phương pháp xử lý khí thải dùng dầu f0

Chỉ tiêu quan trọng nhất của dầu FO là độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh S.Yêu cầu các loại dầu đốt lò phải có độ nhớt phù hợp cho quá trình bơm,vận chuyển dầu vào hệ thống đốt cũng như quá

Mực LUC

Giới thiệu tổng quan và các phương pháp xử lý khí thải dùng dầu F0:

1.1 :Giới thiệu tống quan về dầu F0 và các khí thải ra tù' lò hơi dùng dầu F0

1.1.1 Dầu F0:

1.1.2 Tổng quan vệ sơ2:

1.1.3 Tổng quan về bụi:

I.2:Các phương pháp xử lý khí thải từ lò hơi dùng dầu F0:

Chương I: Giới thiệu tông quan và các phương pháp xử lý khí thải ra từ lò hoi dùng dầu FO

I lGiói thiệu tống quan về dầu FO và các khí thải ra từ lò

Thành phố Hồ Chí minh là một trung tâm sản xuất công nghiệp trọng điểm ở phía nam Hầu hết các ngành công nghiệp tại Thành Phố đều sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau đế làm chất đốt nhằm cung cấp năng lượng cho các quá trình công nghệ khác nhau.Do đặc điếm kinh tế địa lý,phần lớn nhà máy ở Thành Phố Hồ Chí Minh đều sử dụng dầu để làm nhiên liệu Nguồn thải do đốt dầu (chủ yếu là dầu FO) được coi là nguồn thải quan trọng nhất vì các lý do:

- Là nguồn thải có khối lượng lớn nhất:

Báng I ì ĩ Thành phần khí thải lò hơi

- Là nguồn thải được phân bố khắp nơi ,hầu như tất cả các nhà máy đều

sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đế cung cấp năng lượng cho các quá trình công nghiệp như lò hơi ở rất nhiều xí nghiệp, lò sấy,lò rang ở ngành công nghiệp thực phấm, lò nung ở ngành luyện kim

- Là nguồn thải có chứa đầy đủ các chất ô nhiễm không khí đặc trưng như S02,N02,C0,bụi và các chất ô nhiễm nguy hiếm khác như S03, aldehyde, cacbua hydro,

- Là nguồn gây ô nhiễm nhiều nhất và gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cho nhân dân xung quanh các nhà máy có đốt dầu và là nguồn thải bị thưa kiện nhiều nhất

1.1.1 Dầu FO:

Dầu là nhiên liệu phố biến sử dụng trong các lò công nghiệp.Nhiên liệu dầu đốt trong lò được phân thành:Dầu nặng(heavy oil),như dầu mazut và dầu nhẹ (light oil) như dầu diesel và dầu hỏa( kerosen)

Stt Tên chỉ tiêu Loại nhiên liệu

10 Cặn cacbon Coradson(%kl)

không lớn hơn

Năm

Dầu FO có 2 loại:

1 Dầu FO hàng hải:Là loại nhiên liệu dùng cho các nồi hơi của tàu hải quân như loại F-5,F-12 của Liên Xô cũ được dùng ở nước ta thời gian trước

2 Dầu FO đốt lò nặng hơn dầu FO hải quân được dùng cho mọi thiết bị nồi hơi,các lò nung trong công nghiệp sành sứ,thủy tinh,luyện gang thép,dệt nhôm,là nhiên liệu đốt lò sấy trong các ngành công nghiệp thực phấm cho thiết bị động lực của tàu thủy

Chỉ tiêu quan trọng nhất của dầu FO là độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh S.Yêu cầu các loại dầu đốt lò phải có độ nhớt phù hợp cho quá trình bơm,vận chuyển dầu vào hệ thống đốt cũng như quá trình phun nóng ở bộ phận mỏ phun vào lò, độ nhót càng nhở thì việc bơm nhiên liệu càng dễ dàng và nhiên liệu được tán sương tốt ở bec đốt phun nhờ thế quá trình diễn

ra hoàn toàn,cho hiệu suất cao,ít ô nhiễm.Neu độ nhớt quá cao phải thiết bị

và lắp đặt thêm hệ thống hâm nóng đế làm giảm độ nhót của dầu tới mức phù hợp với yêu cầu của mỏ phun.Trên thực tế,độ nhớt của các loại dầu

F0(40 C) khoảng 2- 6 cSt là phù hợp

Dựa vào độ nhót động học dầu FO đưọc phân loại như sau.

