غازات المداخن
غازات الاحتراق هي الغازات الخارجة إلى الغلاف الجوي عبر المدخنة ، وهي عبارة عن أنبوب أو قناة لنقل غازات العادم ، كما هو الحال في المواقد والأفران والمراجل ومولدات البخار . ويُشار إليها غالبًا باسم غازات الاحتراق في محطات توليد الطاقة . وتتوفر تقنيات لإزالة الملوثات من غازات الاحتراق في محطات توليد الطاقة.
يُعد احتراق الوقود الأحفوري مصدراً شائعاً لغازات المداخن. وعادةً ما يتم احتراقه مع الهواء المحيط، حيث يشكل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء الجزء الأكبر من غازات المداخن الناتجة عن معظم عمليات احتراق الوقود الأحفوري .
وصف
غازات الاحتراق هي الغازات الخارجة إلى الغلاف الجوي عبر المدخنة ، وهي عبارة عن أنبوب أو قناة لنقل غازات العادم الناتجة عن الاحتراق ، كما هو الحال في الموقد أو الفرن أو الغلاية أو مولد البخار . [ 1 ] ويمكن استخدام المصطلح أيضًا للإشارة إلى الغاز الناتج عن العمليات الكيميائية أو الفيزيائية التي لا تتضمن احتراقًا، مثل معالجة الغاز الطبيعي . [ 2 ]
محطات توليد الطاقة
في كثير من الأحيان، يُشير مصطلح غازات المداخن إلى غازات العادم الناتجة عن احتراق الوقود في محطات توليد الطاقة . ويختلف تركيبها باختلاف المواد المحترقة، ولكنها تتكون عادةً من النيتروجين بنسبة تزيد عن الثلثين، وهو ناتج عن احتراق الهواء وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، بالإضافة إلى فائض من الأكسجين (ناتج أيضاً عن احتراق الهواء). كما تحتوي على نسبة ضئيلة من عدد من الملوثات، مثل الجسيمات العالقة (كالسخام ) ، وأول أكسيد الكربون ، وأكاسيد النيتروجين ، وأكاسيد الكبريت . [ 3 ]
التنظيف
في محطات توليد الطاقة، تُعالج غازات المداخن عادةً بسلسلة من العمليات الكيميائية وأجهزة التنقية لإزالة الملوثات. تعمل المرسبات الكهروستاتيكية أو المرشحات النسيجية على إزالة الجسيمات، بينما تعمل عملية إزالة الكبريت من غازات المداخن على احتجاز ثاني أكسيد الكبريت الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري، وخاصة الفحم. [ 4 ] يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى استخلاص كميات كبيرة من الكبريت لاستخدامها في الصناعات اللاحقة. [ 5 ] تُعالج أكاسيد النيتروجين إما بتعديل عملية الاحتراق لمنع تكوّنها، أو بالتسخين العالي أو التفاعل التحفيزي مع الأمونيا أو اليوريا . في كلتا الحالتين، الهدف هو إنتاج غاز النيتروجين، وليس أكاسيد النيتروجين. في الولايات المتحدة، هناك انتشار سريع لتقنيات إزالة الزئبق من غازات المداخن، وعادةً ما يتم ذلك عن طريق الامتصاص على مواد ماصة أو عن طريق احتجازه في مواد صلبة خاملة كجزء من منتج إزالة الكبريت من غازات المداخن.
