Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu xác gia cầm bằng phần mềm ansys fluent

Trong quá trình thiêu xác động vật có một số khí thải tương tự như thải các lò hơi [1], hệ thống xử lý khí thải trong khi thiêu đốt xác động vật dựa trên thiết kế những nghiên cứu các lò

Trang iv

Matlab và k t quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT K t quả tính toán chính là nồng độ các khí thải SO2, NO2, CO2 trong quá trình thiêu đốt xác gia c m sinh ra được xử lỦ bằng phương pháp h p th với ch t h p th được sử d ng là Ca(OH)2 Các k t quả tìm được, đem phân tích đối chi u với k t quả tính toán, Code Matlab

và k t quả mô phỏng trên ANSYS FLUENT K t quả phân tích góp ph n quan trọng trong vi c tính toán và tối ưu hóa h thống

ABSTRACT

The thesis refers to the formation of computational models and ANSYS FLUENT sofware application in simulation of the exhaust fumes treatment process in the obsorption tower This simulation method based on the calculation of CODE MATLAB exhaust fumes treatment results and ANSYS FLUENT simulation results The calculation result is the concentration of the exhaust fumes SO2, NO2, CO2 born in the scorching process of identify birds and handled by the absorbing method that their absorbent is Ca(OH)2 The search results are analysed and compared with CODE MATLAB calculation results and ANSYS FLUENT simulation results Analysis result played a key part to the calculation and optimization of the system.

Trang v

LỦ lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Cảm tạ iii

Tóm tắt iv

M c l c v

Danh sách các chữ vi t tắt x

Danh sách các bảng xii

Danh sách các hình xiv

Ch ng 1: T NG QUAN 1

1.1 Các k t quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1

1.1.1 Nghiên cứu nước ngoài 1

1.1.1.1 H thống xử lỦ nhiều t ng 1

1.1.1.2 Phương pháp loại bỏ SOx và NOx từ h thống lò đốt 2

1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 4

1.1.2.1 Lò đốt và xử lỦ khói thải lò đốt ch t thải nguy hại 4

1.1.2.2 Lò đốt rác y t 6

1.1.3 Các v n đề khoa học còn tồn tại c n nghiên cứu để giải quy t hi n nay 8

1.2 Tính c p thi t c a đề tài, Ủ nghĩa khoa học và thực ti n c a đề tài 8

1.3 Xác định m c đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu 9

1.4 Xác định nhi m v nghiên cứu và giới hạn c a đề tài 9

1.5 Phương pháp nghiên cứu 9

1.6 K hoạch thực hi n 10

Ch ng 2: CƠ S Lụ THUY T QUÁ TRÌNH X Lụ KHệ TH I 11

2.1 Xử lỦ khí và hơi bằng phương pháp thiêu h y 11

2.1.1 Thiêu h y bằng nhi t 11

Trang vi

2.2 Phương pháp ngưng t 12

2.3 Xử lỦ hơi và khí thải bằng phương pháp h p ph 13

2.3.1 Khái quát về hi n tượng h p ph 13

2.3.1.1 H p ph vật lỦ 14

2.3.1.2 H p ph hóa học 14

2.3 Xử lỦ khí thải bằng phương pháp h p th 15

2.3.1 Nguyên lỦ phương pháp h p th 15

2.3.1.1 H p th vật lỦ 15

2.3.1.2 H p th hóa học 17

2.3.1.2.1 Sự chuyển ch t trong quá trình h p th 17

2.3.1.2.2 Cân bằng pha trong h khí – lỏng 18

Ch ng 3: CH T H P TH TRONG QUÁ TRÌNH X Lụ B NG PHƯƠNG PHÁP H P TH 20

3.1 Đối với NOX 20

3.1.1 H p th NOXbằng than hoạt tính 20

3.1.2 H p th NOXbằng silicagen 20

3.1.3 H p th NOXbằng keo nhôm 20

3.1.4 H p th NOXbằng than bùn có tính kiềm trong thi t bị t ng sôi 21

3.1.5 H p th NOx bằng amoni cacbonat 21

3.1.6 H p th NOxbằng nước 21

3.1.7 H p th khí NOx bằng kiềm 22

3.2 Đối với khí SO2 22

3.2.1 H p th khí SO2bằng nước 22

3.2.2 H p th khí SO2bằng dung dịch soda 23

3.2.3 H p th khí SO2bằng dung dịch amoniac 23

3.2.4 H p th khí SO2 bằng các amin thơm 24

3.2.5 H p th đồng thời khí SO2 và NOxbằng NaOH và Na2CO3 24

3.3 Đối với khí CO2 25

Trang vii

3.4 Đối với CO 27

C h ng 4: TệNH H TH NG X Lụ B NG PHƯƠNG PHÁP H P TH 29 4.1 Công su t và thành ph n c n thiêu h y 29

