Penyahsulfuran gas serombong (FGD) ialah proses menanggalkan sulfur dioksida dan bahan cemar lain yang berkaitan daripada gas ekzos di stesen kuasa bahan api fosil. Pendekatan yang serupa turut digunakan untuk kegunaan lain seperti menyental gas ekzos pada kapal besar.

1) Latar belakang

Bahan api fosil seperti arang dan minyak mengandungi sulfur – kuantiti yang tepat bergantung kepada sumber geologi dan tahap pemprosesan atau penapisan yang dijalankan. Semasa pembakaran, >95% daripada sulfur berubah menjadi sulfur dioksida (SO2). Oleh sebab SO2 merupakan gas beracun, yang dikaitkan dengan bertambahnya simptom dan penyakit pernafasan serta merupakan petanda kepada pembentukan hujan asid dan zarahan bawaan udara yang lain, maka ia perlu disingkirkan daripada bahan cemar.

Sulfur selebihnya boleh dioksidakan menjadi sulfur trioksida (S03) jika terdapat oksigen lebihan di dalam kebuk pembakaran. Lebih berkemungkinan lagi ialah pembentukan sulfur monoksida (SO), yang sering dikaitkan dengan suhu meningkat atau kehadiran bendasing logam di dalam bahan api yang boleh bertindak sebagai pemangkin. SO akan tergabung dengan sebarang lembapan hampir serta-merta dalam sistem tersebut lalu membentuk asid sulfurik (H2SO4). Memandangkan c. 1% daripada SO2 yang terhasil akan turut membentuk asid yang agresif ini, persekitaran dalaman amat mencabar bagi pemilihan bahan. A

Antara juzuk lain pada gas serombong ialah jelaga, yang merupakan mendapan karbon daripada pembakaran yang tidak sempurna, dan jirim zarah daripada abu dan bendasing galian yang lain dalam bahan api. Selain itu, terdapat juga nitrus oksida, nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) yang akan membentuk asid nitrik apabila terdedah kepada air dan telah dikaitkan dengan fenomena ‘hujan asid’ di stesen kuasa sebelum sistem peredaan dipasang.

Read More



2) Cara bahan cemar boleh dikawal a) Penggahar basah Biasanya, proses penggahar basah adalah berdasarkan proses tindak balas kimia yang ringkas untuk menyingkirkan SO2. Gas serombong keluar melalui buburan berair kapur (CaO) dan batu kapur (CaCO3), dan di situ berlaku tindak balas lalu membentuk kalsium sulfat, [ CaSO4(H20)2 ] dan lebih dikenali sebagai gipsum yang boleh diperoleh kembali dan digunakan dalam penggunaan papan lepa.

Tatarajah proses standard ialah gas serombong disedut melalui menara sembur di bawah draf teraruh. Di sini, beberapa nozel menghasilkan semburan halus buburan batu kapur untuk memastikan pencampuran sebati semasa aliran berlawanan. Penghasilan asid boleh berlaku, dan dalam proses dengan jumlah yang banyak, mungkin sukar untuk menghalang aliran daripada satu bahagian proses ke bahagian yang lain – menyebabkan masalah kakisan timbul pada keratan benigna yang ketara. Reka bentuk alternatif menggunakan palang venture, tempat gas serombong membantu meluluhkan ‘cecair penggahar’, dan penggahar dasar yang padat, tempat menara serombong padat dengan bahan dalam usaha memaksimumkan bahagian sentuhan dan masa antara gas serombong dan cecair.

Walau apapun reka bentuk khususnya, semua sistem akan menyertakan bahagian untuk penyediaan, pengendalian dan pam untuk buburan batu kapur, serta bahagian selanjutnya untuk mendapatkan semula dan rawatan cairan buangan. Oleh itu, antara item cadangan untuk kegunaan aloi perintang kakisan ialah pam, injap dan paip selain kebuk utama.

Usaha mencapai pencampuran yang berkesan antara buburan dan gas serombong adalah genting dalam memperoleh tahap penyingkiran SO2 yang tinggi dengan teknik paling biasa menggunakan menara sembur yang terletak di hiliran pemendak elektrostatik. Gas serombong kemudiannya disedut masuk ke menara oleh kipas draf teraruh (biasanya kipas serombong yang utama) iaitu tempat ia mengalirkan aliran berlawanan ke semburan buburan batu kapur, dengan itu memberikan masa mastautin yang mencukupi untuk tindak balas kimia berlaku.

b) Penggahar air laut Air laut semakin kerap digunakan sebagai larutan untuk merawat gas serombong, terutamanya jika stesen kuasa terletak bersebelahan dengan garis pinggir laut atau muara sungai. Gas serombong diedarkan melalui sistem penggahar sebagaimana yang diterangkan sebelum ini, tetapi air laut digunakan sebagai ganti buburan kapur berair. SO2 diserap ke dalam air, dan ia bergantung kepada pencairan dan kesan penimbal daripada air laut yang mengandungi bikarbonat (HCO3) semula jadi untuk meneutralkan sebarang keasidan.

