كفاءة إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني. إذ تُمتص الجسيمات الحاملة للرصاص وغيرها من الجسيمات من فرن الأكسدة في حلقة تدوير السائل الأيوني، مما يؤدي تدريجيًا إلى تلوث المادة الماصة وتقليل قدرتها على امتصاص ثاني أكسيد الكبريت. لذا، يُنصح بتركيب جهاز مراقبة مستمر لتركيز الجسيمات الدقيقة عند مدخل مرحلة السائل الأيوني. عند تجاوز تركيز الجسيمات الدقيقة الداخلة الحد التصميمي (≤10 ملغم/م³)، يجب البدء فورًا في فحص أداء المرسب الكهروستاتيكي ومرشح الأكياس في المراحل الأولية. في حال انخفاض كفاءة إزالة الغبار، يجب معالجة السبب قبل أن تتأثر قدرة نظام السائل الأيوني على امتصاص ثاني أكسيد الكبريت. يُنصح برفع سعة نظام إزالة الكبريت إذا تعذر الحفاظ على حمولة ثاني أكسيد الكبريت في السائل الأيوني ضمن الحدود المقبولة، وذلك باستخدام مادة ماصة ذات سعة أعلى أو معدل تجديد مُحسّن.
  • ⚠️
    يؤدي عدم التحكم في تركيز ثاني أكسيد الكبريت في المرحلة الأمامية لعملية إزالة النيتروجين الانتقائية إلى زيادة احتمالية توليد كبريتات الأمونيوم وانسداد المحفز: حتى بعد إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني، قد تصل كمية متبقية من ثاني أكسيد الكبريت (≤35 ملغم/م³ عند التصميم) إلى محفز نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR). عند درجة حرارة تشغيل تتراوح بين 180 و220 درجة مئوية، قد يتشكل بيكبريتات الأمونيوم (ABS) إذا كان تركيز ثاني أكسيد الكبريت على سطح المحفز أعلى من المتوقع، على سبيل المثال، إذا انخفضت كفاءة إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني عن مستويات التصميم أثناء حدوث تلوث ناتج عن امتصاص المادة. راقب انخفاض ضغط نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) باستمرار. إذا تجاوز انخفاض الضغط القيمة التصميمية (مما يشير إلى ترسب بيكبريتات الأمونيوم أو الغبار)، ارفع درجة حرارة مدخل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) إلى ما فوق 280 درجة مئوية لتبخير رواسب بيكبريتات الأمونيوم. إذا تعذر خفض انخفاض الضغط بالتنظيف إلى مستويات مقبولة أثناء التشغيل العادي، قم بإجراء تحليل حراري لطبقة المحفز لتحديد ما إذا كان قد حدث تلوث لا رجعة فيه.
  • ⚠️
    يؤدي عدم استقرار التحكم في درجة حرارة عملية إزالة النتروجين بتقنية SCR إلى صعوبة ضمان كفاءة إزالة النتروجين - لذا يجب مراقبة درجة حرارة مدخل إزالة النتروجين دائمًا وإيقاف حقن الأمونيا إذا انخفضت درجة الحرارة عن الحد الأدنى للتصميم: الخطر الثالث الموثق هو أن عدم استقرار التحكم في درجة الحرارة عند مدخل نظام إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) يُصعّب ضمان كفاءة إزالة النيتروجين. يعمل محفز SCR ضمن نطاق درجة حرارة محدد (نطاق التصميم 220-420 درجة مئوية؛ الحد الأدنى 220 درجة مئوية). في حال تدهور أداء المبادل الحراري المصنوع من بلاط السيراميك (نتيجة الترسبات)، أو في حال تعطل نظام التدفئة الإضافي بالغاز الطبيعي، قد تنخفض درجة حرارة مدخل SCR إلى ما دون الحد الأدنى البالغ 220 درجة مئوية. عند هذه الدرجة، يكون نشاط المحفز غير كافٍ، ويؤدي عدم تفاعل الأمونيا إلى تكوين رواسب أملاح الأمونيوم بدلاً من اختزال أكاسيد النيتروجين. لذا، يُنصح بتركيب جهاز مراقبة درجة حرارة مستمر عند مدخل SCR مزود بقفل إيقاف حقن الأمونيا تلقائيًا عند 210 درجة مئوية (أقل بـ 10 درجات مئوية من الحد الأدنى لدرجة حرارة التصميم). إن استمرار حقن الأمونيا عند درجة حرارة أقل من الحد الأدنى يُهدر المادة الكيميائية، ويتسبب في تجاوزات في انزلاق الأمونيا، وترسب أملاح الأمونيوم في قنوات المحفز.