4.2 Tính toán lượng vật ch t vào lò và ra khỏi lò 29

4.2.1 Cân bằng vật ch t 29

4.2.1.1 Lượng vật ch t c p vào lò 30

4.2.1.1.1 Lượng không khí nạp vào lò 31

4.2.1.1.2 Tổng lượng vật ch t vào lò 34

4.2.1.2 Lượng vật ch t ra khỏi lò 34

4.2.2 Cân bằng nhi t lượng 35

4.2.2.1 Nhi t lượng đưa vào lò 36

4.2.2.2 Cân bằng nhi t lượng ra khỏi lò 38

4.3 Tính toán thi t k tháp h p th 40

4.4 K t quả code matlab 44

C h ng 5: MÔ PH NG S QUÁ TRÌNH X Lụ BÊN TRONG THÁP H P TH 45

5.1 Mô hình hóa h thống 45

5.2 Mô tả bài toán và điều ki n biên 46

5.2.1 Mô tả bài toán 46

5.2.2 Điều ki n biên 47

5.2.2.1 Điều ki n biên vận tốc vào 47

5.2.2.2 Điều ki n biên áp su t ra 48

5.3 Sử dung CFD trên ANSYS FLUENT mô phỏng quá trình xử lỦ bên trong tháp h p th 48

5.3.1 Chia lưới tháp h p th 48

5.3.2 Thi t lập điều ki n mô phỏng 50

5.3.2.1 Thi t lập điều ki n vận tốc khí thải vào 50

5.3.2.2 Thi t lập điều ki n bi n vận tốc ch t h p th 51

Trang viii

PH L C Ch ng 4 TệNH H TH NG X Lụ B NG PHƯƠNG PHÁP

H P TH 57

1 Tính toán tháp làm nguội 57

2 Tính toán thi t k xiclon 61

3 Tính toán thi t k ống khói 63

4 Tính toán chọn bơm dung dịch Ca(OH)2 65

5 Tính toán chọn bơm nước vào tháp làm nguội 67

6 Tính toán quạt hút 70

6.1 Tính quạt hút 1 70

6.2 Tính quạt hút 2 74

7 Tính toán các thi t bị ph 76

7.1 Lưới đỡ đ m 76

7.2 Chọn vật li u 77

7.3 Tính bích 77

7.4 Tính chân đỡ 79

8 Kiểm tra bằng Code Matlab 80

PH L C Ch ng 5: MÔ PH NG S QUÁ TRÌNH X Lụ BÊN TRONG THÁP H P TH 93

5.1 Mô hình hóa h thống 93

5.1.1 Mô hình chi ti t tháp h p th 93

5.1.2 Xu t bản v sang file SAT 93

5.2 Mô phỏng bằng ANSYS FLUENT 93

5.2.1 Khởi động chương trình ANSYS FLUENT 93

5.2.2 Mô hình số (Geometry) 94

5.2.3 Chia lưới 94

5.2.4 Ti n hành mô phỏng (Setup) 96

5.2.4.1 Ph n cài đặt 96

5.2.4.2 Ph n Solution 102

Trang ix

5.2.4.6 Tháp đường kính 950mm cao 3200mm vận tốc khí bên trong tháp

vtháp=0,8m/s 115 5.2.4.7 Tháp đường kính 1100mm cao 3700mm vận tốc khí bên trong tháp

vtháp=0,6m/s 120 5.2.5 K t quả mô phỏng 3 chiều 125

TÀI LI U THAM KH O 127

Trang x

Quy chuẩn Vi t Nam

4 QCVN 24:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công

nghi p

6 QCVN 02:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt ch t

thải y t

15 G KKTT Lượng không khí tính toán

18 G AM,KK Lượng ẩm có trong không khí

19 G KKAm,TT Lượng không khí ẩm tính toán

26 Q khoi Nhi t lượng c a khói mang đi

Trang xi

55 d ddht Đường kính ống dẫn dung dịch Ca(OH)2 vào tháp

h p th

56 d xddht Đường kính ống xả dd Ca(OH)2 về bể

c a tháp h p th

Trang xii

B ng 1.1: Các yêu c u công ngh , thi t bị c a lò đốt 5

B ng 1.2: K t quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y t tại B nh đa khoa Long Phú − Sóc Trăng 8

B ng 1.3: K hoạch thực hi n 10

B ng 2.1: Độ hòa tan một số khí trong nước 18

B ng 2.2: Độ hòa tan một số khí trong nước ở áp su t thường (cm3 khí/lít nước) 19 B ng 3.1: Thứ tự hoạt động c a dung dịch kiềm 22

B ng 4.1: Thành ph n hóa học c a xác gà theo khối lượng 29

B ng 4.2: Thành ph n d u DO và khối lượng các ch t có trong x kg d u DO 31

B ng 4.3: khối lượng mỗi ch t tham gia quá trình cháy 31

B ng 4.4: Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32

B ng 4.5: Hằng số cân bằng đối với sự hình thành NO 32

B ng 4.6: Nhi t dung riêng c a các khí ở nhi t độ 11000 C 38

B ng 4.7: Lượng vật ch t ra khỏi lò 40

B ng 6.1: K t quả c a tháp có đường kính 780mm vận tốc 1,2 m/s và ống phun ch t h p th 80mm vận tốc 3m/s 54

B ng 6.2: K t quả c a tháp có đường kính 850mm vận tốc 1m/s và ống phun ch t h p th 80mm vận tốc 3m/s 54

Trang xiii

B ng 1: Nhi t dung riêng và tỷ l ph n trăm khối lượng thành ph n

hỗn hợp khí 58

B ng 2: Giá trị cơ bản các thông số trong ch t lượng môi trường không khí xung

quanh có trong khí thải theo TCVN 5937:2005 63

B ng 3: Thông số của qua ̣t hút 1 73

B ng 4: Thông số của qua ̣t hút 2 76

Trang xiv

Hình 1.2: H thống xử lỦ khí thải Calcium Magnesium Acetate (CMA) 3

Hình 2.1: Đường cong h p ph đẳng nhi t và đẳng áp 15

Hình 4.1: Sơ đồ khối cân bằng vật ch t c a quá trình cháy xác gia c m 30

Hình 4.2: Nhập giá trị đ u vào 45

Hình 4.3: K t quả Matlab 45

Hình 5.1: Các chi ti t chính c a tháp h p th 47

Hình 5.2: Mô hình tính toán và điều ki n biên c a mô hình ba chiều 48

Hình 5.3: Chia lưới tháp h p th bằng ANSYS ICEM CFD 50

Hình 5.4: Lưu lượng khí thải tại vị trí ống phun 51

Hình 5.5: Lưu lượng khí thải ở độ cao 2m 52

Hình 5.6: Lưu lượng khí thải tại vị trí ống khói 52

Hình 1: Nhập giá trị đ u vào 92

Hình 2: K t quả Matlab 92

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 1

CHƯƠNG 1:

T NG QUAN

1.1 Các k t qu nghiên cứu trong vƠ ngoƠi n c đƣ công b́

Hiện tại trên thế giới có nhiều nghiên cứu về các lò thiêu xác động vật nhằm đạt mục làm giảm khí thải sinh ra trong qua trình thiêu đốt đến mức thấp nhất để làm giảm ô nhiểm môi trường xung quanh và xử lý khí thải trong thiêu đốt rác thải sinh hoạt đô thị, y tế và chất thải độc hại trong công nghiệp, nhưng trong vấn đề xử

lý khí thải sau khi thiêu đốt xác súc vật và gia cầm vẫn chưa có nhiều nghiên cứu Trong quá trình thiêu xác động vật có một số khí thải tương tự như thải các lò hơi

[1], hệ thống xử lý khí thải trong khi thiêu đốt xác động vật dựa trên thiết kế những nghiên cứu các lò đốt rác thải sinh hoạt và lò hơi

1.1.1 Nghiên cứu n c ngoƠi

1.1.1.1 H th́ng x lý nhiều tầng

Hình 1.1 Hệ thống xử lý khí thải nhiều tầng

Như hình 1.1 cho thấy khí thải sau khi thiêu đốt từ lò thiêu được đưa vào venturi, có hệ thống cung cấp không khí từ bên dưới thổi không khí nóng vào buồng gió, không khí làm xáo trộn bụi và khí thải bị bốc lên trên, tro bụi không xử lý được tháo ra ngoài Bên trên có vòi phun nước kết hợp với khí thải còn lại bốc lên trên bị

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 2

hấp thụ được tháo ra ngoài, những chất khí còn lại được dẫn qua cyclone phản ứng với nước thu được acid bên dưới, một số khí thải bốc lên qua buồng chưng cất, các chất được hấp thụ bằng các phản ứng nhiệt Khí thải còn lại được đưa đến hệ thống làm sạch