تم استخدام تقنيات تعتمد على الاحتجاز التجديدي بواسطة الأمينات لإزالة ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن، وذلك لتوفير غاز ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء لصناعة الأغذية، ولتعزيز استخلاص النفط . وتخضع هذه التقنيات حاليًا لبحوث مكثفة كطريقة لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على المدى الطويل كوسيلة لمعالجة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وقد بدأ تطبيقها تجاريًا على نطاق محدود (مثل حقل سليبنر ويست في بحر الشمال ، الذي يعمل منذ عام 1996). [ 6 ]
تتوفر حالياً عدة تقنيات مثبتة لإزالة الملوثات المنبعثة من محطات توليد الطاقة. كما يجري حالياً بحث مكثف حول تقنيات من شأنها إزالة المزيد من ملوثات الهواء. [ 7 ]
الوقود الأحفوري
تُحرق معظم أنواع الوقود الأحفوري باستخدام الهواء المحيط (على عكس الاحتراق باستخدام الأكسجين النقي ). ولأن الهواء المحيط يحتوي على حوالي 79% من حجمه من غاز النيتروجين (N₂ ) ، [ 8 ] [ 9 ] وهو غاز غير قابل للاحتراق أساسًا، فإن الجزء الأكبر من غازات الاحتراق الناتجة عن معظم عمليات احتراق الوقود الأحفوري هو نيتروجين غير محترق. أما ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) ، وهو ثاني أكبر مكون في غازات الاحتراق، فقد تصل نسبته إلى 10-25% أو أكثر من حجم غازات الاحتراق. ويلي ذلك مباشرةً بخار الماء (H₂O ) الناتج عن احتراق الهيدروجين الموجود في الوقود مع أكسجين الهواء الجوي. ويُشكل هذا البخار جزءًا كبيرًا من "الدخان" الذي يُرى متصاعدًا من مداخن غازات الاحتراق ، حيث يُكوّن سحابة عند ملامسته للهواء البارد.
تحتوي غازات الاحتراق الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري عادةً على كميات ضئيلة جدًا من أكاسيد النيتروجين ( NOx ) وثاني أكسيد الكبريت (SO2 ) والجسيمات الدقيقة . [ 10 ] تُستمد أكاسيد النيتروجين من النيتروجين الموجود في الهواء المحيط، بالإضافة إلى أي مركبات تحتوي على النيتروجين في الوقود الأحفوري. أما ثاني أكسيد الكبريت فيُستمد من أي مركبات تحتوي على الكبريت في الوقود. وتتكون الجسيمات الدقيقة من جزيئات صغيرة جدًا من مواد صلبة وقطرات سائلة صغيرة جدًا، وهي التي تُضفي على غازات الاحتراق مظهرها الدخاني.
تحرق مولدات البخار في محطات الطاقة الكبيرة وأفران المعالجة في مصافي النفط الكبيرة ومصانع البتروكيماويات والكيماويات ، بالإضافة إلى محارق النفايات ، كميات كبيرة من الوقود الأحفوري، وبالتالي تُطلق كميات كبيرة من غازات الاحتراق في الغلاف الجوي. يوضح الجدول أدناه إجمالي كميات غازات الاحتراق الناتجة عادةً عن احتراق أنواع الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي وزيت الوقود والفحم . وقد تم الحصول على هذه البيانات من خلال حسابات قياس العناصر الكيميائية [ 11 ] و [ 12 ] .
إن إجمالي كمية غازات المداخن الرطبة الناتجة عن احتراق الفحم أعلى بنسبة 10% فقط من غازات المداخن الناتجة عن احتراق الغاز الطبيعي (النسبة بالنسبة لغازات المداخن الجافة أعلى).
مكونات انبعاثات غازات المداخن الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري
| بيانات الاحتراق | غاز الوقود | زيت الوقود | الفحم |
|---|---|---|---|
| خصائص الوقود: | |||
| القيمة الحرارية الإجمالية ، ميغا جول/ م³ | 43.01 | ||
| القيمة الحرارية الإجمالية ، وحدة حرارية بريطانية/قدم مكعب قياسي | 1093 | ||
| القيمة الحرارية الإجمالية، ميغا جول/كيلوغرام | 43.50 | ||
| القيمة الحرارية الإجمالية، وحدة حرارية بريطانية/غالون | 150,000 | ||
| القيمة الحرارية الإجمالية، ميغا جول/كيلوغرام | 25.92 | ||
| القيمة الحرارية الإجمالية، وحدة حرارية بريطانية/رطل | 11150 | ||
| الوزن الجزيئي | 18 | ||
| الكثافة النوعية | 0.9626 | ||
| الجاذبية ، °API | 15.5 | ||
