फ्रंट-एंड निवारण एवं बैक-एंड उपचार विधियों को मिलाकर कोक भट्टियों से निकलने वाले NOx उत्सर्जन को नियंत्रित करने हेतु तकनीकें

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फ्रंट-एंड निवारण एवं बैक-एंड उपचार विधियों के संयोजन से कोक भट्टियों से निकलने वाले NOx उत्सर्जन को नियंत्रित करने हेतु तकनीकें – टांग लियांग1,2 (1. जर्मनी की विकॉन कंसल्टिंग एंड इंजीनियरिंग कंपनी)； 2. चांगशा वेइकांग इंजीनियरिंग टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड) 1. परिचय: कोक निर्माण हेतु उपयोग में आने वाले कोक निर्माण यंत्रों से पर्यावरण के लिए हानिकारक कई प्रदूषक उत्पन्न होते हैं; नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) भी ऐसे ही प्रदूषकों में से एक है। GB16171-2012 “कोक निर्माण रसायन उद्योग में प्रदूषकों के उत्सर्जन संबंधी मानक” के लागू होने के बाद, 1 जनवरी 2015 से, मौजूदा एवं नए स्थापित उद्योगों द्वारा उत्सर्जित कोक भट्टियों से निकलने वाली गैसों में NOx की सांद्रता 500 मिलीग्राम/मी³ से कम होनी आवश्यक है। विशेष रूप से, ऐसे क्षेत्रों में NOx की सांद्रता 150 मिलीग्राम/मी³ से कम होनी आवश्यक है। इस मानक के कार्यान्वयन ने हमारे देश के कोकिंग उद्योग के कर्मचारियों का अत्यधिक ध्यान आकर्षित किया है। कोक ओवनों से NOx उत्सर्जन को कैसे कम किया जाए, यह कोक निर्माण उद्योग के लिए एक अत्यंत आवश्यक मुद्दा है। जानकारी के अनुसार, उद्योग के विशेषज्ञों ने अनुमान लगाया है कि सामान्य उत्पादन प्रक्रिया में, कोकिंग उद्योगों में प्रयोग में आने वाले चिमनियों से निकलने वाली गैसों में NOx की सांद्रता 500 मिलीग्राम/मी³ से कम होनी चाहिए। ऐसा करना बहुत ही कठिन है; इस मानक को पूरा करने वाले कोकिंग उद्योग बहुत ही कम हैं। विशेष उत्सर्जन सीमा वाले क्षेत्रों में, NOx का उत्सर्जन स्तर 150 मिलीग्राम/मी³ से कम होना आवश्यक है; ऐसे में इस लक्ष्य को पूरा करना और भी कठिन हो जाता है। कोक भट्टियों से निकलने वाले नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन को मानकों के अनुरूप बनाने हेतु, इसके नियंत्रण हेतु उचित तकनीकों का उपयोग आवश्यक है। लेकिन वर्तमान में, प्रबंधन तकनीकें काफी कठिन हैं; कुल निवेश लागत अधिक है, एवं दीर्घकालिक रखरखाव की लागत भी उच्च है। इसी उद्देश्य से, इस लेख में हमारी कंपनी की प्रारंभिक नियंत्रण एवं अंतिम उपचार संबंधी तकनीकों को एक साथ प्रयोग में लाते हुए, कोक ओवन से निकलने वाली गैसों में नाइट्रोजन ऑक्साइड के उत्सर्जन को नियंत्रित करने के तरीकों का वर्णन किया गया है; ताकि अन्य संस्थाएँ भी इससे लाभ उठा सकें। 2. कोक भट्टियों से नाइट्रोजन ऑक्साइडों का उत्पन्न होने के कारण: कोक भट्टियों में ईंधन के दहन के दौरान NOx उत्पन्न होता है। इसके मुख्य कारण तीन हैं – पहला, तापमान संबंधी कारण। ； दूसरा, कोक ओवन में प्रयुक्त गैस में नाइट्रोजन युक्त घटक होते हैं; इनके दहन से NOx उत्पन्न होता है। ； तीसरा है, हाइड्रोकार्बन ईंधन से उत्पन्न होने वाला तेज़ गति वाला NOx दहन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले NOx में, NO की मात्रा 90% से 95% तक होती है, जबकि NO2 की मात्रा लगभग 5% होती है। अतः, परिपक्व फ्रंट-एंड नियंत्रण तकनीकों का उपयोग करके, स्रोत स्तर पर ही NOx की मात्रा को नियंत्रित किया जा सकता है; इससे कुल लागत में काफी कमी आ सकती है। 3. NOx के नियंत्रण हेतु प्री-ट्रीटमेंट तकनीकें एवं उनका अनुप्रयोग – जर्मनी की विकॉन कंसल्टिंग एंड इंजीनियरिंग कंपनी द्वारा विकसित कोक भट्टियों से निकलने वाले नाइट्रोजन ऑक्साइडों के नियंत्रण हेतु प्री-ट्रीटमेंट तकनीकें, दो मुख्य भागों से मिलकर बनी है एक है कोक ओवन तापमान मापन प्रणाली की तकनीक, दूसरी है कोक ओवन थर्मल सिस्टम नियंत्रण तकनीक। 3.1 कोक भट्ठी के तापमान मापन हेतु प्रणाली संबंधी तकनीकें