Sistem jenis ini turut digunakan di dalam kapal besar. Ia boleh dikendalikan sebagai sistem gelung-buka apabila berada di perairan lepas, tetapi mungkin perlu dikendalikan sebagai sistem gelung tertutup, contohnya apabila berada di pelabuhan. Dalam mana-mana keadaan, air laut diberikan dos alkali untuk mencapai kesan peneutralan yang sama.

c) Penggahar kering Sistem ini berlainan daripada penggahar basah, iaitu dari segi buburan dibebaskan sebagai kabus amat nipis, yang kemudiannya mengering dengan serta-merta sebaik sahaja terkena gas serombong yang panas. Zarah halus yang terhasil itu dibawa bersama dalam aliran gas terneutral dan bergantung pada sistem penapis (beg penapis, elektrostatik) untuk memerangkap dan menyingkirkannya daripada terbebas ke udara.

3) Pemilihan bahan Persekitaran dalaman sistem FGD mungkin amat mengkakis, dan kelainan yang besar dalam kandungan buburan mungkin turut wujud antara pemasangan yang berbeza. Oleh itu, pemilihan bahan perlu mempertimbangkan setiap projek berdasarkan setiap satu dengan sentiasa memikirkan saiz dan reka bentuk loji, kos pengendalian dan kandungan gas serombong yang mungkin terhasil.

Cabaran bahan yang utama ialah gabungan keseragaman, kakisan lekuk dan celah yang berpunca daripada serangan asid apabila hasil pemeluwapan SOx terbentuk pada pelbagai titik sistem FGD:

Apabila gas serombong yang memasuki sistem pada mulanya bersifat lindap, asid sulfurik dan asid sulfurus terbentuk dan boleh jadi amat agresif. pH media berasid di dalam saluran masuk mungkin 1 atau kurang. Apabila buburan batu kapur mengalir masuk ke dalam kebuk penyerap, keadaannya mencapai keseimbangan dan pH meningkat dengan mendadak kepada 4.0 – 5.5. Selepas penyentalan, gas yang keluar masih boleh mengandung sedikit asid, yang kebanyakannya sebagai kabus nipis. Di dalam salur alur keluar, gas yang menyejuk akan menghasilkan wap yang amat berasid pada dinding salur. Pemeluwapan yang serupa boleh turut berlaku pada dinding serombong/cerobong keluar. Keadaan ini boleh jadi bertambah buruk memandangkan gas serombong turut boleh bercampur dengan atmosfera lembap apabila keluar daripada serombong lalu membentuk titisan asid, yang boleh gugur balik ke dalam serombong dan mengakibatkan kakisan pada dinding serombong. Memandangkan terdapat kelainan keadaan ini, pilihan bahan akan berubah-ubah pada seluruh sistem serta dari tapak ke tapak. Berdasarkan pengalaman (negatif) berkaitan kakisan, sohor kini terdapat peningkatan dalam penggunaan bahan yang berprestasi lebih baik untuk mengelakkan kegagalan, kos penyelenggaraan atau bocoran.

Pada mulanya, keluli tahan karat austenit siri 3xx digunakan dengan meluas, dengan Alloy 316L kemudiannya digantikan oleh Alloy 317L. Aloi ini mendapat faedah daripada penambahan bererti Mo (3.0-4.0%) dan kandungan Cr yang bertambah untuk meningkatkan nilai nombor Setara Rintangan Lekuk (PREN) daripada 25 kepada 31. Dengan kemungkinan berlakunya keadaan yang amat berubah-ubah dalam sistem, dengan pelbagai kemungkinan untuk membentuk celah, keupayaan rintangan kakisan tambahan ini membantu dalam melanjutkan hayat khidmat tetapi akhirnya aloi sedemikian hanya benar-benar wajar untuk kawasan yang kurang agresif – apabila suhu, keasidan dan kandungan halida rendah.

Keluli tahan karat dupleks (seperti Alloy 2205) kemudiannya diperkenalkan, terutamanya dalam bentuk plat untuk pembikinan kebuk utama. Dengan PREN bernilai 34, ia mewakili peningkatan logik seterusnya pada keadaan kakisan dan sebelum ini menjadi bahan khusus yang paling meluas digunakan. Di bawah kekangan kos, kategori bahan ini telah dibangunkan menjadi keluli tahan karat ‘dupleks kurang’ yang menawarkan prestasi yang sebanding tetapi dengan kandungan aloi (dan kos) yang lebih rendah. Penambahan aloi molibdenum didapati menyediakan keupayaan rintangan yang berkesan terhadap lekukan, dan Alloy 254 turut dinyatakan sedemikian. Dengan PREN bernilai 43, ia menawarkan rintangan kakisan yang amat kuat, tetapi dengan tahap tinggi Cr, Ni dan Mo, mungkin terlalu mahal untuk kegunaan skala besar.