  • ⚠️
    يُعدّ مبادل الحرارة المصنوع من بلاط السيراميك أكثر مكونات النظام حساسية للتآكل - تجنب مشاكل استبدال الألواح والتسرب وسرعة التآكل باستخدام درجة المواد المناسبة وسرعة الغاز المناسبة: يُعالج المبادل الحراري غاز الفرن الخام (الذي يحتوي على نسبة عالية من ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين والجسيمات الدقيقة وجزيئات الرصاص) في الجانب الساخن، وغاز ما بعد إزالة غازات المداخن النظيف في الجانب البارد. وهذا يُنشئ بيئة مُعرّضة للتآكل المزدوج. يُعد اختيار نوع مادة المبادل الحراري المناسب (المُحددة بـ S31603 لهذا التركيب)، وضبط سرعة الغاز ضمن نطاق التصميم لتقليل التآكل الناتج عن الغبار المُتبقّي، وتحسين هندسة قناة المبادل لتقليل معدل ترسب الحمأة، من أهمّ عناصر التصميم. يجب أن يشمل جدول الصيانة المُخطط له فحصًا دوريًا لأسطح أنابيب المبادل الحراري (سنويًا على الأقل بدءًا من السنة الثانية) للتأكد من سُمك جدارها.
  • ⚠️
    يجب التعامل مع الجسيمات الحاملة للرصاص الناتجة عن فرن الأكسدة كنفايات خطرة في كل نقطة تجميع للنفايات الصلبة في نظام المعالجة: يُعتبر الرصاص مادة خطرة بموجب لائحة REACH الأوروبية وتوجيهات النفايات الخطرة عند أي تركيز يتجاوز الحد المسموح به. تحتوي النفايات الصلبة المُجمّعة في قادوس المرسب الكهروستاتيكي، وقواديس مرشحات الأكياس، وحوض تجميع المرسب الكهروستاتيكي الرطب، على جزيئات حاملة للرصاص بتراكيز تُصنّفها عادةً على أنها خطرة. يجب فحص كل تيار من النفايات الصلبة على حدة باستخدام اختبار TCLP للرشاحة (EN 12457) قبل اعتماد أي مسار للتخلص منها، ويجب أن يكون النقل مصحوبًا بوثيقة شحن نفايات خطرة وفقًا للوائح نقل النفايات الخطرة الهولندية. وبالمثل، يجب فحص السائل الأيوني الملوث بجزيئات الرصاص عند استبداله في نهاية عمره الافتراضي، لاحتوائه على مركبات الرصاص الممتصة.
  • ⚠️
    قم بزيادة التدفئة التكميلية (الغاز الطبيعي) إذا كانت درجة حرارة مدخل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي أقل من الحد الأدنى البالغ 220 درجة مئوية - وقم بالتهوية من خلال خط جانبي أثناء بدء التشغيل والإيقاف لمنع تعرض المحفز للغاز البارد عالي الرطوبة: أثناء بدء تشغيل أفران الأكسدة وإيقافها، ستكون تركيبة الغازات المنبعثة ودرجة حرارتها خارج نطاق معايير التشغيل العادية. لذا، يجب تحويل مسار الغاز الرطب أو منخفض الحرارة ذي المحتوى الرطوبي العالي حول مفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) خلال هذه الفترات الانتقالية، حيث يمكن أن يتسبب تكثف الرطوبة على المحفز عند درجات حرارة أقل من الحد الأدنى في تلفه بشكل لا رجعة فيه. تأكد من سلامة قناة وصمام التحويل الجانبي قبل بدء التشغيل، وأدرج إجراء التحويل الجانبي عند بدء التشغيل في برنامج تدريب المشغلين.

