دراسة حالة · التحكم في الانبعاثات الصناعية
كيف حقق منتج رائد لكربونات الليثيوم امتثالًا متزامنًا لانبعاثات منخفضة للغاية لثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، والجسيمات الدقيقة، والتيلوريوم، والفلورايد، والضباب الحمضي من 100000 متر مكعب قياسي/ساعة من غازات العادم المنبعثة من فرن النفق - وذلك من خلال نشر نظام معالجة متكامل رائد من خمس مراحل يجمع بين تنظيف برج التعبئة، وإزالة النيتروجين التأكسدية بواسطة COA، وإزالة غازات المداخن من الحجر الجيري والجبس، والترسيب الكهروستاتيكي الرطب، والحد من عمود الدخان المغناطيسي.
إزالة النيتروجين التأكسدية COA
المرسب الكهروستاتيكي الرطب
استخلاص التيلوريوم والفلورايد
الحد من انبعاثات الدخان الأبيض
01 - خلفية الصناعة
كربونات الليثيوم كمادة أساسية في صناعة البطاريات والبيئة التنظيمية المتشددة للانبعاثات
يُعدّ كربونات الليثيوم مادة خام أساسية في إنتاج مواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون، والسيراميك الزجاجي، والمواد الكيميائية المتخصصة. وقد ساهم النمو العالمي الهائل للسيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة في التوسع السريع في طاقة إنتاج كربونات الليثيوم، حيث ارتفع الإنتاج من 4.1 مليون طن سنويًا في عام 2014 إلى 39.5 مليون طن في عام 2022، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 281 ضعفًا لكل 3000 طن، ومن المتوقع أن يصل إلى 110 ملايين طن سنويًا مع نمو إضافي متوقع إلى 51.79 مليون طن بمعدل نمو سنوي قدره 31.11 ضعفًا لكل 3000 طن. ويُعتبر إنتاج كربونات الليثيوم محورًا أساسيًا في سلسلة توريد مركبات الطاقة الجديدة، حيث تُصنّف السياسات الوطنية في العديد من الدول الطاقة الجديدة والمواد الجديدة ومركبات الطاقة الجديدة ضمن أولويات التنمية الاستراتيجية لخططها الخمسية.
تتخصص الشركة المنتجة في هذه الدراسة في مواد الليثيوم المستخدمة في الطاقة الجديدة وتقنية الروبيديوم-السيزيوم، من حيث البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات. وهي مؤسسة متكاملة رائدة، تأسست على موارد محلية غنية من الليثيوم وميكا الروبيديوم السحابية، وقد طورت تقنية متقدمة لاستخلاص الليثيوم من ميكا السحابة، تعالج التحديات التقليدية المتمثلة في ارتفاع استهلاك الطاقة وانخفاض معدل الاستخلاص في صناعة الاستخلاص. وتحظى هذه المؤسسة بدعم شركة أم تمتلك موارد تقنية متقدمة، وتشارك في سلسلة قيمة مواد الليثيوم وأنظمة البطاريات كمورد متكامل رأسياً.
تستخدم عملية إنتاج كربونات الليثيوم المستخدمة في صناعة البطاريات أفرانًا نفقية لتلبيد المواد الأولية الكربوناتية عند درجات حرارة عالية. تُنتج هذه الأفران، التي تعمل بالغاز الطبيعي، 100,000 متر مكعب قياسي في الساعة من غازات الاحتراق عند درجة حرارة 220 درجة مئوية، حاملةً مزيجًا معقدًا من ثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، والجسيمات الدقيقة، ومركبات التيلوريوم، ومركبات الفلور، وأنواع أكاسيد النيتروجين، وذلك نتيجةً لعمليات الاحتراق الكيميائي عند درجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى تبخر الملوثات النزرة من المواد الخام الكربوناتية. ومع تشديد اللوائح البيئية، لا سيما بعد عام 2024، لوائح إدارة تصاريح تصريف الملوثات وسياسة التحكم في الانبعاثات المتوافقة مع الاتحاد الأوروبي - أصبح شرط انبعاثات غازات أفران نفق كربونات الليثيوم لتحقيق الامتثال لمعايير الانبعاثات المنخفضة للغاية أمراً لا مفر منه.
"يمثل انبعاث غازات أفران نفق كربونات بطاريات الليثيوم تحديًا فريدًا للتحكم في الملوثات المتعددة: فالوجود المتزامن لثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، ومركبات التيلوريوم، والفلورايد، والجسيمات الدقيقة، بالإضافة إلى عمود أبيض من عادم ما بعد جهاز التنقية عالي الرطوبة، يتطلب خمس تقنيات معالجة متميزة تعمل بتسلسل منسق. لا يمكن لأي تقنية بمفردها معالجة جميع فئات الملوثات هذه."
