الجير لإزالة الكبريت من غازات المداخن: أي كاشف كلسي يُستخدم في الأنظمة الرطبة وشبه الجافة والجافة؟

باختصار تُستخدم ثلاثة كواشف كلسية في إزالة الكبريت من غازات المداخن (FGD): الحجر الجيري المطحون ناعمًا في الغالب في أجهزة الغسل الرطب (wet scrubber)، وحليب الجير (milk of lime) في الماص بالتجفيف بالرذاذ (شبه الجاف)، ومسحوق الجير المطفأ في الحقن الجاف. وعند اختيار الجير لإزالة الكبريت من غازات المداخن، يتحدد القرار بكفاءة الإزالة المستهدفة والنسبة المولية Ca/S وميزانية الاستثمار والناتج الثانوي. ويقارن هذا الدليل بين الطرق استنادًا إلى البيانات المرجعية للاتحاد الأوروبي.

ما هي إزالة الكبريت من غازات المداخن، ولماذا يُستخدم الجير؟

إزالة الكبريت من غازات المداخن (FGD، flue gas desulfurization) هي احتجاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) الموجود في غازات مداخن منشآت الاحتراق قبل أن يصل إلى الغلاف الجوي. وتشكّل الكواشف القائمة على الكالسيوم أساس هذه العملية: إذ يتفاعل الحجر الجيري أو الجير الحي أو الجير المطفأ مع الغاز الحمضي ويحوّله إلى مركّب كالسيوم صلب. ثم يُرسَّب الناتج على هيئة جبس، أو يُجمع على هيئة مسحوق جاف في المرشح.

لا يقتصر استخدام الجير على SO₂. فالغازات الحمضية الأخرى، مثل كلوريد الهيدروجين (HCl) وفلوريد الهيدروجين (HF)، تتفاعل كذلك مع الكالسيوم. ولهذا تنتشر الأنظمة القائمة على الجير في محطات توليد الكهرباء، وكذلك في منشآت حرق النفايات والإسمنت والزجاج والحديد والصلب. وللاطلاع على ملامح الملوثات حسب القطاع، يمكنكم مراجعة صفحة تطبيقات معالجة غازات المداخن.

التفاعلات الأساسية هي:

• الحجر الجيري في النظام الرطب: CaCO₃ + SO₂ + ½O₂ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O + CO₂
• الجير المطفأ في النظامين شبه الجاف والجاف: Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O

ما الفرق بين الحجر الجيري والجير الحي والجير المطفأ؟

تأتي المواد الثلاث من المعدن نفسه، لكنها تختلف في سرعة التفاعل وطريقة الاستخدام. فالحجر الجيري هو المعدن الخام. ويُحصل على الجير الحي بتكليس الحجر الجيري عند نحو 900–1100 °C. أما الجير المطفأ فيتكوّن بإطفاء الجير الحي بالماء.

الجير أعلى تفاعلية من الحجر الجيري، وتشير الرابطة الوطنية للجير في الولايات المتحدة (NLA) أيضًا إلى أنه يتطلب معدات رأسمالية أقل. أما الحجر الجيري فأرخص، ووفقًا للوثيقة المرجعية للاتحاد الأوروبي يمكنه في الأنظمة الرطبة أن يحقق إزالةً لـ SO₂ تكاد تعادل ما يحققه الجير. وقد شرحنا الفرق بين نوعَي الجير بالتفصيل في مقارنتنا بين الجير الحي والجير المطفأ.

يُطلق تفاعل الجير الحي مع الماء CaO + H₂O → Ca(OH)₂ حرارة، وهو تفاعل دائم. وهذا التفاعل نفسه هو مبدأ عمل ممتصات الرطوبة القائمة على الجير للحاويات.

ما الكاشف المستخدم في أجهزة الغسل الرطب؟

الكاشف الأكثر شيوعًا في أجهزة الغسل الرطب هو الحجر الجيري المطحون ناعمًا. فوفقًا للوثيقة المرجعية لأفضل التقنيات المتاحة (BREF) الخاصة بمنشآت الاحتراق الكبيرة، الصادرة عام 2017 عن مركز البحوث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية (JRC)، تمثّل أجهزة الغسل الرطب 80% من القدرة المركّبة لأنظمة FGD. ويستخدم 72% من هذه الأجهزة الحجر الجيري، و16% الجير، و12% كواشف أخرى.