07 — أهم النقاط الهندسية

أربعة دروس مستفادة من مشروع معالجة الغازات المنبعثة من إعادة تدوير الرصاص

  • 1
    إن تسلسل مراحل المعالجة يحدد ما إذا كانت كل تقنية تعمل بكفاءتها المقدرة - فالتسلسل أهم من مواصفات المعدات الفردية. في هذا المشروع، يحقق نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) كفاءة إزالة النيتروجين بنسبة 97% ليس بفضل محفز ذي مواصفات استثنائية، بل لأن تسلسل المعالجة (إزالة الجسيمات الدقيقة قبل نظام إزالة غازات المداخن بالسائل الأيوني، ثم نظام إزالة غازات المداخن بالسائل الأيوني قبل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي) يوفر لنظام الاختزال التحفيزي الانتقائي تيار غاز نظيف منخفض ثاني أكسيد الكبريت عند درجة الحرارة المناسبة. لو وُضع المحفز نفسه في موضع مختلف - على سبيل المثال، قبل نظام إزالة غازات المداخن بالسائل الأيوني في تيار غاز عالي ثاني أكسيد الكبريت - فسيتعطل في غضون أشهر بسبب ترسبات ABS. يُعد تصميم بنية نظام المعالجة (التسلسل، درجة الحرارة، ظروف الغاز عند مدخل كل مرحلة) القرار الهندسي الأساسي في تطبيقات معالجة الملوثات المتعددة المعقدة.
  • 2
    تعتبر عملية إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية بديلاً أفضل لعملية إزالة الكبريت باستخدام الجبس والحجر الجيري لتطبيقات إعادة تدوير غازات الرصاص، وذلك على وجه التحديد لأنها لا تولد أي تيارات نفايات صلبة أو سائلة من عملية إزالة الكبريت نفسها. في منشأة تُعالج بالفعل نفايات صلبة ملوثة بالرصاص من المرسب الكهروستاتيكي ومرشح الأكياس، فإن إضافة مرحلة إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الجبس والحجر الجيري ستؤدي إلى توليد تيار إضافي من الجبس الذي قد يكون ملوثًا بالرصاص، مما يستلزم تصنيفه كنفايات خطرة والتخلص منه. تتجنب عملية السائل الأيوني هذا التيار الإضافي من النفايات، وتُنتج في الوقت نفسه منتجًا ثانويًا مركزًا من ثاني أكسيد الكبريت قابلًا للاستخلاص وله قيمة تجارية. بالنسبة لأي تطبيق لغازات العادم الحاملة للرصاص أو الزنك أو غيرها من المعادن الثقيلة، حيث يُصنف تيار نفايات إزالة الكبريت من غازات المداخن على أنه خطر، ينبغي تقييم إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني كتقنية أساسية لإزالة الكبريت قبل اعتماد إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الجبس والحجر الجيري.
  • 3
    تعمل عملية استعادة الحرارة المهدرة من خلال مبادل حراري من البلاط الخزفي على تحويل عبء الطاقة إلى مصدر التدفئة الأساسي لمفاعل SCR. يجب تبريد الغازات الساخنة الخام (220 درجة مئوية) قبل مرورها عبر مرشح الأكياس ومرحلة السائل الأيوني؛ بينما يجب إعادة تسخين الغازات الناتجة عن عملية إزالة غازات المداخن (40 درجة مئوية) قبل مرورها عبر وحدة الاختزال التحفيزي الانتقائي. تتكامل مهمتا إدارة درجة الحرارة هاتان بشكل مباشر: فالحرارة المستخرجة من الجانب الساخن هي نفسها المطلوبة في الجانب البارد. يستغل المبادل الحراري المصنوع من بلاط السيراميك هذا التكامل الحراري، مما يلغي الحاجة إلى سخان بخاري أو كهربائي للغاز، والذي كان سيضيف حوالي 192 ألف يوان صيني سنويًا إلى تكلفة الطاقة. يُعد هذا أكبر توفير منفرد في تكاليف التشغيل في المشروع، ويُبرهن على أن تحديد واستعادة الحرارة المهدرة يجب أن يكون خطوة أساسية في عملية تصميم النظام، وليس مجرد فكرة لاحقة.
