זרבובית FGD מסיליקון קרביד להסרת גופרית בתחנת כוח

חרירי סופג להסרת גופרית של גזי פליטה (FGD)
הסרת תחמוצות גופרית, המכונות בדרך כלל SOx, מגזי פליטה באמצעות ריאגנט אלקלי, כגון תרחיף אבן גיר רטובה.

כאשר דלקים מאובנים משמשים בתהליכי בעירה להפעלת דוודים, תנורים או ציוד אחר, יש להם פוטנציאל לשחרר SO2 או SO3 כחלק מגזי הפליטה. תחמוצות גופרית אלו מגיבות בקלות עם יסודות אחרים ויוצרות תרכובות מזיקות כגון חומצה גופרתית, ויש להן פוטנציאל להשפיע לרעה על בריאות האדם והסביבה. בשל השפעות פוטנציאליות אלו, שליטה בתרכובת זו בגזי פליטה היא חלק חיוני מתחנות כוח פחמיות ויישומים תעשייתיים אחרים.

עקב חששות לשחיקה, סתימה והצטברות, אחת המערכות האמינות ביותר לשליטה בפליטות אלו היא תהליך של הסרת גופרית (FGD) במגדל פתוח המשתמש באבן גיר, סיד מיובש, מי ים או תמיסה אלקלית אחרת. זרבובית ריסוס מסוגלת לפזר את התרחיפים הללו ביעילות ובאמינות לתוך מגדלי ספיגה. על ידי יצירת דפוסים אחידים של טיפות בגודל מתאים, זרבובית זו מסוגלת ליצור ביעילות את שטח הפנים הדרוש לספיגה תקינה תוך מזעור סחיפה של תמיסת הקרצוף לתוך גז הפליטה.

בחירת זרבובית סופגת FGD:
גורמים חשובים שיש לקחת בחשבון:

צפיפות וצמיגות של חומרי קרצוף
גודל טיפה נדרש
גודל הטיפות הנכון חיוני להבטחת קצב ספיגה תקין
חומר הזרבובית
מכיוון שגז הפליטה הוא לעתים קרובות קורוזיבי ונוזל הקרצוף הוא לעתים קרובות תרחיף עם תכולת מוצקים גבוהה ותכונות שוחקות, בחירת החומר המתאים לעמידות בפני קורוזיה ובלאי חשובה.
עמידות בפני סתימות זרבובית
מכיוון שנוזל הקרצוף הוא לעתים קרובות תרחיף עם תכולת מוצקים גבוהה, בחירת הפיה תוך התחשבות בעמידות לסתימה חשובה.
דפוס ריסוס הזרבובית ומיקוםו
על מנת להבטיח ספיגה תקינה, כיסוי מלא של זרם הגז ללא מעקף וזמן שהייה מספק חשוב.
גודל וסוג חיבור הזרבובית
קצבי זרימת נוזל קרצוף נדרשים
ירידת לחץ זמינה (∆P) על פני הפיה
∆P = לחץ אספקה ​​בכניסת הפיה - לחץ התהליך מחוץ לפיה
המהנדסים המנוסים שלנו יכולים לעזור לקבוע איזו פיה תתפקד כנדרש בהתאם לפרטי העיצוב שלכם
שימושים ותעשיות נפוצים של זרבובית סופגת FGD:
תחנות כוח פחם ותחנות כוח אחרות המופעלות על ידי דלק מאובנים
בתי זיקוק לנפט
משרפות פסולת עירוניות
כבשני מלט
מפעלי התכת מתכות

גיליון נתונים של חומר SiC

חסרונות עם סיד/אבן גיר

כפי שמוצג באיור 1, מערכות FGD המשתמשות בחמצון כפוי של סיד/אבן גיר (LSFO) כוללות שלוש תת-מערכות עיקריות:

• הכנת ריאגנט, טיפול ואחסון
• כלי בולם
• טיפול בפסולת ובתוצרי לוואי

הכנת הריאגנט כוללת הובלת אבן גיר כתושה (CaCO3) ממאגר למיכל הזנה נערבב. לאחר מכן, תרחיף אבן הגיר המתקבל נשאב לכלי הבולם יחד עם גז הפליטה של ​​הדוד ואוויר מחמצן. זרבי ריסוס מספקים טיפות דקות של ריאגנט הזורמות לאחר מכן נגד זרם גז הפליטה הנכנס. ה-SO2 בגז הפליטה מגיב עם הריאגנט העשיר בסידן ליצירת סידן גופרתי (CaSO3) ו-CO2. האוויר המוכנס לבולם מקדם חמצון של CaSO3 ל-CaSO4 (בצורה דיהידרטית).