Hệ thống lò đốt rác thải dùng dầu cặn và rác thải sinh hoạt làm nhiên liệu là một qui trình đã được kiểm chứng với chi phí thấp bằng cách sử dụng rác thải như dạng nhiên liệu dùng để đốt lò không cần hổ trợ Phương pháp này có thể dùng để

xử lý riêng dầu cặn hoặc có thể sử dụng phối hợp xử lý chất dầu cặn và chất thải sinh hoạt Sau khi hấp thụ nhiệt lượng do hơi nước/nhiên liệu tạo ra, hệ thống xử lý khí thải được sử dụng để loại bỏ bất kỳ chất gây ô nhiễm không khí Trong các ứng

dụng khác, lên tới 97% lưu huỳnh cho vào Lò Enders Fluid Bed [2] có thể được hấp thụ bằng vôi, khi cho thêm vôi trên lò như trong lò cao cho hơi nước than lưu huỳnh

Bằng cách sử dụng công nghệ tầng dịch đang sử dụng trên toàn thế giới trong các nhà máy hóa chất, nhà máy bột giấy và nhà máy xử lý nước thải, chất thải sinh

hoạt để xử lý chất thải lỏng, rắn, hầu hết thu hồi nhiệt hoặc tạo ra điện [2] Đối với

xử lý chất thải rắn, chất thải sinh hoạt, các chất dễ cháy trong chất thải đều đầu tiên

là tách ra và cắt nhỏ theo yêu cầu rồi cho vào lò Những chất không thể cháy có thể

tái chế hoặc chôn lấp [2]

Lò đốt đơn giản như là một hệ thống venturi scrubber/hệ thống scrubber thứ cấp, hoặc một hệ thống phức tạp hơn trong lò có chứa vôi/than hoạt tính, hệ thống cung cấp vôi và bột than hoạt tính, nhiệt độ khí thải vẫn còn lưu giữ lại trong ống khói Trước kia khí thải thường được loại bỏ không lưu giữ lại trong ống khói, đặt biệt xử lý là HCL, SO2, polychloric acid, polychlorinated dibenzo – P – dioxin, kim

loại nặng và khói bụi

1.1.1.2 Ph ng pháp lo i b SO x và NO x t h th́ng lò đ́t

Phương pháp này liên quan đến việc hình thành và phản ứng của chất hấp thụ

là canxi magiê acetate (CMA) [20], được dùng để loại bỏ các chất ô nhiễm từ khí thải của hệ thống lò đốt sử dụng nhiên liệu có chứa một lượng đáng kể lưu huỳnh và

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 3

nitơ [4] CMA một ở dạng khô phun (trong các dạng của một loại bột mịn), một

dạng khác ở dạng phun ướt (dạng dung dịch) trong một môi trường nhiệt độ cao như một buồng đốt Kỹ thuật thứ hai là khả thi vì CMA là một hình thức duy nhất hòa tan trong nước của canxi và magiê

Không giống như hydroxit canxi chỉ là hơi nước và cacbonat canxi không hòa tan trong nước, CMA có thể được hòa tan hoàn toàn trong nước ở nồng độ lên

đến 30% tính theo trọng lượng [3] Như vậy, một lớp CMA có kích thước micron

hòa tan vào các giọt nước được phun vào lò đốt than, nước bốc hơi và acetate hữu

cơ bay hơi và đốt cháy giảm lượng NOx

Theo đó, khối lượng chất thải hoặc chất hấp thụ không phản ứng được giảm thiểu Trong số các kết quả là thấp hơn chi phí mua chất hấp thụ và chi phí thấp hơn chi phí chôn lấp

Hình 1.2: Hệ thống xử lý khí thải Calcium Magnesium Acetate (CMA)

Trong hình 1.2 là một lò điển hình, bao gồm một nồi hơi 10 và máy lọc hơi nước 12, CMA được cung cấp ở dạng sương từ các giọt nước có kích cỡ micro ở trên cùng của lò hơi 10, qua vòi phun ướt 14 và đầu phun 15 Trong khi một dòng than bột được đưa vào lò hơi thông qua đường cấp than 16 Khi nước trong chất hấp thụ bốc hơi, acetate hữu cơ bay hơi và đốt cháy, phản ứng với các oxit nitơ Đồng thời, hạt canxi oxit và magiê oxit được hình thành và phản ứng với khí lưu huỳnh độc hại Các hạt phản ứng đã xử lý, tro rơi vào phễu tro 18 tại cửa lò hơi, trong khi khí thải không phản ứng đi qua vượt qua máy lọc hơi 12 bằng đường ống khói lò

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 4

20 Ngoài ra, khí thải được tiếp xúc với CMA thông qua vòi phun 22 trong máy lọc hơi 12, tro được thu trong đáy phễu 24 của máy lọc hơi, và các khí thải thoát ra được lọc trong trở lại đường 26 Tùy thuộc vào nồng độ SO2, phản ứng có thể có nhiều thuận lợi ở nhiệt độ lạnh hơn ở lối ra của lò hơi

Cơ chế phản ứng tổng thể là:

) ( 4 2

2 1 2 )

CaO   

Khi nhiệt độ được tăng lên, phản ứng nhiệt động lực học không thuận lợi nhưng sản phẩm được thu hoàn thành với một tốc độ nhanh hơn Calcium acetate bay hơi/phản ứng cháy giống như CMA và calcium tự nhiên Ngoài ra, muối acetate của cation bất kỳ, ví dụ: Na+

, có thể phản ứng như một hàm lượng oxit với các hợp chất khí của lưu huỳnh có thể được sử dụng trong phương pháp xử lý khói lò

1.1 2 Các nghiên cứu trong n c

1.1 2.1 Lò đ́t vƠ x lý khói th i lò đ́t chất th i nguy h i

Trong 2 năm 2001 – 2002 Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp, Trường Đại Học Xây dựng, được Bộ KHCN & MT, nay là Bộ

KH&CN, giao cho thực hiện đề tài "Nghiên cứu công nghệ lò đốt và xử lý khói

thải lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam"

Đề tài đã tiến hành điều tra bổ sung đánh giá định lượng chất thải công nghiệp nguy hại của Hà Nội, nghiên cứu lựa chọn công nghệ và thiết kế lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam, nghiên cứu thiết kế

và chế tạo thiết bị xử lý khói thải của lò đốt đạt TCVN, chế tạo và lắp đặt lò đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại thử nghiệm tại khu xử lý chất thải Nam Sơn, thành phố Hà Nội, đốt thử nghiệm, đốt vận hành và khảo sát đo lường đánh giá chất lượng lò đốt cũng như hệ thống xử lý khói thải

Theo số liệu điều tra thực tế, tổng lượng chất thải rắn công nghiệp ở Hà Nội

năm 2001 vào khoảng 74.600 tấn/năm [5], trong đó chất thải nguy hại lớn 12.000

tấn/năm, chiếm khoảng 16,1% Trong tổng số chất thải rắn công nghiệp nguy hại

của Hà Nội là 12.000 tấn/năm thì có 45,84% [5] có thể xử lý bằng phương pháp

đóng rắn, 18,79% có thể chôn lấp, phần có thể đốt cháy là 14,4% (khoảng 1.500

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 5

tấn/năm) với các phương pháp khác là 20,97% [5] Trên cơ sở phân tích và đánh giá

ở trên với ước tính lượng thu gom vào khoảng 70%, nên lượng chất thải rắn công

nghiệp nguy hại cần đốt chỉ khoảng 2,9 tấn/ngày[5] Vì thế Hà Nội cần được lắp đặt một lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại có công suất khoảng 125 – 150 kg/h [5]