  • 4
    يؤدي تحديث البنية التحتية الحالية عن طريق إضافة المكونين الجديدين (مبادل حراري ونظام SCR) إلى تحقيق الامتثال الكامل لمعايير NOx بجزء بسيط من تكلفة استبدال النظام بالكامل. يُبرز هذا المشروع أهمية إجراء جرد دقيق للمعدات الحالية وتقييم قدراتها قبل البدء في أي تصميم لتحديث الامتثال. وقد تم التأكد من قدرة كل من المرسب الكهروستاتيكي، ومرشح الأكياس، ووحدة إزالة غازات المداخن بالسائل الأيوني، والمرسب الكهروستاتيكي الرطب، على تحقيق أهداف الأداء الفردية ضمن بنية نظام التحديث. وكانت الإضافتان الجديدتان هما فقط المبادل الحراري (الذي يوفر إدارة درجة الحرارة لتشغيل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي) ومفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي نفسه. وتتراوح نسبة التكلفة الرأسمالية لهذا التحديث التدريجي إلى استبدال النظام بالكامل عادةً بين 15 و251 تريليون طن لكل طن، مما يُعدّ دليلاً قوياً على أهمية تقييم البنية التحتية الحالية قبل تحديد أي نظام معالجة جديد.

08 — الأسئلة الشائعة

معالجة الغازات المنبعثة من إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية: إجابات على عشرة أسئلة

أسئلة من مديري تصاريح البيئة ومهندسي العمليات وفرق الصحة والسلامة والبيئة في مرافق إنتاج الرصاص الثانوي وإعادة تدوير سبائك الألومنيوم واستعادة موارد النفايات الصلبة التي تخطط لتحديثات إزالة النيتروجين بتقنية SCR وإزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية بموجب متطلبات مرسوم الأنشطة الهولندي/الاتحاد الأوروبي IED.

س1. لماذا يتم استخدام إزالة الكبريت بواسطة السائل الأيوني بدلاً من إزالة الكبريت الرطبة بواسطة الحجر الجيري والجبس في هذا التطبيق؟
تم اختيار إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية بدلاً من إزالة الكبريت من غازات المداخن باستخدام الجبس والحجر الجيري لثلاثة أسباب محددة في سياق إعادة تدوير الرصاص: (1) عدم وجود منتج ثانوي من الجبس الملوث بالرصاص - إذ ينتج عن إزالة الكبريت باستخدام الجبس والحجر الجيري جبس ملوث بالرصاص الممتص من غازات المداخن، مما يستلزم تصنيفه وإدارته على الأرجح كنفايات خطرة؛ بينما تتجنب إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية هذا التدفق الإضافي من النفايات الخطرة؛ (2) إمكانية استعادة ثاني أكسيد الكبريت كمنتج ثانوي - تعمل عملية تجديد السائل الأيوني على تركيز ثاني أكسيد الكبريت الملتقط، والذي يمكن معالجته إلى حمض الكبريتيك لإعادة استخدامه في تصنيع البطاريات أو غيرها من العمليات الصناعية، مما يدرّ عائدات تعوض جزئيًا تكلفة تشغيل المعالجة؛ (3) عدم وجود نفايات سائلة من مرحلة إزالة الكبريت - يُعاد تدوير السائل الأيوني وتجديده بدلاً من استهلاكه، مما لا ينتج عنه أي تيار من مياه الصرف الصحي الناتجة عن إزالة الكبريت من غازات المداخن والتي تتطلب معالجة منفصلة. هذه المزايا خاصة بسياق تطبيق إعادة تدوير الرصاص؛ أما بالنسبة للتطبيقات الأخرى التي لا تتضمن هذه القيود، فتبقى إزالة الكبريت باستخدام الجبس والحجر الجيري بديلاً فعالاً وغالبًا ما يكون أقل تكلفة.
