التحكم بالملوثات باستخدام التكثيف والتحفيز

تتكاثف المركبات عند درجة الحرارة المعطاة إذا زاد ضغطها الجزيئي حتى يساوي أو يكون أكبر من ضغط بخارها عند ذات درجة الحرارة إذا تناقصت درجة حرارة المزيج الغازي إلى درجة حرارة الإشباع يكون ضغط البخار مساوياً لضغطها الجزيئي وسيحدث التكثيف.

على الرغم من أن التكثيف يحدث أيضاً بزيادة الضغط، إلا أن هذه الطريقة نادراً ما تستخدم في التحكم بتلوث الهواء هناك نموذجان أساسيان من معدات التكثيف، التكثيف السطحي والتكثيف التماسي، في المكثف السطحي يلعب الامتزاز الفيزيائي دوراً رئيسياً حيث يتم امتزاز الملوثات على السطح ويتم تكثيف المركبات الغازية.

 ويكون وسط التكثيف إما الماء أو الهواء، ويفصل البخار عن وسط التبريد بوساطة جدار معدني، كأن يتدفق وسط التبريد خلال أنابيب، ويتكاثف البخار على سطح الأنابيب ويتجمع البخار المتكاثف على شكل غشاء من السائل، وتصرف السوائل إلى الخزان.

في المكثف التماسي يكون البخار بتماس مباشر مع وسط التبريد وفيه يتم رش الماء البارد مباشرة مع تيار الهواء الملوث، ويتم تكثيف البخار البارد ويتم إزالة الماء والمزيج المتكاثف ويعالج قبل التخلص منه، المكثف التماسي أقل كلفة وأكثر قابلية للتكثيف من المكثف السطحي وهو أكثر فاعلية في إزالة المركبات العضوية، ويخلق المكثف التماسي مشكلة تلوث المياه مما يقيد استخدامه في بعض الأحيان.

يعتمد تطبيق عمليات التكثيف على كمية ونوعية المواد المبردة التي يجب أن تستخدم، والمشاكل الناتجة عن التخلص من المخلفات السائلة الناتجة، وكمية المركبات التي يمكن استعادتها. وعادة يستخدم التكثيف كعملية معالجة مسبقة من أجل التحكم بتلوث الهواء، ويستخدم التكثيف بالتزامن مع الحرق التالي، أو مع وحدات الامتصاص أو الامتزاز.

يستخدم التكثيف في صناعة تكرير البترول، وفي الصناعات الكيميائية والبتروكيميائية وغيرها، التطبيق الأوسع له هو حقل التحكم بانبعاثات الهيدروكربونات.

الحرق بالتحفيز

الحرق بالتحفيز طريقة أخرى يمكن استخدامها عندما تكون المواد القابلة للاحتراق في تيار الغاز المنبعث منخفضة جداً لإمكانية الحرق باللهب المباشر يسرع التحفيز نسبة الأكسدة دون أن يحدث فيها تغييرات كيميائية، وكذلك يساهم في إنقاص الزمن اللازم للترميد. يمكن أن يتطلب الترميد الحراري مدة بقاء أكبر بـ 20-50مرة من الترميد بالتحفيز.

يتألف الترميد بالتحفيز عادة من قسم تسخين مسبق وقسم تحفيز، وأصبحت أنظمة التحفيز البارد متاحة في الوقت الحاضر، والتي تعمل عند درجة حرارة الهواء المحيط، مع نفي الحاجة إلى التسخين المسبق.

يستخدم الوقود الإضافي في الترميد بالتحفيز بشكل عام أقل مما يستخدم في الترميد الحراري، مما يخفض كلفة التشغيل. على الرغم من أن فعالية وحدات الحرق المصممة جيداً يمكن أن تكون بين 95-98%، فإن فعالية الحرق تعتمد على عدة عوامل تتضمن تركيز الملوثات ودرجة حرارة التيار الغازي وتركيز الأوكسجين وزمن الاحتكاك ونموذج الحافز، ويمكن الوصول إلى فعالية أكبر من 95%. تستخدم عمليات الحرق بالتحفيز للتحكم بثاني أوكسيد الكبريت والهيدروكربونات وأول أوكسيد الكربون.

من أجل إزالة ثاني أوكسيد الكبريت من تيار الهواء الملوث يتم إزالة الغبار بشكل كامل في المرسبات ثم يمر الغاز خلال محفز إزالة ثنائي أوكسيد الكبريت عند درجة حرارة 454درجة سيليسيوس وتنتج هذه العملية سديم حمض الكبريت، ويزال فيها 90% من ثنائي أوكسيد الكربون الأصلي الموجود في غاز المدخنة. من سلبيات هذه الطريقة كلفة الإنشاء العالية، وإمكانية أن تكون المحفزات سامة، ويتوقف جدوى هذه الطريقة على إمكانية تسويق حمض الكبريت الناتج عن هذه العملية.

التطبيق الوحيد لإزالة أكاسيد النتروجين بالتحفيز بمقياس صناعي يوجد في معالجة الغاز في محطات تصنيع حمض الآزوت يتم مزج الغاز مع أول أوكسيد الكربون وغاز الميتان قبل مرورها فوق المحفز، والمنتجات النهائية هي ثاني أوكسيد الكربون والماء.