| نسبة الكربون إلى الهيدروجين بالوزن | 8.1 | ||
| نسبة الكربون الوزنية | 61.2 | ||
| النسبة المئوية للوزن من الهيدروجين | 4.3 | ||
| نسبة الأكسجين في الوزن | 7.4 | ||
| نسبة الكبريت الوزنية | 3.9 | ||
| النسبة المئوية للوزن من النيتروجين | 1.2 | ||
| نسبة الرماد من الوزن | 12.0 | ||
| الوزن % الرطوبة | 10.0 | ||
| هواء الاحتراق: | |||
| هواء الاحتراق الزائد، % | 12 | 15 | 20 |
| غازات العادم الرطبة: | |||
| كمية غاز العادم الرطب ، م³ / جيجا جول من الوقود | 294.8 | 303.1 | 323.1 |
| كمية غاز العادم الرطب، قدم مكعب قياسي/10 وحدات حرارية بريطانية من الوقود | 11600 | 11930 | 12714 |
| ثاني أكسيد الكربون في غاز العادم الرطب، نسبة مئوية حجمية | 8.8 | 12.4 | 13.7 |
| نسبة الأكسجين في غاز العادم الرطب، الحجم % | 2.0 | 2.6 | 3.4 |
| الوزن الجزيئي لغاز العادم الرطب | 27.7 | 29.0 | 29.5 |
| غازات العادم الجافة: | |||
| كمية غاز العادم الجاف، م³ / جيجا جول من الوقود | 241.6 | 269.3 | 293.6 |
| كمية غاز العادم الجاف، قدم مكعب قياسي/10 وحدات حرارية بريطانية من الوقود | 9510 | 10600 | 11,554 |
| ثاني أكسيد الكربون في غاز العادم الجاف، نسبة مئوية حجمية | 10.8 | 14.0 | 15.0 |
| نسبة الأكسجين في غاز العادم الجاف، الحجم % | 2.5 | 2.9 | 3.7 |
| الوزن الجزيئي لغاز العادم الجاف | 29.9 | 30.4 | 30.7 |
- m 3 هي أمتار مكعبة قياسية عند 0 درجة مئوية و 101.325 كيلو باسكال، و scf هي أقدام مكعبة قياسية عند 60 درجة فهرنهايت و 14.696 رطل لكل بوصة مربعة.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "تعريف ومعنى غازات الاحتراق" . قاموس كولينز الإنجليزي . 2022.
- ↑ أبو طالب، أحمد؛ غلاديش، إيفان؛ الخطيب، علاء؛ مارديني، نور؛ بيسر، يوسف؛ سينوبولي ، أليساندرو (أكتوبر 2022). “الأنظمة الكيميائية والفيزيائية لإزالة الغاز الحامض: نظرة عامة من آليات التفاعل إلى الآثار الصناعية”. مجلة علوم وهندسة الغاز الطبيعي . 106 104755. بيب كود : 2022JNGSE.10604755A . دوى : 10.1016/j.jngse.2022.104755 . اتش دي ال : 11576/2763613 .
- ↑ غازات احتراق الوقود الأحفوري، ميلتون ر. بيتشوك، موسوعة الأرض، 2012.
- ↑ "معالجة غازات المداخن | التكنولوجيا" . موسوعة بريتانيكا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-10-2021 .
- ↑ الكبريت مؤرشف في 28 أكتوبر 2012، في Wayback Machine . سي. مايكل هوجان، موسوعة الأرض، 2011.
- ↑ "التكنولوجيا - التكنولوجيا والابتكار - statoil.com" . www.statoil.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16-12-2009 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-12-2017 .
- ↑ غلامي، فاطمة؛ توماس، مارتن؛ غلامي، زهرة؛ وكيلي، محمد تقي (2020-04-20). "تقنيات الحد من أكاسيد النيتروجين من غازات المداخن: مراجعة" . مجلة علوم البيئة الشاملة . 714 136712. Bibcode : 2020ScTEn.71436712G . doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.136712 . ISSN 0048-9697 .
- ↑ التغيير، ناسا للمناخ العالمي. "10 أشياء مثيرة للاهتمام حول الهواء" . تغير المناخ: مؤشرات حيوية للكوكب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2021 .
- ↑ الكبريت مؤرشف في 28 أكتوبر 2012، في Wayback Machine . سي. مايكل هوجان، موسوعة الأرض، 2011.
- ↑ غازات احتراق الوقود الأحفوري، ميلتون ر. بيتشوك، موسوعة الأرض، 2012.
- ↑ "التكنولوجيا - التكنولوجيا والابتكار - statoil.com" . www.statoil.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16-12-2009 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-12-2017 .
- ↑ خطأ في الاقتباس. انظر التعليق المضمن لمعرفة كيفية إصلاحه.
- تلوث الهواء
- الاحتراق
- الهندسة البيئية
- الغازات الصناعية