س2. كيف يقوم مبادل حراري من بلاط السيراميك بتوفير وظيفة إعادة التسخين لـ SCR بدون مدخلات طاقة خارجية؟
يعمل مبادل حراري من بلاط السيراميك (طراز HB-565) كمبادل حراري غازي بقدرة حرارية تبلغ حوالي 1344 كيلوواط. يستقبل الجانب الساخن غاز الفرن الخام عند درجة حرارة 220 درجة مئوية تقريبًا، ثم يبرده إلى 128 درجة مئوية تقريبًا قبل مرحلة مرشح الأكياس. أما الجانب البارد، فيستقبل غاز ما بعد إزالة غازات المداخن باستخدام سائل أيوني عند درجة حرارة 40 درجة مئوية تقريبًا، ثم يسخنه إلى 130 درجة مئوية تقريبًا قبل مفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR). يعمل التسخين الإضافي بالغاز الطبيعي على رفع درجة حرارة مدخل مفاعل الاختزال التحفيزي الانتقائي من 130 درجة مئوية إلى 180-220 درجة مئوية، مستهلكًا 75 مترًا مكعبًا في الساعة. بدون هذا المبادل الحراري، يتطلب رفع درجة حرارة غاز ما بعد إزالة غازات المداخن من 40 درجة مئوية إلى 180-220 درجة مئوية عن طريق الاحتراق المباشر للغاز الطبيعي ما يقارب 3-4 أضعاف هذا الاستهلاك من الغاز. تم اختيار بناء البلاط الخزفي (بدلاً من الصفيحة الفولاذية أو الأنبوب) لمقاومته للغاز الحمضي والبيئة المسببة للتآكل ذات نسبة الأكسجين العالية على الجانب الساخن.
س3. ما هو الإطار التنظيمي للاتحاد الأوروبي والإطار التنظيمي الهولندي الذي ينطبق على مرافق إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية؟
تخضع مرافق إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية في هولندا للوائح توجيه الانبعاثات الصناعية للاتحاد الأوروبي 2010/75/EU في قطاع المعادن غير الحديدية. وتحدد استنتاجات أفضل التقنيات المتاحة (BAT) المطبقة على صناعة المعادن غير الحديدية قيمًا حدية لانبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx)، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، والجسيمات الدقيقة (PM)، والرصاص ومركباته، والمعادن الثقيلة الأخرى. وتُطبق التزامات إضافية بموجب لائحة الاتحاد الأوروبي بشأن تسجيل وتقييم وترخيص وتخليص المواد الكيميائية (REACH) (EC) 1907/2006 فيما يتعلق بالرصاص كمادة شديدة الخطورة، وبموجب التوجيه الإطاري للنفايات (2008/98/EC) وتوجيه البطاريات والمراكم (2006/66/EC، المُحدث بموجب 2023/1542/EU) لإدارة مخلفات البطاريات المستهلكة. وتُصدر التراخيص البيئية الهولندية بموجب قانون البيئة الهولندي (Omgevingswet)، مع تحديد حدود الانبعاثات وشروط إدارة النفايات الخاصة بكل موقع من قِبل هيئة البيئة الهولندية (Omgevingsdienst). ويجب أن تكون أنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) معتمدة وفقًا للمعيار EN 14181 QAL1/QAL2/AST ومتصلة بمنصة الإبلاغ. يتطلب رصد انبعاثات مداخن الرصاص عادةً أخذ عينات متساوية الحركة بشكل دوري بواسطة مختبر معتمد (بحد أدنى ربع سنوي) بالإضافة إلى الرصد المستمر للجسيمات الدقيقة.