— ملخص فني هندسي، مشروع تنقية غازات المداخن في صناعة بطاريات الليثيوم للطاقة الجديدة
02 - لمحة عن التلوث
انبعاثات أفران الأنفاق: سبع فئات متزامنة من الملوثات، بما في ذلك استخلاص التيلوريوم والفلورايد
يُشغَّل فرن نفق كربونات بطاريات الليثيوم بالغاز الطبيعي بمعدل استهلاك يبلغ حوالي 1000 متر مكعب في الساعة. وينتج الفرن 100,000 متر مكعب قياسي في الساعة (180,000 متر مكعب قياسي في الساعة في ظروف التشغيل) من الغازات المنبعثة عند درجة حرارة 220 درجة مئوية. وتحمل هذه الغازات المنبعثة فئات الملوثات الخاضعة للرقابة التالية في آن واحد:
- SO₂ بتركيز ابتدائي يتراوح بين 100 و500 ملغم/متر مكعب (يعكس النطاق تباين المواد الخام الكربوناتية من دفعة إلى أخرى). المخرج المستهدف: ≤80 ملغم/م³ عبر نظام إزالة غازات المداخن من الحجر الجيري والجبس بكفاءة إزالة 84%. يعني نطاق المدخل الواسع أنه يجب تصميم نظام إزالة غازات المداخن ليتناسب مع سيناريو الحد الأقصى البالغ 500 ملغم/م³.
- أكاسيد النيتروجين عند 30-50 ملغم/متر مكعبعلى عكس أكاسيد النيتروجين في الغلايات الصناعية أو أفران الصهر، والتي تُنتج بتركيزات أعلى بكثير، فإن تركيز أكاسيد النيتروجين في أفران الأنفاق يكون معتدلاً نسبياً، ولكنه مع ذلك يجب أن يفي بالحد الأقصى المسموح به وهو 80 ملغم/م³. وتحقق عملية إزالة النيتروجين باستخدام أكسدة ثاني أكسيد الكلور (COA) أو امتصاص الأكسدة التحفيزية كفاءة إزالة تصل إلى 60% ضمن هذا النطاق من التركيز.
- الجسيمات الدقيقة (PM) عند 30-50 ملغم/م³الهدف: ≤20 ملغم/م³. جزيئات دقيقة من الكربونات والأكاسيد ناتجة عن عملية التلبيد. يحقق المرسب الكهروستاتيكي الرطب إزالة 60% من الغبار بالإضافة إلى تأثيرات تلميع الجسيمات الدقيقة الأخرى في مراحل التنظيف. كفاءة إزالة الغبار الفعلية في النظام بأكمله: حوالي 69%.
- مركبات التيلوريوم (Te) بتركيز 0.5-10 ملغم/متر مكعبالهدف: ≤0.05 ملغم/م³. يُعدّ التيلوريوم عنصرًا نادرًا ذا أهمية استراتيجية، ويوجد كشوائب ضئيلة في بعض المواد الخام لكربونات الليثيوم، ويتبخر أثناء التلبيد في درجات حرارة عالية، ولذا يجب احتجازه لاستعادته والتحكم في انبعاثاته ضمن الحدود الدنيا للغاية. تحقق مرحلة التنقية في برج التعبئة كفاءة إزالة للتيلوريوم تصل إلى 99.5%، مما يسمح باستعادته لإعادة استخدامه.
- الفلورايد (HF) بتركيز 0.16-20 ملغم/متر مكعبالهدف عند المخرج: ≤ 6 ملغم/م³. يعكس نطاق المدخل الواسع التباين في محتوى الفلورايد في المواد الخام. يؤدي غسل الحجر الجيري إلى تكوين فلوريد الكالسيوم غير القابل للذوبان أثناء عملية إزالة غازات المداخن، مما يساهم في إزالة الفلورايد بالتزامن مع مراحل غسل الغاز الحمضي.
- ضباب حمضي (ضباب) بتركيز 23-30 ملغم/م³الهدف من المخرج: ≤15 ملغم/م³. يجب التقاط قطرات الهباء الجوي الحمضي الدقيقة الناتجة عن مراحل التنقية قبل التصريف النهائي. يوفر المرسب الكهروستاتيكي الرطب إزالة رذاذ الحمض إلى جانب صقل الجسيمات الدقيقة. كفاءة إزالة رذاذ الحمض: 70%.
