Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi công suất 2000 m3 h

Ngoài tác dụng làm sạch khí quyển bảo vệ môi trường, xử lý SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình làm đồ án, chúng em luôn nhận đuợc sự quan tâm, tận tình truyền đạt những kiến thức chuyên môn cần thiết và quý báu nhất tù’ phía giáo viên huớng dẫn Đen nay với sự dẫn dắt của cô chúng em đã hoàn

thành đồ án “ Xử Lý Khí SƠ2 Bằng Sữa Vôi Công Suất 2000 m3/h”.

Chúng em xin chân thành cảm on cô Võ Thị Thu Như người đã hướng

dẫn giúp đõ chúng em hoàn thành đồ án này đế đạt kết quả khả quan

Việc nghiên cứu và thu thập thông tin từ tài liệu sách báo, để chúng em có

thể áp dụng tổng kết lại những kiến thức mà chúng em đã học, đồng thời rút

ra kinh nghiệm thực tế trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Với kiến thức còn hạn chế, em mong rằng qua đồ án này, chúng em sẽ nhận được nhiều đóng góp quý báu của thầy cô nhằm giúp chúng em hiểu thêm và vận dụng kiến thức đó dể có thể đạt kết quả tốt hơn về sau

NHẶN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Điếm bằng số Điêm bằng chữ: _

Tp.HCM, ngày tháng năm 2010

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điếm bằng số Điêm bằng chữ: _

Tp.HCM, ngày tháng năm 2010

Chương 1: Tổng quan về khí thải SƠ2

Suníìia dioxit (S02) là chất ô nhiễm phố biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong các hoạt động của con người Nguồn phát thải chủ yếu là tù’ các trung tâm nhiệt điện, tù’ các lò nung, lò hơi khí đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt có chưa s hay các hợp chất có chứa s Ngoài ra, một số công đoạn trong công nghiệp hóa chất, luyện kim cũng thải vào khí quyển một lượng S02 đáng kể Trên thế giới hàng năm tiêu thụ đến 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tý tấn dầu mỏ Khi thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng S02 thải vào khí quyến là 60 triệu tấn / năm

Đó là chưa kể lượng S02 thải ra từ các ngành công nghiệp khác

Vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi khí S02 từ lâu đã trở thành mối hiểm hoại của nhiều quốc gia nhất là các nước phát triển trên thế giới Chính những lý do nêu trên, công nghệ xử lý sunfua dioxit trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu rất sớm và phát triển mạnh mẽ

Ngoài tác dụng làm sạch khí quyển bảo vệ môi trường, xử lý SO2 còn

có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit suníìiaric (H2SO4) và lun huỳnh nguyên chất

Với tầm quan trọng nêu trên, vấn đề xử lý S02 đang được quan tâm và lựa chọn phương pháp để thực hiện

I Đặc điểm khí SO2 Lưu huỳnh dioxit là một trong các chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường Nó được sinh ra do sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch (than dầu khí đốt), thoát vào bầu khí quyển và là một trong những nguyên nhân chính gây mưa axit Mưa axit tàn phá nhiều rừng cây, công trình kiến trúc bằng đá và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành những vùng hoang mạc Không khí chưa SO2 gây hại cho sức khỏe con người (gây viêm phổi, mắt,da)

S02 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước với nồng độ thấp ( ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan với 40 thể tích SO2)

SO2 có nhiệt độ nóng chảy ỏ’ -75°c và nhiệt độ sôi ở -10°c

Độc tính chung của SƠ2 thể hiện ở rối loạn chuyến hóa protein và đường, thiếu vitamin B và c, ức chế enzyme oxydaza

Khi hàm lượng thấp, SO2 sưng niêm mạc Khi liều lượng cao ( > 0,5 mg/m3) SO2 gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp Nếu hít phải SO2 nồng độ cao có thể gây tử vong

Khí SO2 là khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc,làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng S02 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bột Và cuối cùng chúng có thế xâm nhập vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các các tuyến huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 pm SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và

có ảnh hưởng đến tuyến nước bột Hầu hết dân củ sống quanh khu vực nhà máy các khu công nghiệp có nồng độ S02 đều mắc bệnh đường hô hấp

Khí S02 trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa dưới tác động của nhiệt độ, ánh sang chúng chuyển thành SO3

Khi gặp nước SO3 + H20 = H2SO4 là nguyên nhân gây nên mưa axit gây thiệt hại lớn, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng S02 từ 1 - 2 ppm trong vài giờ có thể gây thương tổn lá cây Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa

y, hàm lượng 0,15 - 0,3 ppm có thể gây độc tính cấp

Sự có mặt của S02 trong không khí ẩm còn là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc S02 làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi

^ Sau đây là phạm vi nồng độ gây độc và các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm khí SƠ2

II Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp thu:

1 Giới thiệu:

Hấp thu là một quá trình cơ bản của kỹ thuật hóa học mà tron lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm không khí, quá trình này cũng thường xuyên được ứng dụng để xử lý các hơi khí độc hại Hấp thu là một quá trình truyền khối mà

ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch và hòa tan vào pha lỏng Sự hòa tan

có thế diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp phần giữa pha khí và pha lỏng hoặc không có phản ứng hóa học Truyền khối thực chất là một quá trình khuếch tán mà ở đó chất khí ô nhiễm dịch chuyển từ trạng thái có nồng độ cao hơn đến trạng thái có nồng độ thấp hơn Việc khử chất khí ô nhiễm diễn ra theo ba giai đoạn:

- Khuếch tán chất ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng

- Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúa pha khí / lỏng ( hòa tan)

- Khuếch tán chất khí hòa tan từ bề mặt tiếp xúc pha vào trong

pha lỏng

Sự chênh lệch nồng độ ở bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực của quá trình và quá trình hấp thu khí diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, độ hỗn loạn cao và hệ số khuếch tán cao Bởi vì một số hợp phần của hỗn hợp khí có khả năng hòa tan mới có thể hòa tan

Khi ốc iều kiện khác không đối mà nhiệt độ tháp tăng thì hệ số Henry sẽ tăng Ket quả là ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung Ket quả làm ảnh hưởng đường cân bằng dịch chuyển về phía trục tung Neu đường làm việc

AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm Thậm chí có khi tháp không làm việc được vì nhiệt độ tăng quá so với yêu cầu kỹ thuật Nhưng nhiệt độ tăng cũng

có lợi là làm cho độ nhớt cả hai pha khí và lỏng tăng

- Ảnh của áp suất:

Neu các điều kiện khác giữ nguyên mà chỉ tăng áp suất trong tháp thì hệ số cân

bằng sẽ tăng và cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành

Khi đường làm việc AB không đối dẫn đến động lực trung bình tăng qua trình truyền khối sẽ tốt hơn

Tuy nhiên, việc tăng áp suất thường kèm theo sự tăng nhiệt độ Mặt khác, sự tăng áp suất cũng gây khó khăn trong việc chế tạo và vận hành của tháp hấp thu

- ảnh hưởng của các yếu tố khác

Tính chất của dung môi, loại thiết bị, cấu tạo thiết bị, độ chính xác của dụng

cụ đo, chế độ vận hành tháp đều có ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thu

3 Các phương pháp xử lý:

Đe hấp thu khí S02 có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm hoặc kiềm pha

2.1 Hấp thu bàng nước

Quá trình xảy ra theo sơ đồ phản ứng:

SƠ2 + H20 H+ + HS03“

Hấp thu bàng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí S02 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn:

- Hấp thụ S02 bàng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải di qua lớp vật liệu đệm ( vật liệu rỗng ) cod tưới nước -scrubơ

- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thu để thu hồi S02 (nếu cần)

và nước sạch

cao Cụ thể là 100°c thì SƠ2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn cả hơi nước Bang phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được khí SO2 với độ đậm đặc « 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit suníuric

Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp thu không thể đạt tới mức bão hòa khí S02

Đe giải hấp thu cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải

có một nguồn cấp nhiệt công suất lớn Ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thu phải làm nguội nước xuống gần 10°c - tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đây là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém

Từ những vấn đề trên phương pháp hấp thu khí S02 bằng nước chỉ

áp dụng được khi:

- Nồng độ ban đầu của khí S02 trong khí thải tương đối cao

Chãi iàỉ

Nước lam nơuòì

Hinh 1.1: sơ đồ xử lý khí SƠ2 bằng nước

1 - tháp hấp thu; 2-tháp giải thoát khí SO2; 3-thiết bị ngưng tụ

4,5- thiết bị trao đổi nhiệt; 6- bơm

2.2 Hấp thu SO2 bằng sữa vôi:

Xử lý SO2 bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

S02 + Ca(OH)2 = CaSOs + H20

Ưu điểm nổi bậc của phương pháp này là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thế chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

• Sơ đồ công nghệ:

: sơ đồ xử lý

S02 bằng sữa vôi

2.3 xử lý khí SO2 bằng amoniac:

Ammoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muối trung gian amoni suníìt lại tác dụng tiếp với SO2 và H20 để tạo

ra muối amoni bisuníĩt theo phản ứng sau:

S02 + 2NH3 = (NH4)2S03 (NH4)2SO3 + sò2 + H20 = 2NH4HSƠ3

Lượng bisunílt tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng cách nung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni suníĩt và S02 Amoni suníĩt này lại có thể sử dụng tiếp để khử S02:

2NH4HS03 -> (NH4)2so3 + S02T + H20 Ngoài ra, trong dung dịch có thể xảy ra sự phân hủy suníit và bisuníìt amoni thành sunfat amoni và lun huỳnh đơn chất theo phản ứng sau đây:

2NH4HS03 + (NH4)2S03 = 2(NH4)2S04 + s + H20 Lưu huỳnh đơn nguyên chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt mình lại tác dụng với amoni suníĩt và tạo thiosunfat:

(NH4)2so3 + s = (NH4)2S203

Sau đó thiosuníat lại kết hợp với amoni bisuníìt và tạo ra lun huỳnh đơn chất nhiều hơn gấp 2 lần:

(NH4)2S2Ơ3 + 2NH4HS03 = 2(NH4)2S04 + 2S + H20

Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với suníĩt Cứ như vậy tốc độ phản ứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất

Lùu huỳnh

Hình 1.3: Sơ đồ xử lý SƠ2 bằng ammoniac.