س4. ماذا يحدث إذا فشلت عملية إزالة الغبار في المنبع وارتفع تركيز الجسيمات الدقيقة عند مدخل السائل الأيوني إلى أكثر من 10 ملغم/م3؟
عندما يتجاوز تركيز الجسيمات الدقيقة (PM) عند مدخل وحدة إزالة الكبريت بالسائل الأيوني 10 ملغم/م³، يبدأ التلوث التدريجي للمادة الماصة بالسائل الأيوني في تقليل قدرتها على امتصاص ثاني أكسيد الكبريت (SO₂). يعتمد الجدول الزمني من ارتفاع تركيز الجسيمات الدقيقة عند المدخل إلى تجاوز تركيز ثاني أكسيد الكبريت عند المخرج على معدل إعادة تدوير السائل الأيوني وقدرته على التجديد، ولكن عادةً ما يبدأ تركيز ثاني أكسيد الكبريت عند المخرج في الارتفاع خلال ساعات إلى أيام من حدوث ارتفاع مستمر في تركيز الجسيمات الدقيقة. يجب أن يكون بروتوكول الاستجابة كما يلي: (1) التحقيق فورًا في المرسب الكهروستاتيكي (ESP) ومرشح الأكياس في الجزء العلوي من النظام لتحديد سبب ارتفاع تركيز الجسيمات الدقيقة؛ (2) تقليل إنتاجية فرن الأكسدة لتقليل إجمالي تدفق الجسيمات الدقيقة الداخلة إلى النظام أثناء تصحيح المعدات في الجزء العلوي من النظام؛ (3) زيادة معدل تجديد السائل الأيوني لتحسين قدرة امتصاص ثاني أكسيد الكبريت خلال فترة ارتفاع تركيز الجسيمات الدقيقة؛ (4) إذا تجاوز تركيز ثاني أكسيد الكبريت عند مخرج السائل الأيوني الحد المسموح به في التصريح، يجب إخطار السلطة المختصة (Omgevingsdienst) فورًا وفقًا لشروط التصريح. (5) بعد حل مشكلة الجسيمات الدقيقة في المنبع، قم بمراقبة استعادة قدرة امتصاص السائل الأيوني على مدار الـ 48 ساعة التالية للتأكد من عودة المادة الماصة إلى الأداء الطبيعي.
س5. ما هي تكاليف التشغيل السنوية لهذا التحديث المتكامل للعلاج؟
تبلغ تكاليف التشغيل السنوية لمكونات ترقية نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) والمبادل الحراري ما يلي: (1) الكهرباء: 123 كيلوواط تشغيل فعلي بسعر يعادل 0.4 يوان صيني/كيلوواط ساعة، 8000 ساعة/سنة = حوالي 39.36 يوان صيني/سنة؛ (2) الغاز الطبيعي (لتسخين مدخل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي): 75 متر مكعب/ساعة بسعر 3.2 يوان صيني/متر مكعب = حوالي 192 يوان صيني/سنة (وهي التكلفة التشغيلية الأكبر)؛ (3) ماء الأمونيا: 0.02 طن/ساعة بسعر 500 يوان صيني/طن = حوالي 8 يوان صيني/سنة. إجمالي تكلفة التشغيل السنوية لمكونات الترقية الجديدة: حوالي 239 يوان صيني/سنة. تُضيف عملية استبدال محفز نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (كل 24000 ساعة تشغيل، أي ما يقارب 3 سنوات بمعدل 8000 ساعة/سنة) تكلفة رأسمالية إضافية لاستبدال المحفز، تُستهلك على مدى 3 سنوات. ولا تشمل هذه التفاصيل تكلفة تشغيل السائل الأيوني (من النظام الحالي).
س6. كيف تتم مراقبة والتحكم في تسرب الأمونيا في نظام SCR؟
يتم التحكم في تسرب الأمونيا (تصميم ≤ 5 جزء في المليون؛ 3 جزء في المليون فعليًا) من خلال: (1) قياس أكاسيد النيتروجين في الوقت الفعلي عند كل من مدخل ومخرج نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR)؛ (2) يقوم نظام التحكم في نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) بضبط معدل حقن ماء الأمونيا للحفاظ على مستوى أكاسيد النيتروجين عند المخرج عند المستوى المستهدف ≤ 50 ملغم/م³ مع الحفاظ على حقن الأمونيا عند الحد الأدنى اللازم؛ (3) يوفر محلل الأمونيا (NH₃) المستمر في الموقع عند مخرج نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) تغذية راجعة مباشرة لتسرب الأمونيا، مع إنذار عند نقطة ضبط عند 4 جزء في المليون وخفض تلقائي لمعدل الحقن عند 5 جزء في المليون؛ (4) تتم مراقبة درجة حرارة مدخل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) باستمرار، ويتم قطع حقن الأمونيا تلقائيًا إذا انخفضت درجة الحرارة عن 210 درجة مئوية لمنع تسرب الأمونيا الزائد الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة. بموجب شروط الترخيص البيئي الهولندي، قد يخضع تركيز الأمونيا عند المدخنة لمتطلبات الإبلاغ الدوري؛ يجب تأكيد نطاق تركيب نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) مع دائرة البيئة الهولندية (Omgevingsdienst) قبل التشغيل.