B ng 1.1: Các yêu cầu công nghệ, thiết bị của lò đốt

C – 1050 0 C Thời gian lưu khói khoảng 1 giây

Đầu đốt của Italia Loại RL 28, RL 58 (2 cấp điều chỉnh) và RL 38/M (điều chỉnh vô cấp) Nhiên liệu đốt Dầu Diesel (DO)

Hệ thống cấp gió Cấp trực tiếp cho buồng đốt sơ cấp và buồng đốt thứ cấp Lưu lượng gió

được điều chỉnh bằng các van điều khiển

Quá trình đốt cháy chất thải rắn công nghiệp nguy hại xảy ra trong buồng đốt rất phức tạp vì nhiệt độ cháy cao, thành phần và độ ẩm chất thải rắn công nghiệp nguy hại đưa vào đốt không ổn định, áp suất khói thải trong buồng đốt thay đổi Vì

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 6

vậy đă phải đốt thử nghiệm, tiến hành đo đạc và hiệu chỉnh chế độ làm việc của lò đốt để các chỉ tiêu về bụi và các chất độc hại có trong khói thải thải ra từ ống khói của lò đốt phải thấp hơn giới hạn cho phép theo TCVN

H th́ng x lý khói th i

Khi đốt chất thải rắn công nghiệp nguy hại khói thải ra còn chứa nhiều khí độc hại như: khí CO, SO2, NOx, các axit, kim loại nặng, điôxin/furan v.v và bụi Những khí và bụi này gây ảnh hưởng đến môi trường, sức khỏe con người, năng suất cây trồng, vật nuôi Vì thế lò đốt được lắp đặt hệ thống xử lý khí thải đồng bộ Mục tiêu cơ bản khi thiết kế, lắp đặt hệ thống xử lý khói thải là giảm nồng độ bụi, một số khí độc hại như CO, SOx, NOx, các axit điôxin/furan xuống dưới tiêu chuẩn cho phép trước khi thải khói ra khí quyển Các thông số sử dụng làm dữ liệu tính toán thiết kế cho hệ thống xử lý khói thải được chọn như sau:

Khói thải ra khỏi buồng đốt thứ cấp với nhiệt độ khoảng 6000C có chứa nhiều bụi, chủ yếu là mồ hóng và các khí độc hại được dẫn qua thiết bị thu hồi nhiệt

trước khi dẫn vào hệ thống thiết bị khử bụi kiểu ướt với hiệu quả khử bụi khoảng 70

– 80 % [5] Lượng bụi còn lại đi theo khói thải qua thiết bị xử lý các khí độc hại

Thiết bị này ngoài chức năng hấp thụ khí SO2, NO2, các hơi axit, còn có khả năng

khử bụi với hiệu quả khoảng 70 – 80 % [5] Do vậy nồng độ bụi còn lại trong khói

thải nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép Dung dịch hấp thụ khí SO2 là nước với hiệu quả hấp thụ khoảng 50% Thiết bị khử khí SO2 còn có khả năng hấp thụ một số chất khác như các khí có tính axit v.v Do vậy nồng độ các khí độc hại nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép trước khi thải vào khí quyển Khói thải sau khi đi qua thiết bị khử

SO2 được dẫn qua tấm chắn nước với mục đích tách các hạt nước ra khỏi khói thải

để tiếp tục đi vào quạt khói, sau đó đi qua thiết bị khử điôxin/furan bằng than hoạt tính và cuối cùng thải qua ống khói ra ngoài

1.1.2.2 Lò đ́t rác y t

Trong nghiên cứu quá trình thiêu đốt rác thải y tế, khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt có những thành phần tương tự như quá trình thiêu đốt xác gia cầm

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 7

nhưng có hàm lượng nhỏ hơn và có nhiều loại khí thải khác Đặc điểm khí thải lò

Thành phần khí thải của lò đốt tùy thuộc vào thành phần rác thải và các yếu

tố ảnh hưởng đến quá trình đốt Khí thải lò đốt chất thải y tế phải đảm bảo đạt TCVN 6560:2005 quy định giới hạn tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm trong khí thải lò đốt chất thải rắn y tế Hiện nay có hai phương pháp xử lý khói thải

lò đốt [6]:

Ph ng pháp x lý t: Dùng tháp phun dung dịch hóa chất Phương pháp

này cho phép loại được bụi và giảm nhiệt độ đồng thời hấp thụ được khí axit trong khí thải Tuy nhiên phương pháp này không có khả năng loại được CO, VOC và

NO

Ph ng pháp x lý khô: Hỗn hợp than hoạt tính và soda (Na2CO3) được phun trực tiếp vào dòng khí thải Phương pháp này cho phép loại bỏ được cả khí axit và CO, VOC, NOx nhờ hấp thụ hóa học trong soda lẫn hấp phụ vật lý trên than hoạt tính Tuy nhiên, chi phí đầu tư và vận hành đều cao đồng thời sinh ra chất thải thứ cấp là than đã mất hoạt tính và các muối của natri cần phải xử lý

Để bảo đảm xử lý triệt để khí thải, nên kết hợp phương pháp xử lý ướt với

phương pháp xúc tác [6] Hỗn hợp khí trước khi thải vào môi trường sẽ được dẫn

qua thiết bị phản ứng chứa xúc tác (reactor) để xử lý CO, VOCs, NOx; tiếp đó qua tháp hấp thụ (xử lý ướt) xử lý các khí axit (HCl, SOx, ) và NOx còn sót

Từ kết quả của đề tài nghiên cứu: “Khảo sát đánh giá hiệu quả các lò đốt

chất thải y tế khu vực phía nam” do Sở Khoa học Công nghệ & Môi trường

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 8

TPHCM khảo sát thực trạng các lò đốt ở khu vực phía nam hầu như không đạt về một số chỉ tiêu CO, NOx, SOx trong thành phần khí thải theo TCVN 6560:2005 khi

lò đốt hoạt động ở chế độ cháy ổn định

B ng 1.2: Kết quả phân tích khói thải và tro lò đốt rác thải y tế tại Bệnh đa

khoa Long Phú − Sóc Trăng [6]

STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Tiêu chuẩn môi trường TCVN 6560:2005

1.1.3 Các vấn đề khoa học còn t n t i cần nghiên cứu để gi i quy t hi n nay

Trong đề tài "Nghiên cứu công nghệ lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất

thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt Nam" thì quá trình xử lý

khí thải độc hại NOX, SO2, CO2 và CO chỉ mới 70 – 80 % [5] và chất hấp thụ dùng

cho hệ thống là nước nên khả năng xử lý chưa cao và xử lý rác thải y tế do có nồng

độ khí thải độc hại thấp hơn tiêu chuẩn Nên vấn đề còn tồn tại trong hệ thống là chưa xử lý tốt khí thải độc hại trong quá trình thiêu đốt, còn lượng khí thải chưa xử

lý được thải trực tiếp ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu xử lý khí thải tại vị trí tháp hấp thụ trước khi đưa ra môi trường với chất hấp thụ là Ca(OH)2

1.2 Tính cấp thi t của đề tƠi, ý nghĩa khoa học vƠ thực ti n của đề tƠi

Trong thời điểm như hiện nay, do nhu cầu của người tiêu dùng và đời sống kinh tế của người dân ngày càng tăng việc cung cấp các loại thực phẩm bắt nguồn

từ động vật thực ngày càng nhiều, kéo theo một lượng lớn rác thải sinh hoạt bắt nguồn từ các loại thực phẩm này Đồng thời, trong lĩnh vực chăn nuôi phát sinh dịch bệnh trên động vật làm phát sinh lượng lớn chất thải từ xác động vật, mà cụ thể

ở gà có bệnh cúm A/H1N1 và H5N1, ở heo có heo tai xanh, trâu bò có bệnh lở

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 9

mồng lông móng, vừa gây tổn thất trong chăn nuôi và nếu không xử lý tốt các bệnh phẩm này sẽ gây ra dịch bệnh trên diện rộng

Nên vấn đề xử lý xác động vật rất cần thiết, chủ yếu là chất thải ở dạng rắn Phương pháp xử lý chủ yếu xác động vật trước đây chủ yếu là chôn lắp và hiện nay

xử lý xác động vật là thiêu đốt, khi xử lý bằng cách này phát sinh thêm vấn đề là khí thải sinh ra trong quá trình thiêu đốt Nên phần nghiên cứu của đề tài chủ yếu về xử

lý khí thải sau khi thiêu đốt xác gia cầm

1.3 M c đích nghiên cứu, khách thể vƠ đ́i t ng nghiên cứu

Dựa trên lượng vật phẩm cần đốt là xác gia cầm, từ đó tính được lượng khí thải sinh ra trong quá trình đốt và lượng nhiên liệu cần để đốt hết lượng chất thải

Từ các giá trị về khí thải và nhiệt lượng sinh ra ta tính được hệ thống xử lý khí thải, dựa trên những tính toán đạt được dùng phần mềm SOLIDWORKS để mô hình hóa

hệ thống xử lý khí thải và dùng phần mềm ANSYS FLUENT để tiến hành mô phỏng trên máy tính quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ trước khi thải ra môi trường Tiến hành kiểm tra đối chiếu với việc tính toán trong quá trình nghiên cứu chính xác, có cơ sở tối ưu hóa hệ thống xử lý khí thải đưa vào hoạt động

1.4 N hi m v nghiên cứu vƠ gi i h n của đề tƠi

Nhiệm vụ tính toán lượng khí thải sinh ra khi thiêu 500 kg xác gia cầm và lượng nhiên liệu cần thiết để có thể đốt cháy hoàn toàn lượng xác gia cầm, tính toán

hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ, tìm chất hấp thụ cần thiết cho quá trình xử lý Từ đó, mô phỏng số quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ của hệ thồng xử lý khí thải bằng phần mềm ANSYS FLUENT

1.5 Ph ng pháp nghiên cứu

Tính toán hệ thống xử lý bằng phương pháp hấp thụ và mô phỏng quá trình

xử lý bên trong tháp hấp thụ bằng phần mềm ANSYS FLUENT

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 10

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 11

CHƯƠNG 2:

CƠ S Lụ THUY T QUÁ TRÌNH X Lụ KHệ TH I

2.1 X lý khí vƠ h i b ng ph ng pháp thiêu hủy

Để phân hủy một chất ở dạng khí hoặc hơi có hại cho môi trường thành một hay nhiều chất khác ít hoặc không độc hại có thể thực hiện bằng nguồn nhiệt − phân hủy nhiệt hoặc phân hủy thông qua các phản ứng hóa học, hoặc kết hợp cả hai như phương pháp đốt

2.1.1 Thiêu hủy b ng nhi t

Phương pháp này phù hợp với khí thải chứa các hợp chất hữu cơ như các hơi dung môi, hơi lò cốc hoá than, hơi đốt

Trong điều kiện nhiệt độ cao các chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành than: khí

và hơi nước Muốn phân hủy thành than, khí và hơi nước nhiệt độ phân hủy đòi hỏi phải cao và tốc độ phân hủy thường chậm Vì vậy người ta thường tiến hành phân huỷ nhiệt với sự có mặt của các chất xúc tác

2.1.2 Thiêu hủy b ng ph ng pháp hóa học

Đây là phương pháp được sử dụng khá phổ biến đối với các khí độc hại [7]

SO2 (SO3) + NaOH → Na2SO3 (Na2SO4) (2.1)

Đối với các chất hữu cơ độc hại như thuốc trừ dịch hại, người ta thường sử dụng các phản ứng oxy hóa khử hoặc thủy phân trong môi trường thích hợp để thay đổi cấu trúc phân tử hay dạng tồn tại của chúng trở thành các sản phẩm ít hoặc không có hại đối với người và động thực vật

2.1.3 Thiêu hủy b ng ph ng pháp đ́t

Đây là phương pháp thường được dùng khi mà sản phẩm đó không thể tái sinh hoặc thu hồi được Quá trình đốt thực chất là quá trình tiêu huỷ bằng nhiệt nhưng luôn phải có mặt không khí Sản phẩm của quá trình đốt này thường là CO2,

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 12

hơi nước và các khí không hoặc ít độc hại Nhiệt độ đòi hỏi cho việc đốt khí và hơi thải thường phải từ 800 − 1000oC [7] Có 2 cách để đốt:

2.2 Ph ng pháp ng ng t

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự hạ thấp nhiệt độ môi trường xuống một giá vị nhất định thì hầu như các chất ở thể hơi sẽ ngưng tụ và sau đó được thu hồi hoặc xử lý tiêu hủy điều kiện làm lạnh bình thường, nếu xử lý bằng ngưng tụ thường khi thu hồi được hơi các dung môi hữu cơ, hơi axít Phương pháp này chỉ phù hợp với những trường hợp khí thải có nồng độ hơi tương đối cao (trên

20 g/m3) [7] Trong trường hợp nồng độ nhỏ, người ta thường dùng các phương pháp hấp phụ hay hấp thụ Hiệu suất ngưng tụ (giá trị tương đối) được tính theo

công thức [7]:

100

o

R o

CR: là nồng độ hơi ở đầu ra

Co: là nồng độ hơi ban đầu

Giá trị tuyệt đối của hiệu suất ngưng tụ tính theo công thức [7]

100

.

100

.

R i R o i

o o

i

M V C

V M C C M

V C

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 13

Trong đó:

mi: là khối lượng của chất i được ngưng tụ

Mi: là phân tử lượng của chất

VR: là lưu lượng khí ở đầu ra

Vo: là lưu lượng khí ở đầu vào

2.3 X lý h i vƠ khí th i b ng ph ng pháp hấp ph

2.3.1 Khái quát về hi n t ng hấp ph

Hấp phụ là một hiện tượng gây ra sự tăng nồng độ của một chất hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn − khí, rắn − lỏng, lỏng − khí) Các phần tử của cùng một chất nằm ở bề mặt và bên trong khối chất đó thường chịu mức độ tương tác khác nhau dẫn đến hành vi của chúng cũng khác nhau

Chẳng hạn như về trường lực, các phần tử ở bên trong khối chất chịu lực tác dụng ở mọi phía đồng đều và như nhau; còn các phần tử ở trên bề mặt thì chịu lực tác dụng không đều nhau mà luôn luôn có xu thế bị kéo vào bên trong khối chất làm cho bề mặt khối chất có xu hướng bị co lại tạo ra một sức căng bề mặt (năng lượng

bề mặt tự do) Nói chung các phần tử bề mặt ngăn cách luôn có năng lượng tự do cao hơn các phần tử nằm bên trong lòng chất của nó

Khi bề mặt khối chất tiếp xúc với các phần tử của chất khác, các phần tử trên

bề mặt khối chất đó tác dụng lên các phần tử của pha khác những lực hướng về phía mình nhằm cân bằng về lực theo mọi hướng Đây chính là nguyên nhân của sự hấp phụ chất trên bề mặt chất khác

Chất giữ chất khác trên bề mặt của nó thì được gọi là chất hấp phụ Ngược lại chất được giữ lại trên bề mặt của một chất nào đó thì gọi là chất bị hấp phụ Trong trường hợp tương tác giữa bề mặt chất rắn với các phân tử khí hoặc lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau mà mạnh, tương tự như tương tác trong một phản ứng hóa học, chúng sẽ tạo nên một hợp chất mới trên bề mặt tiếp xúc − hợp chất bề mặt Như vậy thực chất có thể chia hấp phụ làm hai loại: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 14

Đối với chất bị hấp phụ là chất khí, quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Lượng khí bị hấp phụ (thường gọi tắt là lượng khí hấp phụ, ký hiệu bằng chữ

a) là một hàm phụ thuộc vào hai biến T và P [7]

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 15

Hình 2.1: Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt và đẳng áp

Từ các phương trình hấp phụ và bằng thực nghiệm, người ta đã tính được rằng nhiệt độ tăng làm giảm quá trình hấp phụ Ngược lại áp suất tăng thì lại xúc tiến cho quá trình hấp phụ xảy ra mạnh hơn Tóm lại hạ nhiệt độ hoặc tăng áp suất

sẽ có lợi cho quá trình hấp phụ

2.4 X lý khí th i b ng ph ng pháp hấp th

2.4.1 Nguyên lý ph ng pháp hấp th

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 vào khả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để tách chất

Tuỳ thuộc vào bản chất của sự tương tác nói trên mà người ta chia thành sự hấp thụ vật lý hay sự hấp thụ hóa học

2.4 1.1 Hấp th v t lý

Là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy; nghĩa là chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phần tử chất lỏng Ví dụ như sự phân bố của khí hoà tan giữa các

phân tử chất lỏng [7]: NH3/aceton, CO/benzen, tri−metyl−amin/dầu hoả, sự hoà tan của khí SO3/H2SO4

Độ hòa tan của một chất cần hấp thụ trong lòng chất lỏng luôn luôn là một

hàm của nhiều biến số Nếu gọi D là độ tan thì ta có thể biểu diễn nó như sau [7]:

D = f (x1, x2 xj, T, S, P, kD…)

Trong đó:

x: là nồng độ của các chất khí hoặc hơi trong chất lỏng

T: là nhiệt độ làm việc

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 16

S: là diện tích tiếp xúc giữa hai pha

P: là áp suất riêng phần của hơi hoặc khí trong pha khí

kD: là hệ số khuếch tán của chất được hấp thụ trong pha lỏng

Phương trình Henry [7]:

)1(

H A

ln   

(2.14) Trong đó:

∆H là nhiệt hòa tan của khí;

A là hằng số;

R là hằng số khí = 8,31 kJ/kmol.độ

Thực tế quá trình hấp thụ là quá trình động, trên bề mặt tiếp xúc giữa các pha luôn luôn có quá trình cân bằng xảy ra và sự chuyển dịch cân bằng Do vậy đòi hỏi phải quan tâm đến quá trình chuyển pha (từ pha khí sang pha lỏng, các phản ứng xảy ra khi có tiếp xúc pha, quá trình chuyển chất vào sâu trong lòng chất lỏng cũng như các ảnh hưởng của nhiều yếu tố đến cân bằng vật chất trên ranh giới phân cách pha)

Vì thế, quá trình hấp thụ sẽ tăng khi diện tích tiếp xúc hai pha tăng và nhiệt

độ làm việc giảm; riêng hiệu suất xử lý thì còn phụ thuộc nhiều vào áp suất riêng phần của khí hoặc hơi và nồng độ của chúng trong pha lỏng

Để tăng hiệu quả xử lý, người ta thường dùng các kiểu thiết bị làm tăng diện tích tiếp xúc tối đa, truyền nhiệt tốt và hạn chế sự tăng của chất điện ly trong pha lỏng (đối với trường hợp chất bị hấp thụ là khí) Có các kiểu thiết bị thông dụng như: tháp hấp thụ có tầng đệm, tháp hấp thụ sủi bọt, tháp phun

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 17

2.4 1.2 Hấp th hóa học

Hấp thụ hóa học là một quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học Một quá trình hấp thụ hoá học bao giờ cũng bao gồm 2 giai đoạn: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứng hóa học Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí vào trong chất lỏng

mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất - tốc độ phản ứng của các chất

Trong hấp thụ hóa học, chất được hấp thụ có thể phản ứng ngay với các phần

tử của chính chất hấp thụ Thí dụ: khí sulfur − dioxide hấp thụ vào nước [7]:

SO2 + H2O ⇔ H2SO3⇔ H+

+ HSO3- Chất được hấp thụ phản ứng với các thành phần hoạt động trong chất hấp thụ (thông thường là dung dịch của các chất hoạt động) Thí dụ như hấp thụ CO2, SO2

trong dung dịch NaOH [7]:

CO2 + 2NaOH ⇔ Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + H2O + CO2⇔ 2NaHCO3

Với SO2 cũng có phản ứng tương tự

Trong trường hợp chúng ta có thể biểu diễn phương trình phản ứng một cách

tổng quát như sau [7]:

n m cb

C B A

N M

K 

(2.15)

Kcbcàng lớn thì quá trình hấp thụ xảy ra càng thuận lợi

Giá trị [A] là nồng độ tự do của chất A trong dung dịch chưa tham gia vào phản ứng

2.4.1.2.1 Sự chuyển chất trong quá trình hấp th

Khi chưa đạt tới cân bằng giữa các pha (chẳng hạn pha hấp thụ là lỏng và pha bị hấp thụ là khí) thì xảy ra sự chuyển chất từ pha này sang pha khác - quá trình này gọi là sự chuyển khối

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 18

Tương tự như sự truyền nhiệt, sự chuyển khối là một quá trình phức tạp, bao gồm các quá trình chuyển chất tới ranh giới giữa các pha Khi xét quá trình này, người ta dựa vào một số giả thuyết mà ta không xét tới tới đây Để đơn giản, người

ta dựa vào phương trình chuyển khối [7]:

Tuy nhiên, tuỳ trường hợp cụ thể, người ta phải xem xét xem cơ chế chuyển chất sẽ là khuếch tán phân tử hay khuếch tán rối là chính để đưa ra các mô hình chuyển chất

2.4.1.2.2 C ơn b ng pha trong h khí ậ l ng

Trong quá trình hấp thụ, xãy ra sự tương tác giữa các chất khí với dung dịch

có chứa các chất có khả năng tác dụng với chất khí Đôi khi các chất khí hòa tan tác dụng trực tiếp với dung môi Số liệu hòa tan của chất khí trong chất lỏng có trong sổ

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 19

B ng 2.2: Độ hòa tan một số khí trong nước ở áp suất thường (cm khí/lít nước)

C và 760 mmHg hòa tan trong 1 ml nước ở nhiệt

độ chỉ định và ở tổng áp suất khí và hơi nước là 760 mmHg

Nhận xét: Trong các phương pháp xử lý khói thải độc hại trong quá trình thiêu đốt sản phẩm là SO X , NO X và CO 2 thì phương pháp xử lý thích hợp là hấp phụ và hấp thụ Đối với phương pháp hấp phụ cần phải cân nhắc, phân tích, điều tra chính xác và thật cụ thể rồi mới tiến hành xử lý, còn đối với sản phẩm là

SO X , NO X và CO 2 thì sử dụng phương pháp hấp thụ là tốt nhất vì chất dùng để hấp thụ chất khí thải là chất lỏng dễ thu hồi, dễ kiếm và chi phí thấp

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 20

- Khả năng hấp thụ thấp hơn than

- Khi tái sinh có thể chuyển NOX thành NO

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 21

Thể tích lỗ xốp 0,6 – 1,0 cm3/g, diện tích bề mặt 170 – 220 m2

/g

Ưu điểm: bền dưới tác dụng của các giọt ẩm

Nh c điểm: hiệu quả không cao, độ bền không cao

3.1.4 Hấp th NO X b ng than bùn có tính kiềm trong thi t bị tầng sôi

Ưu điểm: hiệu quả cao (96 – 99 %), chi phí đầu tư và hoạt động thấp

Nh c điểm: khả năng than bùn tự bốc cháy

3.1.5 Hấp th NO x b ng amoni cacbonat

Quá trình xử lý khí NOx bằng amoni cacbonat (NH4)2CO3 trong tháp hấp thụ đường kính 0,4 m, cao 2,6 m được đệm bằng khâu Raschig 25 mm đạt hiệu quả 65%, khi kết hợp với tấm nhựa polyvinyl gợn sóng làm lớp đệm trong tháp hấp thụ hiệu quả đạt 95,1 %

N2O3 + H2O2 N2O4 + H2O

N2O4 + H2O HNO3 + HNO2Yếu tố cơ bản xác định kinh tế của quá trình là lưu lượng oxy già (vào khoảng 6 kg/tấn acid) Hấp thụ NOx thành HNO3 tăng theo độ tăng của nồng độ acid và áp suất riêng phần của NOx Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác,

hiệu quả xử lý có thể đạt 97%

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 22

3.1.7 Hấp th NOx b ng kiềm

Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác nhau Hấp thụ hóa học

NO2bằng dung dịch soda diễn ra theo phương trình phản ứng sau [7]:

2NO2 + Na2CO3 = NaCO3 + CO2 + Q Các phương trình phản ứng cho quá trình hấp thụ N2O3 bằng các dung dịch

kiềm hoặc bằng huyền phù khác nhau [7]:

2NaOH + N2O3 = 2NaNO2 + H2O

Na2CO3 + N2O3 = NaNO2 + CO2NaHCO3 + N2O3 = 2NaNO2 + 2CO2 + H2O Ca(OH)2 + N2O3 = Ca(NO3)2 + H2O

CaCO3 + N2O3 = Ca(NO2)2 + CO2

NH4OH + N2O3 = 2NH4NO3 + H2O 2NH4HCO3 + N2O3 = 2NH4NO2 + H2O + CO2Khi hấp thụ N2O3, độ hoạt động của các dung dịch kiềm giảm theo thứ tự

như sau [7]:

B ng 3.1: Thứ tự hoạt động của dung dịch kiềm

KOH > NaOH > Ca(OH) 2 > Na 2 CO 3 > K 2 CO 3 > Ba(OH) 2

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 23

Độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên cần phải có lượng nước lớn và thiết

bị hấp thụ có thể tích lớn hơn Việc loại SO2 ra khỏi dung dịch được thực hiện bằng cách đun nóng nó đến 1000C Vì vậy, quá trình cần lượng nhiệt lớn

3.2.2 Hấp th khí SO 2 b ng dung dịch soda

Khi sử dụng soda để hấp thụ SO2, ta thu được sunfit và bisulfit natri [7]:

Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3Khí tham gia phản ứng với sulfit và bisulfit làm tăng nồng độ bisulfit [7]:

SO2 + NaHCO3 + Na2CO3 + H2O 3NaHSO3Dung dịch hình thành tác dụng với oxit kẽm tạo thành sulfit kẽm [7]:

NaHCO3 + ZnO ZnSO3 + NaOH

Ưu điểm: Có khả năng hấp thụ lớn, có thể ứng dụng để loại bỏ khí SO2 thải ở bất

- Thu được sản phẩm cần thiết (sulfit và bisulfit amoni)

Phản ứng hóa học của quá trình [7]:

H2O + SO2 ↔ H2SO3

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 24

2NH4OH + H2SO3↔ (NH4)2SO3 + H2O (NH4)2SO3 + H2SO3↔ 2NH4HSO32(NH4)2SO3 + O2 ↔ 2(NH4)2SO4Nếu thêm HNO3 [7]:

2(NH4)2SO3 + 2HNO3 2NH4NO3 + SO2 + H2O

NH4HSO3 + HNO3 NH4NO3 + SO2 + H2O Nitrat amon (NH4NO3) thu được dùng làm phân bón, còn khí thu được chưa

15 – 30% SO2 để sản xuất H2SO4 Tương tự, có thể sản xuất phân photphat bằng

cách cho thêm acid phosphoric [7]:

3(NH4)2SO3 + 2H3PO4 2(NH4)3PO4 + 3SO2 + H2O 3NH4HSO3 + H3PO4 (NH4)3PO4 + 3SO2 + 3H2O 3.2.4 Hấp th khí SO 2 b ng các amin th m

Để hấp thụ SO2 trong khí thải của luyện kim màu (nồng độ SO2 khoảng 1 – 2% thể tích) người ta sử dụng dung dịch C6H3 (CH3)2NH2 (tỷ lệ C6H3 (CH3)2NH2: nước=1:1), C6H3 (CH3)2NH2 không trộn lẫn với nước nhưng khi liên kết với SO2tạo thành (C6H3 (CH3)2NH2)2.SO2 tan trong nước [7]:

C6H3(CH3)2NH2 + SO2 C6H3(CH3)2NH2SOONH3(CH3)2C6H3Thu hồi SO2 và phục hồi dung dịch hấp thụ tiến hành trong tháp chưng ở

1000C

3.2.5 Hấp th đ ng th i khí SO 2 và NO x b ng NaOH vƠ Na 2 CO 3

Khí thải chứa SO2 và NOx sinh ra khi đốt nhiên liệu có chưa lưu huỳnh Xử

lý đồng thời SO2 và NOx được tiến hành bằng dung dịch kiềm Khi hấp thụ bằng dung dịch NaOH và Na2CO3 sản phẩm hấp thụ sẽ là Na2SO4 và NaNO2còn khi hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 thì sản phẩm sẽ là CaSO4 và Ca(NO3)2 Hiệu quả xử lý

SO2thường khoảng 90%, còn NOx là 70 – 90% [7]

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 25

- Áp suất hơi cao

- Phản ứng không thuận nghịch với COX

3.3.2 Hấp th khí CO 2 b ng dung dịch amoniac

Phản ứng hấp thụ như sau [7]:

2NH3 + CO2 NH2COONH42NH3 + CO2 + H2O NH4HCO32NH3 + CO2 + H2O (NH3)2CO3

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 26

Phương pháp này được ứng dụng để xử lý khí thải chứa 30% CO2 Trong thực tế, phương pháp này cho phép giảm nồng độ CO2 từ 34% còn 0,015% trong tổng hợp NH3 Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nóng

3.3.3 Hấp th khí CO 2 b ng dung dịch kiềm

CO2 hoà tan nhiều trong nước, đặc biệt dễ hấp thụ bằng kiềm Đầu tiên người

ta rửa khí bằng nước lạnh ở áp suất 16 – 25 at, tưới trong các tháp đệm, CO2 được hấp thụ một lượng lớn Sau đó cho nước qua tuốc bin để giảm áp suất xuống 1at, do

đó khí sẽ thoát ra khỏi nước Khí này chứa 80% CO2, 11% H2 và một ít N2, H2S

Còn nước sau khi làm lạnh quay trở lại tháp tưới [7]:

CO2 + Ca(OH)2 =H2O + CaCO3

H2O + CaCO3 + CO2 = Ca(HCO3)2

CO2 + CACO3 + H2O = Ca(HCO3)2Vận tốc hấp thụ nhỏ, để tăng vận tốc hấp thụ người ta thường dùng xúc tác là metanol, etanol, đường, … Dung dịch được phục hồi bằng cách đun nóng bằng hơi nước

Nh c điểm:

- Hiệu quả hấp thụ thấp

- Tốn nhiều hơi nước để phục hồi dung dịch

Để tăng hiệu suất hấp thụ người ta cho vào dung dịch một lượng dư NaOH

và dung dịch không tái sinh mà dùng vào mục đích khác

3.3.4 Hấp th khí CO 2 b ng n c

Phản ứng như sau [7]:

H2O + CO2 H+ + HCO3

-Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 27

Hấp thụ bằng nước có ý nghĩa công nghiệp trong xử lý khi áp suất cao, ví dụ như khi tổng hợp NH3 chứa đến 25% CO2, điều này hạn chế ứng dụng của hơi nước bởi vì khi áp suất dư trong hệ thống đạt lên đến 14 at

- Nước hấp thu H2 trong không khí

- Tải trọng máy bơm rất cao

- Khả năng hấp thụ thấp

- CO2 thu được không đạt độ tinh khiết cao

CO2 thu được thường được chế biến thành phân urea nhờ tương tác với amoniac

* Nh n xét: Dung dịch kiềm có thể hấp thụ được lượng lớn khí thải CO2

3.4 Đ́i v i CO

Để tách CO người ta dùng phương pháp đồng amoniac: dùng phức Cu với

NH3 ở áp suất cao (120 – 300 at) và nhiệt độ thấp hơn 25 0C, hiệu suất hấp thụ lớn Thường dùng dung dịch đồng axetat, cacbonat hoặc fomiat trong NH3 Với dung dịch đồng axetat, phản ứng hấp thụ CO xảy ra theo phản ứng sau:

[Cu(NH3)n]OOCCH3 + [Cu(NH3)nCO]OOCCH3Dung dịch sau khi hấp thụ tiến hành tái sinh ở 77 – 79 0C và áp suất thường, khi đó CO sẽ tách khỏi dung dịch Dung dịch sau khi tái sinh quay về tháp hấp thụ

CO và được bổ xung thêm NH3 do mất mát trong quá trình tái sinh Hàm lượng CO

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 28

còn lại trong khí tổng hợp là 0,003 % Để tách các khí hidrocacbon như CH4, C2H6,

C2H4,… người ta làm lạnh sâu tương tự như làm lạnh khí than cốc

Làm lạnh vi lượng CO còn được tiến hành bằng cách hidro hoá có xúc tác Ni/Cr ở nhiệt độ 150 0C, áp suất 3 at, phản ứng xảy ra như sau:

CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O

Nhận xét: Các loại khí thải CO 2 , SO 2 , NO x và CO thì chất hấp thụ tốt cho tất cả các loại khí đó là Ca(OH) 2 Nên trong đề tài nghiên cứu này sử dụng Ca(OH) 2 làm chất hấp thụ cho hệ thống xử lý khí thải

Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 29

CHƯƠNG 4:

TệNH H TH NG X Lụ

B NG PHƯƠNG PHÁP H P TH

4.1 Công suất vƠ thƠnh phần cần thiêu hủy

Trong những năm gần đây, do nhu cầu tiêu thụ thịt và các sản phẩm từ gia cầm của người dân ngày càng lớn nên ngành trăn nuôi gia cầm cũng phát triển theo

Vì vậy, khi xảy ra dịch bệnh thì củng hết sức nghiêm trọng, số lượng gia cầm chết hàng loạt gây nên sự ô nhiễm môi trường và việc ngăn chặn dịch càng trở nên khó khăn hơn Do đó, xác gia cầm bệnh cần được xử lý một cách có hiệu quả nhất đó là thiêu xác Công suất của lò đốt cần tính toán là 500 kg/h

B ng 4.1: Thành ph ần hóa học của xác gà theo khối lượng [8]

Thành phần Phần trăm khối lượng (%)

- Thành phần vật chất vào lò: xác gia cầm, nhiên liệu đốt (DO), không khí

- Thành phần vật chất ra khỏi lò: tro xỉ, khí thải