معالجة أكاسيد النيتروجين | مبدأ وتدفق عملية معدات إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي في أفران الحدادة في مصانع الحديد والصلب

تُستخدم أفران التشكيل على نطاق واسع في صناعة السيارات، والفضاء، والآلات الهندسية، ومعدات التعدين، والبتروكيماويات، والصناعات العسكرية، وغيرها. تتطلب هذه الصناعات عمليات التشكيل لضمان قوة عالية ومقاومة للتآكل للأجزاء. وقد شاع استخدام أفران التشكيل في العديد من الصناعات نظرًا لدورها المحوري في تحسين أداء المكونات المعدنية، ومع تقدم التكنولوجيا ونمو الطلب في السوق، شهدت صناعة أفران التشكيل نموًا متواصلًا على مستوى العالم، وخاصة في الصين.

تقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي هي طريقة لإزالة النيتروجين من غازات المداخن الخارجة من الفرن. في ظل درجة حرارة معينة وباستخدام عامل حفاز، يُستخدم عامل الاختزال NH₃ لاختزال أكاسيد النيتروجين (NOx) في غازات المداخن بشكل انتقائي إلى نيتروجين (N₂) غير سام وغير ملوث، وماء (H₂₃). خلال هذه العملية، تنخفض طاقة التنشيط للتفاعل بفعل العامل الحفاز. كما تنخفض درجة حرارة التفاعل إلى ما بين 150 و450 درجة مئوية، وهي درجة حرارة مناسبة لنطاق درجات الحرارة الفعلية لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم.

في أنظمة إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR)، تشمل عوامل الاختزال الشائعة الاستخدام الأمونيا (NH₃) واليوريا (CO(NH₂)₂). يجب حقن هذه العوامل المختزلة بشكل متجانس في غازات المداخن المحتوية على أكاسيد النيتروجين (NOx) بطريقة محددة. يمكن حقن الأمونيا كغاز أو سائل، بينما تُحقن اليوريا عادةً كمحلول مائي وتتحلل بسرعة لتكوين الأمونيا عند درجات حرارة عالية. يجب خلط عامل الاختزال المحقون وأكاسيد النيتروجين في غازات المداخن خلطًا تامًا لضمان كفاءة وفعالية التفاعل التحفيزي اللاحق، إذ أن عدم التجانس في الخلط سيؤدي إلى انخفاض كفاءة إزالة النيتروجين، بل وقد يُسبب تفاعلات جانبية، لذا تُعد هذه الخطوة بالغة الأهمية.

ثم يتدفق خليط غاز المداخن الموحد وعامل الاختزال عبر طبقة المحفز، وتحت تأثير درجة حرارة معينة والمحفز، يتفاعل NOx وعامل الاختزال، ويتم اختزالهما إلى N₂ و H₂O، وعادة ما يكون المحفز مصنوعًا من تيتانات الفاناديوم أو التنجستات أو الموليبدات ومواد أخرى، ويمكن لهذه المواد أن تعزز التفاعل بشكل فعال، وتقلل من درجة الحرارة والطاقة اللازمة للتفاعل.

بشكل عام، يمكن الحفاظ على كفاءة إزالة أكاسيد النيتروجين في تقنية SCR عند 70-90%، وهي تقنية فعالة لإزالة أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن. ومع تطور تقنية إزالة أكاسيد النيتروجين، توفر تقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي SCR طريقة فعالة وموثوقة للحد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين، حيث يمكن من خلالها تحويل أكاسيد النيتروجين إلى نيتروجين وبخار ماء غير ضارين، والتحكم بشكل فعال في انبعاثات أكاسيد النيتروجين.