س7. كيف تتم إدارة محتوى الرصاص في جميع تيارات النفايات الصلبة من نظام المعالجة بموجب لوائح النفايات الخطرة في الاتحاد الأوروبي؟
تُصنّف مركبات الرصاص كمواد خطرة بموجب لائحة REACH التابعة للاتحاد الأوروبي وتوجيهات النفايات الخطرة. تحتوي جميع النفايات الصلبة الناتجة عن نظام المعالجة - رماد قادوس المرسب الكهروستاتيكي، وكعكة مرشح الأكياس، وحمأة المرسب الكهروستاتيكي الرطبة - على الرصاص بتراكيز تُصنّف عادةً على أنها خطرة وفقًا لرموز إدخال قائمة النفايات الأوروبية (مثل 10 04 01* "خبث من الإنتاج الأولي والثانوي للرصاص"). يجب أن يكون كل تيار نفايات: (1) مُحددًا بواسطة اختبار TCLP للرشاحة (EN 12457) لتأكيد تصنيفه كمواد خطرة؛ (2) مُصنّفًا ومُخزّنًا في مناطق النفايات الخطرة المُخصصة مع احتواء ثانوي؛ (3) مُنقلًا فقط إلى مرافق معالجة النفايات الخطرة المرخصة بموجب مذكرات شحن النفايات الخطرة؛ (4) مُبلغًا عنه في إدخالات السجل البيئي السنوية، وفي حال تجاوز عتبات الإبلاغ، في طلبات E-PRTR. يجب تحديد محتوى الرصاص في المادة الماصة السائلة الأيونية عند استبدالها في نهاية عمرها الافتراضي قبل التخلص منها - حيث ستكون المادة الماصة قد امتصت مركبات الرصاص تدريجياً خلال فترة خدمتها.
س8. هل يمكن تطبيق نفس بنية إزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني + SCR على تيارات الغازات المنبعثة من إعادة تدوير المعادن غير الحديدية الأخرى (الزنك والنحاس والألومنيوم)؟
نعم، مع تعديلات خاصة بكل تطبيق. يمكن تطبيق البنية الأساسية (إزالة الغبار من المنبع لحماية المادة الماصة السائلة الأيونية + إزالة ثاني أكسيد الكبريت باستخدام السائل الأيوني قبل عملية الاختزال التحفيزي الانتقائي + الاختزال التحفيزي الانتقائي في بيئة منخفضة ثاني أكسيد الكبريت + استعادة الحرارة المهدرة للتحكم في درجة حرارة الاختزال التحفيزي الانتقائي) على تطبيقات أخرى لمعالجة غازات إعادة تدوير المعادن غير الحديدية. تحتوي غازات إعادة تدوير الزنك على نسبة عالية من جسيمات أكسيد الزنك وثاني أكسيد الكبريت الناتج عن تحلل كبريتات الزنك؛ بينما تحتوي غازات مصهر النحاس على ثاني أكسيد الكبريت ومركبات الزرنيخ؛ أما غازات إعادة تدوير سبائك الألومنيوم من أفران التدفق الملحي فتحتوي على حمض الهيدروكلوريك والفلوريدات بالإضافة إلى ملوثات الاحتراق المعتادة. يتطلب كل تطبيق تعديل مواصفات إزالة الغبار من المنبع (للمعدن والمركب المحددين)، وتركيبة السائل الأيوني (لثاني أكسيد الكبريت ومزيج حمض الهيدروكلوريك/حمض الهيدروفلوريك المحدد)، وتركيبة محفز الاختزال التحفيزي الانتقائي (لتركيب الغاز ونطاق درجة الحرارة المحددين). يلزم إجراء دراسة توصيف هندسية منفصلة لكل تطبيق جديد قبل تحديد أي معدات.
