يمكن أن تُنتج مصانع حمض النيتريك انبعاثات أكسيد النيتروز المتغيرة بسرعة، لا سيما عند تغير حجم الإنتاج أو كفاءة عمليات الحد من الانبعاثات. إذا لم يتمكن نظام الرصد من رصد هذه التغيرات، فقد تُقلل التقارير السنوية لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من تقدير فترات التشغيل المهمة أو تعتمد على بيانات يصعب التحقق منها. لذا، يجب أن يقيس تصميم الرصد الشامل كلاً من تركيز الغاز وكميته اللازمة لحساب الانبعاثات.
بالنسبة للمنشآت المشمولة في الاتحاد الأوروبي، يجب أن يستخدم إنتاج حمض النيتريك قياسًا مستمرًا لانبعاثات أكسيد النيتروز. يجب أن يحدد النظام تركيز أكسيد النيتروز التمثيلي بعد أي معدات تخفيف ذات صلة، ويجمعه مع تدفق غازات المداخن، ويغطي كلاً من الظروف المخففة وغير المخففة، وينتج بيانات انبعاثات الكتلة المعتمدة للإبلاغ.
هذا يعني أن اختيار جهاز تحليل أكسيد النيتروز ليس سوى جزء واحد من المشروع. فموقع أخذ العينات، واختيار النطاق، ومعالجة الرطوبة، وتحديد تدفق الغاز، وضمان الجودة، ومعالجة البيانات، كلها عوامل تؤثر على اكتمال النتائج السنوية المُبلغ عنها.
ما هي المصادر التي يجب تضمينها في نطاق الرصد؟
قد يؤدي قياس المخرج العادي لخط إنتاج واحد فقط إلى إغفال عمليات التجاوز، أو خطوط الإنتاج الموازية، أو الانبعاثات المرتبطة بمعدات التحكم. وتصبح هذه الإغفالات ذات أهمية بالغة عند حساب المصنع للمجاميع السنوية. ويمنع جرد المصادر تحول الفجوات الصغيرة ظاهريًا إلى نقاط ضعف في عملية إعداد التقارير.
تحدد لائحة الاتحاد الأوروبي لرصد وإبلاغ الانبعاثات الانبعاثات الناتجة عن عمليات الإنتاج الناجمة عن:
- الأكسدة التحفيزية للأمونيا.
- وحدات الحد من انبعاثات NOₓ أو N₂O.
- كل خط إنتاج ذي صلة أو مصدر انبعاثات.
- الفترات التي يتم فيها تطبيق إجراءات التخفيف.
- الفترات التي لا يتم فيها خفض الانبعاثات أو تغييرات أداء التحكم.
تتعلق الأحكام التي نوقشت هنا بعملية إنتاج أكسيد النيتروز من نشاط الإنتاج الكيميائي المدرج، وليس أكسيد النيتروز الناتج عن احتراق الوقود العادي.
ينبغي تسجيل كل مصدر مع وضع التشغيل الخاص به، وترتيب القناة، ومعدات التخفيف، ونطاق التركيز المتوقع، وطريقة تحديد التدفق، والاتصال بنظام الإبلاغ الخاص بالمصنع.
أين ينبغي قياس أكسيد النيتروز (NO)؟
قد لا يوفر منفذ أخذ العينات المناسب نتيجةً تمثيلية. فسوء الخلط، أو دخول الهواء، أو أخذ العينات قبل مرحلة المعالجة النهائية، قد يؤدي إلى تحريف التركيز المقاس وإضعاف العلاقة بين البيانات والتصريف الجوي الفعلي.
بالنسبة لكل مصدر، ينبغي أن تستخدم منهجية القياس نقطة أخذ عينات تمثيلية بعد إزالة التلوث، حيث يتم تركيب نظام الإزالة. وينبغي أن يراعي تقييم الموقع ما يلي:
- هندسة القناة والاضطرابات في اتجاه المنبع.
- تجانس التركيز والسرعة.
- المسافة من مراحل حقن الكواشف أو المحفزات.
- قد يحدث تخفيف نتيجة تسرب الهواء أو هواء التنقية.
- درجة الحرارة والضغط والرطوبة.
- إمكانية الوصول لأغراض المعايرة والاختبار المرجعي.
- طول خط أخذ العينات ووقت الاستجابة.
- صيانة آمنة في ظل ظروف تشغيل المصنع.
قد يلزم إجراء تقييم للمسار أو ملف تعريف التدفق لإثبات أن الموقع يمثل تدفق الغاز بالكامل. إذا لم يكن التدفق متجانسًا، فيجب أن يأخذ نهج الرصد وتقييم عدم اليقين ذلك في الاعتبار.