- عمود أبيض مرئييكون العادم الناتج بعد جهاز التنقية مشبعًا ببخار الماء والهباء الجوي المتبقي عند درجة حرارة تقارب 40 درجة مئوية. يوفر نظام الترسيب الكهروستاتيكي الرطب بتقنية الحد من الدخان المغناطيسي (MPA) عملية التلميع النهائية لتحقيق انبعاث غير مرئي في جميع الظروف المحيطة.
| المعلمة | التركيز الأولي | تصميم منفذ البيع | حدود الاتحاد الأوروبي لبطاقات الهوية الاستثمارية/بطاقات تسجيل الهوية الوطنية |
|---|---|---|---|
| أكاسيد النيتروجين | 30-50 ملغم/متر مكعب | ≤80 ملغم/متر مكعب | IED 2010/75/EU: 100 ملغم/م³ (احتراق) |
| ثاني أكسيد الكبريت | 100-500 ملغم/متر مكعب | ≤80 ملغم/متر مكعب | مرسوم الأنشطة الهولندي NER |
| الجسيمات الدقيقة (PM) | 30-50 ملغم/متر مكعب | ≤20 ملغم/متر مكعب | مرسوم الأنشطة الهولندي NER ≤ 5 ملغم/م³ |
| التيلوريوم (Te) | 0.5–10 ملغم/متر مكعب | ≤0.05 ملغم/متر مكعب | خفافيش القنابل اليدوية الصنع تحتوي على معادن ثقيلة |
| الفلورايد (HF) | 0.16–20 ملغم/متر مكعب | ≤6 ملغم/متر مكعب | IED 2010/75/EU HF BAT |
| ضباب حمضي (ضباب) | 23-30 ملغم/متر مكعب | ≤15 ملغم/متر مكعب | خفاش معبأ بعبوات ناسفة |
| عمود أبيض مرئي | حاضر | لا شيء (غير مرئي) | لا يوجد عمود دخان أبيض مرئي |
| حجم غازات الاحتراق المقدر (القياسي) | 100,000 متر مكعب قياسي/ساعة | — | — |
| حجم غازات المداخن في العملية | 180,000 متر مكعب/ساعة (في ظل الظروف) | — | — |
| درجة حرارة غازات الاحتراق (مخرج الفرن) | 220 درجة مئوية | — | — |
03 - محلول العلاج
نظام تنقية متكامل بخمس مراحل مع استعادة التيلوريوم وإزالة الدخان الأبيض
صُمم نظام المعالجة المتكامل لمعالجة جميع فئات الملوثات السبعة في تسلسل منسق من خمس مراحل. وبدلاً من معالجة كل ملوث على حدة، يستغل النظام مزايا الالتقاط المتبادل لكل مرحلة، وينسق كيمياء الكواشف بحيث تدعم نواتج التفاعل في كل مرحلة كفاءة المرحلة التالية.
المرحلة 1: التبريد المسبق عند مدخل مروحة السحب المستحث
يتم تطبيق مادة مضافة لمياه التبريد عند مدخل مروحة السحب المستحث لخفض درجة حرارة غاز المداخن من 220 درجة مئوية إلى حوالي 120 درجة مئوية، مما يمنع المواد المضادة للتآكل من تجاوز درجة حرارتها المقدرة في جميع أنحاء معدات المعالجة في اتجاه المصب، وحماية الأجزاء الداخلية لجهاز التنظيف الرطب من التلف الحراري.
المرحلة الثانية: برج التعبئة للمرحلة الأولى (برج التعبئة - إزالة التيلوريوم والفلورايد)
يدخل الغاز عند درجة حرارة تقارب 120 درجة مئوية إلى برج التعبئة في المرحلة الأولى، حيث يلامس سائل التنظيف المُعاد تدويره. في هذا البرج، تتفاعل مركبات التيلوريوم والفلورايد الموجودة في الغاز مع الماء لتكوين مركبات قابلة للذوبان تُمتص في سائل التنظيف. مع ارتفاع مستوى السائل المُعاد تدويره في برج التعبئة تدريجيًا، يُنقل جزء من مياه الصرف المحتوية على التيلوريوم والفلورايد إلى خزان التكثيف/إزالة الأملاح بواسطة مضخات النقل. تخضع مياه الصرف الأولية المحتوية على التيلوريوم، بالإضافة إلى فلوريد الكالسيوم المُضاف، لتفاعل كيميائي: حيث يؤدي إضافة فلوريد الكالسيوم إلى ترسيبه، ثم يُعالج السائل لاحقًا بالترشيح تحت الضغط لفصل المواد الصلبة عن السائلة، وإزالة الفلورايد القابل للذوبان في الماء، وإعادة تدوير المياه. يكمن مفتاح نجاح هذه المرحلة في التحكم بدرجة الحموضة في السائل المُعاد تدويره في برج التعبئة (برج إزالة التيلوريوم)، والضبط المتزامن لعملية مضخة التدوير بناءً على درجة حرارة غازات الاحتراق ومحتوى مركبات التيلوريوم، وتنظيم كميات إضافة التيلوريوم والمُحفز. يحقق برج التعبئة كفاءة إزالة التيلوريوم بنسبة 99.5% وكفاءة إزالة الفلورايد بنسبة 70%.
