CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU Giáo viên giảng dạy: PGS.TS Phạm Xuân Núi PHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI  Các nguồn tạo ra khí thải và bụi: nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo Nguồn ô nhiễm tự nhiên: Gió lốc, bão sa mạc, núi lửa hoạt động. Hiện tượng phân hủy, thối rữa động thực vật. Hiện tượng sấm chớp, mưa bức xạ trong hệ mặt trời, vũ trụ thông qua phản ứng phân hủy hoặc kết hợp các chât tồn tại cân bằng trong không khí.

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

Giáo viên giảng dạy: PGS.TS Phạm Xuân Núi

HÀ NỘI, 8 - 2009

PHẦN 1 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

 Các nguồn tạo ra khí thải và bụi: nguồn ô

nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo

 Nguồn ô nhiễm tự nhiên:

- Gió lốc, bão sa mạc, núi lửa hoạt động.

- Hiện tượng phân hủy, thối rữa động thực vật.

- Hiện tượng sấm chớp, mưa bức xạ trong hệ

mặt trời, vũ trụ thông qua phản ứng phân hủy hoặc kết hợp các chât tồn tại cân bằng trong không khí.

PHẦN 1 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Nguồn ô nhiễm nhân tạo

- Các dạng thải vào không khí

 Các chất ở dạng khí là những chất ở điều kiện thông

thường tồn tại ở thể khí như: CO, CO2, NOx, Cl2,…

Các chất thải ở dạng bụi: là các chất rắn được phân tán

trong không khí có kích thước khác nhau từ 1/10 đến hàng

nghìn micromet

 Các chất ở dạng hơi: thể khí của các chất ở điều kiện bình thường là chất lỏng hoặc rắn Ví dụ, hơi benzen, iot,

tetraetyl chì,

PHẦN 1 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

chất lỏng hoặc chất rắn tạo thành các hạt nhỏ

li ti phân tán trong không khí.

hại ít hay nhiều sẽ phụ thuộc vào bản thân tính chất của chúng.

Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu

Phân loại bụi và hơi khí độc theo dải kích thước

Các khí thải gây ô nhiễm môi trường và các quá trình kiểm soát

Vấn đề môi trường

Các quá trình kiểm soát

ăn mòn hệ thống.

- Quá trình hidrođesunfua Dầu chứa S được phản ứng với

H2 ở nhiệt độ và áp suất thích hợp với sự có mặt của xúc

tác rắn S chuyển thành H2S (H2 được lấy từ refoming xúc

tác hoặc được sản xuất từ quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên hay khí của quá trình lọc dầu.

- Khí cháy chứa SOx được tiếp xúc với vật liệu rắn hay lỏng

dễ hấp thụ SOx thông thường chuyển về dạng S hoặc

H2SO4.

CO Thường đốt cháy chuyển về CO2

- Kiểm soát tốt các thiết bị đun sôi và nung.

- Nung và thông gió tốt

Khói tạo ra khi cháy không đủ

không khí trong các thiết bị đun sôi,

lò nung.

Tro bay và bồ hóng Sử dụng bộ lọc điện ở các bộ phận lò nung hoặc thiết bị gia

nhiệt với cặn, than và cốc.

Hidrocacbon Bay hơi từ bình chứa hoặc rò rỉ ở nơi khai thác, phản ứng

trong khí quyển tạo sương Lắp mái nổi hoặc hệ thống thu

hồi hơi Sửa chữa, bảo dưỡng các vòng gioăng, đệm của bơm, làm sạch vùng tràn dầu.

CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH

KHÔNG KHÍ

 Biện pháp mang tính vĩ mô

 Hạn chế tác động của con người vào thiên nhiên như: hạn chế đốt rừng, hạn chế khai thác rừng, khoáng sản nhằm giảm ảnh hưởng đến sự cân bằng vốn có của khí quyển.

 Chống sa mạc hóa, hoang hóa

 Trồng cây xanh, trồng rừng cây đệm ven bờ biển

chống xâm lấn của cát, hơi muối biển.

