كيف تختار طريقة إزالة الكبريت من الغاز الحيوي؟

طريقة العلاج بالطريقة الرطبة لإزالة الكبريت، وهي تتميز بسعة كبيرة وتركيز عالٍ؛ أما في الحالات الأخرى، فيتم استخدام الطريقة الجافة. أما من لديهم المال ولا يمانعون في بذل جهد إضافي، فيمكنهم استخدام الطريقة البيولوجية

بالإضافة إلى ذلك، دقة عملية إزالة الكبريت بالطريقة الرطبة ليست عالية، حيث يمكن تحقيق مستوى إزالة يصل إلى بضع مئات من جزء في المليون فقط

طريقة العلاج بالطريقة الرطبة مناسبة للكميات الكبيرة والتركيزات العالية، أما الطريقة الجافة فهي المناسبة في الحالات الأخرى، ومن يملك المال ولا يمانع في بذل الجهد يمكنه استخدام الطريقة البيولوجية. هذه العبارة دقيقة للغاية. يمكن تحقيق مستوى أقل من 30 جزءًا في المليون باستخدام الطريقتين الرطبة والجافة، لكن دقة إزالة الكبريت بالطرق البيولوجية غير كافية.

لكن الطريقة البيولوجية تعتبر أكثر نظافة، أما الطريقتان الرطبة والجافة فكلاهما يسببان تلوثًا ثانويًا، خاصة الطريقة الجافة؛ حيث يمكن فقط دفن مواد إزالة الكبريت المستخدمة، وعند استخراجها في الواقع، يتحول جزء كبير من الكبريت إلى غاز ويتسرب إلى الخارج

ما مدى قابلية المواد الخام لعملية إزالة الكبريت بيولوجيًا؟ يبدو أن تكلفة الكائنات الحية المستخدمة في هذه العملية تشكل مشكلة كبيرة

دقة الإزالة بالطريقتين الجافة والرطبة ليست محصورة بهذا الرقم، خاصةً بالطريقة الجافة، حيث يمكننا تحقيق دقة تصل إلى 1 PPM دون مشكلة، والأمر يتعلق أساسًا بسعة الكبريت ودورة استبداله. هل يمكنكم إخباري، حسب ما تعرفون، إلى أي مدى يمكن أن تصل دقة إزالة الكبريت بالطرق البيولوجية؟

أوافق على وجهة نظرك. في نظام غاز البيوجاس، تتعدد أشكال وجود الكبريت، فبالإضافة إلى ثاني أكسيد الكبريت، هناك أيضًا أنواع مختلفة من الكبريت العضوي. فهل يوجد انتقائية معينة في طرق إزالة الكبريت باستخدام الطرق البيولوجية؟