المرحلة 3: نظام إزالة النيتروجين COA
يعود الغاز الخارج من وحدة التنقية إلى نظام إزالة النيتروجين COA (أكسدة ثاني أكسيد الكلور/الامتصاص التأكسدي التحفيزي). في هذه المرحلة، لا يزال غاز المداخن يحتوي على أكاسيد النيتروجين القابلة للأكسدة. تعمل آلية إزالة النيتروجين COA على أكسدة أكسيد النيتروجين (NO) (قليل الذوبان في الماء) إلى ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) (عالي الذوبان في الماء) باستخدام مؤكسد ثاني أكسيد الكلور، مما يتيح امتصاصًا رطبًا لاحقًا لتحقيق إزالة كبيرة لأكاسيد النيتروجين لا يمكن تحقيقها باستخدام التنقية التقليدية بالماء أو المحاليل القلوية وحدها. يحقق نظام COA كفاءة إزالة نيتروجين تبلغ 60%، مما يقلل تركيز أكاسيد النيتروجين من 30-50 ملغم/م³ عند المدخل إلى ≤80 ملغم/م³ عند المخرج. بعد إزالة النيتروجين باستخدام نظام COA، ينتقل الغاز إلى مرحلة إزالة غازات المداخن لإزالة ثاني أكسيد الكبريت.
المرحلة 4: برج إزالة غازات المداخن المصنوع من الحجر الجيري والجبس (قطر 4.6 متر، 202000 متر مكعب قياسي/ساعة)
يدخل الغاز الناتج بعد عملية إزالة الكبريت من غاز ثاني أكسيد الكبريت إلى برج إزالة الكبريت من الحجر الجيري والجبس. يحقق برج إزالة الكبريت كفاءة إزالة كبريت تبلغ 84%، مما يقلل تركيز ثاني أكسيد الكبريت من 100-500 ملغم/م³ إلى ≤80 ملغم/م³. أهم المعايير: القطر الداخلي للبرج 4.6 متر؛ نسبة السائل إلى الغاز 15.5؛ 3 طبقات رش؛ معدل تدفق المضخة الواحدة 600 م³/ساعة؛ زمن ترسيب الملاط 5 ساعات؛ استهلاك تشغيل الحجر الجيري 65 كغم/ساعة (أقصى استخدام)؛ إنتاج الجبس 131 كغم/ساعة (أقصى إنتاج)؛ محتوى رطوبة الجبس ≤15%؛ فاصل الرذاذ في المرحلة الأولى من نوع الشاشة ثنائية الطبقات؛ فاصل الرذاذ في المرحلة الثانية من نوع الشاشة أحادية الطبقة + مجموعة فاصل رذاذ بحزمة أنابيب واحدة. سعة تخزين متوسطة للحجر الجيري تبلغ 10 أمتار مكعبة مع اكتفاء ذاتي لمدة 7 أيام. يتم تجفيف منتج الجبس الثانوي الناتج عن تفاعل إزالة غازات المداخن ويمكن إعادة استخدامه كمادة بناء.
المرحلة الخامسة: جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب (WESP) + إزالة الدخان المغناطيسي
يدخل الغاز الناتج عن عملية إزالة غازات المداخن، والمحمل بجزيئات دقيقة متبقية وقطرات رذاذ حمضي وبخار ماء مشبع، إلى المرسب الكهروستاتيكي الرطب (طراز BLSD360-64، تصميم خارجي برجي، مدخل سفلي/مخرج علوي). يُطبّق المرسب الكهروستاتيكي الرطب مجالًا عالي الجهد (مولد BLEMG-2K، قدرة متوسطة 80 كيلوواط، كفاءة تنقية ≥95%) لتأيين جزيئات الهباء الجوي الدقيقة المتبقية والرذاذ الحمضي، ونقلها إلى قطب التجميع. تركيز الملوثات المختلطة عند المدخل: 100 ملغم/م³؛ عند المخرج: 5 ملغم/م³. أبعاد الجهاز: 6200 × 7200 مم (مسقط أفقي)؛ ارتفاع 17900 مم؛ مقاومة النظام 350 باسكال؛ ضغط التصميم ±5000 باسكال؛ درجة حرارة التشغيل <40 درجة مئوية. توفر وظيفة التخفيف المغناطيسي للدخان في مولد BLEMG-2K إزالة نهائية للدخان الأبيض بعد أن يقوم جهاز WESP بتلميع تيار الغاز بعمق، مما يضمن تصريفًا غير مرئي من المدخنة.