ỗ * 0

N 2A(1,5%)

(3%)

0 , 0

3 FO N 3:Là loại nhiên liệu đôt có độ nhớt động học ở nhiệt độ 50 c từ lớn

hơn 87 cSt đến 380 cSt

Hiện nay nước ta ban hành tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6239-1997 đối với các chỉ tiêu trong thành phần của dầu FO

0

600 C)gây nên hiện tượng thủng lò

Bảng 1.2

Do đặc điếm về địa lý hầu hết các nhà máy ở phía Nam nước ta hay ở khu vục TP Hồ Chí Minh đều sử dụng các sản phâm chung cất từ dầu mỏ làm nhiên liệu cung cấp năng lượngdò hơi,lò sấy,lò nung Nguồn thải do dầu đốt (chủ yếu là dầu FO) được coi là nguồn thải quan trọng nhất,có khối lượng lớn nhất và phân bố rộng nhất Là nguồn thải có chứa đầy đủ các chất

ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật

sau:

Bảng 1.3.Nhu cầu tiêu thụ dầu FO tại TP.HCM

I 1.2Tổng quan về so :

Khí sunfurơ là chất khí không màu ,có mùi hăng cay khi nồng độ trong khí quyển là lppm,là sản phẩm của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (ví dụ dầu FO)

0 0

SO có nhiệt độ nóng chảy ở -75 c và nhiệt độ sôi ở -10 c

SO rất bền nhiệt((ÀH =- 296,9kJ/mol)

Khí SO là một chất khí ô nhiễm khá điển hình.so có khả năng hòa tan

trong nước cao hơn các khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với cơ quan

hô hấp của con người và động vật

Độc tính chung của S02 thế hiện ở rối loạn chuyến hoá protein và đường,thiếu vitamin B,c ức chế enzyme oxydaza Khi hàm lượng thấp, S02

có th ể làm sưng viêm mạc

SO^ làm thiệt hại đến mùa màng, nhiễm độc cây trồng.Khí so trong

khí quyến khi gặp các chất oxy hóa dưới tác động của nhiệt độ,ánh sáng chúng chuyển thành so Khi gặp nước so + H o = H so là nguyên nhân

năng gây ung thư Khi tiếp xúc ,phần lớn bụi than có kích thước lớn hơn 5 micromet bị các dich nhầy ở các tuyến phế quản và các long giữ lại Chỉ có các hạt bụi có kích thước nhở hơn 5 micromet vào được phế nang Bụi vào phổi gây kích thước cơ học,xơ hoá phổi dẫn đến các bệnh hô hấp như khó thở ,ho, khạc đờm, ho ra máu, đau ngục,

Tiêu chuẩn bộ y tế Việt Nam năm 1992 quy định đối với bụi than trong không khí tại khu vực dân cư là 0.15 mg\m3,TCVN 1995 quy định bụi tổng cộng trong không khí xung quanh 0.5 mg|m3

I.2 Các phương pháp xử lý khí thải từ lò hoi dùng dầu FO:

1.2.1: Phương pháp hấp thụ:

Hấp thụ là quá trình lôi cuốn chọn lọc một cấu tử nào đó tù' hỗn hợp khí bởi chất lỏng Dựa vào sự tương tác giữa chất hấp thụ (dung môi) và chất bị hấp thụ(chất ô nhiễm) trong pha khí, phân thành 2 loại hấp thụ:

Hấp thụ vật lý:Dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha

lỏng(tương tác vật lý).Hấp thụ vật lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý khí thải

Hấp thụ hóa học:Cấu tử trong pha khí và pha lỏng có phản ứng hóa

học với nhau (tương tác hóa học)

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải

Hấp thụ là một quá trình mà truyền khối mà ở đó các phân tử chất khí chuyển dịch và hòa tan vào chất lỏng.Sự hòa tan có thể diễn ra đồng thời với một phản ứng hóa học giữa các hợp phần của pha lỏng và pha khí 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 đến trạng thái có nồng độ thấp hơn Việc khử chất khí diễn ra theo 3 giai đoạn:

1 Khuếch tán chất khí ô nhiễm đến bề mặt chất lỏng

- Dòng khí cần xử lý tiếp xúc với dung dịch hấp thụ, chất cần xử lý được giữ lại trong dung dịch hấp thụ và được thu ở đáy tháp.Dòng không khí sạch thoát ra ngoài trên đỉnh tháp

Có nhiều dạng kiểu thiết bị hấp thụ khác nhau và có thể phân thành các loại chính sau:

1 Buồng phun,tháp phun:Trong đó chất lỏng được phun thành giọt

nhỏ trong thể tích rỗng của thiết bị và cho dòng khí đi qua.Tháp phun đưoc

sử dụng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn

2 Thiết bị sục khí: Khí được phân tán dưới dạng các bong bóng đi

qua lớp chất lỏng.Quá trình phân tán khí có thể được thực hiện bằng cách cho khí đi qua tấm xốp,tấm đục lồ hoặc bằng cách khuấy cơ học

3 Thiết bị hấp thụ kiếu sủi bọt: Khí đi qua tấm đục lỗ bên trong có

chứa lớp chất lỏng mỏng

4 Thiết bị hấp thụ có đệm bằng vật liệu rỗng(tháp đệm):Là một

tháp dạng cột bên trong chất gần đầy các vật liệu đệm nhằm tạo ra một bề mặt tiếp xúc cao nhất có thế đế cho dòng khí (đi tù' dưới lên)và dòng lỏng(từ đỉnh tháp xuống) tiếp xúc tốt với nhau khi chuyển động ngược chiều trong lớp đệm.Quá trình tiếp xúc này sẽ làm cho bụi và chất ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại và bị hấp thụ bởi dòng chất long.Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ ìỏng:khí lớn.Khí không chứa bụi và hấp thụ không tạo ra cặn lắng.Vật liệu đệm được sử dụng trong các tháp này có thế là đá nghiền,vòng rassing,vật thể hình yên ngựa ,vòng ngăn,than cốc ,đá xoắn ốc,vật liệu ô vuông làm bằng gỗ hoặc các loại sợi tổng hợp

5 Tháp đĩa: Có cấu tạo là một thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có

gắn các đĩa có cấu tạo khác nhau

Như vậy đế hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi đế chọn dung môi cho thích hợp hoặc dung dịch thích hợp(trong trường hợp hấp thụ hóa học).Quá trịnh hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định,hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc bề mặt giữa khí thải và chất lỏng ,thời gian tiếp xúc,nồng độ môi trường hấp thu và tốc

Hấp phụ vật lý: Là hấp phụ đa phân tử,Lực liên kết là lực hút giữa các

phân tủ' (Lực Vanderwaals) không tạo thành họp chất bề mặt

Hấp phụ hóa học:là hấp phụ đơn phân tử,lực liên kết là lực liên kết bề

mặt tạo nên hợp chất bề mặt

> Dựa theo điều kiện hấp phụ:

Hấp phụ trong điều kiện động

Hấp phụ trong điều kiện tĩnh

Hấp phụ chọn lọc:Dựa vào ái lực khác nhau giữa chất ô nhiễm và bề mặt chất rắn,phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

Hấp phụ trao đối:Dựa vào cường độ hoặc ái lực của các ion chất hấp

phụ và chất bị hấp phụ

Quá trình hấp phụ có thế được tiến hành trong lớp chất hấp phụ đứng yên, tầng sôi hoặc chuyến động Tuy nhiên trên thực tế phố biến nhất là thiết

bị với lớp chất hấp phụ không chuyển động được bố trí trong tháp đứng,tháp nằm hoặc tháp vòng .Tháp đứng được sử dụng khi cần xử lý lun lượng nhỏ

I.2.3 Phưong pháp đốt:

Áp dụng khi lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm cháy được lại rất bé đặc biệt là những chất có mùi khó chịu