يمكن تصنيف عملية إزالة الكبريت بالطرق الرطبة إلى ثلاثة أنواع: الامتصاص الفيزيائي، والامتصاص الكيميائي، وطريقة الأكسدة. الطريقة الكيميائية لاستخلاص غاز الهيدروجين الكبريتي تتم باستخدام كربونات الصوديوم والأمونيا ومحاليل الأمينات الكحولية ； الطريقة التي يتم بها امتصاص غاز الهيدروجين الكبريتي باستخدام الميثانول البارد هي طريقة الامتصاص الفيزيائي ； الطريقة التي تستخدم محلولًا قلويًا كمادة امتصاص، مع إضافة مواد مساعدة لتحفيز عملية الامتصاص، بهدف امتصاص غاز الهيدروجين الكبريتي وتحويله إلى كبريت خام، تُعرف بطريقة الأكسدة. تعتمد هذه الطريقة على الامتصاص عبر المحلول، كما أنها تتميز بإمكانية إعادة تنشيط المواد المستخدمة في العملية، ولذلك يُطلق على هذه الطريقة أيضًا اسم طريقة الأكسدة الرطبة. من بين الطرق الثلاث المذكورة أعلاه لإزالة الكبريت، تواجه طريقتا الامتصاص الفيزيائي والامتصاص الكيميائي مشكلة إعادة معالجة غاز الهيدروجين الكبريتي. تعتبر تقنية الأكسدة الرطبة حاليًا ناضجة وموثوقة، حيث يمكنها تحقيق كفاءة في إزالة الكبريت تصل إلى أكثر من 99.5%. تتمثل طرق الأكسدة الرطبة المستخدمة محليًا بشكل أساسي في طريقة ADA المحسنة، وطريقة الغار، وطريقة PDS وغيرها. (1) طريقة ADA المحسنة: تُعرف أيضًا باسم طريقة الأنثراكوين ديسلفونات المحسنة، وهي طريقة ناضجة لإزالة الكبريت، حيث يمكن أن تصل نسبة إزالة الكبريت إلى أكثر من 99.5%. تكون ردود الفعل الرئيسية كالتالي: الرد الفعل داخل برج إزالة الكبريت: يتم امتصاص غاز ثاني أكسيد الكبريت باستخدام محلول قلوي خفيف بقيمة pH تتراوح بين 8.5 و9.2، لتكوين هيدروكبريتيدات. Na2CO3 + H2S → NaHS + NaHCO3
يتفاعل الهيدروجين سلفيد مع كبريتات الفاناديوم لإنتاج الكبريت العنصري:
2NaHS + 4NaVO3 + H2O → Na2V4O9 + 4NaOH + 2S
يتم تحويل كبريتات الفاناديوم إلى نترات الفاناديوم عن طريق التأكسد باستخدام ADA:
Na2V4O9 + 2ADA (في الحالة المؤكسدة) + 2NaOH + H2O
4NaVO3 + 2ADA (في الحالة المختزلة)
في عملية إعادة التدوير، يتم أكسدة ADA في الحالة المختزلة بواسطة الأكسجين الموجود في الهواء إلى حالته المؤكسدة، ثم يتم ضخ الخليط إلى برج الامتصاص لإعادة استخدامه. 2ADA (الحالة المختزلة) + O2 → 2ADA (الحالة المؤكسدة) + 2H2O. في تركيبة محلول ADA المحسن، يُستخدم كربونات الصوديوم (Na2CO3) كمادة امتصاص، بينما يعمل ADA كوسيط لإفراز الكبريت، ويعمل أكسيد الفاناديوم كمحفز لعملية إفراز الكبريت بواسطة ADA. طريقة ADA المحسنة هي طريقة لإزالة الكبريت تتميز بنضج التقنية، وارتفاع مستوى تنظيم العمليات، واستقرار خصائص المحلول، بالإضافة إلى مؤشرات اقتصادية جيدة. كما يتمتع هذا الأسلوب بمزايا منها معدل استرداد الكبريت المرتفع، ونقاء الكبريت المسترد، وعدم وجود أي تأثير سام للمحلول على البشر والكائنات الحية، بالإضافة إلى عدم تسببه في تآكل الفولاذ الكربوني. عيبه هو أنه من السهل حدوث انسداد بالكبريت في مواد التعبئة داخل برج إزالة الكبريت. (2) طريقة الغار: الغار هو مادة من نوع البوليفينولات (التانين)، ويمكن استخدامه بديلاً لـ ADA كوسيلة لنقل الأكسجين، كما أن سعره منخفض. تُعد كفاءة الامتصاص لهذه الطريقة مماثلة لكفاءة ADA، كما أن لها مزايا مثل عدم تعرض مواد التغطية داخل برج إزالة الكبريت للانسداد، بالإضافة إلى وفرة موارد الصمغ القيقبي وانخفاض تكلفته. عيبه هو أن تحضير سائل إزالة الكبريت وإضافة صمغ القيقب إلى النظام يتطلبان عملية ذوبان بالتسخين. (3) طريقة PDS: PDS هو مزيج من مركبات سلفات الفثالوسيانين، وله نشاط حفزي عالٍ. يتمتع طريقة PDS لإزالة الكبريت بنفس عملية الإنتاج المستخدمة في طرق أخرى لإزالة الكبريت عن طريق الأكسدة الرطبة، ولذلك فإن التحول من استخدام طريقة ADA أو طريقة الصمغ إلى استخدام طريقة PDS لا يتطلب تغيير العمليات الحالية، بل يكفي استبدال مادة ADA أو الصمغ المستخدمة في سائل إزالة الكبريت بمادة PDS. لدى PDS نشاط حفزي جيد، وكمية استخدامه قليلة، مما يقلل من الاستهلاك. عند إعادة تكوين المحلول، تكون جزيئات بلورات الكبريت التي تنتج رغوة الكبريت كبيرة الحجم وسهلة الفصل، ولذلك فإن نسبة الكبريت المعلق في سائل إزالة الكبريت منخفضة. يساعد هذا القانون ليس فقط في إزالة الكبريت غير العضوي، بل له أيضًا تأثير جيد في إزالة الكبريت العضوي. ليس لدى PDS أي تأثير سام على الجسم، كما أن سائل إزالة الكبريت لا يسبب تآكلاً تقريباً في المعدات. نظرًا لانخفاض محتوى PDS في سائل إزالة الكبريت بشكل كبير، وسهولة ضياعه مع رغوة الكبريت، فإن إضافته دفعة واحدة ستؤدي إلى خروج PDS من النظام مع الرغوة دون أن يشارك في التفاعل، مما يسبب خسائر كبيرة. لذلك، يجب إضافته على مدار 24 ساعة بطريقة تدريجية مستمرة. ومن بين أحدث مواد إزالة الكبريت، نجد SY-7 و888؛ وهما عبارة عن محفزات تم تطويرها للتغلب على عيوب PDS. كما أن لهما خصائص ممتازة من حيث النشاط الحفزي، بالإضافة إلى استخدام كميات قليلة منهما وانخفاض تكلفتهما.