 Biện pháp cải thiện không khí nơi làm việc

Thông gió, sử dụng cây xanh va giải pháp công nghệ

Thông gió chung

Mục đích: đưa không khí từ ngoài vào với lưu lượng cần thiết nhằm phaloãng cường độ ô nhiễm (bởi nóng, bụi, hơi và khí độc)

Nguyên tắc: Không khí sạch → Vùng thở → Vùng tỏa độc → Miệng hút

→ Thải

CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH

KHÔNG KHÍ

Thông gió cục bộ

Mục đích: Thu giữ các khí, hơi độc ngay tại nguồn phát sinh

Yêu cầu xử lý các chất gây ô nhiễm:

- Không cản trở thao tác công nghệ

- Không cho không khí chứa chất ô nhiễm đi qua vùng thở

- Vận tốc thu hồi khí đủ lớn

Thông gió chống nóng

- Cân bằng nhiệt: đảm bảo sự trao đổi nhiệt với môi trường

- Giải pháp chống nóng:

Giải pháp thồn gió tự nhiên và cách nhiệt

Giải pháp thông gió cưỡng bức

CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI

Khái quát về bụi và xử lý bụi

Bụi là những hạt chất rắn có kích thước cũng như tỉ trọng khác nhauphân tán trong không khí

Các phương pháp xử lý bụi có thể chia thành các nhóm sau:

Phân loại: Thiết bị xử lý bụi gồm 6 dạng chính

1 Lọc cơ khí 4 Thiết bị lọc tĩnh điện

2 Thiết bị màng lọc 5 Thiết bị lọc ướt

3 Thiết bị hấp thụ 6 Thiết bị buồng đốt

(1)(2) dùng để xử lý bụi; (3) (4) dùng để xử lý bụi hoặc hơi khí độc

(5) (6) dùng để xử lý khí

Vùng lọc và hiệu quả xử lý của các phương pháp

Hiệu suất tách bụi của một số kiểu thiết bị

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG BUỒNG LẮNG

Công thức tính bề mặt ngang của buồng lắng:

-V là lưu lượng khí qua buồng lắng

- w là vận tốc dòng khí qua buồnglắng

Thể tích làm việc của buồng lắng (VLV): VLV = V.t (m3)

Chiều dài cần thiết của buồng lắng (l): l = F/a = VLV /a.h (m)

THIẾT BỊ THU BỤI BẰNG TRỌNG LỰC

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI DỰA VÀO LỰC LY

TÂM (CYCLON)

Nguyên lý: Khi dòng khí và bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi có khối lượng lớn hơn nhiều so với các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực ly tâm văng ra phía xa trục hơn, phần gần trục xoáy lượng bụi sẽ rất nhỏ.

Đường đi và các lực tác dụngtrong cyclon của dòng bụi khí

CYCLON ĐƠN

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI DỰA VÀO LỰC LY

TÂM (CYCLON)

CYCLON ĐƠN

CYCLON ĐƠN

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG

LỌC MÀNG, LỌC TÚI

Nguyên lý: Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc; túi

(màng) này có các khe (lỗ) nhỏ cho các phân tử khí đi qua dễ dàngnhưng giữ lại các hạt bụi

Cấu tạo và vận hành của thiết bị cyclon ướt

THIẾT BỊ TỔ HỢP CYCLON

- Đối với túi lọc:

- Đối với màng lọc: S = a.b

trong đó: V là lưu lượng khí (năng suất lọc) qua túi (màng) m3/s

v, là cường độ lọc của một m2 bề mặt (m3/m2.h) Thông thường vđược chọn từ 15 đến 200m3/m2.h

η là hiệu suất làm việc của bề mặt lọc

D là đường kính ống lọc; l là chiều cao ống lọc; a là chiều rộngcủa túi; b là chiều dài của túi

Công thức tính lực cản của túi

Thiết bị lọc túi được sử dụng

phổ biến

Sử dụng lọc bằng màng hoặc bằng túi có thể cho hiệu quả lọc đến 98 –99% Với những hạt bụi có kích thước ≥ 1µm

 Nguyên tắc: Dòng không khí chứa bụi phải được đi

qua một môi trường lỏng hoặc màng hơi nước để

tăng khả năng lắng xuống của hạt bụi.

 Một số phương pháp sử dụng trong công nghiệp:

- Phương pháp dập bụi bằng màng chất lỏng

- Phương pháp sục khí qua chất lỏng (nước)- Phương

pháp sủi bọt

- Phương pháp rửa khí ly tâm

- Phương pháp rửa khí kiểu Venturi

- Rửa khí kiểu dòng xoáy

- Rửa khí kiểu đĩa quay

THU BỤI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP

ƯỚT

Phương pháp dập bụi bằng màng chất lỏng

Nguyên lý: Dòng khí có chứa bụi đi qua màng chất lỏng (nước) Các hạt bụigặp nước sẽ bị dìm xuống hoặc cuốn bám theo màng nước, còn dòng khí điqua Nước thường đi từ trên xuống, còn dòng khí đi từ dưới lên

Cấu tạo và vận hành của thiết bị

• Dàn mưa: Lượng nước phun vào có thể quay vòng trở lại sau khi lắng bùnbụi

Kiểu tháp đĩa chồng

Phương pháp sục khí qua chất lỏng (nước) – Phương pháp sủi bọt

* Nguyên lý:Khí chứa bụi đi qua màng đục lỗ rồi qua lớp chất lỏng dưới dạngcác bọt khí Bụi trong các bọt khí bị thấm ướt và bị kéo vào pha nước tạo

thành các huyền phù rồi được thải ra ngoài Khí sau khi được làm sạch sẽthải ra môi trường

Cấu tạo và hoạt động

Phương pháp rửa khí kiểu Venturi

* Nguyên lý: Dòng khí được dẫn qua một ống thắt, tại đây tốc độ dòng khítăng lên cao (50 – 150m/s) Khi vượt qua đầu cấp chất lỏng để ngỏ sẽ kéotheo dòng sol Những chất lỏng nhỏ bé đó sẽ làm ướt bụi cuốn theo và ngưnglại thành dạng bùn đi ra theo cửa dưới và dòng khí ra sẽ là khí sạch

* Cấu tạo và vận hành

Rửa khí kiểu dòng xoáy

* Nguyên lý: Dòng khí có tốc độ lớn thổi trực tiếp vào bề mặt chất lỏng theomột góc xiên; dưới áp lực của dòng khí, chất lỏng sẽ bị tung lên, khí và chấtlỏng tiếp xúc với nhau; bụi bị thấm ướt sẽ bị giữ lại trong chất lỏng và khísạch đi ra ngoài

* Cấu tạo và vận hành

Rửa khí kiểu đĩa quay

* Nguyên lý: Bụi trong dòng khí đi qua hệ thống khử bụi gồm nhiều tấmđục lỗ hay lưới bằng kim loại Những tấm lưới này luôn luôn được thấm ướtbằng một chất lỏng thích hợp và quay tròn đều trong một không gian hìnhtrụ Những hạt bụi trong dòng khí gặp bề mặt chất lỏng sẽ bị làm ướt và bịgiữu lại rồi trôi theo những giọt nước roi xuống đáy

* Cấu tạo và vận hành

Khử bụi tĩnh điện

Cấu tạo và hoạt động

Mô hình thiết bị lọc bụi tĩnh điệnhay được sử dụng trong xử lý khíthải công nghiệp

Phương pháp xử lý hơi và khí độc

• Thiêu hủy bằng nhiệt: Phương pháp này phù hợp với khí thải chứa nhiều chất hữu cơ như các hơi dung môi, hơi lò cốc hóa than, hơi

đốt,…

• Trong điều kiện nhiệt độ cao, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy thành than, khí và hơi nước.

phẩm không độc.

UV

Thiêu hủy bằng phương pháp đốt

không đòi hỏi quá cao để phân hủy hoàn toàn chất và thường dùng khi nồng độ các chất độc hại cao Ví dụ đốt khí đồng hành trong khai thác dầu mỏ.

 Đốt có xúc tác

Chất xúc tác gồm các kim loại có bề mặt phát triển như Pt, Cu, Ni;

PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ

 Nguyên tắc: Dựa trên sự

hạ thấp nhiệt độ môi trường

xuống mọt giá trị nhất định

thì hầu như chất ở thể hơi sẽ

ngưng tụ lại và sau đó được

thu hồi hoặc xử lý tiêu hủy

XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG

PHÁP HẤP PHỤ

Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của mộtchất hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn – khí,rắn – lỏng; lỏng – khí)

Nguyên lý của phương pháp

Hơi và khí độc khi đi qua lớp chất hấp phụ bị giữu lại nhờ hiện

tượng hấp phụ Nếu ta chọn được các chất hấp phụ chọn lọc thì có thể loại bỏ được các chất độc hại mà không ảnh hưởng đến thành phần các khí không có hại khác.