ما هي تقنية التحليل المناسبة لـ N₂O؟
قد يواجه جهاز التحليل الذي تم اختياره بناءً على قائمة الغازات الاسمية فقط تداخلات أو تشبعًا أو ظروف عينة غير مستقرة. قد يحتوي غاز ذيل حمض النيتريك على بخار الماء، وأكسيد النيتروجين، والأكسجين، وتركيزات متغيرة من أكسيد النيتروز، لذا يجب التحقق من صحة طريقة التحليل في المصفوفة الحقيقية.
تشمل أساليب القياس الممكنة ما يلي:
- تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء: يقيس غازات متعددة نشطة بالأشعة تحت الحمراء ويمكن أن يشمل N₂O و NO و NO₂ وبخار الماء ومكونات أخرى مُهيأة.
- تحليل متخصص بالأشعة تحت الحمراء: يمكن توفير قياس مستمر لأكسيد النيتروجين (N₂O) حيث يتم معالجة تأثيرات المدى والتداخل والرطوبة بشكل صحيح.
- طرق المختبر المرجعي أو الطرق الدورية: مفيدة للتحقق، لكنها لا تحل محل القياس المستمر حيثما يكون ذلك مطلوبًا.
يمكن تهيئة جهاز ESEGAS FTIR CEMS الخاص بنا لرصد غاز أكسيد النيتروز (N₂O) وغيره من الغازات النشطة بالأشعة تحت الحمراء. قبل اقتراح أي تهيئة، نراجع الحد الأدنى والحد الأقصى المتوقعين للتركيزات، والمواد المتداخلة، والرطوبة، ودرجة حرارة أخذ العينات، وإجراءات التحقق المطلوبة. ولا يُعدّ إدراج الغاز في قائمة الغازات الخاصة بجهاز التحليل دليلاً قاطعاً على استيفائه متطلبات خطة رصد محددة.
لماذا لا يكفي قياس التركيز وحده؟
قد ينخفض تركيز الملوثات بينما ترتفع الكتلة الإجمالية المنبعثة إذا زاد الإنتاج وتدفق العادم. لذا، فإن الإبلاغ عن التركيز دون قياس التدفق يعطي صورة غير مكتملة وقد يُسيء تمثيل تأثير تغيرات حمل المحطة.
تُحسب انبعاثات أكسيد النيتروز (N2O) بالساعة من خلال تركيزه وحجم الغاز المقابل. وعليه، يجب أن يتوافق نظام الرصد مع ما يلي:
| معامل | غرض المراقبة |
|---|---|
| تركيز N₂O | يحدد نسبة أكسيد النيتروجين في العادم |
| تدفق غازات المداخن | يحول التركيز إلى معدل انبعاث |
| تركيز الأكسجين | يدعم تحديد التدفق غير المباشر عند الاقتضاء |
| رطوبة | يُمكّن من تصحيح متسق من الحالة الرطبة إلى الجافة |
| درجة الحرارة والضغط | يدعم تطبيع التدفق |
| حالة التشغيل | يميز بين فترات الإنتاج والإغلاق والفترات غير الطبيعية |
| معدل الإنتاج | يدعم عمليات التحقق من المعقولية وتحليل الأداء |
فيما يخص إنتاج حمض النيتريك، تنص اللوائح على طريقة قياس تدفق الهواء الداخل لتحديد معدل التدفق، وتسمح باتباع نهج بديل في حال تعذر تطبيق الطريقة المحددة تقنياً، شريطة موافقة الجهة المختصة. لذا، قد يكون قياس تدفق غازات الاحتراق المستمر جزءاً من بديل معتمد، بدلاً من أن يكون الخيار التلقائي لكل مصنع.
يجب أن تستخدم جميع المعلمات المتصلة طوابع زمنية متوافقة، وشروط مرجعية، وفترات حساب متوسط متوافقة.
كيف ينبغي إدارة الرطوبة والظروف المرجعية؟
قد يؤدي خلط بيانات تركيز الرطوبة في الظروف الرطبة والجافة إلى خطأ منهجي في الإبلاغ يبقى خفيًا طوال العام. ويزداد هذا الخطر عندما تتغير الرطوبة بتغير حمولة النبات أو عندما تُطبّق أجهزة القياس المختلفة تصحيحات بشكل مستقل.
ينبغي تعديل القياسات على أساس الغاز الجاف عند الحاجة، والإبلاغ عنها بشكل منتظم. يجب على المصانع توثيق ما يلي:
- سواء تم قياس N₂O على أساس رطب أو جاف.
- كيفية قياس بخار الماء أو إزالته.
- موقع قياس الرطوبة.
- ظروف مرجعية لدرجة الحرارة والضغط.
- معادلات التصحيح المستخدمة من قبل نظام البيانات.
- معالجة المكثفات في أنظمة الاستخلاص.
- قد تُفقد الغازات القابلة للذوبان أو الغازات التفاعلية التي يتم قياسها معًا أثناء التجفيف.