فرن
220 درجة مئوية
→120 درجة مئوية
مشجع جيش الدفاع الإسرائيلي
إزالة Te + F⁻
99.5% / 70%
إزالة النيتروجين
60% NOx
الحجر الجيري
84% SO₂
الجسيمات الدقيقة/الضباب/العمود
≥95%
كومة
⭐ معدات جديدة أو مطورة في هذا المشروع
04 - المزايا الأساسية
لماذا يُعد هذا التصميم ذو المراحل الخمس الحل الأمثل لغازات الكربونات المنبعثة من أفران الأنفاق؟
- ✓
استخلاص التيلوريوم بكفاءة 99.5% - أصل إيرادات، وليس مجرد التزام امتثال: يُعدّ التيلوريوم عنصرًا نادرًا ذا أهمية استراتيجية وقيمة تجارية كبيرة. وبكفاءة إزالة تصل إلى 99.5% من تركيز مدخل يتراوح بين 0.5 و10 ملغم/م³، تستعيد مرحلة برج التعبئة سائل التنظيف الغني بالتيلوريوم، والذي يُمكن معالجته، بعد ترسيبه بفلوريد الكالسيوم وترشيحه تحت الضغط، لاستعادة التيلوريوم وإعادة استخدامه في تصنيع مواد البطاريات. ويُتيح الالتزام باحتجاز التيلوريوم بتركيز ≤0.05 ملغم/م³ فرصة لاستعادة الموارد، مما يُعوّض جزئيًا تكلفة التشغيل لنظام المعالجة. - ✓
تُحقق عملية إزالة النيتروجين باستخدام COA إزالة أكاسيد النيتروجين التي لا تستطيع عملية التنظيف الرطب التقليدية تحقيقها: يمتص نظام التنظيف الرطب القلوي التقليدي ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) ولكنه لا يمتص أكسيد النيتروجين (NO)، وهو ما يمثل 90-951 طنًا من أكاسيد النيتروجين المنبعثة من أفران الأنفاق. يقوم نظام COA بأكسدة NO إلى NO₂ باستخدام ثاني أكسيد الكلور قبل مرحلة الامتصاص الرطب، مما يتيح كفاءة إزالة تصل إلى 60 طنًا من أكاسيد النيتروجين، وهي كفاءة لا يمكن تحقيقها باستخدام نظام التنظيف الرطب التقليدي وحده. يُغني هذا النهج عن الحاجة إلى طبقة محفز SCR منفصلة، والتي تتطلب معالجة الغاز عند درجات حرارة عالية، وتضيف تكلفة رأسمالية كبيرة، وتؤدي إلى انخفاض كبير في الضغط، وذلك بالنسبة لتركيزات أكاسيد النيتروجين المعتدلة نسبيًا في هذا التطبيق. - ✓
نظام متكامل للتفاعل والتخثر والترسيب لمعالجة مياه الصرف الناتجة عن التيلوريوم - صفر تصريف سائل للمركبات الخطرة: تُعالَج سوائل التنظيف المحتوية على التيلوريوم والفلورايد من برج التعبئة عبر سلسلة متكاملة من التفاعلات والتخثير والترسيب: إضافة فلوريد الكالسيوم لترسيب الفلورايد، ثم التخثير، ثم الترشيح بالضغط لفصل المواد الصلبة عن السائلة، ويُعاد تدوير الرشاحة إلى النظام. هذا يمنع التصريف المستمر لمياه الصرف الملوثة بالتيلوريوم، ويحقق إعادة تدوير المياه، ويضمن استخلاص التيلوريوم كمنتج صلب بدلاً من تصريفه إلى نظام الصرف الصحي. - ✓
مزايا نظام إزالة غازات المداخن باستخدام الحجر الجيري والجبس لتطبيقات كربونات الليثيوم: تم اختيار عملية إنتاج الجبس من الحجر الجيري لما تتميز به من سبع مزايا رئيسية: (1) انخفاض استهلاك الطاقة؛ (2) إمكانية إدارة منتج الجبس الثانوي دون إحداث تلوث إضافي؛ (3) صغر الحجم، وتصميم تدفق مُحكم؛ (4) تحسين المحاكاة الحاسوبية لتقليل المقاومة ورفع كفاءة الطاقة؛ (5) تصميم سرعة غاز منخفضة لامتصاص متجانس؛ (6) وفرة الحجر الجيري، وتوافره على نطاق واسع، وانخفاض تكلفته؛ (7) استخدام نظام رش ذي تيار معاكس وتصميم مزيل للرذاذ في الأجزاء الداخلية للبرج للحد من ترسبات جدران البرج. كما أن التركيب الكيميائي للجبس من الحجر الجيري متوافق مع محتوى الفلورايد في المواد الخام الكربوناتية، حيث يتم احتجاز الفلورايد على شكل فلوريد الكالسيوم غير القابل للذوبان داخل حلقة معلق إزالة غازات المداخن بدلاً من إطلاقه في مياه الصرف الناتجة عن الجبس. - ✓
جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب يحقق تلميعًا عميقًا للمواد الجسيمية وإزالة رذاذ الحمض في آن واحد: يجمع جهاز BLSD360-64 WESP (طراز BLEMG-2K) بين التقاط الجسيمات الكهروستاتيكي والحد من الدخان المغناطيسي في وحدة واحدة. يعمل المجال عالي الجهد على تأيين الجسيمات الدقيقة المتبقية (بما في ذلك بلورات كبريتات الكالسيوم الدقيقة من مرحلة إزالة غازات المداخن التي تمر عبر فاصل الرذاذ) والتقاطها على قطب التجميع، بالتزامن مع التقاط قطرات رذاذ الحمض المتبقية ورذاذ الماء الذي يُولّد الدخان الأبيض المرئي. توفر كفاءة التنقية المُجمّعة ≥95% تركيزًا للملوثات المختلطة عند المخرج يبلغ 5 ملغم/م³، وتزيل الدخان الأبيض المرئي في مرحلة واحدة. - ✓
إعادة التشغيل التلقائي بضغطة زر واحدة والتحكم في التغذية الراجعة في الوقت الفعلي يقللان من عبء العمل على المشغل ومخاطر أخطاء الاستجابة: تم تجهيز كل برج وبركة في النظام بأجهزة قياس مستوى السائل التي توفر بيانات فورية لنظام التحكم، مما يؤدي إلى ربط صمامات مدخل المياه والمضخات تلقائيًا. كما تتيح بيانات تحضير محلول اليوريا وتحللها الحراري لنظام التحكم إمكانية إعادة التشغيل التلقائي بضغطة زر واحدة، مما يقلل من مخاطر أخطاء المشغل أثناء إعادة تشغيل النظام، وهي الفترات الأكثر خطورة لتجاوز معايير الامتثال في الأنظمة ذات الأحمال المتغيرة العالية.
05 - النتائج التشغيلية
بيانات الامتثال الموثقة: جميع المعايير السبعة أقل من حدود الاتحاد الأوروبي IED / هولندا NER
تبلغ أقصى قدرة كهربائية مُركّبة للنظام بأكمله 1186.67 كيلوواط، بينما تبلغ قدرة التشغيل الفعلية 1047.52 كيلوواط. عند التشغيل المتواصل على مدار 24 ساعة وبسعر 0.36 يوان صيني/كيلوواط ساعة، تبلغ تكلفة الكهرباء اليومية 9050.57 يوان صيني؛ وعند 8000 ساعة تشغيل سنوية، تبلغ تكلفة الكهرباء السنوية ما يعادل 301683.76 يوان صيني تقريبًا. أما تكلفة المياه السنوية فتبلغ ما يعادل 8 يوانات صينية تقريبًا (4.66 طن/ساعة بسعر 2 يوان صيني/طن). وتبلغ تكلفة الحجر الجيري السنوية ما يعادل 15.36 يوان صيني تقريبًا (64 كجم/ساعة بسعر 300 يوان صيني/طن).
06 - احتياطات التنفيذ
الدروس الهندسية والتشغيلية الحاسمة لمعالجة الغازات المنبعثة من أفران كربونات الليثيوم
- ⚠️
تُعد درجة حرارة غازات المداخن وتقلبات ثاني أكسيد الكبريت المصدر الرئيسي لعدم استقرار تصريف النظام - لذا يجب ضمان التواصل التشغيلي الوثيق بين فريق الفرن وغرفة التحكم في المعالجة: تتمثل المخاطر التشغيلية الرئيسية الموثقة في تقلبات درجة حرارة غازات المداخن وتركيز ثاني أكسيد الكبريت. يتراوح تركيز ثاني أكسيد الكبريت الداخل بين 100 و500 ملغم/م³، وذلك تبعًا لدفعة المواد الخام الكربوناتية. يجب وضع بروتوكول رسمي للإخطار المسبق بأي تغييرات مُخطط لها في الإنتاج تؤثر على تركيب الغاز أو حجمه، وتطبيقه بصرامة. يسمح الإخطار المسبق لمدة 15 دقيقة على الأقل بأي تغيير في معايير تشغيل الفرن لنظام التحكم في نظام إزالة غازات المداخن بتحديد جرعة الكواشف مسبقًا قبل دخول تغيير التركيز إلى جهاز الامتصاص. - ⚠️
يُعد التحكم في درجة الحموضة لبرج التعبئة (برج إزالة التيلوريوم) أكثر المعايير حساسية من الناحية التشغيلية: يكمن مفتاح كفاءة إزالة التيلوريوم في التحكم بدرجة الحموضة في سائل إعادة تدوير برج التعبئة، بالتزامن مع ضبط تشغيل مضخة التدوير بناءً على درجة حرارة غازات الاحتراق ومحتوى مركبات التيلوريوم. إذا انحرفت درجة الحموضة عن نطاق الامتصاص الأمثل، تنخفض كفاءة إزالة التيلوريوم بسرعة، مما يؤدي إلى تجاوز الحد المسموح به وفقدان قيمة الاسترداد. لذا، يُنصح بتطبيق نظام مراقبة مستمرة لدرجة الحموضة مع نقاط ضبط إنذار عند الحدين الأدنى والأعلى لنطاق درجة الحموضة المستهدف، مع إضافة مياه عذبة تلقائيًا عند ارتفاع درجة الحموضة فوق الحد الأقصى المستهدف. - ⚠️
يجب أن تُرسل مراقبة درجة حرارة مدخل برج التعبئة (جهاز التنقية الأساسي) وبرج إزالة غازات المداخن تغذية راجعة إلى نظام التحكم لحماية المعدات الواقعة في اتجاه المصب: يجب ربط نظام مراقبة درجة الحرارة عند مدخلي برج المرحلة الأولى والثانية بنظام التحكم المزود بخاصية التغذية الراجعة التلقائية. تعمل درجة حرارة الغاز المقاسة على ضبط معايير تشغيل المعدات ونقاط ضبط العملية في الوقت الفعلي، مما يحمي مواد مقاومة التآكل من تجاوز درجة حرارتها المقدرة، ويضمن تشغيل كيمياء إزالة غازات المداخن ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل لإذابة الحجر الجيري وأكسدة كبريتيت الكالسيوم. - ⚠️
تُعدّ تسريبات الأنابيب في عملية الإنتاج من المخاطر التشغيلية الثانوية، حيث تعمل بيئة الغاز المسببة للتآكل على تسريع تدهور الوصلات والأختام. تُشكّل بيئة الغاز الحمضي ومركب التيلوريوم مجتمعةً بيئةً شديدة التآكل لجميع الأنابيب الملامسة للسائل. لذا، يُنصح بإجراء جولات فحص بصري أسبوعية لجميع وصلات الأنابيب والصمامات، مع إيلاء اهتمام خاص لأسطح الفلنجات، ومفاصل التمدد، والأختام الميكانيكية للمضخات. كما يُنصح بالاحتفاظ بمخزون من قطع الغيار لجميع أقسام الأنابيب الحيوية. ويجب أن يكون استبدال أي قسم من الأنابيب في حالات الطوارئ ممكنًا في غضون 4 ساعات لمنع توقف الإنتاج من تجاوز فترة الصيانة المخططة. - ⚠️
يجب التعامل مع مياه الصرف المحتوية على التيلوريوم من برج التعبئة كنفايات خطرة حتى يتم التأكد من أن تركيز التيلوريوم في المياه الخارجة أقل من الحد الأدنى: يُصنَّف التيلوريوم كمادة خطرة بموجب لائحة REACH الأوروبية عند تجاوز تركيزاته القيم الحدية البيئية. تحتوي مياه الصرف الناتجة عن تفاعل برج التعبئة على مركبات تيلوريوم ذائبة ومواد صلبة من فلوريد الكالسيوم، والتي يجب تحليلها مخبرياً قبل اعتماد أي مسار للتصريف أو إعادة الاستخدام. وبالمثل، يجب تصنيف المنتج الصلب الناتج عن الترشيح بالضغط (كعكة تيلوريد الكالسيوم/فلوريد الكالسيوم) قبل التخلص منه أو إعادة استخدامه. - ⚠️
يتطلب نظام الجهد العالي (80 كيلو فولت) التابع لشركة WESP بروتوكولات صارمة للسلامة الكهربائية وضوابط صارمة لدخول الأفراد: يعمل جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب بجهد عالٍ يبلغ حوالي 80 كيلوفولت. يجب أن يخضع دخول جميع الأفراد إلى منطقة جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الرطب لإجراءات عزل/إيقاف تشغيل رسمية (LOTO) مع عزل فعلي لمصدر الطاقة عالي الجهد بواسطة مفتاح قبل أي دخول. يُشترط إجراء فحص سنوي للسلامة الكهربائية من قِبل جهة معتمدة لاختبارات الكهرباء بموجب لوائح التركيبات الكهربائية الهولندية (NEN 3140). يجب أن يتضمن نظام SCADA الخاص بمولد BLEMG-2K نظام أمان مُعتمد للأفراد يمنع تشغيل التيار عالي الجهد عند فتح باب الدخول.