 Phương pháp hấp phụ động

Phương pháp hấp phụ động cóhiệu suất cao và phù hợp đối vớithực tiễn sản xuất nên thườngđược sử dụng trong xử lý khí thảicông nghiệp

Zeolit là tập ợp các alumosilicat có cấu trúc tinh thể So với silicagen,

trong mạng lưới tinh thể của zeolit, một phần ion Si4+ được thay thế bằngcác ion Al3+ dẫn đến sự thiếu hụt về điện tích dương

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

 Nguyên lý

Cơ sở của phương pháp là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ

(thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vàkhả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để tách

chất

 Một số ví dụ hấp thụ trong công nghiệp

- Hấp thụ bằng dầu: thường sử dụng các loại dầu để hấp thụ các hợp chấthydrocacbon, ví dụ việc hấp thụ butadien dùng ancol etylic, dầu hỏa,…

-Hấp thụ bằng axetylen: để hấp thụ các hợp chất như dimetylformamit

(CH3)2CONH; metanol; NH3 lỏng,…người ta có thể dùng axetylen

- Sự hấp thụ CO2

Người ta sử dụng nước, metanol, kiềm, dung dịch NH3 để hấp thụ CO2

+ Trong metanol, CO2 hấp thụ theo kiểu vật lý

+ Trong nước, sau khi khuếch tán vào, quá trình xảy ra như sau:

CO2 + H2O = HCO3- + H+ = H2CO3

 Một số ví dụ hấp thụ trong công nghiệp

+ Khi sử dụng dung dịch kiềm hay dung dịch NH3 thì quá trình xảy ra:

3ZnO + CS2 = 3ZnS + CO2ZnO + COS = ZnS + CO2ZnO + C2H5SH = ZnS + C2H4 + H2OZnO + C2H5SH = ZnS + C2H5OHPhản ứng xảy ra ở nhiệt độ 500 – 5500C; bằng cách oxi hóa ZnS bằng oxikhông khí

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong

xử lý bụi và khí thải

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong xử lý

bụi và khí thải

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong xử lý

bụi và khí thải

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong xử lý

bụi và khí thải

PHƯƠNG PHÁP XỬ KHÍ THẢI TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

Mở đầu

Pháp (IFP) đã được chọn trong sơ đồ công nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất của Việt Nam.

trên 90% Cặn thành các phân đoạn dầu nhẹ, nặng để pha

Diesel và dầu FO.

huỳnh, nitơ, oxi và các kim loại nên khí thải của công đoạn tái

tác,…

Một số phương pháp xử lý đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.

 Xử lý nguyên liệu Cặn trước khi đưa vào phân

Đầu tư xây dựng phân xưởng xử lý nguyên liệu cặn trước khi đưa vào phân xưởng cracking xúc tác

cracking xúc tác, được xử lý khử lưu huỳnh, kim loại bằng Hydro-công nghệ RDS (Residue Desulfua).

chuyển tới phân xưởng thu hồi lưu huỳnh.

suất đáp ứng yêu cầu của Nhà máy lọc dầu số 1 (69000

thùng/ngày) vào khoảng 40 triệu USD kèm theo chi phí vận hành hàng năm khiến chúng ta phải cân nhắc.

Sử dụng xúc tác hai chức năng

(bifuntional catalyst)

-Công ty Grace Davision đã nghiên cứu và chế tạo loại xúc tác có

-Xúc tác này đã được sử dụng ở hơn 70 nhà máy lọc dầu trên thế giới.

-Xúc tác này được dùng bổ sung (khối lượng 1 – 3% tổng lượng xúc tác cần thiết cho phân xưởng) vào hệ thống tuần hoàn xúc tác của phân xưởng và có thể chuyển hoá 40 – 50% khối lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu sang H2S trong lò phản ứng để thu hồi tại phân xưởng tái sinh amin.

 Các phản ứng hoá học diễn ra như sau:

tác còn giai đoạn 3 xảy ra trong lò phản ứng.

Ưu-nhược điểm của phương pháp

 Ưu điểm:

phân xưởng Cracking giảm đến 60% Ưu điểm của phương pháp này là không cần chi phí đầu tư ban đầu, có thể kiểm soát được

hành, khả năng thu hồi xúc tác cao.

 Nhược điểm:

Chi phí vận hành cao (giá xúc tác loại này cao hơn 7 lần so với xúc tác thông thường khoảng 16 USD/kg) Với lượng xúc tác bổ sung hàng năm là 9000 tấn như phân xưởng cracking của Nhà máy lọc dầu số 1 thì chi phí vận hành hàng năm là 4 – 5 triệu USD

 Quá trình chuyển hoá thành H2S chủ yếu phụ thuộc vào giai

thừa trong lò tái sinh xúc tác dẫn đến việc tăng nồng độ CO phải xử lý trong khói thải.

tăng đáng kể dẫn đến việc phải thay đổi thiết kế, công suất và lựa chọn nguyên vật liệu

Đầu tư xây dựng cụm thiết bị khử

SO x bằng hoá phẩm (Scrubber )

Sơ đồ công nghệ được áp dụng rộng

rãi trong các nhà máy lọc dầu

èng khãi

KhÝ th¶i cña RFCC

Xử lý NO x

chứa một phần nitơ do đó quá trình tái sinh đã tạo ra các nitơ

 Có 2 phương pháp để loại bỏ các oxit:

Các nhà máy lọc dầu đã phát triển công nghệ khử NOx trong khói thải của phân xưởng cracking bằng xúc tác, Selective Catalytic Reduction (SCR)

Thành phần xúc tác bao gồm titan oxit, có bổ sung vanadi oxit và

molipden.