1- scrubơ; 2,4- thiết bị làm nguội; 3- tháp hấp thu nhiều tầng;

5- tháp hoàn nguyên; 6- tháp bốc hơi; 7- thùng kết tinh

8- máy vắt khô ly tâm; 9- nồi chưng áp

2.4 Xử lý bằng magie oxit (MgO):

Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:

MgO + SO2 = MgS03 Magie suníĩt lại tác dụng tiếp với so? để cho bisunílt:

MgS03 + so? +H20 = Mg(HS03)2 Một phần magie sunílt tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat:

2MgS03 + 02 = 2MgS04 Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa suníĩt

là không mong muốn Tuy nhiên khi nồng độ MgS04 trong dung dịch làm việc đạt 120 -ỉ- 160 g/1 thì quá trình oxy hóa suníĩt trong nước sẽ ngưng lại không tiếp tục xảy ra nữa

Magie bisuníĩt có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới:

Độ hòa tan của magie suníit trong nước rất hạn chế, do đó MgS03 sẽ kết tủa thành tinh thế hexahydrat MgS03.6H20 và ở nhiệt độ 50°c hexahydrat biến thành trihydrat MgS03.3H20

Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý nhiệt ở nhiệt độ 800 -ĩ- 900°c để thu hồi MgO và S02

Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn S02 đậm đặc có

bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260°c Điều đó cho phép tiến hành

phân ly ZnSƠ3 trong lò múp và thu hồi SƠ2 với nồng độ w 100% trong lúc MgSƠ3 được phân ly trong dòng sản phẩm cháy của nhiên liệu nung và chỉ

đạt nồng độ không vượt quá 15 + 20%.

2.6 xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ:

Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thu SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như aniline C6H5NH2, toluidin CH3C6H4NH2, xylidin (CH3)2C6H3NH2 và dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2 Thực tế cho thấy dung dịch xylidin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng để khử S02 trong khói thải với nồng độ thấp, còn khi nồng độ S02 trong khói thải tương đối cao (trên 2%) thì dimetyl- aniline có ưu thế hơn

• Quá trình sunTidin:

Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho qua các tháp hấp thu đặt nối tiếp nhau Các tháp hấp thu được tưới hỗn họp xylidin- nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thu Trong quá trình hấp thu S02 bàng xylidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đối nhiệt Khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thu có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ để thu hồi hơi xyĩidin bằng axit suníuric loãng

• Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin - quá trình ASARCO Khí thải sau khi được lọc sạch bụi và các giọt sương axit suníuric bằng bộ lọc điện và sucrubơ được đưa vào tháp hấp thu trong đó xảy ra ba

quá trình sau:

- Hấp thu khí S02 bằng dimetyl - aniline khan

- Khử S02 còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng

để thu sunfit và bisuníĩt natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo

- Hấp thu hơi dimetyl - aniline bằng axit suníuric loãng và thu được sunfat dimetyl - aniline

• It kim loại

• It bám cặn

Thiết bị hấp thụ có chức năng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng càng lớn càng tốt Sau đây là một số loại tháp thông dụng

* Tháp đệm:

Chất lỏng thường được cho vào từ đỉnh tháp và được làm cho nhỏ giọt đều lớp vật liệu đệm có diện tích bề mặt rộng lớn Dòng chảy lỏng - khí trong tháp đệm thường là dòng chảy ngược chiều Tốc độ tối đa của các dòng chất lỏng và chất khí trong các tháp này được xác định bởi các yếu tố giới hạn như sự ngập lụt và sự lôi cuốn theo

Đặc điếm của tháp đệm là: Xảy ra hiện tượng ngập lụt khi lượng chất lỏng biến đổi, đường kính tháp nhỏ, chất lỏng dâng lên thấp, tổn thất áp suất thấp, khối lượng khô của lớp đệm nặng hon mâm và giá thành thấp

Các tháp đệm được ưa chuộng đối với những hệ thống lắp đặt nhỏ, bảo dưỡng ăn mòn, các chất lỏng tạo bọt cao, tỉ lệ lỏng /khí (L/G) cao và yêu cầu độ giảm áp thấp

Ưu điếm: Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa khí và dung dịch lớn, khả năng hòa trộn giữa hai pha nhiều và thời gian lưu lớn

* Tháp mâm:

Tháp mâm có cấu tạo là một thân tháp hình trụ thắng đứng trong đó có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau Hai mâm thông dụng nhất là mâm chop sủi bột và mâm lưới sang

Chất lỏng đi vào tháp ở đỉnh hoặc tại một mâm thích họp nào đó và chảy xuống nhờ trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền Pha khí đi

từ dưới lên qua mỗi mâm nhờ các khe hở do cấu tạo của mâm tạo nên Trong các mâm, sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha khí diễn ra ở các mâm (chính xác

* Tháp phun: