الانتقال إلى المحتوى
Vişne Chem

مجالات التطبيق

معالجة غازات المداخن

إزالة SO₂ وHCl وHF عبر حقن الممتزات الجافة وشبه الجافة، مع اختيار الممتز والحسابات الكيميائية.


نظرة عامة

لا تعالج منظومة الغازات المتصاعدة ملوثًا واحدًا بل خليطًا من الغازات الحمضية: يسود SO₂ و SO₃ في مراجل الفحم والكتلة الحيوية، ويسود HCl و HF في محارق النفايات، أما في أفران الزجاج والسيراميك فيظهر النوعان معًا بنسب متغيرة. ويمكن التقاطها جميعًا بمادة ماصة أساسها الكالسيوم، لكن ليس بالجرعة نفسها ولا النعومة نفسها ولا نافذة الحرارة نفسها.

أصبح الحقن الجاف وشبه الجاف للمادة الماصة الحل السائد في المنشآت متوسطة الحجم لأنه لا ينتج مياه صرف، وتكلفة إنشائه أقل، ولا يستلزم إعادة تسخين الغاز. والمشكلة الهندسية الحقيقية هنا ليست كيميائية بل مشكلة تلامس: فالتفاعل بين حبيبة الجير المطفأ وجزيء الغاز يجري على السطح الخارجي وفي المسام المفتوحة فقط، ويُنتظر أن يكتمل خلال ثوانٍ معدودة.

لذلك تأتي النقاوة الكيميائية للمادة الماصة في المرتبة الثانية داخل خط الغازات؛ فالحاسم هو المساحة السطحية BET وحجم المسام وتوزيع حجم الحبيبات. ومقاربة VisneChem في هذا المجال هي التعامل مع خواص المادة الماصة والنسبة المولية Ca/S ودرجة حرارة الاقتراب باعتبارها نافذة تشغيل واحدة. فتغيير أحد هذه المتغيرات الثلاثة بمعزل عن الآخرين يرفع الاستهلاك عادةً دون أن يخفض الانبعاث بالقدر المتوقع.

أين يتوقف تفاعل الصلب مع الغاز فعليًا

عندما تلتقي حبيبة Ca(OH)₂ بغاز SO₂ تتكوّن على سطحها طبقة من CaSO₃·½H₂O، ومع HCl تتكوّن طبقة ملحية أساسها كلوريد الكالسيوم. والحجم المولي لطبقة النواتج هذه أكبر من حجم المتفاعل، فتُغلق أفواه المسام وتوقف انتشار الغاز نحو قلب الحبيبة. والنتيجة أن جزءًا كبيرًا من الكالسيوم المحقون يصل إلى رماد المرشح دون أن يتفاعل إطلاقًا. وهذا ليس سوء تشغيل بل نتيجة طبيعية لآلية التفاعل؛ فالهدف ليس بلوغ تحوّل 100% بل تحقيق الإزالة المطلوبة عند نسبة Ca/S مقبولة.

الحد الثاني هو زمن التلامس. فالتلامس داخل القناة يبلغ عادةً 1–3 ثوانٍ؛ وعند سرعة غاز 15–20 m/s يعني ذلك مسافة 20–50 مترًا فقط بين نقطة الحقن والمرشح. والتحوّل الكامل مستحيل في هذا الزمن. أما الجزء الأكبر من الإزالة الفعلية — 50–80% في معظم المنشآت — فيحدث في الكعكة المتراكمة على مرشح الأكياس، حيث يرتفع زمن التلامس إلى رتبة الدقائق. لذلك فإن فترة تنظيف المرشح ونسبة الهواء إلى القماش وسماكة الكعكة معاملات كيميائية لا معاملات لاحتجاز الغبار فحسب.

الحرارة تضيّق النافذة من الطرفين. ففي الحقن الجاف يفقد Ca(OH)₂ ماءه فوق نحو 400 °C ويعود إلى CaO، فتنهار بنية المسام وتنخفض الفعالية؛ ودون 140 °C يقترب SO₃ وبخار الماء من نقطة الندى الحمضية فيبدأ التآكل في القناة والمرشح. وفي الأنظمة شبه الجافة ليس الحاسم هو الحرارة المطلقة بل فرق الاقتراب من حرارة التشبع الأدياباتي (ΔT). والنطاق التشغيلي المعتاد 15–30 K: فكلما ضاق ΔT ارتفعت الإزالة، وارتفع معها خطر الالتصاق والتكتل وفقد الضغط على الأكياس.

أكثر رقم مضلّل هو نسبة Ca(OH)₂ في شهادة تحليل المادة الماصة. فقد يكون نوعان من الجير المطفأ بنقاوة 94% كلاهما؛ لكن إذا كانت مساحة أحدهما 16 m²/g والآخر 38 m²/g فإن الجرعة اللازمة للإزالة نفسها تختلف بنحو الضعف. والمصيدة الثانية هي شرط إسناد قيمة الانبعاث: فما لم تُعطَ نتيجة SO₂ على أساس جاف ومصححة إلى مرجع O₂ الصحيح (6% لحرق الفحم و11% لحرق النفايات)، فإن هواء التخفيف المتسرب وحده يُجمّل الرقم. والمحلل الذي لا يخضع لضبط الانحراف QAL3 وفق EN 14181 ينزلق بصمت خلال أشهر، ثم تُضبط الجرعة على ذلك الرقم المنزلق.

أي مادة ماصة، وبأي نعومة، وعند أي حرارة

المادة القياسية للحقن الجاف هي الجير المطفأ (Ca(OH)₂، وغالبًا من الصنف CL 90-S وفق EN 459-1). يُنقل هوائيًا من الصومعة ويُحقن مباشرة في القناة؛ دون خط ماء أو مضخة معلّق أو خلاط أو معالجة صرف. ومع الهيدرات القياسي تكون النسبة المولية Ca/S النموذجية لإزالة 85–95% من SO₂ بين 1.8 و3.0. وسبيل خفض هذه النسبة ليس زيادة الجير بل تحسين السطح.

الهيدرات عالي المساحة السطحية (BET بين 30 و45 m²/g، وحجم مسام 0.15–0.20 cm³/g) يحقق الإزالة نفسها عند Ca/S بين 1.3 و1.8. سعر الطن أعلى من الهيدرات القياسي، لكن انخفاض الاستهلاك يقلّل إجمالي كلفة الكاشف وكمية المخلفات المطلوب التخلص منها معًا. والقرار الصحيح يُتخذ بجمع سعر الجير مع كلفة التخلص من المخلفات؛ أما مقارنة سعر الطن وحده فتقود معظم المنشآت إلى نتيجة خاطئة.

في وحدة الامتصاص بالتجفيف الرذاذي شبه الجافة (SDA) تُغذّى المادة الماصة على شكل حليب جير. وإنتاج هذا الحليب في الموقع من الجير الحي أرخص لكل مول Ca من شراء هيدرات جاهز؛ لكن حجم حبيبات Ca(OH)₂ الناتج ومساحته السطحية يعتمدان كليًا على ظروف الإطفاء. فما لم تُضبط حرارة ماء الإطفاء ونسبة الماء إلى الجير وفعالية CaO (اختبار t₆₀ في EN 459-2)، ينتج من المادة الخام نفسها حليب متفاوت الجودة ويصبح التجريع غير مستقر.

في مراجل الطبقة المميعة الدوّارة تُغذّى المادة الماصة إلى الطبقة مباشرة على هيئة كربونات كالسيوم طبيعية. ونافذة التكليس هنا ضيقة: عند 820–870 °C يتفكك CaCO₃ ويتحرر CaO مسامي؛ وفوق 900 °C يغلق التلبيد المسام وترتفع نسبة Ca/S بسرعة. وتُستخدم المادة نفسها في الغسالات الرطبة، لكن الحاسم هناك سرعة الذوبان ومستوى الشوائب — خصوصًا MgO والمتبقي غير الذائب في الحمض — لا المساحة السطحية.

النعومة هي المعامل المشترك بين المسارين: يستهدف الحقن الجاف D50 بين 4 و8 µm وD97 دون 40 µm. فالجزء الأكبر من 40 µm لا يتفاعل عمليًا، ولا يضيف سوى حمل على المرشح وحجم مخلفات. ويُقاس حجم الحبيبات بحيود الليزر وفق ISO 13320 والمساحة السطحية بطريقة BET وفق ISO 9277؛ وبدون هذين الرقمين لا تصح المقارنة بين مادتين. ولأن الجير الحر غير المتفاعل في رماد المرشح يبلغ عادةً 40–60%، فإن إعادة تدوير الرماد تخفض استهلاك المادة الطازجة بنسبة 20–40%، وهي ممارسة شائعة أيضًا في خطوط التلبيد وأفران القوس الكهربائي.

نطاقات التشغيل

  • النسبة المولية Ca/S — جاف، هيدرات قياسي

    1.8–3.0

    لإزالة 85–95% من SO₂

  • النسبة المولية Ca/S — هيدرات عالي المساحة

    1.3–1.8

    BET ≥ 30 m²/g

  • النسبة المولية Ca/S — شبه جاف (SDA/CDS)

    1.1–1.6

    حليب جير أو هيدرات مرطّب

  • النسبة المولية Ca/(Cl+F)

    1.1–1.6

    HCl و HF؛ تفاعل أسرع من SO₂

  • حرارة الحقن الجاف

    140–350 °C

    الحد الأدنى نقطة الندى الحمضية والأعلى نزع الماء

  • الاقتراب من حرارة التشبع (ΔT)

    15–30 K

    شبه جاف؛ ΔT الضيق يسبب انسداد الأكياس

  • نعومة المادة الماصة D50 / D97

    4–8 µm / < 40 µm

    ISO 13320، حيود الليزر

  • المساحة السطحية BET

    15–20 / 30–45 m²/g

    قياسي / عالي الفعالية؛ حجم المسام 0.08–0.20 cm³/g، ISO 9277

  • زمن التلامس داخل القناة

    1–3 s

    20–50 m عند سرعة غاز 15–20 m/s

  • نسبة الهواء إلى القماش في مرشح الأكياس

    0.8–1.2 m/min

    للحفاظ على تأثير الكعكة كمفاعل

  • معدل إعادة تدوير الرماد

    3–10 ×

    الجير الحر في الرماد 40–60%

  • شرط إسناد الانبعاث

    غاز جاف، 6% / 11% O₂

    فحم / حرق نفايات؛ EN 14791، EN 1911

خطوات التطبيق

  1. 01

    توصيف الغاز ومنحنى الحمل

    تُقاس قيم SO₂ و SO₃ و HCl و HF والغبار والرطوبة و O₂ والحرارة في آنٍ واحد. والمتوسط لا يكفي لتحديد أبعاد المنظومة؛ فالحمل الأقصى هو الحاسم. ففي محارق النفايات وخطوط تدوير البلاستيك قد يضاعف تغيّر دفعة التغذية حمل HCl ثلاث مرات خلال عشر دقائق، وفي مراجل الفحم ينزاح محتوى الكبريت مع تغيّر الطبقة والمورّد.

    ويجب قياس SO₃ بطريقة خاصة (التكثيف المتحكم به)؛ فمحلل SO₂ القياسي لا يراه، مع أن SO₃ يحدد جزءًا كبيرًا من استهلاك المادة الماصة ومن نقطة الندى الحمضية. كما يجب أن يستوفي مستوى القياس شروط التجانس والوصول في EN 15259 — فإن كان توزيع الملوث في المقطع غير منتظم، قادت القيمة المأخوذة من نقطة واحدة التصميم كله إلى الخطأ.

  2. 02

    اختيار المادة الماصة واختبار الفعالية المخبري

    تُوصَّف المواد المرشحة بالمساحة السطحية BET (ISO 9277) وحجم المسام وتوزيع حجم الحبيبات (ISO 13320) والرطوبة الحرة ودرجة الكربنة. ويجب أن تتم المقارنة دائمًا عند نسبة مولية Ca/حمض متساوية لا عند كتلة متساوية؛ فمقارنة منتجين مختلفي النقاوة على أساس الكيلوغرام تفسد النتيجة من البداية.

    وينبغي إجراء اختبار الفعالية بتركيب قريب من الغاز الحقيقي: HCl وبخار ماء و O₂ إلى جانب SO₂. فالترتيب المستخلص في غاز اصطناعي جاف لا يتكرر ميدانيًا، لأن بخار الماء يسرّع تفاعل السطح ويغيّر بنية طبقة النواتج معًا. ويعطي المنحنى المأخوذ من مفاعل ذي طبقة ثابتة أو تدفق منجرف التقدير الأول لنافذة Ca/S في المنشأة.

  3. 03

    تصميم نقطة الحقن والتوزيع

    يحدد عدد رماح الحقن وزواياها ومواضعها في المقطع سرعة انتشار المادة الماصة في تيار الغاز. وتُبقى سرعة الغاز عادةً بين 12 و20 m/s؛ وتُترجم المسافة بين نقطة الحقن والمرشح مباشرةً إلى زمن تلامس. ويُتحقق من انتشار النفاث بمحاكاة CFD — فالحقن قرب الجدار ينتج ترسبات في قاع القناة وانسدادًا مع الوقت.

    ويُعد تدفق هواء النقل وضغطه حاسمين لتشتيت المادة دون تكتل. فالهيدرات الذي امتص الرطوبة يشكّل جسورًا في الصومعة ويغذّي بشكل غير منتظم عبر لولب التجريع، وهو ما يظهر كقفزات تمتد دقائق على منحنى الانبعاث. ويجب تصميم الصومعة ونظام التهوية ولولب التجريع والقاذف كسلسلة تغذية واحدة لا كمعدات منفصلة.

  4. 04

    التحكم في الرطوبة وحرارة الاقتراب

    في الأنظمة شبه الجافة يُضبط حقن الماء ليبقى الغاز أعلى من حرارة التشبع الأدياباتي بمقدار 15–30 K. ويجب أن تتبخر كل قطرة تمامًا خلال زمن طيرانها داخل القناة؛ فالقطرة غير المتبخرة تصنع ترسبات رطبة في قاع القناة وتآكلًا ثم تقشرًا صلبًا. لذلك يُعد اختيار البخاخات وضغط الترذيذ جزءًا من الأداء الكيميائي.

    كما يرفع ترطيب القناة الإزالة بوضوح في الأنظمة الجافة أيضًا؛ ومن الشائع كسب 10–20 نقطة عند النسبة Ca/S نفسها. لكن حين يهبط هامش نقطة الندى دون 15–20 K يبدأ انسداد الأكياس وتآكل القناة. ويجب متابعة الحرارة عند مدخل المرشح ومخرجه على حدة، لا إدارتها من نقطة واحدة.

  5. 05

    إدارة مرشح الأكياس والكعكة

    مرشح الأكياس في هذه العملية ليس مجمّع غبار فحسب بل مفاعل ثانٍ. وتُبقى نسبة الهواء إلى القماش بين 0.8 و1.2 m/min وفقد الضغط عادةً بين 1000 و2000 Pa. وكلما طالت فترة التنظيف طال بقاء الغاز في الكعكة وارتفعت الإزالة؛ وإن أُفرِط في التطويل دُفع الثمن فقدًا في الضغط وطاقة مروحة وإجهاد أكياس. فالأمثل خيار واعٍ بين الانبعاث والطاقة.

    ويُختار قماش الأكياس حسب الحرارة والوسط الكيميائي: PPS حتى نحو 190 °C تشغيل مستمر، وPTFE حتى نحو 250 °C، والألياف الزجاجية بغشاء PTFE أعلى من ذلك. وفي التشغيل شبه الجاف يحدد هامش الرطوبة مقاومة القماش للتحلل المائي؛ إذ يشيخ PPS أسرع من المتوقع عند اجتماع O₂ المرتفع مع الرطوبة. وعند هذه النقطة تحديدًا يرتبط عمر الأكياس باختيار المادة الماصة.

  6. 06

    إعادة التدوير وخفض استهلاك المادة الماصة

    يُقاس الجير الحر غير المتفاعل في رماد المرشح (بطريقتي السكر أو EDTA ضمن ASTM C25). فإن وقع بين 40 و60% كانت إعادة التدوير مجدية اقتصاديًا. وإعادة الرماد إلى خط الحقن بمعدل 3–10 أضعاف تخفض استهلاك المادة الطازجة عادةً بنسبة 20–40% وتقلّل المخلفات المطلوب التخلص منها بالنسبة نفسها.

    وترطيب الرماد المعاد ترطيبًا خفيفًا يشقّ طبقة النواتج ويعيد فتح جزء من المسام المغلقة؛ وأثره واضح على منحنى الإزالة. لكن إن ارتفعت الرطوبة أكثر من اللازم بدأ الالتصاق والانسداد في خطوط نقل الرماد — والنطاق 2–5% آمن في معظم المنشآت. فمعدل إعادة التدوير ليس رقمًا ثابتًا بل ضبطًا يُحدَّث دوريًا وفق تحليل الجير الحر في الرماد.

  7. 07

    القياس والمعايرة وحلقة التحكم في التجريع

    تُدار منظومة الرصد المستمر للانبعاثات وفق EN 14181: ملاءمة QAL1، ومعايرة QAL2، وضبط الانحراف المستمر QAL3. وتتم معايرة QAL2 بالطرق المرجعية القياسية — EN 14791 لـ SO₂ وEN 1911 لـ HCl وEN 13284-1 للغبار. وإهمال QAL3 يعني انزلاق المحلل خلال أشهر، ثم يُضبط التجريع على قيمة انبعاث غير موجودة أصلًا.

    وحلقة التحكم التي تراقب SO₂ عند المدخنة وحدها تتأخر دائمًا؛ فالتأخر عبر كعكة المرشح يبلغ دقائق، وتكون قفزة الحمل قد مرّت قبل أن تستجيب التغذية الراجعة. والبنية الصحيحة تجمع التغذية الأمامية من حمل المدخل مع التغذية الراجعة من المخرج. وهذا يخفض متوسط الاستهلاك ويمنع تجاوز المتوسطات نصف الساعية في آن واحد.

  8. 08

    إدارة المخلفات والتشغيل الأولي

    المخلفات خليط من CaSO₃/CaSO₄ وأملاح الكلوريد والـ Ca(OH)₂ غير المتفاعل والرماد المتطاير. وكلوريد الكالسيوم شديد الاسترطاب وعالي الذوبان في الماء، وهو ما يحكم سلوك المخلفات في التخزين والمناولة والارتشاح. وفي محارق النفايات تُصنَّف هذه المخلفات غالبًا نفايات خطرة وتتطلب تثبيتًا — فكلفة التخلص جزء لا ينفصل عن قرار اختيار المادة الماصة.

    وأثناء التشغيل الأولي تُرفع نسبة Ca/S تدريجيًا لرسم منحنى الإزالة ومعرفة موضع بلوغه المستوى المستقر. والهدف هو التشغيل في وسط نطاق BAT-AEL لا تحت حد الترخيص بقليل، ليبقى هامش لتقلبات الحمل. ولتحديد مواصفة المادة الماصة ونافذة Ca/S واستراتيجية إعادة التدوير الخاصة بمنشأتك يمكن العمل مع فريقنا الفني.

المنتجات المستخدمة في هذا المجال

الأسئلة الشائعة

كيف أختار بين الحقن الجاف والنظام شبه الجاف؟

الحاسم هو حمل الغاز الحمضي الداخل ونسبة الإزالة المستهدفة. فللأهداف دون 90% ومع حمل SO₂ معتدل يكفي الحقن الجاف عادةً، والمنشأة أبسط بكثير. أما إذا اجتمعت إزالة 95% فأكثر مع حمل مرتفع فإن النظام شبه الجاف يخفض Ca/S إلى 1.1–1.6 ويعوّض كلفته من وفر الكاشف مع الوقت.

لماذا تبلغ نسبة Ca/S نحو 2 بدل 1.0 المكافئة للستوكيومترية؟

لأن التفاعل لا يجري إلا على سطح الحبيبة. فطبقة CaSO₃/CaSO₄ المتكوّنة تغلق أفواه المسام وتمنع وصول الغاز إلى القلب. ومع زمن تلامس داخل القناة لا يتجاوز 1–3 ثوانٍ لا يكتمل التحوّل أبدًا؛ والتحوّل العملي مع الهيدرات القياسي يقع بين 35 و55%.