س9. ما هي إجراءات تغيير محفز نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) وكم من الوقت تستغرق؟
يتمتع محفز نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) بعمر افتراضي كيميائي يبلغ 24,000 ساعة من أول تلامس مع الغاز (أي ما يقارب 3 سنوات عند معدل 8,000 ساعة/سنة). يجب التخطيط لاستبدال المحفز كعملية صيانة دورية، وليس كإجراء استجابة لانخفاض الأداء الملحوظ. تتطلب عملية الاستبدال ما يلي: (1) إيقاف تشغيل مفاعل نظام الاختزال التحفيزي الانتقائي وتبريده؛ (2) عزل المفاعل عن تيار الغاز والتأكد من سلامة الظروف الجوية داخله؛ (3) إزالة وحدات المحفز المستهلكة بشكل فردي من كل طبقة وتعبئتها على منصات نقالة لإرسالها إلى منشأة تجديد المحفز أو التخلص منه؛ (4) تركيب وحدات محفز جديدة؛ (5) إعادة تشغيل المفاعل بتسلسل تسخين مُتحكم به. عادةً ما يستغرق استبدال المحفز لنظام بهذا الحجم (15.03 متر مكعب من إجمالي حجم المحفز) من يومين إلى ثلاثة أيام لفريق عمل ذي خبرة. يجب على المنشأة التخطيط لانقطاع الصيانة هذا مسبقًا: إما عن طريق جدولة ذلك أثناء إيقاف تشغيل صيانة الفرن المخطط له أو تشغيل أفران الأكسدة بمعدل إنتاج منخفض أثناء انقطاع نظام SCR للبقاء ضمن حدود التصريح دون تشغيل نظام SCR.
س10. هل توجد منشآت مرجعية لأنظمة إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية + أنظمة الاختزال التحفيزي الانتقائي ذات درجة الحرارة المنخفضة متاحة للزيارات الميدانية؟
نعم. تم تطبيق نظام المعالجة المتكامل، الذي يضم المرسب الكهروستاتيكي، والمبادل الحراري، ومرشح الأكياس، وإزالة الكبريت باستخدام السائل الأيوني، ونظام الاختزال التحفيزي الانتقائي منخفض الحرارة، ومعالجة المرسب الكهروستاتيكي الرطب، والموصوف في دراسة الحالة هذه، في مرافق استعادة موارد النفايات الصلبة وإعادة تدوير المعادن غير الحديدية، محققًا بذلك امتثالًا فائقًا لمعايير الانبعاثات المنخفضة. يمكن ترتيب زيارات ميدانية مرجعية للعملاء المحتملين المؤهلين، بما في ذلك الوصول إلى بيانات الامتثال المعتمدة لأنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة، وسجلات أداء السائل الأيوني، ووثائق مراقبة نشاط محفز الاختزال التحفيزي الانتقائي. يُرجى استخدام رابط الاتصال أدناه لطلب الوثائق المرجعية أو لترتيب زيارة ميدانية لمنشأة مماثلة لمعالجة غازات العادم في إعادة تدوير الرصاص أو استعادة موارد النفايات الصلبة.

هل أنت مستعد لتحقيق الامتثال لمعايير الانبعاثات المنخفضة للغاية لمنشأة إعادة التدوير الخاصة بك؟

استكشف المجموعة الكاملة من حلول التحكم في الانبعاثات الصناعية

من إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية وتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) في درجات الحرارة المنخفضة لمرافق إعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية إلى أنظمة الأكسدة الحرارية التجديدية للحد من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة الصناعيةيقدم فريقنا الهندسي حلولاً متوافقة مع توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الذكية (IED) لتلبية متطلبات التحكم في انبعاثات إعادة تدوير المعادن غير الحديدية الأكثر تطلباً.

تستند دراسة الحالة هذه إلى تطبيق عملي لتقنيات إزالة الكبريت باستخدام السوائل الأيونية، وإزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي عند درجات حرارة منخفضة، والترسيب الكهروستاتيكي في منشأة لاستعادة موارد النفايات الصلبة، حيث تُشغّل أفران أكسدة لإعادة تدوير بطاريات الرصاص الحمضية وإعادة صهرها. وقد استُقيت المعايير الفنية من سجلات هندسية موثقة وبيانات رصد الامتثال. قد تختلف نتائج كل مشروع على حدة تبعًا لتكوين المواد الأولية، وظروف تشغيل الفرن، واللوائح التنظيمية المعمول بها. وتعكس المراجع التنظيمية توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الصناعية 2010/75/EU، وأطر مرسوم الأنشطة الهولندي (Activiteitenbesluit milieubeheer) السارية في هولندا.