يحتفظ جهاز مطياف الأشعة تحت الحمراء بتقنية FTIR الرطبة الساخنة بالماء في العينة، ويمكنه قياسه إلى جانب الغازات الأخرى. أما جهاز مطياف الأشعة تحت الحمراء بتقنية التجفيف البارد، فيزيل الرطوبة قبل التحليل، ولكنه يتطلب توثيق التصحيح والتأكد من أن القياس المستهدف يظل دقيقًا.
كيف يمكن لنظام واحد أن يغطي الظروف المخففة وغير المخففة؟
قد يصل نطاق التشغيل المُختار لأداء المحفز الطبيعي إلى حد التشبع أثناء بدء التشغيل، أو عند حدوث تجاوز أو فشل في عملية الحد من الانبعاثات. كما أن اختيار نطاق تشغيل عالٍ فقط لحالات الاضطراب قد لا يوفر دقة كافية أثناء التشغيل المستقر. ويمكن لأي من هذين التباينين أن يُحدث فجوات في التشغيل تحديدًا عندما تتغير الانبعاثات بشكل ملحوظ.
ينبغي أن يكون النظام قادراً على قياس جميع المصادر ذات الصلة أثناء التشغيل مع أو بدون معالجة. وقد يتطلب ذلك، بحسب التطبيق، ما يلي:
- نطاقات تحليلية متعددة.
- تبديل النطاق التلقائي باستخدام منطق موثق.
- التخفيف المتحكم به.
- قنوات منفصلة لنقاط انبعاث مختلفة.
- التحقق من صحة النتائج عند التركيزات المنخفضة والعالية.
- معالجة الإنذارات في حالات تجاوز النطاق المسموح به.
- اختبار زمن الاستجابة عبر مسار العينة بالكامل.
- تسجيل تجاوز المحفز وحالة تشغيل المصنع.
ينبغي إدراج انتقالات النطاق في اختبار الجودة بدلاً من تقييمها فقط بعد حدوث حدث غير طبيعي.
كيف ينبغي التحكم في جودة البيانات والفترات المفقودة؟
حتى مع توفر أجهزة التحليل بشكل كبير لمدة عام، قد لا تزال النتائج غير صحيحة إذا لم يتم تحديد الانحراف أو فشل المعايرة أو أعطال الاتصال بشكل صحيح. تتيح القواعد الواضحة التمييز بين التغيرات الحقيقية في الانبعاثات ومشاكل نظام القياس.
ينبغي أن تحدد خطة المراقبة ما يلي:
- عمليات التحقق من الصفر والمدى.
- جداول المعايرة والاختبار المرجعي.
- معايير قبول الانحراف والمدى.
- فترات الصيانة والخروج عن السيطرة.
- مؤشرات حالة المحلل والتدفق والأكسجين.
- إجراءات التعامل مع حالات فشل المعايرة.
- قواعد استبدال البيانات للتركيز المفقود أو المعلمات الداعمة.
- الاحتفاظ بالإشارات الخام والنتائج المحسوبة.
- تقييم عدم اليقين.
- التحكم في الوصول وسجلات التدقيق.
ينبغي لنظام جمع البيانات حساب القيم الساعية المستخدمة لحساب الإجمالي السنوي والاحتفاظ بها. كما ينبغي للمشغلين مقارنة اتجاهات أكسيد النيتروز بمعدل الإنتاج، ومدخلات الأمونيا، وحالة المعالجة لتحديد النتائج غير المنطقية.
ما الذي يجب التأكد منه قبل تهيئة نظام إدارة مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS)؟
قد يؤدي البدء بمواصفات عامة للأجهزة إلى ترك قرارات أساسية في خطة المراقبة دون حسم. لذا، تساعد مراجعة تصميمية موجزة على مواءمة حزمة التحليل مع ظروف العملية ومتطلبات إعداد التقارير.
قبل اختيار النظام، تأكد مما يلي:
- كل وحدة إنتاج ومصدر انبعاثات مشمولة.
- التصريح المطبق وخطة المراقبة المعتمدة.
- نطاقات متوقعة لمستويات أكسيد النيتروز (N₂O) المخففة وغير المخففة.
- مصفوفة الغاز والرطوبة ودرجة الحرارة.
- موقع أخذ العينات وملف التدفق.
- طريقة تحديد التدفق.
- الشروط المرجعية المطلوبة.
- قياسات تكميلية مثل O₂ أو H₂O.
- إجراءات المعايرة والتحقق.
- واجهات البيانات، والحسابات، وحفظ السجلات.
يتطلب الإبلاغ الموثوق عن أكسيد النيتروز سلسلة قياس منسقة بدلاً من جهاز تحليل مستقل. في شركة ESEGAS، نعتمد في تطبيقات حمض النيتريك على مطابقة جهاز التحليل، ومسار أخذ العينات المُسخّن، وقياسات التدفق والأكسجين الداعمة، ونظام البيانات مع طريقة الرصد المعتمدة. يساعد هذا المصانع على الحصول على نتائج مستمرة تظل ممثلة خلال فترات الإنتاج المستقر، وتغيرات التخفيف، وفترات التشغيل غير الاعتيادية.
