Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 phát sinh từ lò hơi dùng nguyên liệu dầu FO, năng suất 5 (tấnh) với dung dịch hấp thu là Ca(OH)2 nồng độ 10%

Đồ án môn học Kỹ thuật xử lý khí thải và tiếng ồn, ngành CNKT Môi trường, Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KHÍ THẢI KHI ĐỐT DẦU FO VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG ........................................................................ 16 1.1 Tác hại của tro, bụi ............................................................................................... 16 1.2. Tác hại của khí SO2 ............................................................................................ 16 1.3. Tác hại của khí NO2 ........................................................................................... 17 1.4. Tác hại của khí CO .............................................................................................. 17 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ................................................................ 19 2.1 Cơ sở lí thuyết các phương pháp xử lí ................................................................. 19 2.1.1 Sơ lược về phương pháp hấp thụ. ..................................................................... 19 2.1.2. Sơ lược về phương pháp hấp phụ ..................................................................... 20 2.1.3. Sơ lược về phương pháp đốt. ........................................................................... 21 2.2. Lựa chọn phương pháp ....................................................................................... 22 2.2.1.Tháp phun rỗng. ................................................................................................ 22 2.2.2. Tháp rửa khí có đệm. ....................................................................................... 22 2.2.3. Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt. ............................................................................ 23 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN QUY TRÌNH XỬ LÝ .......................... 24 3.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nước ................................................................................. 24 3.2. Hấp thụ khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO) ............................ 25 3.3. Phương pháp magiê oxit (MgO) ......................................................................... 26 3.3.1. Magiê oxit kết hợp với potos (kali cacbonat) .................................................. 27 3.3.2 Magiê oxit không kết tinh ................................................................................. 28 3.3.3 Magiê sủi bọt ..................................................................................................... 28 3.3.4. Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình ................................................................ 29 3.4 Phương pháp kẽm ................................................................................................. 29 3.4.1 Phương pháp dùng kẽm oxit đơn thuần ............................................................ 30 3.4.2 Phương pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit........................................ 31 3.5. Xử lý khí SO2 bằng amoniac .............................................................................. 31 3.5.1 Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp.............................................................. 32 3.5.2 Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi ................................................................. 32 3.6 Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ ....................................................... 33 3.7. Xử lí khí SO 2 bằng các chất hấp phụ thể rắn ...................................................... 34 3.8 Xử lý khí SO 2 bằng sữa vôi (Ca(OH) 2 ) ................................................................ 34 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ....................... 37 4.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................................................... 37 4.1.1. Khí đầu vào: ..................................................................................................... 37 4.1.2. Khí đầu ra ......................................................................................................... 37 4.2. TÍNH TOÁN LƯỢNG Ca(OH)2 cho quá trình hấp thu Đường cân bằng ........ 38 4.3. PHƯƠNG TRÌNH LÀM VIỆC .......................................................................... 39 4.4. ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ ..................................................................... 41 4.5. CHIỀU CAO LỚP VẬT LIỆU HẤP THỤ ......................................................... 44 4.5.1. Xác định số đơn vị truyền khối ........................................................................ 44 4.5.2. Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối .................................... 47 4.6. Tính trở lực .......................................................................................................... 52 4.6.1.Tổn thất áp suất đệm khô k p : ......................................................................... 52 4.6.2.Trở lực của tháp ................................................................................................ 53 4.6.3. Chiều cao mực chất lỏng ở đáy tháp ................................................................ 53 4.7. Tính toán cơ khí .................................................................................................. 53 4.7.1.Tính bề dày thân tháp ........................................................................................ 54 4.7.2. Tính đáy và nắp ................................................................................................ 56 4.7.3. Tính đường kính ống dẫn khí ........................................................................... 57 4.7.4 Tính đường ống dẫn lỏng .................................................................................. 58 4.7.5. Tính bích .......................................................................................................... 58 4.8.Tính các thiết bị phụ trợ khác .............................................................................. 59 4.8.1. Cửa tháo đệm ................................................................................................... 59 4.8.2. Lưới đỡ đệm ..................................................................................................... 59 4.8.3.Bộ phận phân phối lỏng .................................................................................... 60 4.8.4.Ống nhập liệu .................................................................................................... 60 4.8.5.Chân đỡ ............................................................................................................. 60 4.9. Tính bơm quạt ống khói ................................................................................... 64 4.9.1. Bơm .................................................................................................................. 64 4.9.2. Quạt .................................................................................................................. 65 4.9.3. Ống khói ........................................................................................................... 66 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH ................................................................. 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 70

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC& THỰC PHẨM

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 12 năm 2018

Khoa CN Hóa học và TP

Bộ môn CN Môi trường

ĐÁNH GIÁ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

DÙNG NGUYÊN LIỆU DẦU FO, NĂNG SUẤT 5 (TẤN/H) VỚI DUNG DỊCH

Tên đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 phát sinh từ lò hơi dùng nguyên liệu dầu FO, năng suất 5 (tấn/h) với dung dịch hấp thu là Ca(OH)2 nồng độ 10%

Thời gian thực hiện từ 20/9/2018 đến 19/12/2018

20/09/2018 Nhận đề tài

5/10/2018 Tổng quan về khí thải lò hơi

đốt dầu FO và tác hại của SO2

Tham khảo sách “Ô nhiễm không khí”, Trần Ngọc Chấn, tập 3

12/10/2018 Một số công nghệ xử lý SO2

Tham khảo sách “Ô nhiễm không khí”, Trần Ngọc Chấn, tập 3

18/10/2018 Tính toán lượng khí thải sinh ra

từ lò hơi đốt dầu FO

Tham khảo sách “Ô nhiễm không khí”, Trần Ngọc Chấn, tập 3

9/11/2018 Tính toán đường kính thân,

chiều cao tháp hấp thụ

Tỉ lệ đường kính với chiều cao tháp chưa phủ hợp

khí, lỏng

phù hợp

7/12/2018 Hoàn thành bản vẽ chi tiết Sửa chân tháp, lưới đỡ

đệm, đĩa phân phối…

16/12/2018 Hoàn thành bản vẽ chi tiết Vẽ chi tiết thêm một số

thiết bị

19/12/2018 Nộp đồ án cho giáo viên hướng

dẫn

Ngày 16 tháng 12 năm 2018Giáo viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC(Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO 2 phát sinh từ lò hơi dùng nguyên liệu dầu FO, năng

suất 5 (tấn/h) với dung dịch hấp thu là Ca(OH) 2 nồng độ 10%)

Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên): ThS Trần Anh Khoa

Cơ quan công tác: Trường Đại học Tài nguyên Môi trường thành phố Hồ Chí MinhSinh viên được nhận xét: MSSV: Sinh viên được nhận xét: MSSV: Sinh viên được nhận xét: MSSV: Tên đề tài:Thiết kế hệ thống xử lý khí thải SO2 phát sinh từ lò hơi dùng nguyên liệudầu FO, năng suất 5 (tấn/h) với dung dịch hấp thu là Ca(OH)2 nồng độ 10%

ST

T Nội dung (lưu ý thang điểm nhỏ nhất là 0.5 điểm) Thang điểm Điểm số

1

Vắng mặt > 50% các buổi gặp giáo viên hướng dẫn và trễ tiến độ

Vắng mặt 50% - 30% các buổi gặp giáo viên hướng dẫn và trễ tiến

Vắng mặt trên 10 - 30% các buổi gặp giáo viên hướng dẫn Tích cực

Có mặt đầy đủ các buổi gặp giáo viên hướng dẫn Tích cực trong

Trình bày thuyết minh không theo format chuẩn, không thống

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn, nhưng còn nhiều lỗi : đề

mục không rõ ràng, bảng biểu, hình vẽ không được đánh số, nhiều

lỗi chính tả, đánh máy

1

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn nhưng còn một vài lỗi nhỏ 1.5

3

Cơ sở và đề xuất quy trình công nghệ xử lý Max 2

Trình bày không đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ (tổng quan PP

xử lý, thành phần tính chất chất thải, vấn đề môi trường cần được

giải quyết) và đề xuất công nghệ xử lý chưa phù hợp (thuyết minh,

sơ đồ, ưu nhược điểm)

0.5

Trình bày đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ nhưng đề xuất công

nghệ xử lý chưa phù hợp (thuyết minh, sơ đồ, ưu nhược điểm) 1

Trình bày đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ và đề xuất công nghệ xử

Trình bày đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ và đề xuất công nghệ

4

Tính toán, thiết kế công trình Max 2

Kết quả sai từ 50% - 30% nội dung tính toán, công thức tính toán 1

Kết quả sai từ 30% - 10% các bảng tính, công thức tính toán 1.5

Hiểu rõ tất cả các bảng tính và các công thức tính toán (sai <10%) 2

5

Bản vẽ không thống nhất giữa bản vẽ và thuyết minh, bản vẽ sơ sài 0.5

Bản vẽ chính xác ở mức đường nét cơ bản, kích thước và hình vẽ

Bản thuật thể hiện đầy đủ các chi tiết thiết kế, đường nét rõ ràng,

-b) Nhược điểm của đồ án:

-2) Thái độ, tác phong làm việc:

-3) Ý kiến kết luận

Đề nghị cho bảo vệ  hay Không cho bảo vệ 

Ngày 19 tháng 12 năm 2018

Người nhận xét

( Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(Đồ án ……… )

Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên):

Cơ quan công tác:

Sinh viên được nhận xét: .MSSV:

Sinh viên được nhận xét: .MSSV:

Sinh viên được nhận xét: .MSSV:

Tên đề tài:

ST

T Nội dung (lưu ý thang điểm nhỏ nhất là 0.25 điểm) Thang điểm

Điểm số

1

Trình bày thuyết minh không theo format chuẩn, không thống

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn, nhưng còn nhiều lỗi :

đề mục không rõ ràng, bảng biểu, hình vẽ không được đánh số,

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn nhưng còn một vài lỗi

2 Cơ sở và đề xuất quy trình công nghệ xử lý Max 2

Trình bày không đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ (tổng quan PP

xử lý, thành phần tính chất chất thải, vấn đề môi trường cần được

giải quyết) và đề xuất công nghệ xử lý chưa phù hợp (thuyết

minh, sơ đồ, ưu nhược điểm)

0 – 0.5

Trình bày đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ nhưng đề xuất công

nghệ xử lý chưa phù hợp (thuyết minh, sơ đồ, ưu nhược điểm) 0.75 - 1

Trình bày đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ và đề xuất công nghệ

xử lý phù hợp nhưng thuyết minh chưa rõ ràng, chính xác 1.25 -1.5

Trình bày đầy đủ cơ sở lựa chọn công nghệ và đề xuất công nghệ

3

Tính toán, thiết kế công trình Max 2

Kết quả sai trên 50% nội dung tính toán hoặc có sự sao chép từ đồ

Kết quả sai từ 50% - 30% nội dung tính toán, công thức tính toán 0.75 - 1

Kết quả sai từ 30% - 10% các bảng tính, công thức tính toán 1.25 -1.5

Hiểu rõ tất cả các bảng tính và các công thức tính toán (sai sót

4

Bản vẽ không thống nhất giữa bản vẽ và thuyết minh, bản vẽ sơ sài 0 – 0.5

Bản vẽ chính xác ở mức đường nét cơ bản, kích thước và hình vẽ

Bản thuật thể hiện đầy đủ các chi tiết thiết kế, đường nét rõ ràng,

Các bản vẽ kỹ thuật thể hiện đầy đủ các chi tiết thiết kế, đường nét

5

Ít nắm bắt được thông tin câu hỏi và trả lời được những câu hỏi

Trả lời đầy đủ các câu hỏi với mức độ chính xác nhất định 2 – 2.5

Trả lời đúng và đầy đủ câu hỏi có phát triển mở rộng vấn đề câu

1 Nhận xét và đề nghị chỉnh sửa:

a) Ưu điểm của đồ án (thuyết minh, bản vẽ,…):

-b) Nhược điểm của đồ án (thuyết minh, bản vẽ,…):

-2) Câu hỏi phản biện (ít nhất 2 câu hỏi/sinh viên):

-3) Ý kiến kết luận Đề nghị cho bảo vệ  hay Không cho bảo vệ  Ngày …… tháng … năm 2018 Người nhận xét ( Ký & ghi rõ họ tên)

5 (tấn/h) với dung dịch hấp thu là Ca(OH)₂ nồng độ 10%”

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Thầy Trần Anh Khoa, là giảng vên của bộ mônCông nghệ kỹ thuật môi trường của Trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường vàcũng là giảng viên hướng dẫn chính của nhóm trong môn đồ án Xử lý ô nhiễm khí thảihọc kì 2018-2019, bằng tấm lòng và nhiệt huyết của người Thầy, đã tận tình giảng dạyhướng dẫn và tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án đầu tiên của mình

Với đồ án lần đầu còn nhiều thiếu sót và lệch lạc, chúng em rất mong có sự góp ýquý báu của Thầy, Cô để chúng em có thể coi đó là bước đệm cho lần làm đồ án tiếptheo

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KHÍ THẢI KHI ĐỐT DẦU FO VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 10

1.1 Tác hại của tro, bụi 10

1.2 Tác hại của khí SO₂ 10

1.3 Tác hại của khí NO₂ 11

1.4 Tác hại của khí CO 11

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 13

2.1 Cơ sở lí thuyết các phương pháp xử lí 13

2.1.1 Sơ lược về phương pháp hấp thụ 13

2.1.2 Sơ lược về phương pháp hấp phụ 14

2.1.3 Sơ lược về phương pháp đốt 15

2.2 Lựa chọn phương pháp 16

2.2.1.Tháp phun rỗng 16

2.2.2 Tháp rửa khí có đệm 16

2.2.3 Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt 17

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN QUY TRÌNH XỬ LÝ 18

3.1 Hấp thụ khí SO₂ bằng nước 18

3.2 Hấp thụ khí SO₂ bằng đá vôi (CaCO₃) hoặc vôi nung (CaO) 20

3.3 Phương pháp magiê oxit (MgO) 22

3.3.1 Magiê oxit kết hợp với potos (kali cacbonat) 23

3.3.2 Magiê oxit không kết tinh 24

3.3.3 Magiê sủi bọt 25

3.3.4 Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình 26

3.4 Phương pháp kẽm 27

3.4.1 Phương pháp dùng kẽm oxit đơn thuần 28

3.4.2 Phương pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit 28

3.5 Xử lý khí SO₂ bằng ammoniac 29

3.5.1 Xử lý SO bằng amoniac có chưng áp 30

3.5.2 Xử lý khí SO₂ bằng amoniac và vôi 31

3.6 Xử lí khí SO₂ bằng các chất hấp thụ hữu cơ 32

3.7 Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn 33

3.8 Xử lý khí SO2 bằng sữa vôi (Ca(OH)2) 33

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 38

4.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 38

4.1.1 Khí đầu vào: 38

4.1.2 Khí đầu ra 38

4.2 TÍNH TOÁN LƯỢNG Ca(OH)₂ cho quá trình hấp thu- Đường cân bằng 39

4.3 PHƯƠNG TRÌNH LÀM VIỆC 40

4.4 ĐƯỜNG KÍNH THÁP HẤP THỤ 42

4.5 CHIỀU CAO LỚP VẬT LIỆU HẤP THỤ 45

4.5.1 Xác định số đơn vị truyền khối 45

4.5.2 Xác định chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối 48

4.6 Tính trở lực 54

4.6.1.Tổn thất áp suất đệm khô p k: 54

4.6.2.Trở lực của tháp 55

4.6.3 Chiều cao mực chất lỏng ở đáy tháp 55

4.7 Tính toán cơ khí 55

4.7.1.Tính bề dày thân tháp 56

4.7.2 Tính đáy và nắp 58

4.7.3 Tính đường kính ống dẫn khí 59

4.7.4 Tính đường ống dẫn lỏng 60

4.7.5 Tính bích 60

4.8.Tính các thiết bị phụ trợ khác 61

4.8.1 Cửa tháo đệm 61

4.8.2 Lưới đỡ đệm 61

4.8.3.Bộ phận phân phối lỏng 62

4.8.4.Ống nhập liệu 62

4.8.5.Chân đỡ 62

4.9 Tính bơm- quạt- ống khói 66

4.9.1 Bơm 66

4.9.2 Quạt 67

4.9.3 Ống khói 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

Bảng: 1.3 Hệ số phát thải ô nhiễm do đốt dầu FO

Bảng: 4.1: Liên hệ áp suất hơi SO2 và nồng độ cân bằng hai pha lỏng – khí

DANH MỤC HÌNH Hình 3.1.1 Sơ đồ hệ thống xử lí SO₂ bằng nước

Hình 3.1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng xúc tácHình 3.2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ bằng đá vôi

Hình 3.2.2 Hệ thống xử lý khí SO₂ với sản phẩm thu hồi được là thạch cao thươngphần

Hình 3.3.1 Sơ đồ hệ thống xử potas

Hình 3.3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng MgO không kết tinh

Hình 3.3.3 Sơ đồ hệ thống xử lí SO₂ bằng MgO sủi bọt

Hình 3.3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng magie oxit kết tinh theo chu trình

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

Hình 3.5.2Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO₂ bằng amoniac có chưng

Hình 3.5.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ bằng amoniac kết hợp với vôi

Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 theo quá trình sunfiđin

Hình 3.7.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ bằng sữa vôi

Hình 3.7.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ trong khói thải của nhà máy nhiệt điệnBattersea (Anh)

Hình 3.7.3 Hệ thống xử lí khí SO₂ với sản phẩm thu được là thạch cao thương phẩm

PHẦN 1: MỞ ĐẦUTỔNG QUAN VÀ CÔNG DỤNG CỦA DẦU FO

Với sự phát triển mạnh của nền kinh tế công nghiệp hiện nay thì việc khai thác cácnguồn nhiên liệu đốt khác nhau để cung cấp đầy đủ năng lượng phục vụ cho đời sốngsinh hoạt, sản xuất của con người ngày càng gia tăng Các nguồn nhiên liệu đốt thôngdụng hiện nay là than đá, than củi, dầu FO… Phần lớn các nhà máy thường sử dụngdầu FO làm nhiên liệu đốt trong lò hơi để cung cấp năng lượng cho hoạt động sản xuấtcông nghiệp trong nhà máy Bên cạnh đó, khí thải từ lò hơi đốt dầu FO chứa các chấtkhí độc hại với nồng độ cao, vượt quá quy chuẩn xả thải cho phép nếu không được xử

lý đạt chuẩn sẽ gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng, gây ảnh hưởng xấuđến sức khỏe của người dân xung quanh

1.1 Tính chất của dầu FO

Dầu FO hay còn gọi là dầu mazut là thành phần căn của quá trình chưng cất dầu mỏ

ở áp xuất khí quyển , hoặc cặn chưng cất của quá trình chế biến sâu các phân đoạnnguyên liệu của dầu thô, phân tách chiết ra tỏng công nghệ sản xuất dầu nhờn truyềnthốn…Thành phần chủ yếu gồm các nhóm hydrocarbon phức hợp, có cấu trúc phân tửlớn, nhiệt độ sôi trên 350◦C và các loại nhựa alphaten tồn tại trong cặn dầu Ngoài ratrong dầu FO còn có các hợp chất dị nguyên tố, chủ yếu là lưu huỳnh (S)

Nhiệt trị của dầu FO là 10.75 (kcal/kg) (tương đương với 4.26*107 J/kg) và tỉ trọng

là 0.7-0.97 kg/l

Dầu FO được chia làm 2 loại:

+ Dầu FO hàn hải: là loại dầu dùng trong các nồi hơi của tàu hàng hải quân nhưloại F-5 và F-12 của Liên Xô cũ được dùng ở nước ta thời trước

+Dầu FO đốt lò: thường nặng hơn dầu FO hải quân, được dùng trong các nồi hơi,các lò nung trong công ngệ sứ, thủy tinh, luyện gang thép, dệt nhộm, là nhiên liệu đốt

lò sấy trong các nghành công nghiệp thực phẩm… và cho các thiết bị động lực của tàuthủy…

1.2 Phân loại dầu FO

Theo TCVN 6239:2002, căn cứ vào độ nhớt động học và hàm lượng lưu huỳnh,nhiên liệu đốt lò (FO) được phân loại như sau:

Bảng: 1.1 Phân loại dầu FO theo TCVN 6239:2002

1.3 Các yêu cầu kỹ thuật trong nhiên liệu đốt lò

Nhiên liệu đốt lò phải đáp ứng được những tiêu chuẩn quy định như nhiệt trị, hàmlượng lưu huỳnh, độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy, độ bay hơi, điểm đông đặc và điểmsương, cặn cacbon, hàm lượng tro, nước và tạp chất cơ học, …

+ Nhiệt trị: Nhiệt trị là một trong những đặc tính quan trọng nhất, là thông tin cầnthiết cho biết về hiệu suất cháy của nhiên liệu Nhiệt trị được xác định theo tiêu chuẩnASTM D240

+ Hàm lượng lưu huỳnh (S): Xác định lưu huỳnh và các hợp chât của lưu huỳnh

có thể được tiến hành theo nhiều phương pháp thử khác nhau: Đối với FO nhẹ, xuhướng ăn mòn của nhiên liệu có thể được phát hiện bằng phép thử ăn mòn tấm đồng(ASTM D130) Hàm lượng hợp chất S trong nhiên liệu FO nhẹ càng thấp càng tốt Đốivới FO nặng, hàm lượng lưu huỳnh S thường rất cao, từ 4 đến 5% Ở các nhà máyluyện kim, nếu dùng nhiên liệu có S cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thép Đối với

FO có hàm lượng cao thì phương pháp tiêu chuẩn để xác định S là ASTM D129

+Độ nhớt: Đối với FO nhẹ, độ nhớt ảnh hưởng nhiều đến mức độ nhiên liệu phunthành bụi sương, do đó ảnh hưởng đến mức độ cháy hết khi đốt nhiên liệu Độ nhớt cóthể được xác định bằng phương pháp xác định độ nhớt Saybolt là ASTM D88; phươngpháp xác định độ nhớt động học là ASTM D445 Đối với FO nặng, độ nhớt là mộttrong những đặc tính quan trọng nhất và cũng như FO nhẹ, độ nhớt cho biết điều kiện

để vận chuyển, xuất, nhập, bơm chuyển nguyên liệu, ngoài ra còn chỉ ra mức độ cầngia nhiệt trước khi phun vào lò Phương pháp xác định độ nhớt là ASTM D445

+Nhiệt độ bắt cháy: Nhiệt độ bắt cháy là tiêu chuẩn về phòng cháy nổ - chỉ ranhiệt độ cao nhất cho phép tồn chứa và bảo quản nhiên liệu đốt lò mà không gây nguyhiểm về cháy nổ Nhiệt độ bắt cháy được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D93 (quytrình cốc kín – Pensky Martens)

+Độ bay hơi: Đối với FO nhẹ, trong các lò đốt, nhiên liệu luôn ở trạng thái sẵnsàng được kích cháy và phải duy trì được ngọn lửa ổn định, nghĩa là độ bay hơi phảiluôn ổn định Đối với FO loại nặng, thành phần cất không được đề cập đến vì chúng làdạng cặn.

+Điểm đông đặc và điểm sương: Đối với FO nhẹ, điểm sương là nhiệt độ tại đótinh thể parafin hình thành và khi cấu trúc tinh thể được hình thành thì nhiên liệukhông thể tạo thành dòng chảy Nhiệt độ đông đặc là khái nhiệm được sử dụng tương

tự nhưng có nhiệt độ thấp hơn điểm sương Hai khái niệm đều chỉ mức nhiệt độ thấpnhất, giới hạn cho phép để vận chuyển nhiên liệu từ bể tới lò đốt Đối với FO nặng,dựa vào nhiệt độ đông đặc mà lựa chọn phương pháp bơm chuyển, hệ thống gia nhiệt,

hệ thống xuất nhập trong kho thích hợp Điểm đông đặc và điểm sương được xác địnhtheo tiêu chuẩn ASTM D97

+Cặn cacbon: Có hai dạng lò đốt nhiên liệu: lò đốt bay hơi dạng khói và lò đốtdạng phun Trong lò đốt bay hơi dạng ống khói thì bất kỳ cặn cacbon nào tạo ra do dầukhông bị phá hủy hoặc do không bay hơi hoàn toàn sẽ đóng cặn ở trong hoặc ở gần bềmặt trong của đường dẫn nhiên liệu vào và sẽ làm giảm tốc độ dòng nhiên liệu Đặcbiệt, nếu lò đốt bằng đồng thì hiệu quả cháy sẽ giảm đi rất nhiều Phương pháp xácđịnh cặn Cacbon Condradson theo tiêu chuẩn ASTM D189 được áp dụng để xác địnhcặn Cacbon cho FO nhẹ và FO nặng

+Hàm lượng tro: Hàm lượng tro phụ thuộc vào phẩm chất nguyên liệu và phươngpháp chế biến ra nhiên liệu đó Phương pháp xác định hàm lượng tro theo tiêu chuẩnASTM D482

+Nước và tạp chất cơ học: Sự có mặt của nước và tạp chất cơ học làm bẩn, tắc lướihọc và nhũ hóa sản phảm, đồng thời sẽ gây khó khăn cho việc vận chuyển Sự có mặtcủa nước dưới đáy bể dẫn đến ăn mòn bể Hàm lượng nước được xác định theophương pháp ASTM D95 Tạp chất cơ học được xác định theo phương pháp ASTMD473 Tổng hàm lượng nước và tạp chất cơ học được xác định theo phương phápASTM D1796

Bảng: 1.2 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu đốt lò theo TCVN6239-1997

Tên chỉ tiêu

Mức

Phương pháp thử

FO N°1

FO N°2

FO N°3

FO

N o 2A (2,0 S)

FO N°2B (3,5 S)

1 Khối lượng riêng ở

TCVN6594:2000(ASTM D1298)

2 Độ nhớt động học ở

ASTM D445

3 Hàm lượng lưu huỳnh,

% khối lượng, không lớn

hơn

TCVN6701:2000(ASTM D2622)/ASTM D129/ASTM

D 4294

4 Điểm đông đặc, °C,

TCVN3753:1995/ASTM D97

5 Hàm lượng tro, % khối

TCVN2690:1995/ASTM D482

7 Điểm chớp cháy cốc

TCVN

6608 : 2000(ASTM D3828)/ASTM D93

8 Hàm lượng nước, % thể

TCVN2692:1995/ASTM D95

1) 1 cSt = 1 mm2/s

2) 1 calo = 4,1868 J

1.4 Các chất ô nhiễm tạo ra trong quá trình đốt dầu FO

Dầu FO là nhiên liệu được sử dụng phổ biến trong các lò hơi công nghiệp, dùng đểcung cấp năng lượng trong quá trình sản xuất công nghiệp như lò hơi ở ngành côngnghiệp thực phẩm, lò nung ở ngành luyện kim… Nhiên liệu dầu đốt trong lò đượcphân thành 2 loại là dầu nặng (dầu mazut) và dầu nhẹ (dầu diesel và dầu hỏa) Khói

thải từ lò hơi đốt dầu FO thường chứa các chất ô nhiễm chủ yếu là SOx, NOx, CO, hơinước và một lượng nhỏ tro, các hạt tro không cháy hết thường được gọi là mồ hóngLượng khí thải từ lò hơi đốt dầu FO thường ít bị thay đổi và nồng độ chất ô nhiễmvượt quá quy chuẩn xả thải cho phép thường là SOx và tro bụi

Bảng 1.3 Hệ số phát thải ô nhiễm do đốt dầu FO

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KHÍ THẢI KHI ĐỐT DẦU FO VÀ

NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG1.1 Tác hại của tro, bụi

Tro, bụi trong dòng khí thải từ lò hơi đốt dầu FO khi thải một lượng lớn ra ngoàimôi trường sẽ gây ra những tác động mạnh mẽ đối với sức khỏe của con người, đặcbiệt là người già, trẻ em và những người bị bệnh về đường hô hấp Các hạt bụi đất, cát

có kích thước lớn, nặng nên ít có khả năng đi vào phế năng phổi, ít ảnh hưởng đến sứckhỏe con người Nhưng khi nồng độ bụi đất, cát cao sẽ gây cản trở tầm nhìn của conngười, làm giảm tuổi thọ hoạt động của các công trình công cộng, giảm đi độ tronglành của bầu khí quyển Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10µm có thể đi vào tận phếnang gây viêm thành phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5µm có thể đi vào tận màng phổi vàđọng lại trong đó gây viêm phổi Nều nồng độ cao và kéo dài có thể dẫn đến ung thưphổi

Bụi còn có những ảnh hưởng đến hệ sinh thái, mùa màng: khi bụi lắng đọng trên lácây, nếu không có nước mưa rửa sạch thì sẽ ngăn cản quá trình quang hợp và trao đổichất làm cây cối chậm phát triển Điều này làm cho hệ sinh thái bị ảnh hưởng nặng nề

và làm tổn thất mùa màng

1.2 Tác hại của khí SO₂

SO₂ là chất khí không màu, không cháy, có vị hăng Do quá trình quang hóa hay do

sự xúc tác, SO₂ dễ bị oxi hóa và biến thành SO₃ trong khí quyển

Khí SO₂ là loại khí độc không chỉ đối với con người mà còn đối với động thực vật

và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

Đối với sức khỏe con người

SO₂ là chất có tính kích thích, dễ hòa tan trong nước nên dễ phản ứng với các cơquan hô hấp của con người và động vật Độc tính chung của SO₂ thể hiện ở rối loạnchuyển hóa protein và đường, thiếu vitamin B,C và ức chế enzyme oxydaza Khi nồng

độ SO₂ thấp có thể làm sưng viêm mạc

Đối với thực vật

Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO₂ là rêu và địa y Khí SO₂ khi thâm nhậpvào các mô của cây sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunfuro H₂SO₃ gây tônthương đến màng tế bào và làm giảm đi khả năng quang hợp của cây Cây sẽ có nhữngbiểu hiện: chậm lớn, vàng úa lá rồi chết

Đối với môi trường

SO₂ bị oxi hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa gây ra mưa axitsunfuric hay các muối sunfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môitrường

Mưa axit rơi xuống mặt đất sẽ rửa trôi hết các dưỡng chất và mang kim loại độchại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vật thủysinh và các loài cá

Rừng bị hủy diệt và sản lượng cây trồng giảm sút

Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc

1.3 Tác hại của khí NO₂

NO2 là khí có màu nâu đỏ, có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiện ở khoảngnồng độ 0,12ppm.NO₂ là chất khí gây kích thích viêm tấy và có tác hại đối với hệthống hô hấp, tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nướcmũi, viêm họng Khi NO₂ với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và độngvật sau ít phút Ở nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp Vớikhoảng 0,6ppm, nếu con người tiếp xúc lâu dài có thể gây các bệnh nghiêm trọng vềphổi Đối với thực vật, ở nồng độ khoảng 0,5ppm khí NO₂ làm cho cây chậm pháttriển