التنقية من الكبريت بالطريقة الجافة هي طريقة تستخدم مواد امتصاص أو ترشيح صلبة لإزالة غاز ثاني أكسيد الكبريت أو الكبريت العضوي. يتمتع الإزالة الجافة للكبريت بمزايا منها: قصر المسار التشغيلي، وبساطة تركيب المعدات، وارتفاع مستوى تنقية الغازات، واستقرار العملية. لكن هذه الطريقة تستخدم عادةً مفاعلات ذات طبقة ثابتة، وتتطلب استبدال مادة إزالة الكبريت بشكل دوري، ولا يمكن استخدامها بشكل مستمر. نظرًا للقيود المفروضة على سعة الكبريت في مواد إزالة الكبريت (أي أقصى كمية من الكبريت التي يمكن إزالتها لكل وحدة كتلة من هذه المواد)، فإن طريقة إزالة الكبريت بالطريقة الجافة تُستخدم عادةً في الحالات التي يكون فيها محتوى الكبريت منخفضًا. هناك العديد من طرق إزالة الكبريت بالطريقة الجافة، ومن أهم الطرق المستخدمة حاليًا: طريقة أكسيد الحديد، وطريقة الكربون النشط، وطريقة أكسيد الزنك، بالإضافة إلى طريقة تحلل الكبريت العضوي (مثل COS وCS2). ميزة كربونات الصوديوم بالطريقة الرطبة هي قدرتها على تحمل تأثيرات كمية الغازات ومستوى غاز الهيدروجين الكبريتي، أما ميزة أكسيد الحديد بالطريقة الجافة في إزالة الكبريت فهي دقة عالية في إزالة الكبريت. يمر الغاز أولاً بعملية إزالة الكبريت بالطريقة الرطبة لإزالة الكبريت بشكل أولي، مما يؤدي إلى التخلص من معظم غاز كبريتيد الهيدروجين الموجود في غاز البيوغاز. يتم امتصاص الجزء الصغير المتبقي من غاز الهيدروجين الكبريتي الذي لم يتم امتصاصه بواسطة طريقة إزالة الكبريت بالطريقة الرطبة، بواسطة مادة إزالة الكبريت المكونة من أكسيد الحديد في طريقة إزالة الكبريت بالطريقة الجافة. ونتيجة للجمع بين طريقتي إزالة الكبريت، يصبح مستوى غاز الهيدروجين الكبريتي أقل من 8 ملغ/نم3. يستخدم طريقة إزالة الكبريت بالصوديوم كربونات الرطبة تقنية إعادة تدوير سائل إزالة الكبريت، مما يؤدي إلى عدم تصريف مياه ملوثة. كما يمكن جمع رغوة الكبريت التي يتم تصفيتها في هذه الطريقة، بالإضافة إلى مواد إزالة الكبريت التي تُستخدم في طريقة إزالة الكبريت الجافة لامتصاص غاز الهيدروجين الكبريتي، وبيعها لمصانع الكبريتيك. المواد الكيميائية والمعدات المستخدمة في العملية خالية من السمية والضرر، كما أن استخدامها سهل، ولا تشكل أي مخاطر أمنية. مقارنةً بإزالة الكبريت باستخدام هيدروكسيد الصوديوم وطريقة إزالة الكبريت الجافة النقية، فإنها تتمتع بمزايا مثل كفاءة عالية في إزالة الكبريت وتكاليف تشغيل منخفضة. يعتمد هذا الإجراء على تقنية إزالة كبريت غاز الفحم المستخدمة سابقًا، وقد تم تطويرها عبر عدة تحديثات لتصل إلى مستوى متقدم يضاهي المعايير الدولية في هذا المجال. تتميز كفاءة إزالة الكبريت باستخدام كربونات الصوديوم في الطريقة الرطبة بالاستقرار، بينما تتميز دقة إزالة الكبريت في الطريقة الجافة بالارتفاع. ومن خلال استخدام طريقة مزيج من الطريقتين الرطبة والجافة، يمكن الاستفادة من مزايا كل منهما، مما يؤدي إلى تحقيق أفضل نتائج من حيث دقة إزالة الكبريت وتكلفة التشغيل.

العمليات البيولوجية التي أعرفها تشمل عملية الامتصاص والتفاعل في مفاعل واحد، وعملية الامتصاص والتفاعل البيولوجي في مفاعلين؛ أنا أعرف العملية الثانية جيدًا، وأرى أن تكلفة الاستثمار وسهولة التشغيل فيها مقبولتان، لكنني لا أعرف إذا كان المقصود هو العملية الأولى.