תגובות ה-LSFO הבסיסיות הן:

CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 · 2H2O

התרחיף המחומצן נאסף בתחתית הבולם ולאחר מכן ממוחזר יחד עם ריאגנט טרי בחזרה לראשי פיית הריסוס. חלק מזרם המיחזור נשאב למערכת טיפול בפסולת/תוצרי לוואי, המורכבת בדרך כלל מהידרוציקלונים, מסנני תוף או מסנני רצועה, ומיכל אחסון שפכים/נוזלים מעורבב. שפכים ממיכל האחסון ממוחזרים בחזרה למיכל הזנת ריאגנט גיר או להידרוציקלון שם הגלישה מוסרת כשפכים.

סכמטיקה של תהליך קרצוף רטוב אופייני של סיד/אבן גיר עם חמצון כפוי

מערכות LSFO רטובות יכולות בדרך כלל להשיג יעילות סילוק SO2 של 95-97 אחוזים. עם זאת, קשה להגיע לרמות מעל 97.5 אחוזים כדי לעמוד בדרישות בקרת פליטות, במיוחד עבור מפעלים המשתמשים בפחם עתיר גופרית. ניתן להוסיף זרזים מגנזיום או לשרוף את אבן הגיר לסיד בעל ריאקטיביות גבוהה יותר (CaO), אך שינויים כאלה כרוכים בציוד נוסף של המפעל ובעלויות עבודה וחשמל הנלוות. לדוגמה, שרוף לסיד דורש התקנת כבשן סיד נפרד. כמו כן, סיד משתקף בקלות וזה מגביר את הפוטנציאל להיווצרות משקעי אבנית במסנן.

ניתן להפחית את עלות החימום באמצעות כבשן סיד על ידי הזרקה ישירה של אבן גיר לתוך כבשן הדוד. בגישה זו, הסיד הנוצר בדוד נישא עם גזי הפליטה אל תוך המנקה. בעיות אפשריות כוללות לכלוך בדוד, הפרעה להעברת חום ואי-פעילות סיד עקב שריפת יתר בדוד. יתר על כן, הסיד מפחית את טמפרטורת הזרימה של אפר מותך בדודי פחם, וכתוצאה מכך נוצרים משקעים מוצקים שלא היו מתרחשים אחרת.

פסולת נוזלית מתהליך LSFO מופנית בדרך כלל לבריכות ייצוב יחד עם פסולת נוזלית ממקומות אחרים בתחנת הכוח. השפכים הנוזליים הרטובים של FGD יכולים להיות רוויים בתרכובות סולפיט וסולפט, ושיקולים סביבתיים בדרך כלל מגבילים את פליטתם לנהרות, נחלים או מקורות מים אחרים. כמו כן, מיחזור שפכים/נוזלים בחזרה למנקז יכול להוביל להצטברות של מלחי נתרן, אשלגן, סידן, מגנזיום או כלוריד מומסים. מינים אלה יכולים בסופו של דבר להתגבש אלא אם כן מסופק דימום מספיק כדי לשמור על ריכוזי המלחים המומסים מתחת לרוויה. בעיה נוספת היא קצב השיקוע האיטי של מוצקי פסולת, מה שמביא לצורך בבריכות ייצוב גדולות ובעלות נפח גבוה. בתנאים אופייניים, השכבה השקועה בבריכת ייצוב יכולה להכיל 50 אחוז או יותר פאזה נוזלית גם לאחר מספר חודשי אחסון.

סידן גופרתי המופק מתרחיף המיחזור של הספיגה יכול להיות גבוה באבן גיר שלא הגיבה ואפר סידן גופרתי. מזהמים אלה יכולים למנוע את מכירת הסידן גופרתי כגבס סינתטי לשימוש בייצור לוחות קיר, טיח ומלט. אבן גיר שלא הגיבה היא הטומאה העיקרית שנמצאת בגבס סינתטי והיא גם טומאה נפוצה בגבס טבעי (מוכרה). בעוד שאבן גיר עצמה אינה מפריעה לתכונות של מוצרי לוחות קיר, תכונות השחיקה שלה מציבות בעיות שחיקה לציוד עיבוד. סידן גופרתי הוא טומאה לא רצויה בכל גבס מכיוון שגודל החלקיקים הדק שלו גורם לבעיות אבנית ובעיות עיבוד אחרות כגון שטיפת עוגה וייבוש מים.

אם המוצקים הנוצרים בתהליך LSFO אינם ניתנים לשיווק מסחרית כגבס סינתטי, הדבר מהווה בעיה משמעותית בסילוק פסולת. עבור דוד בהספק של 1000 מגה-וואט המופעל על ידי 1% פחם גופרית, כמות הגבס היא כ-550 טון (קצת) ליום. עבור אותו מפעל המופעל על ידי 2% פחם גופרית, ייצור הגבס עולה לכ-1100 טון ליום. הוספת כ-1000 טון ליום לייצור אפר פחם מרחף מביאה את סך כמות הפסולת המוצקה לכ-1550 טון ליום עבור המקרה של 1% פחם גופרית ו-2100 טון ליום עבור המקרה של 2% גופרית.