Các chất khí được xử lý theo phương pháp đốt thường là các hợp chất hydrocacbon,các dung môi hữu cơ Việc xử lý khí thải theo phương pháp này được sử dụng trong trường hợp khí thải có nồng độ chất độc cao vượt quá giới hạn bắt cháy và có chứa hàm lượng oxygen đủ lớn

Quá trình đốt được thực hiện trong hệ thống gồm những thiết bị liên kết đơn giản có khả năng đạt hiệu suất phân hủy cao.Hệ thống đốt gồm cửa lò,bộ mồi lửa đốt bằng nhiên liệu và khí thải

Có 2 phương pháp đốt:

❖ Nhược điểm:

Hiệu suất làm sạch không cao,không dùng đế xử lý dòng khí có nhiệt độ cao

Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp cần phải lắp đặt thêm thiết bị trao đối nhiệt trong tháp hấp thụ đế làm nguội tăng hiệu quả quá trình xử lý như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh,vận hành phức tạp

Việc lưc chọn dung môi thích hợp đế xứ lý rất kho khăn khi chất khí không có khả năng hoà tan trong nước

Phải tiến hành tái sinh dung môi khi dung môi đắt tiền đế giảm giá thành xử lý mà công việc này là rất khó khăn

B Phưong pháp hấp phụ:

❖ Ưu điểm:

Điều chỉnh quá trình tinh vi hơn

Có thể sử dụng kết cấu tối ưu và kích thước tối ưu cho từng đoạn của thiết bị

Tiết kiệm được chất hấp phụ ,sử dụng tối đa năng suất hấp phụ

Quá trình thực hiện liên tục dẫn đến hiệu suất cao

Chất hấp phụ dễ kiếm và khá rẻ tiền,thường dùng nhất là than hoạt tính hấp phụ được nhiều chất hữu cơ

❖ Nhược điểm:

Nhược điểm:

❖

Chi phí đầu tư thiết bị ,vận hành lớn

Có thế làm phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí sau đốt có chlorine,N,S

Có thế cần cấp thêm nhiên liệu bố sung,xúc tác gây trở ngại cho việc vận hành thiết bị

Đổi với dòng khí này phương pháp lựa chọn để xử lý thích hợp nhất là phương pháp hấp thụ

I.2.3 Tính toán tải lượng các chất ô nhiễm do đốt dầu FO :

Dựa trên phuơng trình phản ứng cháy ta tính được lượng không khí cần thiết đế đốt cháy 1 kg dầu theo công thức sau:

L = 11,53C + 34,4(H- 0 /8) + 4,29S (1)

Trong đó C,H,0 ,s là hàm lượng tĩnh của các nguyên tố cacbon, hidro,

oxy, lun hùynh có trong dầu F0 và được lấy bằng 0,853; 0,109; 0,0035; 0,028 r

Thế vào phương trình (1):

L = 11,53x0,853 + 34,4(0,109- 0,0035/8) + 4,29x0,028 = 13,69kgkk/kgdầu

, , 0

Lượng không khí ở điều kiện chuân (lat, 273 K) được tính theo công thức:

L = ( mf - mNC) + Lt, kg (2)

mf= 1 , mNC = 0,008 là hàm lượng tro trong dầu Thay vào (2)

Bang ỉ 4 Hệ số phát thải ô nhiễm do đốt dầu FO

Bảng 1.5.Nồng độ các chất ô nhiễm chủ yếu trong khí thải dầu FO theo lý

^ thuyết: _

Trong đó s là hàm lượng lưu huỳnh tính theo phần trăm khối lượng

Từ lý thuyết tính toán nồng độ các chất ô nhiễm do đốt dầu FO ta thấy nồng độ SO lớn gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép.so^ là chât ô nhiễm chính

trong khói thải dầu FO,là yếu tố dùng đế đánh giá mật độ gây ô nhiễm ở các cơ sở sản xuất có sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đốt.Còn các chỉ tiêu khác thấp hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều

Tuy nhiên,ở những nhà máy có lò hơi hoạt động người dân xung quanh thường phàn nàn về bụi rất nhiều.Do đó nghiên cứu khí thải do đốt dầu 2 chỉ tiêu được quan tâm nhiều nhất là bụi và so

