التحكم بالملوثات باستخدام الاحتراق

على الرغم من أن الاحتراق أو الترميد يشكل مصدراً رئيسياً لتلوث الهواء، يعتبر أيضاً من أهم عمليات التحكم بتلوث الهواء والتي يتم فيها تحويل ملوثات الهواء (عادة الهيدروكربونات وأول أوكسيد الكربون) إلى ثنائي أوكسيد الكربون والماء غير الضارين. تستخدم تجهيزات الحرق للتحكم بانبعاث ملوثات الهواء وتصمم لتدفع تفاعلات الأكسدة كأقرب ما يكون إلى الاكتمال، مخلفة مركبات غير محترقة أصغرية.

ليحدث احتراق كامل من الضروري توفر اجتماع العناصر الأربعة الرئيسية وهي الأوكسجين والحرارة والاضطراب والزمن. خلال عمليات الاحتراق يتيح التزويد بالأوكسجين تحديد المنتجات النهائية التي يمكن الحصول عليها.

ينتج السخام وأول أوكسيد الكربون كمنتجات ثانوية عندما تكون الأكسدة منخفضة، بينما ينتج ثنائي أوكسيد الكربون عندما يكون الاحتراق بوجود كمية كافية من الأوكسجين. يمكن أن يحدث الاحتراق أيضاً حالما تصل المواد إلى درجة توهجها.

من أجل عمليات التحكم بتلوث الهواء، يجب أن يحافظ على درجة الحرارة عند درجة حرارة الاشتعال، وهي النقطة التي تكون الحرارة المتولدة بواسطة التفاعل أكبر من الحرارة التي تضيع إلى الوسط الخارجي. من أجل أول أوكسيد الكربون تكون الحرارة من 610-657 درجة سيليسيوس.

نحتاج إلى الاضطراب للحفاظ على مزج جيد للأوكسجين مع المواد القابلة للاحتراق، ويمكن أن يتحقق بواسطة حواجز أو فوهات حقن تصمم غرف الاحتراق لتأمين الاضطراب وزمن كافٍ للاحتراق، وغالباً ما يتم ذلك بزيادة ارتفاع المدخنة. وحسب الملوثات التي يمكن أن تتأكسد، يمكن أن تستخدم إحدى الطرق التالية في التحكم بتلوث الهواء: الحرق باللهب المباشر، الاحتراق الحراري، والحرق بوجود مادة حافزة.

الحرق باللهب المباشر

في الحرق باللهب المباشر يتم حرق الغاز مباشرة في غرفة الحرق دون إضافة أي وقود، في بعض الحالات القيمة الحرارية والمحتوى من الأوكسجين تكون كافية للاحتراق الذاتي، ويتم في الحالات الأخرى تقديم الهواء مع أو إضافة كميات قليلة من الوقود حتى يتم حمل المزيج الغازي إلى نقطة احتراقه.

يستخدم الحرق باللهب المباشر في المصانع البتروكيميائية وفي مصافي البترول، والمحارق عادة عبارة عن وحدات احتراق مفتوحة إلى الهواء الطلق عند مخرج تيار الغاز في أعلى المدخنة ومزودة بأداة ضبط للتأكد من استمرار الحرق.

على الرغم من أن الحرق باللهب المباشر طريقة آمنة نسبياً في التخلص من كميات كبيرة من الغازات القابلة للاحتراق، لكنها طريقة غير مثالية من نواحي أخرى. يكون الاحتراق في بعض الحالات عند درجة حرارة عالية بشكل كافٍ ومن أجل مدة طويلة مما يسبب تشكل أكاسيد، وبالتالي إحداث تلوث جديد للهواء، بالإضافة إلى أنه مالم يتم التحكم بنسبة الوقود إلى الهواء وبالعوامل الأخرى، يمكن أن تنتج المحارق دخان مرئي أو سخام.

الحرق الحراري

في الحالات التي يكون فيها تركيز الملوثات الغازية القابلة للاحتراق منخفضاً جداً لا يحقق احتراق شعلة مباشرة، يتم استخدام الترميد الحراري أو ما بعد الحرق، يتم عادة تسخين الغاز بشكل مسبق باستخدام مبادل حراري مستخدماً الحرارة المتولدة من الحرق الحراري نفسه يوجه الغاز المسخن مسبقاً داخل منطقة الاحتراق المزودة بوقود إضافي للحرق.

تتوقف حرارة التشغيل على طبيعة الملوثات في الغاز، وتتراوح درجة الحرارة بشكل عام بين 538 و 927 درجة سيليسيوس، مع درجة تشغيل تصل إلى 1093درجة سيليسيوس، يجب أن يصمم الحرق الحراري بعناية لتوفير الأمان وفعالية التشغيل، حيث أن الاحتراق غير الكامل يمكن أن ينتج منتجات ثانوية غير مرغوب بها، ويجب مراقبة زمن الاحتراق، ودرجة الحرارة والاضطراب ومعدل تدفق الأوكسجين جيداً.

تستخدم هذه الطريقة من أجل التحكم بالانبعاثات من الصناعات ومن المداخن المنزلية ومحامص القهوة. بشكل مثالي يستخدم التيار النظيف نسبياً من الهواء الساخن الناتج عن المرمدات الحرارية كمصدر للحرارة من أجل العمليات الأخرى داخل المحطات الصناعية.