יתרונות EADS

אלטרנטיבה טכנולוגית מוכחת לקרצוף LSFO מחליפה אבן גיר באמוניה כראגנט להסרת SO2. רכיבי הטחינה, האחסון, הטיפול וההובלה של ריאגנט מוצק במערכת LSFO מוחלפים במיכלי אחסון פשוטים לאמוניה מימית או נטולת מים. איור 2 מציג סכמת זרימה עבור מערכת EADS המסופקת על ידי JET Inc.

אמוניה, גזי פליטה, אוויר מחמצן ומי תהליך נכנסים לגוף סופג המכיל מספר רמות של פיות ריסוס. הפיות מייצרות טיפות דקות של ריאגנט המכיל אמוניה כדי להבטיח מגע הדוק של הריאגנט עם גזי הפליטה הנכנסים בהתאם לתגובות הבאות:

(1) SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3

(2) (NH4)2SO3 + ½O2 → (NH4)2SO4

ה-SO2 בזרם גזי הפליטה מגיב עם אמוניה במחצית העליונה של המיכל ליצירת אמוניום סולפיט. תחתית מיכל הסופג משמשת כמיכל חמצון שבו אוויר מחמצן את האמוניום סולפיט לאמוניום סולפט. תמיסת האמוניום סולפט המתקבלת נשאבת חזרה לראשי פיית הריסוס במספר רמות בספוג. לפני שגז הפליטה המטוגן יוצא מראש הספוג, הוא עובר דרך מפזר ערפל שמאחד את כל טיפות הנוזל שנאספו ולוכד חלקיקים עדינים.

תגובת האמוניה עם SO2 וחמצון הסולפיט לסולפט משיגים שיעור ניצול גבוה של ריאגנטים. מיוצרים ארבעה פאונד של אמוניום סולפט עבור כל פאונד של אמוניה הנצרכת.

בדומה לתהליך LSFO, ניתן להוציא חלק מזרם המיחזור של ריאגנט/מוצר כדי לייצר תוצר לוואי מסחרי. במערכת EADS, תמיסת התוצר שנלקחה נשאבת למערכת שחזור מוצקים המורכבת מהידרוציקלון וצנטריפוגה כדי לרכז את תוצר האמוניום סולפט לפני ייבוש ואריזה. כל הנוזלים (גלישת הידרוציקלון ותרכיז צנטריפוגה) מופנים חזרה למיכל תרחיף ולאחר מכן מוחדרים מחדש לזרם המיחזור של אמוניום סולפט הסופג.

• מערכות EADS מספקות יעילות גבוהה יותר להסרת SO2 (מעל 99%), מה שנותן לתחנות כוח פחמיות גמישות רבה יותר לערבב פחמים זולים יותר ובעלי תכולת גופרית גבוהה יותר.
• בעוד שמערכות LSFO יוצרות 0.7 טון CO2 עבור כל טון SO2 שמוסר, תהליך EADS אינו מייצר CO2.
• מכיוון שסיד ואבן גיר פחות ריאקטיביים בהשוואה לאמוניה להסרת SO2, נדרשת צריכת מים גבוהה יותר בתהליך ואנרגיית שאיבה כדי להשיג קצבי סירקולציה גבוהים. כתוצאה מכך, עלויות תפעול גבוהות יותר עבור מערכות LSFO.
• עלויות ההון עבור מערכות EADS דומות לאלו של בניית מערכת LSFO. כפי שצוין לעיל, בעוד שמערכת EADS דורשת ציוד לעיבוד ואריזה של תוצרי לוואי של אמוניום סולפט, מתקני הכנת הריאגנטים הקשורים ל-LSFO אינם נדרשים לטחינה, טיפול והובלה.

היתרון הבולט ביותר של EADS הוא סילוק פסולת נוזלית ומוצקה כאחד. טכנולוגיית ה-EADS היא תהליך ללא פליטת נוזלים, כלומר אין צורך בטיפול בשפכים. תוצר הלוואי המוצק של אמוניום סולפט ניתן לשיווק בקלות; אמוניה סולפט היא הדשן ורכיב הדשן הנפוץ ביותר בעולם, עם צמיחת שוק עולמית צפויה עד 2030. בנוסף, בעוד שייצור אמוניום סולפט דורש צנטריפוגה, מייבש, מסוע וציוד אריזה, פריטים אלה אינם קנייניים וזמינים מסחרית. בהתאם לתנאי הכלכלה והשוק, דשן אמוניום סולפט יכול לקזז את עלויות הסרת הגופרית מגזי פליטה על בסיס אמוניה ולספק פוטנציאל רווח משמעותי.

סכמטיקה של תהליך יעיל של הסרת גופרית אמוניה