تنص وثيقة BREF على أن محتوى CaCO₃ في الحجر الجيري المغذّى إلى الماص يجب أن يتجاوز 95%. وتؤثر تفاعلية الحجر الجيري تأثيرًا كبيرًا في الكفاءة، لكن لا توجد طريقة اختبار قياسية لقياسها. لذلك يُقيَّم حجم الحبيبات والنقاوة معًا؛ وقد شرحنا في مقال مستقل كيف يُقرأ حجم حبيبات كربونات الكالسيوم المطحونة ناعمًا.

بيانات BREF الخاصة بأجهزة الغسل الرطب بالجير أو الحجر الجيري:

• تتراوح إزالة SO₂ بين 92% وأكثر من 99% حسب نوع الماص.
• تبلغ النسبة المولية Ca/S 1.02–1.1.
• تبلغ إزالة HCl وHF نحو 90–99%.
• الناتج الثانوي هو الجبس بنقاوة 90–95%.

تكلفة الاستثمار في الأنظمة الرطبة مرتفعة نسبيًا، أما تكلفة التشغيل فمتوسطة بفضل الأتمتة والموثوقية والجبس القابل للبيع. وعندما يُطلب جبس عالي البياض يمكن استخدام الجير بدلًا من الحجر الجيري. كما تتطلب الأنظمة الرطبة معالجةً لمياه الصرف.

كيف يُستخدم الجير في الأنظمة شبه الجافة؟

الكاشف الرئيسي في الأنظمة شبه الجافة هو هيدروكسيد الكالسيوم. وأكثر أمثلتها شيوعًا الماص بالتجفيف بالرذاذ (SDA). وفي هذا النظام يُرَشّ حليب الجير على هيئة قطيرات دقيقة في الغاز الساخن. فيتفاعل SO₂ وSO₃ وHCl مع القطيرات، ويتبخر الماء كله، ويُجمع الناتج على هيئة مسحوق جاف في المرشح. ولا تنتج عن ذلك مياه صرف.

يُحضَّر حليب الجير بطريقتين: إما بإطفاء الجير الحي في الموقع، أو بخلط مسحوق الجير المطفأ الجاهز بالماء. ويتوقف الاختيار على وجود وحدة إطفاء في المنشأة وعلى حجم الاستهلاك.

المصدر: JRC، الوثيقة المرجعية BREF لمنشآت الاحتراق الكبيرة (2017)، الجدول 3.13 وبيانات جهاز الغسل الجاف CFB.

وفقًا لوثيقة BREF، تقل تكلفة الاستثمار في المجفف بالرذاذ بنحو 30–50% عن نظام غسل رطب بالحجر الجيري بالحجم نفسه. في المقابل، تكون تكلفة التشغيل أعلى لأن المادة الماصة الجيرية أغلى من الحجر الجيري. لذلك تُفضَّل المجففات بالرذاذ غالبًا في المنشآت الصغيرة والمتوسطة التي تستخدم وقودًا منخفض الكبريت أو متوسطه، وفي مشاريع الإضافة إلى منشآت قائمة (retrofit).

كيف يعمل الجير المطفأ في الحقن الجاف (DSI)؟

في حقن المادة الماصة الجافة (DSI، dry sorbent injection) يُحقن مسحوق الجير المطفأ مباشرةً في مجرى الغاز بين مسخّن الهواء والمرسِّب الكهروستاتيكي (ESP) أو المرشح الكيسي (bag filter). وتتفاعل المادة الماصة مع الغازات الحمضية في المجرى وعلى سطح المرشح، ويُحتجز ناتج التفاعل والمادة الماصة غير المتفاعلة في المرشح. وفي بعض الحالات يزيد ترطيب الغاز من احتجاز الكبريت.

