تقنية نزع النتروجين من الأوزون: المبادئ والتصميم وتحليل التطبيق

1. نظرة عامة وخلفية فنية

نظرة عامة على تقنية DeNOx

يوجد حاليًا العديد من تقنيات إزالة أكاسيد النيتروجين الناضجة في السوق، بما في ذلك التخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR)، والتخفيض الانتقائي غير التحفيزي (SNCR)، وإزالة أكاسيد النيتروجين بالأوزون. كل من هذه التقنيات لها مزاياها الخاصة وهي مناسبة لبيئات وظروف مختلفة. بالنسبة للغلايات الكبيرة التي تعمل بالفحم، فإن تقنية SCR هي التقنية المفضلة بشكل عام؛ بالنسبة لحرق النفايات، أو أفران الأسمنت، أو غلايات الطبقة المميعة المتداولة (CFB)، فإن SNCR أكثر اقتصادا وقابلة للتطبيق. ومع ذلك، قد لا تكون بعض الوحدات مناسبة تمامًا لأي من التقنيتين. وفي هذه الحالات، تصبح أكسدة الأوزون deNOx بديلاً مناسبًا.

ستتناول هذه المقالة المبادئ والتفاعلات الكيميائية والعوامل المؤثرة الرئيسية وتكوين النظام وتصميم الأوزون بمساعدة ديناميكيات الموائع الحسابية.إزالة ثاني أكسيد النيتروجين.

مزايا Ozone DeNOx

بسبب خصائص الأكسدة القوية التي يمنحها عدم استقرار الأوزون،إزالة ثاني أكسيد النيتروجينتُلغي الحاجة إلى المحفزات وعوامل الاختزال، مما يُحقق انبعاثات صفرية. هذه الطريقة ليست فعالة من حيث التكلفة فحسب، بل تُظهر أيضًا مزايا عدم الحاجة إلى أي مواد ماصة أو محفزات أو تلوث في عملية التكسير الحفزي (FCC)، مما يجعلها حلاً متطورًا لمكافحة تلوث أكسيد النيتروجين.

2. مبدأ وتطبيق نزع النتروجين من الأوزون

الأوزون (O3) هو شكل عالي الطاقة من الأكسجين. وهو عديم اللون، لكن له رائحة مميزة، وهو غير مستقر للغاية. ومع ذلك، فإن عدم استقراره هذا يمنحه خصائص مؤكسدة قوية، مما يجعله فعالاً للغاية في التعقيم، وإزالة التلوث، والتبييض، وإزالة الروائح الكريهة. في قطاع معالجة المياه، يُستخدم الأوزون على نطاق واسع لتعقيم وتطهير مياه الشرب، وإزالة الملوثات، مثل المركبات العضوية، بواسطة مولدات الأوزون الاصطناعية دون التسبب في تلوث ثانوي.

التحكم في أكسيد النيتروجين

يُعدّ الأوزون طريقةً فعّالةً للسيطرة على تلوث أكاسيد النيتروجين، لا سيما في عملية التكسير التحفيزي الكيميائي (FCC)، حيث استُخدم على نطاق واسع لإزالة أكاسيد النيتروجين. لا تتطلب هذه الطريقة أي محفزات أو عوامل اختزال، وتحقق عملية تنظيف دورية خالية من الانبعاثات.

يتفاعل الأوزون مع أكاسيد النيتروجين

يتفاعل الأوزون بسرعة مع أكاسيد النيتروجين، فلا يتطلب أي محفز، وينتج الأكسجين والماء فقط. وتكمن ميزته في انتقائيته العالية. ومن خلال التحكم في زمن التفاعل وكمية الأوزون، يمكن التحكم بسهولة في تفاعلات الأكسدة على مركبات مثل أول أكسيد الكربون وأكاسيد الكبريت، مما يزيد من استخدام الأوزون في عملية نزع النتروجين.

3.تركيب نظام نزع النتروجين من الأوزون

يتكون نظام نزع النتروجين من الأوزون بشكل أساسي من مولد أوزون، ومفاعل، ووحدة امتصاص، ونظام تحكم. يُنتج مولد الأوزون الأوزون، ويُسهّل المفاعل تفاعل الأكسدة بين أكسيد النيتروجين والأوزون، بينما تُمتص وحدة الامتصاص أكاسيد النيتروجين عالية التكافؤ الناتجة. يُنظّم نظام التحكم مُعاملات مُختلفة طوال عملية نزع النتروجين لضمان الفعالية والسلامة. 

تصميم النظام والعوامل المؤثرة

تتأثر فعالية نزع النتروجين بالأوزون بعوامل متعددة، منها النسبة المولية، ومجال التركيز، ودرجة حرارة التفاعل، وزمن التفاعل، وخصائص سائل الامتصاص. يجب مراعاة هذه العوامل بشكل شامل في التصميم لتحقيق كفاءة نزع النتروجين وإزالة الكبريت.

دور محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية في التصميم

تعتمد عملية أكسدة الأوزون بشكل كبير على تقنية محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) لتحسين تصميم شبكة الأوزون والتحكم في درجة حرارة غازات المداخن. تهدف المحاكاة إلى ضمان اتصال وتصادم كافٍ بين غازات المداخن والأوزون، مما يُحسّن كفاءة النظام وأدائه.

من خلال فهم أعمق لمبادئ وتصميم نظام نزع النتروجين بالأوزون، إلى جانب تقنيات المحاكاة المتقدمة، يُمكننا تحقيق كفاءة أعلى في نزع النتروجين وخفض تكاليف التشغيل في الممارسات الهندسية، مما يُسهم بشكل أكبر في حماية البيئة. وفي الوقت نفسه، تُوفر الخبرة المكتسبة في التطبيقات الميدانية مرجعًا قيّمًا لتحسين هذه التقنية بشكل أكبر.