07 — أهم النقاط الهندسية
أربعة دروس مستفادة من مشروع تنقية غازات المداخن باستخدام كربونات بطاريات الليثيوم
- 1
إن متطلبات الامتثال التنظيمي وفرص استعادة الموارد ليست بدائل - بل يمكن تصميمها لتعزيز بعضها البعض. يُحفّز شرط استخلاص التيلوريوم (بتركيز ≤ 0.05 ملغم/م³ عند المخرج) استخلاص 99.51% من التيلوريوم من تيار الغازات المنبعثة. ويُعاد استخدام التيلوريوم المستخلص مباشرةً في تصنيع مواد البطاريات. أما المشاريع التي تُركّز على متطلبات الامتثال من منظور التكاليف فقط، فتُفوّت فرصةً اقتصاديةً لاستخلاص مركبات ذات قيمة تجارية، والتي تُلزم اللوائح باستخلاصها على أي حال. ويُعدّ استخلاص التيلوريوم والفلورايد والجبس والحرارة أمثلةً من هذا المشروع، حيث تتوافق متطلبات الامتثال مع فرصة استخلاص الموارد. - 2
تعتبر عملية إزالة النيتروجين التأكسدية COA هي التقنية المناسبة لتركيزات NOx المعتدلة (30-50 ملغم/م3) في تطبيقات التنظيف الرطب حيث يكون SCR مصممًا بشكل مفرط. عندما يكون تركيز أكاسيد النيتروجين الداخلة أقل من 100 ملغم/م³، وتتضمن سلسلة المعالجة بالفعل مراحل تنقية رطبة، فإن إزالة النيتروجين باستخدام COA (إزالة 60%، لا تتطلب طبقة محفزة، وتعمل عند درجات حرارة تشغيل جهاز التنقية) تُعدّ أكثر ملاءمة من الناحيتين الاقتصادية والتشغيلية من الاختزال التحفيزي الانتقائي (الذي يتطلب إدارة درجة حرارة تتراوح بين 350 و400 درجة مئوية، وتوفير المحفزات واستبدالها، ونظام حقن الأمونيا أو اليوريا). يجب أن يستند قرار اختيار التقنية إلى مستوى تركيز أكاسيد النيتروجين المحدد وسياق سلسلة المعالجة، وليس إلى معرفة واضع المواصفات بتقنية معينة. - 3
تتطلب نطاقات تركيز الملوثات الواسعة في المدخل تحديد حجم النظام بناءً على أسوأ الحالات، وليس المتوسط. يتراوح تركيز ثاني أكسيد الكبريت الداخل بين 100 و500 ملغم/م³، ما يمثل تباينًا بمقدار خمسة أضعاف بين الحد الأدنى والحد الأقصى. سيحقق نظام مصمم وفقًا للتركيز المتوسط (مثلاً 300 ملغم/م³) بكفاءة إزالة 84% تركيزًا عند المخرج يبلغ 48 ملغم/م³ في الظروف المتوسطة، ولكنه سيصل إلى 80 ملغم/م³ - أي عند الحد الأقصى - خلال فترات ذروة التركيز البالغة 500 ملغم/م³، مع العلم أن أي خلل تشغيلي سيؤدي إلى تجاوز الحد المسموح به. يُعد التركيز الأقصى الداخل هو الأساس الصحيح للتصميم دائمًا؛ أما هامش الامتثال خلال فترات التركيز المتوسط فهو بمثابة حاجز مصمم لمواجهة التباين التشغيلي. - 4
إن الاعتماد على البنية التحتية الحالية للعمليات بدلاً من تصميم نظام معالجة جديد يقلل من التكلفة الرأسمالية واضطرابات التركيب. بُني هذا المشروع على أساس البنية التحتية التكنولوجية والتشغيلية القائمة للمنشأة، مع التركيز على تحسين نقاط التكامل بين مراحل المعالجة الجديدة والمعدات الحالية بدلاً من استبدال البنية التحتية الوظيفية. يتمثل التخصص الهندسي الرئيسي في تحديد خصائص البنية التحتية الحالية بدقة (معدلات التدفق، ودرجات الحرارة، والضغوط، والتركيب الكيميائي) وتصميم قدرات المعالجة الإضافية التي لا يوفرها النظام الحالي. عادةً ما يقلل هذا النهج التكلفة الرأسمالية للمشروع بمقدار 20-351 تريليون طن مقارنةً بتصميم نظام معالجة جديد كليًا.
08 — الأسئلة الشائعة
معالجة غازات العادم المنبعثة من أفران نفق كربونات بطاريات الليثيوم: إجابات على عشرة أسئلة
أسئلة من مديري تصاريح البيئة، ومهندسي إنتاج مواد البطاريات، وفرق الاستدامة في منشآت تصنيع كربونات الليثيوم ومواد الكاثود النشطة التي تخطط لتحديثات تنقية غازات المداخن بموجب متطلبات مرسوم الأنشطة الهولندي/الاتحاد الأوروبي IED.
هل أنت مستعد لحل مشكلة انبعاثات أفران مواد البطاريات؟
استكشف المجموعة الكاملة من حلول التحكم في الانبعاثات الصناعية
من تنقية غازات المداخن متعددة الملوثات لأفران نفق كربونات بطاريات الليثيوم إلى أنظمة الأكسدة الحرارية التجديدية للحد من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة في الصناعات الدوائية والكيميائيةيقدم فريقنا الهندسي حلولاً متوافقة مع توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الذكية لتلبية متطلبات التحكم في انبعاثات مواد الطاقة الجديدة الأكثر تطلباً.