وفقًا لوثيقة BREF، أبرز خصائص DSI ما يلي:

• تبلغ إزالة SO₂ عادةً 50–80%، وتستهدف العمليات الحديثة 70–95%.
• زمن المكوث قصير (0.5–3 ثوانٍ). ومن دون إعادة تدوير المادة الماصة، لا يتفاعل مع SO₂ عادةً سوى 15–30% من Ca(OH)₂.
• يزيد الجير المطفأ الخاص ذو المساحة السطحية العالية من معدل استغلال المادة الماصة، وقد يقلل الحاجة إلى إعادة التدوير.
• تكلفة الاستثمار منخفضة والتركيب بسيط، ويمكن إضافته في مساحة ضيقة وخلال وقت قصير. لذا فهو خيار مناسب للغلايات القديمة والصغيرة.
• قد يتصلّب الرماد عند ابتلاله لأنه يصبح غنيًا بالجير غير المتفاعل، ويزداد خطر الترسبات داخل المجرى.

تحدد نعومة المادة الماصة ومساحتها السطحية ونقاوتها الكفاءةَ في DSI إلى حد كبير. وقد شرحنا خطوة بخطوة القيم التي ينبغي كتابتها في المواصفات في دليلنا عن اختيار الجير المطفأ لمعالجة غازات المداخن.

كم يلزم من الجير لكل كيلوغرام من SO₂؟

تُحسب الحاجة النظرية من معادلة التفاعل، ثم تُضرب في النسبة Ca/S التي تختلف باختلاف الطريقة. فوفقًا للتفاعل Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O يلزم ما لا يقل عن 1.157 kg من Ca(OH)₂ النقي لكل 1 kg من SO₂ (74.09 / 64.07). وفي حالة الحجر الجيري تبلغ هذه القيمة 1.562 kg من CaCO₃ (100.09 / 64.07).

مثال حسابي: لنفترض منشأة تريد احتجاز 100 kg من SO₂ في الساعة. في المجفف بالرذاذ تبلغ الحاجة النظرية 127–162 kg من Ca(OH)₂ النقي في الساعة. وفي DSI دون إعادة تدوير ترتفع إلى 386–771 kg في الساعة. وإذا كانت نسبة Ca(OH)₂ الفعّال في المنتج الذي تستخدمونه 90%، فاقسموا هذه القيم على 0.90. كما يستهلك HCl الموجود في الغاز جيرًا أيضًا: إذ يلزم ما لا يقل عن 1.016 kg من Ca(OH)₂ لكل 1 kg من HCl.

هذه الأرقام تقديرات لرتبة الحجم وليست قيمًا تصميمية. فالاستهلاك الفعلي يختلف باختلاف درجة حرارة الغاز ورطوبته ونوع المرشح وجودة المادة الماصة، ويُحدَّد بتجربة في الموقع.

ما المعايير الحاسمة في اختيار الجير لإزالة الكبريت من غازات المداخن؟

يُختار الكاشف المناسب بالتوازي مع طريقة إزالة الكبريت. ويلخص جدول القرار التالي بيانات BREF في لمحة واحدة:

لتضييق الخيارات، أجيبوا عن الأسئلة التالية:

1. الانبعاثات والكفاءة المستهدفة: ما نسبة الإزالة التي تفرضها شروط الترخيص الخاصة بكم؟
2. محتوى الكبريت في الوقود: وفقًا لـ NLA، تُستخدم الطرق الجافة في محطات الكهرباء غالبًا مع الوقود منخفض الكبريت، والطرق الرطبة مع الوقود عالي الكبريت.
3. الاستثمار والمساحة: إذا كنتم تضيفون نظامًا إلى منشأة قائمة، فإن DSI أو المجفف بالرذاذ أسهل استيعابًا.
4. المياه ومياه الصرف: إذا كانت المياه محدودة، تبرز الطرق الجافة وشبه الجافة.
5. الناتج الثانوي: هل هو جبس قابل للبيع أم نفايات جافة يجب التخلص منها؟
6. التوريد والخدمات اللوجستية: تعبئة الكاشف وتخزينه وتكرار الشحن وتكلفة وحدة المادة الفعّالة. ولتقييم العروض من هذه الزاوية، يمكنكم الاطلاع على طريقتنا في مقارنة عروض الجير المطفأ.

في تركيا، تُنظَّم انبعاثات المنشآت الصناعية بموجب اللائحة التركية لمكافحة تلوث الهواء الناجم عن المصادر الصناعية (الجريدة الرسمية بتاريخ 3 يوليو 2009، العدد 27277) وتعديلاتها اللاحقة. تحققوا من القيم الحدية المطبقة على منشأتكم في النص الساري للائحة وفي ترخيص منشأتكم.

ماذا تقدم Vişne Madencilik في سلسلة إنتاج الجير؟

تنتج Vişne Madencilik السلسلة كاملةً، من الحجر الجيري إلى الجير المطفأ، في منشآتها الخاصة. وللشركة ثلاث منشآت متكاملة: Çelemli (Yüreğir, Adana) وNarlı (Pazarcık, Kahramanmaraş) وÇukurova / Gündoğan (Ceyhan, Adana). ويضم موقع Gündoğan محجرًا ومنشأة للتكسير والغربلة. وقد افتُتحت منشأة إطفاء الجير ووحدة التعبئة في Narlı في 17 أبريل 2025. وتفيد الشركة بأن إجمالي قدرتها الإنتاجية من الجير الحي يتجاوز 2,250 طنًا يوميًا، وبأنها تصدّر إلى أكثر من 30 دولة. وتجدون تفاصيل المنشآت في صفحة مصانعنا.

• الجير المطفأ: يُشحن في أكياس ورق كرافت سعة 25 kg، وأكياس كبيرة (Big Bag) سعة 1 طن، وشاحنات صهريجية للمواد السائبة.
• الجير الحي: يُشحن في أكياس كبيرة وشاحنات صهريجية وسائبًا؛ ويمكن استخدامه لتحضير حليب الجير في الموقع.
• مزيل الغازات: تجدون تفاصيل عائلة منتجات Vikalo® القائمة على الجير لمعالجة الغازات الحمضية في صفحة منتج مزيل الرطوبة والغازات.

الأسئلة الشائعة

ما هو جبس إزالة الكبريت؟

جبس إزالة الكبريت (FGD gypsum) هو كبريتات الكالسيوم ثنائية الهيدرات (CaSO₄·2H₂O)، وينتج عن أكسدة كبريتيت الكالسيوم بالهواء، وهو المركّب الذي يتكوّن في أجهزة الغسل الرطب بالحجر الجيري. وتحدد وثيقة BREF الأوروبية نقاوة هذا الجبس بـ 90–95%. ولأنه ناتج ثانوي قابل للبيع فإنه يوازن تكلفة تشغيل الأنظمة الرطبة. وللمستخدمين الذين يطلبون درجة بياض عالية، يمكن تفضيل الجير على الحجر الجيري.

بيكربونات الصوديوم أم الجير المطفأ: أيهما يُستخدم؟

وفقًا لوثيقة BREF، تكون إزالة SO₂ ببيكربونات الصوديوم في الحقن الجاف أعلى عادةً، وقد يتجاوز معدل استغلال المادة الماصة 80–90%. لكن بيكربونات الصوديوم يجب طحنها طحنًا ناعمًا جدًا قبيل الحقن مباشرةً، كما أن أملاح الصوديوم الناتجة لا يمكن إعادة استخدامها دائمًا. لذا ينبغي اتخاذ القرار بناءً على الكفاءة المستهدفة وإدارة الرماد والتكلفة الإجمالية.

هل يمكن تحضير حليب الجير في الموقع من الجير الحي؟

نعم. تنص وثيقة BREF على أن هيدروكسيد الكالسيوم المستخدم في المجففات بالرذاذ يمكن تحضيره في الموقع بإطفاء الجير الحي، أو شراؤه مسحوقًا وخلطه بالماء. ويتطلب الإطفاء في الموقع وحدة إطفاء، كما أن التفاعل يُطلق حرارة. وإذا لم تتوفر بنية تحتية للإطفاء، فإن الجير المطفأ الجاهز يتطلب استثمارًا أقل.

هل تزيل الأنظمة القائمة على الجير NOx أيضًا؟

لا. تحتجز الأنظمة القائمة على الجير الغازاتِ الحمضية مثل SO₂ وSO₃ وHCl وHF، لكنها لا تزيل أكاسيد النيتروجين (NOx). وللتحكم في NOx تُستخدم في جانب الاحتراق شعلاتٌ منخفضة NOx، وفي خط غازات المداخن أنظمةُ الاختزال الانتقائي مثل SCR أو SNCR. لذلك تُصمَّم مرحلة الجير في خط المعالجة المتكامل بمعزل عن مرحلة NOx.

لماذا يتطلب الحقن الجاف استثمارًا منخفضًا؟

لا يحتاج الحقن الجاف إلى برج تفاعل منفصل؛ إذ تُحقن المادة الماصة في مجرى الغاز القائم ويُجمع الناتج في المرشح القائم. ولهذا تصف وثيقة BREF طريقة DSI بأنها بسيطة التركيب، وتناسب المساحات الضيقة، ويمكن إضافتها في وقت قصير. في المقابل، يكون استغلال المادة الماصة منخفضًا بسبب قِصر زمن المكوث، وقد يكون استهلاك الجير أعلى مقارنةً بالطرق الأخرى.

ما المعلومات اللازمة للحصول على توصية بالمنتج؟

تكفي للتقييم الأولي المعلوماتُ التالية: معدل تدفق الغاز، وتركيزات SO₂ وHCl وHF، ودرجة حرارة الغاز، والنظام القائم (حقن جاف أو مجفف بالرذاذ أو جهاز غسل رطب)، ونوع المرشح، وقيمة الانبعاث المستهدفة، والاستهلاك الشهري التقديري، والتعبئة المفضلة. وبهذه المعلومات أرسلوا طلبكم للحصول على توصية بالمنتج وعرض سعر.

الخلاصة

• يُستخدم الحجر الجيري المطحون ناعمًا في أجهزة الغسل الرطب، وحليب الجير في الأنظمة شبه الجافة، ومسحوق الجير المطفأ في الحقن الجاف.
• وفقًا لبيانات BREF الأوروبية، تحقق الأنظمة الرطبة أعلى إزالة لـ SO₂، بينما يتطلب الحقن الجاف أدنى استثمار.
• تُحسب الحاجة إلى الجير من معادلة التفاعل ومن النسبة Ca/S الخاصة بكل طريقة؛ ويتضح الاستهلاك الفعلي بالتجربة في الموقع.
• يتحدد الاختيار بالكفاءة المستهدفة والوقود والاستثمار واستخدام المياه والناتج الثانوي وشروط التوريد مجتمعةً.

المصادر

• Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants — مركز البحوث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية (JRC)، 2017، EUR 28836 EN (الجداول 3.10, 3.13, 3.15؛ القسم 3.2.2.2).
• Using Lime for Flue Gas Treatment — National Lime Association (الرابطة الوطنية للجير في الولايات المتحدة).
• Safe handling of lime — European Lime Association (EuLA)، 2015.
• Vişne Madencilik؛ صفحات منتجات الجير المطفأ والجير الحي ومزيل الرطوبة والغازات، وصفحة مصانعنا (بيانات المنتجات والمنشآت والقدرة الإنتاجية المعلنة).

الكاتب

مقالات ذات صلة

• كيف تختارون الجير المطفأ لمعالجة غازات المداخن؟ — النعومة والمساحة السطحية والنقاوة وخطة التجربة في الموقع.
• جير مطفأ للبيع: كيف تقارنون العروض؟ — تكلفة التسليم لكل طن من المادة الفعّالة بدلًا من سعر الطن.
• ما هي كربونات الكالسيوم الميكرونية؟ — اختيار المنتج حسب d50 وd97 ودرجة البياض.
• كيف تختارون ممتص الرطوبة للحاويات؟ — مقارنة بين ممتص الرطوبة القائم على الجير وهلام السيليكا وكلوريد الكالسيوم.