Daripada penelitian selanjutnya, aloi nikel tentu sekali masih menawarkan keadaan kakisan yang lebih baik – tetapi pada titik kos yang terdapat lebih beberapa faktor daripada keluli tahan karat. Ia lebih mudah didapati sebagai larutan apabila digunakan sebagai kepingan nipis – yang dipanggil ‘meletak kertas dinding’ pada kerja salur dan serombong di bahagian depan logam struktur yang berkos lebih rendah. C276 dilaporkan dengan meluas sebagai sesuai untuk kegunaan ini dalam kertas dagangan serta saintifik. Begitu juga, titanium didapati memiliki keupayaan rintangan kakisan yang amat baik dalam persekitaran bergas dan bercecair FGD dan telah digunakan untuk anggota berstruktur dan pemasangan bolt. Bagaimanapun, kosnya menghalang kegunaan skala besar.

Berada pada kedudukan pertengahan bagi pilihan logam yang pelbagai ini ialah keluli tahan karat super dupleks. Pada amnya, ia merupakan logam pilihan untuk banyak kegunaan pam dan injap – sama ada sebagai badan acuan dan juga sebagai palang bermesin untuk bahagian bergerak – disebabkan gabungan keadaan kakisan dan sifat mekanikalnya. Kandungannya telah dibangunkan untuk mencapai PREN >40, yang hanya setanding dengan logam yang harganya beberapa kali ganda lebih mahal. Tegasan bukti biasanya dua kali daripada yang terdapat pada keluli tahan karat austenit, yang berguna pada komponen galas beban dan boleh dipergunakan dengan membuat reka bentuk keratan lebih kecil yang memerlukan kurang bahan. Dalam kumpulan gred super dupleks terdapat Ferralium 255, yang mendapat manfaat daripada peningkatan tahap penambahan Cu yang didapati meningkatkan keupayaan rintangan kakisan lekuk melebihi tahap yang dinyatakan oleh PREN.

Sebagaimana yang ditunjukkan pada Rajah 1, Ferralium menyediakan keupayaan rintangan yang jelas lebih baik terhadap asid sulfurik berbanding Alloy 316L dan gred super dupleks lain yang lebih popular seperti S32760. Prestasi hebat ini disokong oleh lengkungan iso-kakisan yang dipaparkan pada Carta 1, dengan ia terletak di atas keluli tahan karat yang lain dan hanya diatasi oleh Alloy 825 yang berasaskan nikel.

Rajah 1: Keadaan kakisan selepas terendam dalam 70% wt asid sulfurik, 37°C, 48 jam

Dari kiri ke kanan, Ferralium – 0.05mm/tahun, S32760 – 2.00mm/tahun, Alloy 316L – 3.00mm/tahun

Carta 1: Lengkungan iso-kakisan untuk logam yang terdedah kepada Asid Sulfurik pada kadar 0.1mm/tahun.



Dengan rangsangan daripada keadaan am ini, ujian makmal yang lebih khusus dijalankan, yang menyerupai keadaan pada sistem FGD yang biasa. Sampel logam didedahkan kepada persekitaran mengkakis, suhu meningkat serta aliran gas. Dalam persekitaran khusus ini, Ferralium memberikan prestasi yang lebih baik daripada logam bersaing.



Carta 2: Keadaan kakisan perbandingan bagi aloi dalam persekitaran proses FGD tiruan.

45,000ppm Cl– [0.003% FeCl3, 0.11% KCl, 0.5% MgCl2, 1.1% CaCl2, 0.02% CaF2, 5.56% NaCl, 200g/l CaSO4.2H20] pada suhu 66°C, pH c. 2.5, dengan SO2/O2 (1:1) berbuih melalui larutan.

Case Studies

Kertas Teknikal

Penyahsulfuran Gas Serombong

Kertas kerja ini memberikan penyelidikan tentang perencat kakisan, dan cara ia boleh digunakan untuk melanjutkan lagi prestasi Ferralium® apabila digunakan dalam persekitaran berasid yang terdapat di kemudahan pengeluaran baja.

Penyahsulfuran Gas Serombong

Kertas kerja ini memberikan penyelidikan tentang perencat kakisan, dan cara ia boleh digunakan untuk melanjutkan lagi prestasi Ferralium® apabila digunakan dalam persekitaran berasid yang terdapat di kemudahan pengeluaran baja.

Penyahsulfuran Gas Serombong

Kertas kerja ini memberikan penyelidikan tentang perencat kakisan, dan cara ia boleh digunakan untuk melanjutkan lagi prestasi Ferralium® apabila digunakan dalam persekitaran berasid yang terdapat di kemudahan pengeluaran baja.