I.2.4 Một số phưong pháp hấp thụ so

Đe hấp thụ so ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của

muối kim loại kiềm hoặc kiềm thố

- Hấp thụ bằng nước:

nguội và xử lý sơ bộ Có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống acid và không chiếm nhiếu diện tích xây dựng

Nhưọ'c điếm: Thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO và CaSO , gây tắc

các đường ống và ăn mòn thiết bị

- Phương pháp Magie (Mg):

SO được hấp thụ bởi oxít - hydro magie, tạo thành tinh thế ngậm nước Suníìt magie

Ưu điếm: làm sạch khí nóng, không cần lọc sơ bộ, thu được sản phâm tận dụng là H so ; MgO dễ kiếm và rẻ, hiệu quả xử lý cao

Nhuợc điếm: vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO

- Phương pháp kẽm:

SO + ZnO + 2,5 H SO -> ZnSO +HO

ƯU điếm: của phương pháp này là khả năng xử lý ở nhiệt độ cao (200 -250°C)

Nhược điếm: có thế hình thành ZnSO làm cho việc tái sinh ZnO bất

lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng và bố sung thêm ZnO

- Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở Natri

Giá trị giới hạn ở cột B áp dụng cho tât cả các cơ sở kê từ ngày cơ quan quản lý môi truờng quy định Được trích ở bảng sau:

II 3.Đe xuất và thuyết minh công nghệ

II.3.1 Đe xuất quy trình công nghệ xử lý:

Trong các thiết bị dùng cho phương pháp hấp thụ thì dung dịch hấp thu được sử dụng có thế là nước hoặc dung dịch hóa học như dung dịch kiềm,dung dịch sữa vôi .nếu dùng dung dịch hóa học thì hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm sẽ cao nhưng đắt tiền

Dùng nước thì rẻ tiền và an toàn cho thiết bị nhung hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm dạng khí sẽ kém hiệu quả hơn

Đổi với dòng khí này do yêu cầu hiệu suất xử lý đạt 95% và trong hồn hợp khí chứa thành phần ô nhiễm chính là so nên dung dịch hấp thụ được

chọn dung dịch Ca(OH)^ vì các ưu điểm sau:

> Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao CaSO không gây ô

nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn

S02 + 02 = so

so + Ca(OH) = CaSO + H 0

> Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm

Thán piải nhiêt

Thán hẩn thu

Quạt ly tâm

Ổncr khói

Chưong III.Tính toán thiết kế tháp hấp thụ

III.1.Tính cân bằng vật chất- cân bằng pha :

III 1.1 Các thông số đầu vào của khí vào vào tháp:

0

Nhiệt độ dòng khói thải khi đi vào tháp là khoảng 50 C(sau khi qua tháp giải nhiệt)

d \-y d 1-8.29 lxl 0'4

: suất lượng hỗn hợp khí đầu vào - ra (kmol/h)

La, Lc : suất lượng Ca(OH)2 đầu vào

-ra (kmol/h)

c = 2070mg/m3 = 2,070g/m3 Nồng độ khí ban đầu:

Ck = ^- = -— -= 0.03896 mol/1 = 38.96 mol/m3

RT 0.082(273 + 40)

Nồng độ mol SO

[5021 = ^Z®=0.0323 mol/m3

L J 64

Nồng độ phân mol:

_ 0.0323 _ g 291x10 4 mol SOo/ moi hh khí

yd 38.96

Tỷ số mol:

Ỵ, = — = — = 8.298x10 4 mol SO2/ mol khí

111.2.1 Các thông số đầu ra:

Đe giảm năng suất xử lý cho tháp hấp thụ ta chia phần xử lý cho tháp khoảng

1400mg/m ,phần còn lại sẽ được ông khói phát tán.Do hiệu suât tháp là 95% nên

tháp xử lý được 1400x0.95=1330 mg/m3 Vậy nồng độ so^ ra khỏi tháp là :

2070- 1330 = 740 mg/m3

,

3

Nồng độ SO^ ra khỏi tháp là 740mg/m

Nồng độ mol SO :

l = — = 0.01156 mol/m3

L 2J 64

Nồng độ phân moĩ:

_ 0-01 1ỂẾ = 2.967x10 4 mol S02/ mol khí

r 38.96