3.1.1 कोक भट्ठी के तापमान मापन हेतु प्रणाली का संक्षिप्त विवरण
चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, कोक भट्ठी के तापमान मापन हेतु प्रणाली में मापन हेतु उपयोग होने वाले उपकरण, वायु प्रणाली, तापमान नियंत्रण उपकरण, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली, एवं विश्लेषण हेतु आवश्यक उपकरण शामिल हैं। इसमें, हार्डवेयर भाग पुशिंग रॉड पर ही लगा होता है। पुशिंग की प्रक्रिया के दौरान, जैसे-जैसे पुशिंग रॉड तेज़ी से आगे-पीछे जाता है, कई सेंसरों (चित्र 1a में लाल बिंदुओं से दर्शाए गए) के माध्यम से कार्बनाइजेशन चैंबर के अंदर का तापमान मापा जाता है। इसके बाद यह डेटा तापमान नियंत्रण प्रणाली एवं इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से विश्लेषण हेतु भेजा जाता है। कंप्यूटर विश्लेषण मॉडल के माध्यम से, कोक फर्नेस के प्रत्येक कार्बनाइजेशन चैंबर में तापमान की स्थिति एवं वितरण का पूरा विवरण प्राप्त किया जा सकता है; इससे पूरी दीवार के तापमान वितरण को दृश्य रूप में देखा जा सकता है। ； दूसरे, भट्ठी की छत पर मौजूद ग्रेफाइट की जाँच की जानी चाह ； तीसरा, गर्मी पैदा करने वाली चैम्बरों एवं कार्बनीकरण कक्षों की दीवारों में होने वाले नुकसानों का पता लिया जा सकता ह परीक्षण एवं विश्लेषण के माध्यम से, कोक भट्टियों की स्थिति के बारे में पूरी जानकारी प्राप्त की जा सकती है; इससे कोक भट्टियों की ऊष्मा-संबंधी प्रणालियों को संशोधित करने हेतु आवश्यक जानकारी प चित्र 2 में, तापमान मापन प्रणाली द्वारा कंप्यूटर विश्लेषण मॉडल के माध्यम से प्राप्त किए गए परिणाम दर्शाए गए हैं। इनमें, चित्र 2a में हरा रंग तापमान के सामान्य होने को दर्शाता है, लाल रंग तापमान के अत्यधिक होने को दर्शाता है, जबकि नीला रंग तापमान के कम होने को दर्शाता है। चित्र 2ब में, पूरे कोक भट्ठी के तापमान संबंधी जानकारी दी गई है। file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg
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a. तापमान मापन प्रणाली की संरचना का आरेख
b. औद्योगिक उपकरणों का आरेख; 1. कोक भट्टी में तापमान मापन प्रणाली
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a. कोकन चैंबर में तापमान का वितरण
b. कोक भट्टी में वास्तविक तापमान का आरेख
चित्र 2: तापमान मापन प्रणाली का विश्लेषण
3.1.2 कोक भट्टी में तापमान मापन प्रणाली के तकनीकी लाभ:
(1) कोक भट्टी की ऊष्मा-संबंधी प्रणालियों के नियंत्रण हेतु आवश्यक जानकारी प्रदान करता है; कोक भट्टी की कुल ऊर्जा खपत को नियंत्रित एवं कम करने में मदद करता है। ； (2) बीयरिंग फर्नेस की ऊष्मा-प्रबंधन प्रणाली हेतु आवश्यक आधार प्रदान करना, ताकि धुएँ में मौजूद NOx जैसे पदार्थों की मात्रा को नियंत्रित एवं कम किया जा सके। ； (3) कोक बनाने वाली भट्टियों के तापमान का विश्लेषण करके, कोक बनाने की प्रक्रिया को बेहतर बनाया जा सकता है; इससे बेहतर गुणवत्ता वाला कोक प्राप्त होता है। ； (4) भट्ठी की दीवारों में हुए नुकसान का पता लेने से, शुरुआती चरण में ही उनकी रक्षा एवं मरम्मत की जा सकती है; इससे कोक भट्टियों से होने वाल ； (5) कोक भट्टियों के उपयोगी जीवनकाल को बढ़ाना। 