هل أستخدم الجير المطفأ أم الجير الحي؟

في الحقن الجاف الجواب واضح: الجير المطفأ، لأنه يدخل القناة مباشرة دون خط ماء. أما الجير الحي فيصح فقط في الخطوط شبه الجافة (SDA) التي يُحضَّر فيها حليب الجير؛ فهو يخفض الكلفة لكل مول Ca، لكن دون ضبط ظروف الإطفاء تصبح جودة الحليب والجرعة غير مستقرتين.

هل يبرر الهيدرات عالي المساحة كلفته الإضافية؟

في معظم المنشآت نعم، لكن القرار يُبنى على الكلفة الإجمالية لا على سعر الطن. فالانتقال من Ca/S 2.5 إلى 1.5 يخفض الاستهلاك نحو 40%، ويخفض معه المخلفات المطلوب التخلص منها بالنسبة نفسها. وحين تُصنَّف المخلفات نفايات خطرة يفوق هذا الوفر الثاني فارق سعر الجير عادةً.

هل إزالة HCl و HF أسهل من SO₂؟

نعم وبوضوح. فتفاعل HCl مع Ca(OH)₂ أسرع من تفاعل SO₂، وطبقة النواتج تعيق الانتشار بدرجة أقل. لذلك تبقى نسبة Ca/(Cl+F) في نطاق قريب من الستوكيومتري بين 1.1 و1.6. وفي محارق النفايات يحدد SO₂ الجرعة غالبًا، ويُزال HCl كناتج جانبي لتلك الجرعة.

لماذا نافذة حرارة الحقن ضيقة إلى هذا الحد؟

الحد الأعلى يفرضه نزع الماء من Ca(OH)₂: فوق نحو 400 °C يتحول إلى CaO وتنهار بنية مسامه فتنخفض فعاليته. والحد الأدنى تفرضه نقطة الندى الحمضية؛ فدون نحو 140 °C يتكثف SO₃ وبخار الماء ويبدأ التآكل في القناة والمرشح. ونطاق التشغيل يقع بين هذين الحدين.

ما مدى أهمية نعومة المادة الماصة؟

بأهمية المساحة السطحية نفسها، لأنهما معًا يحددان المساحة المتاحة للتفاعل. فحين يتجاوز D97 حدّ 40 µm لا يتفاعل ذلك الجزء الخشن عمليًا، ولا يضيف سوى حمل على المرشح وحجم مخلفات. وطلب منحنى حجم حبيبات كامل مقاس وفق ISO 13320 من المورّد يفيد أكثر بكثير من قيمة D50 مفردة.

هل تخفض إعادة تدوير رماد المرشح الاستهلاك فعلًا؟

نعم إذا كان الجير الحر في الرماد بين 40 و60%. فمعدل إعادة تدوير 3–10 أضعاف يخفض استهلاك المادة الطازجة عادةً بنسبة 20–40%. ويزيد الترطيب الخفيف للرماد (2–5%) من الأثر بشقّ طبقة النواتج، لكن الرطوبة الزائدة تبدأ الالتصاق والانسداد في خطوط نقل الرماد.

هل يمكن حقن الحجر الجيري (CaCO₃) مباشرة في القناة؟

ليس عند حرارة القناة — فالتكليس يحتاج فوق 800 °C، والقناة لا تبلغها. ومكان الحجر الجيري هو الحقن داخل الطبقة (مراجل CFB عند 820–870 °C) والغسالات الرطبة. أما في الحقن الجاف داخل القناة فيجب أن يكون مصدر الكالسيوم Ca(OH)₂.

النظام الجاف لا ينتج مياه صرف، فماذا عن المخلفات؟

تخرج المخلفات صلبة جافة: كبريتيت/كبريتات وأملاح كلوريد وجير غير متفاعل ورماد متطاير. وفي محارق النفايات تُصنَّف عادةً نفايات خطرة وتحتاج تثبيتًا. واختيار الغسالة الرطبة يقلّص هذا البند لكنه يستلزم خط معالجة مياه صرف مستقلًا لماء التصريف؛ والمقارنة يجب أن تُجرى برؤية الكلفتين معًا.

عينة وتوصية جرعة لهذه العملية

صف استخدامك الحالي وهدفك، وسيعود إليك فريقنا الفني بالمواصفة المناسبة وجرعة البدء.