خفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين: تقنية إزالة النيتروجين بالتحلل الحراري والتغويز الانتقائي التحفيزي

نظراً لكفاءتها العالية وخصائصها الصديقة للبيئة، تُستخدم مُحَوِّلات الغاز بالتحلل الحراري على نطاق واسع في العديد من المجالات، ومع تطور التكنولوجيا وتحسين متطلبات حماية البيئة، يُتوقع أن يتسع نطاق استخدامها بشكل أكبر. ويمكن استخدام مُحَوِّلات الغاز بالتحلل الحراري لمعالجة مخلفات الكتلة الحيوية الزراعية والحرجية، ومعالجة غازات مخلفات الكتلة الحيوية الصناعية، ومعالجة النفايات الصلبة الحضرية، وتوليد الطاقة من حرق النفايات، ومحطات توليد الطاقة الصغيرة والمتوسطة الحجم من النفايات، وإنتاج الطاقة، وغيرها.

في المرحلة الأولى من تفاعل التغويز بالتحلل الحراري، يتم تكسير النفايات الصلبة القابلة للاحتراق أولاً، وتترسب المواد المتطايرة والقطران والغازات مثل الميثان والأكسجين. هذه المرحلة هي السبب الرئيسي لانعدام الوزن في بداية التفاعل، وهي أيضاً المرحلة التي تبدأ فيها أكاسيد النيتروجين بالتكون.

يعتمد مبدأ عملية إزالة النيتروجين في مُغَوِّز التحلل الحراري بشكل أساسي على تقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي، والتي تتمثل في اختزال أكاسيد النيتروجين (NOx) في غازات المداخن إلى نيتروجين (N2) وماء (H2O) غير ضارين بفعل المحفزات. فيما يلي المبدأ الأساسي لعملية إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي.

مبدأ رد الفعل:

تحت تأثير عامل حفاز (يحتوي عادةً على فلزات قلوية مثل الحديد أو الفاناديوم أو الكروم أو الكوبالت أو الموليبدينوم)، يتفاعل أكسيد النيتروجين (NOx) الموجود في غازات المداخن مع الأمونيا (NH3) المحقونة في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 200 و450 درجة مئوية لإنتاج النيتروجين والماء. وفيما يلي معادلات التفاعل الرئيسية:

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O

تستطيع تقنية إزالة النيتروجين بتقنية الاختزال الانتقائي التحفيزي (SCR) تحويل أكاسيد النيتروجين بكفاءة إلى نيتروجين وبخار ماء غير ضارين، وتنتج العملية برمتها القليل من الملوثات الثانوية، وقد تم استخدام تقنية إزالة النيتروجين من غازات المداخن بتقنية الاختزال الانتقائي التحفيزي (SCR) على نطاق واسع في العديد من الدول المتقدمة، وتتميز هذه التقنية بسهولة التشغيل والاستقرار العالي، ويمكن تطبيقها في ظل مجموعة واسعة من ظروف التشغيل.

مع تحسن متطلبات حماية البيئة، سيركز تطوير تقنية الاختزال التحفيزي الانتقائي (SCR) في المستقبل بشكل أكبر على كفاءة المحفزات ومتانتها. وسيساهم تطبيق تقنيات التحكم الذكي، مثل أنظمة مراقبة وتنظيم درجة حرارة التفاعل القائمة على البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي، في تحسين أداء وموثوقية أنظمة SCR. تهدف عملية إزالة النيتروجين من مُغَيِّر الغاز بالتحلل الحراري إلى تلبية متطلبات لوائح حماية البيئة، والحد من تأثير أكاسيد النيتروجين على البيئة وصحة الإنسان، وتحسين كفاءة إزالة النيتروجين، وتجنب التبلور والانسداد في فرن التحلل الحراري، وتحسين الجدوى الاقتصادية لتقنية إزالة النيتروجين.