3.1.3 औद्योगिक अनुप्रयोग: कोक भट्टियों में तापमान मापन हेतु प्रयोग में आने वाली प्रणालियों को सीधे “पुशर रॉड” पर ही लगाया जा सकता है; जैसा कि चित्र 1b में दर्शाया गया है। वर्तमान में, इसका सफलतापूर्वक उपयोग जर्मनी, ऑस्ट्रिया, भारत सहित 70 से अधिक कोकिंग संयंत्रों में किया गया है। 3.2 कोक भट्ठी की ऊष्मा-नियंत्रण प्रणाली, कोक भट्ठी की तापमान-मापन प्रणाली द्वारा प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, कोक भट्ठी से निकलने वाली गैसों में NOx की मात्रा को सीधे नियंत्रित करती है। (1) लिफ्ट चैनल के तापमान को कम करें। दहन कक्ष में स्थित उच्च तापमान वाले क्षेत्र, NOx उत्पन्न होने का प्रत्यक्ष कारण हैं। तापमान मापन प्रणाली द्वारा प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, कोक की गुणवत्ता बनाए रखते हुए, इन क्षेत्रों में तापमान को कम किया जा सकता है। ； (2) वायु-अतिरेक गुणांक को कम करना। दहन हेतु आवश्यक वायु एवं गर्मी पैदा करने हेतु उपयोग में आने वाली गैस के अनुपात को समायोजित करके, गैस के दहन हेतु आवश्यक वायु की मात्रा को कम किया जा सकता है; इससे गैस कम वायु-अतिरेक गुणांक के साथ ही जल सकती है। ； (3) कोक भट्टियों में ऊष्मा-संबंधी प्रक्रियाओं का नियंत्रण। फर्नेस के ऊर्ध्वाधर एवं क्षैतिज स्थितियों में तापमान की समानता को बनाए रखें; ताकि कहीं भी अत्यधिक या कम तापमान न हो। इससे ऊर्ध्वाधर वाले भागों में तापमान का वितरण संतुलित रहेगा। ； (4) वाल्व से होने वाले वायुप्रवाह एवं दबाव के मानों को समायोजित करें। ； (5) दहन कक्ष में बनने वाली गैसों की मात्रा को समायोजित करना। ； (6) धुएँ के गैसों के दबाव में समायोजन करना। 3.3 फ्रंट-एंड नियंत्रण तकनीकों का औद्योगिक उपयोग एवं प्रभाव
फ्रंट-एंड नियंत्रण तकनीकों के द्वारा, कोक ओवन से निकलने वाले धुएँ में NOx की सांद्रता को 500 मिलीग्राम/म³ से कम रखा जा सकता है। इसके लिए किसी अतिरिक्त उपकरण की आवश्यकता नहीं है। इस प्रकार, GB16171-2012 “कोक निर्माण उद्योग में प्रदूषकों के उत्सर्जन के मानक” में निर्धारित मानदंडों का पालन किया जा सकता है; अर्थात् मौजूदा एवं नए उद्योगों में कोक ओवन से निकलने वाले धुएँ में NOx की सांद्रता 500 मिलीग्राम/म³ से कम होनी चाहिए। इसके साथ ही, बुच भट्टियों की कुल ऊर्जा खपत भी कम हो जाती है। 4. NOx के अंतिम चरण में नियंत्रण हेतु तकनीकें: मानक GB16171-2012 के अनुसार, उन क्षेत्रों में जहाँ उत्सर्जन संबंधी विशेष सीमाएँ लागू हैं, वहाँ कोक भट्टियों से निकलने वाली गैसों में NOx की सांद्रता 150 मिलीग्राम/मी³ से कम होनी आवश्यक है। केवल फ्रंट-एंड नियंत्रण तकनीकों से मानकों को पूरा करना संभव नहीं है; इसलिए, फर्नेस के धुएँ में मौजूद NOx को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने हेतु नई तकनीकों एवं उपकरणों का उपयोग आवश्यक है। 4.1 प्रक्रिया-विधि: हमारी कंपनी द्वारा विकसित की गई कोक भट्टियों से निकलने वाली धुएँ में सल्फर, धूल एवं नाइट्रोजन को हटाने हेतु उपयोग की जाने वाली एकीकृत तकनीक की प्रक्रिया-विधि का सरल चित्र चित्र 3 में दर्शाया file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg
चित्र 3: कोक भट्टियों से निकलने वाली धुएँ में SO2 हटाने हेतु प्रयोग में आने वाली प्रक्रिया का सरल चित्र। कोक भट्टियों से निकलने वाली धुएँ में सबसे पहले SO2 हटाया जाता है; SO2 हटाने के बाद धुए़े का तापमान लगभग 10°C तक घट जाता है। इसके बाद धुआँ धूल हटाने वाले उपकरणों में भेजा जाता है, जहाँ धूल एवं NOx दोनों ही हटाए जाते हैं। डीनाइट्रिफिकेशन के बाद, धुएँ का तापमान कुछ हद तक बढ़ जाता है; इसलिए, विभिन्न कोक उत्पादन संयंत्रों की वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार, थर्मल रिकवरी सुविधा को जोड़ा जा सकता है। डीसल्फराइजेशन, डस्ट एवं नाइट्रोजन ऑक्साइड नियंत्रण तथा थर्मल रिकवरी प्रक्रियाओं के बाद, कोक ओवन से निकलने वाला धुआँ सीधे वातावरण में छोड़ दिया जाता है। 4.2 SCR डीनाइट्रोजनीकरण प्रक्रिया का सिद्धांत: उत्प्रेरक की उपस्थिति में, कोक भट्टियों से निकलने वाली गैसों में मौजूद NOx एवं NH3 के बीच अपचयन अभिक्रिया होती है; इसके परिणामस्वरूप N2 एवं H2O बनते हैं, जिससे NOx हट जाता है। डीनाइट्रिफिकेशन अभिक्रियाएँ निम्नलिखित हैं:
4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (1)
2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O (2)
NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O (3)
समीकरण (1) एवं (3) मुख्य अभिक्रियाएँ हैं। कोक ओवन से निकलने वाले धुएँ में 90% से अधिक NOₓ, NO के रूप में ही मौजूद होता है। 4.3 प्रक्रिया संबंधी विशेषताएँ: (1) डीसल्फराइजेशन प्रक्रिया, डीनाइट्रिफिकेशन से पहले ही की जाती है; इससे धुएँ में मौजूद SO2 की मात्रा 30 मिलीग्राम/मी³ से कम हो जाती है, जिससे बाद में डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया अधिक प्रभावी ढंग से हो पाती है। ； (2) धुएँ से धूल हटाने एवं नाइट्रोजन ऑक्साइड को निकालने की प्रक्रिया एक साथ होती है; इसलिए अतिरिक्त SCR नाइट्रोजन ऑक्साइड निकासन टॉवर बनाने की आवश्यकता नहीं है। ； (3) कोक ओवन के धुएँ से नाइट्रोजन ऑक्साइडों को कम तापमान पर हटाया जा सकता है; यह 200–240°C के तापमान वाली परिस्थितियों में भी संभव है। इसके लिए किसी प्रीहीटर की आवश्यकता नहीं है। ； (4) कुल निवेश में बचत होती है; संचालन लागत कम होती है, एवं आवश्यक जगह भी कम होती है। 5 निष्कर्ष: (1) NOx के उत्पादन को रोकने हेतु उपयोग की जाने वाली तकनीकें, NOx की सांद्रता को 500 मिलीग्राम/मी³ से कम रखने हेतु पर्याप्त हैं। प्रारंभिक चरण में प्रदूषण नियंत्रण की लागत कम होती है, एवं इसकी तकनीक भी परिपक्व है; लेकिन यह 150 मिलीग्राम/मी³ से कम NOx सांद्रता वाले क्षेत्रों में उत्सर्जन नियंत्रण की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाता। ऐसी स्थिति में अंतिम चरण में प्रदूषण नियंत्रण तकनीकों का उपयोग आवश्यक हो जाता है। (2) फ्रंट-एंड निवारण तकनीकों का उपयोग करके, कोक भट्टियों से निकलने वाली गैसों में मौजूद NOx की मात्रा को 500 मिलीग्राम/मी³ से कम किया जा सकता है। इसके बाद, डीसल्फराइजेशन, डस्ट रिमूवल एवं नाइट्रोजन रिमूवल संबंधी तकनीकों का उपयोग करके कुल लागत एवं बाद के संचालन/रखरखाव संबंधी खर्चों को काफी हद तक कम किया जा सकता है। लेखक परिचय: तांग लियांग, स्नातकोत्तर; मुख्य अनुसंधान क्षेत्र: कोक ओवन मशीनरी, पर्यावरण संरक्षण प्रौद्योगिकी। संपर्क नंबर: 13755064691
पता: हुनान प्रांत, चांगशा शहर, आर्थिक एवं तकनीकी विकास क्षेत्र