Các phản ứng hoá học có thể mô tả như sau:

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (1)6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O (2)2NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (3)6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (4)

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (5)Nhiệt độ cần thiết cho phản ứng khử NOx thành N2 thải ra môi trường từ 300– 4000C

Sơ đồ công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy lọc dầu.

CO Boiler

NH3

Kh«ng khÝ

KhÝ th¶i

Vïng xóc t¸c

KhÝ th¶i

Lß ph¶n øng

TIÊU CHUẨN MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THU HỒI LƯU HUỲNH

TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

Tiêu chuẩn môi trường đối với

hàm lượng lưu huỳnh

Thu hồi lưu huỳnh theo phương

pháp Clauss

nhiệt độ trong lò phản ứng 210 – 3000C, áp suất 1,3 atm.

Sơ đồ công nghệ phương pháp

Phương pháp khử H2S bằng ADA (Antraquinon Disunphonic Axit)

C14H6O2(SO3H)2

Phương này được áp dụng để làm sạch khí thải ra cột đuốc của nhà máy trong trường hợp không có phân xưởng thu hồi lưu huỳnh.

Các hoá phẩm sử dụng cho phương pháp:

Tên hoá phẩm Công thức hoá học Nồng độ (g/l)

ADA C 14 H 6 O 2 (SO 3 H) 2 5 Natri cacbonat Na 2 CO 3 5 Natri bicacbonat NaHCO 3 25 Natri Vanadat NaVO 3 2 KaNatactarat KNaC 4 H 4 O 6 1

 Công nghệ này có thể chia làm 3 giai đoạn:

1 Quá trình hấp thụ:

2 Quá trình tách lưu huỳnh:

Na2V2O5 + ADA → NaVO3 + ADA (dạng quinon, phenol)

3 Quá trình tái sinh dung dịch:

Phương pháp xử lý SO x

 Dựa vào thành phần lưu huỳnh trong nguyên liệu hoặc SOx

trong khói thải, người ta có thể lựa chọn một trong các công nghệ sau:

Sơ đồ nguyên lý của cụm thiết

THiÕt bÞ t¸i sinh

- L­u huúnh

- H2SO4-Na2SO3

KhÝ th¶i s¹ch

KhÝ cÇn

xö lý

Phương pháp hấp thu H 2 S trong

đóng vai trò quan trọng trong việc ăn mòn đường ống, gây ra sản phẩm phụ khi sử dụng và làm ô nhiễm môi trường.

Quá trình hấp thu H 2 S ở pha lỏng

xút và dung dịch các muối hoà tan của kim loại như:

dụng trong nhà máy điều chế axit sunfuric.

trietanolamin Quá trình này xảy ra trong dung dịch amin:

-Quá trình tách H 2 S bằng phương

pháp khô

 Phương pháp khô thường dùng vật liệu hấp thu, hấp thụ Quá trình

này thuận tiện cho việc khai thác ngoài biển, xa bờ Các vật liệuthường dùng là các oxit kim loại nặng: Fe, Mn, Cd, Zn và than hoạttính, Zeolit,

 H2S hấp thụ rất mạnh trên các oxit kim loại và có thể thu hồi được

lưu huỳnh hay H2S sạch để sử dụng trong công nghiệp

 Khi cho H2S đi qua cột chất xúc tác ta thu được SO2 Khí SO2 dùng

điều chế Na2SO3 hay oxi hoá trên xúc tác một lần nữa để tạo ra SO3

và sản xuất H2SO4

 Hiện nay một phương pháp mà hầu hết các nhà máy phân đạm đi từ

than hay dùng là hỗn hợp Fe2O3 cộng với mạt cưa có độ ẩm 20 30% Hỗn hợp này hấp thu được 5 – 20% H2S theo trọng lượng của

-nó, đặc biệt phương pháp này rẻ tiền và dễ áp dụng