محطة توليد الطاقة
يشير توليد الطاقة من غاز مدافن النفايات إلى توليد الطاقة من خلال كمية كبيرة من الغاز الحيوي (غاز مدافن النفايات) الناتج عن التخمر اللاهوائي للمواد العضوية في مدافن النفايات، الأمر الذي لا يقلل فقط من تلوث الهواء الناجم عن حرق النفايات، بل يحقق أيضًا الاستخدام الفعال للموارد.
مقدمة فنية
محطة الطاقة الكهربائية هي محطة طاقة (محطة طاقة نووية، محطة طاقة رياح، محطة طاقة شمسية، إلخ) تقوم بتحويل شكل من أشكال الطاقة الخام (مثل الماء، البخار، الديزل، الغاز) إلى طاقة كهربائية للمنشآت الثابتة أو النقل.
طريقة
يشير مصطلح إزالة أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن إلى اختزال أكاسيد النيتروجين المتولدة إلى نيتروجين (N2) بهدف التخلص منها. ويمكن تقسيم هذه العملية، وفقًا لطريقة المعالجة، إلى إزالة أكاسيد النيتروجين الرطبة وإزالة أكاسيد النيتروجين الجافة. وقد طوّر بعض الباحثين، محليًا ودوليًا، طريقةً لمعالجة غازات أكاسيد النيتروجين باستخدام الكائنات الدقيقة.
نظرًا لأن أكثر من 90% من أكاسيد النيتروجين (NOx) في غازات المداخن المنبعثة من نظام الاحتراق هي أكاسيد النيتروجين، ولأنها يصعب إذابتها في الماء، فإن المعالجة الرطبة لأكاسيد النيتروجين لا يمكن إجراؤها بطريقة الغسل البسيطة. تعتمد عملية إزالة أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن على أكسدة أكاسيد النيتروجين إلى ثاني أكسيد النيتروجين (NO2) باستخدام عامل مؤكسد، ثم يُمتص ثاني أكسيد النيتروجين الناتج بواسطة الماء أو محلول قلوي، وذلك لتحقيق إزالة أكاسيد النيتروجين. تعتمد طريقة امتصاص الأكسدة بالأوزون (O3) على أكسدة أكاسيد النيتروجين إلى ثاني أكسيد النيتروجين باستخدام الأوزون، ثم امتصاصه بالماء. يتطلب سائل حمض النيتريك (HNO3) الناتج بهذه الطريقة تركيزه، كما يتطلب تحضير الأوزون جهدًا كهربائيًا عاليًا، مما يزيد من تكلفة الاستثمار والتشغيل الأولية. أما طريقة الأكسدة والاختزال بثاني أكسيد الكلور (ClO2) فتعتمد على أكسدة أكاسيد النيتروجين إلى ثاني أكسيد النيتروجين، ثم اختزال ثاني أكسيد النيتروجين إلى نيتروجين (N2) باستخدام محلول مائي من كبريتات الصوديوم (Na2SO3). يمكن دمج هذه الطريقة مع تقنية إزالة الكبريت الرطبة باستخدام هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) كعامل مزيل للكبريت، ويمكن استخدام ناتج تفاعل إزالة الكبريت، كبريتات الصوديوم، كعامل مختزل لثاني أكسيد النيتروجين. يمكن أن تصل نسبة إزالة النيتروجين باستخدام طريقة ClO2 إلى 95% ويمكن إجراء إزالة الكبريت في نفس الوقت، ولكن أسعار ClO2 و NaOH مرتفعة وتزداد تكلفة التشغيل.
تقنية إزالة أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن الرطبة
تعتمد عملية إزالة أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن الرطبة على مبدأ إذابة أكاسيد النيتروجين باستخدام مادة ماصة سائلة لتنقية غازات المداخن الناتجة عن احتراق الفحم. وتكمن العقبة الأكبر في صعوبة ذوبان أكاسيد النيتروجين في الماء، وغالبًا ما يتطلب الأمر أكسدتها أولًا إلى ثاني أكسيد النيتروجين. لذا، تُؤكسد أكاسيد النيتروجين عادةً لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين عن طريق تفاعلها مع المؤكسدات مثل الأوزون أو ثاني أكسيد الكلور أو برمنجنات البوتاسيوم، ثم يُمتص ثاني أكسيد النيتروجين بواسطة الماء أو محلول قلوي لتحقيق إزالة أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن.
(1) طريقة امتصاص حمض النيتريك المخفف
نظرًا لأن ذوبانية أكسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO2) في حمض النيتريك أعلى بكثير من ذوبانيتهما في الماء (على سبيل المثال، ذوبانية NO في حمض النيتريك بتركيز 12% أعلى باثني عشر ضعفًا من ذوبانيته في الماء)، فقد شاع استخدام تقنية امتصاص أكاسيد النيتروجين (NOx) بواسطة حمض النيتريك المخفف. ومع زيادة تركيز حمض النيتريك، تتحسن كفاءة الامتصاص بشكل ملحوظ، ولكن نظرًا للتطبيقات الصناعية والتكلفة، يُضبط تركيز حمض النيتريك المستخدم في العمليات العملية عادةً ضمن نطاق 15% إلى 20%. ولا ترتبط كفاءة امتصاص أكاسيد النيتروجين بواسطة حمض النيتريك المخفف بتركيزه فحسب، بل ترتبط أيضًا بدرجة حرارة وضغط الامتصاص. فدرجة الحرارة المنخفضة والضغط المرتفع يُحسّنان امتصاص أكاسيد النيتروجين.
(2) طريقة امتصاص المحلول القلوي
في هذه الطريقة، تُستخدم محاليل قلوية مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) وكربونات الصوديوم (Na2CO3) وماء الأمونيا (NH3·H2O) كمواد ماصة لامتصاص أكاسيد النيتروجين (NOx) كيميائيًا، وتكون نسبة امتصاص الأمونيا (NH3·H2O) هي الأعلى. ولزيادة كفاءة امتصاص أكاسيد النيتروجين، طُوّرت عملية امتصاص ثنائية المراحل باستخدام محلول قلوي للأمونيا: أولًا، تتفاعل الأمونيا تمامًا مع أكاسيد النيتروجين وبخار الماء لإنتاج نترات الأمونيوم (دخان أبيض). ثم تُمتص أكاسيد النيتروجين غير المتفاعلة باستخدام محلول قلوي. ينتج عن ذلك النترات والنتريت، كما يذوب كل من نترات الأمونيوم (NH4NO3) ونيتريت الأمونيوم (NH4NO2) في المحلول القلوي. بعد عدة دورات من الامتصاص، وبعد استنفاد المحلول القلوي، يُركّز المحلول المحتوي على النترات والنتريت ويُبلور، ويمكن استخدامه كسماد.