Khí NOx bị oxy hóa trong khí quyển trong thời gian dài từ vài giờ đến nhiều ngàybiến thành axit nitric và các axit này bị mưa hấp thụ, theo mưa rơi xuống đất tạo thànhmưa axit Mưa axit gây tác hại nguy hiểm đến sức khỏe con người, phá hủy sự cânbằng sinh thái, gây thiệt hại cho mùa màng, phá hủy rừng và hủy diệt sự sống

1.4 Tác hại của khí CO

Khí CO là loại khí không màu, không mùi vị, được tạo ra từ quá trình cháy khônghoàn toàn của nguyên liệu than CO có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người,đặc biệt là đối với phụ nữ mang thai và người có bệnh về tim mạch, nếu tiếp xúc với

CO sẽ rất nguy hiểm đến tính mạng vì ái lực của CO với hemoglobin cao gấp 200 sovới oxi nên khi vào máu sẽ tác dụng ngay với hemoglobin và các trở quá trình vậnchuyển oxi từ máu đến mô

Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đau đầu, chóng mặt.Từ 10 – 250 ppm có thểgây tổn hại đến hệ thống tim mạch và thậm chí có thể dẫn đến tử vong

Rất nhiều nghiên cứu trên động vật và con người đã chứng minh rằng những người

có bệnh về tim mạch sẽ bị căng thẳng thêm khi nồng độ CO ở trong máu tăng cao Đặc biệt các nghiên cứu lâm sàn đã cho thấy người hay bị đau đầu khi tiếp xúc với

CO ở nồng độ cao sẽ kéo dài thời gian đau Những người khỏe mạnh cũng sẽ chịu ảnhhưởng bởi tác động của CO khi tiếp xúc ở nồng độ cao dẫn đến giản khả năng thị lực,năng lực làm việc, khả năng học tập và hiệu suất công việc

Với những tác hại nghiêm trong của các khí thải từ lò hơi đốt dầu FO như đã trình bàytrên thì cần phải có phương pháp xử lý lượng khí thải độc hại đó một cách thích hợptrước khi đưa ra ngoài môi trường để hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường không khí

do khí thải từ lò hơi đốt dầu FO gây ra

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ2.1 Cơ sở lí thuyết các phương pháp xử lí

2.1.1 Sơ lược về phương pháp hấp thụ.

Hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải độc hại (chất bị hấp thụ) vào trong môitrường lỏng (dung môi hấp thụ) Khi tiếp xúc với khí thải, chất độc hại sẽ tác dụng vớicác chất trong môi trường mỏng và được giữ lại theo 2 cách hấp thụ vật lý và hấp thụhóa học

Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dungmôi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thayđổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuầncủa chất khí trong chất lỏng)

Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phảnứng hóa học với dung môi hấp thụ Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học vàtrở thành chất khác

Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:

 Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt củachất lỏng hấp thụ

 Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

 Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khốichất lỏng hấp thụ

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

Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọccủa chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịchthích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học) Quá trình hấp thụ được thực hiện tốthay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định

Ưu điểm

Rẻ tiền, nhất là khi sử dụng H₂O làm dung môi hấp thụ, các khí độc hại như SO₂,H₂S, NH₃, HF, có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước vàcác dung môi thích hợp

Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cảbụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa

Nhược điểm

Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nênkhông thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trìnhtỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thảinhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làmnguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí Như vậy, thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh,vận hành phức tạp

Khi làm việc, điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khíthải có hàm lượng bụi lớn

Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lí không cókhả năng hòa tan trong nước Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dungmôi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dungmôi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung môiquyết định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý

Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp) khi sử dụng dung môi đắt tiền Chấtthải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp

2.1.2 Sơ lược về phương pháp hấp phụ

Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dùng chất rắn xốp đểhút các chất khí độc có trong khí thải trên bề mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ vàcác cấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Phương phápnày được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí để sử dụng lại trongcông nghiệp hóa chất

Trong kĩ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi

và sử dụng lại hơi của các chất hữu cơ, khử mùi thải ra của các nhà máy sản xuất thựcphẩm, thuộc da, nhuộm, chế biến khí tự nhiên, công nghệ tổng hợp hữu cơ…

Căn cứ vào bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phân thành 2 loại:

 Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử (hấp phụ nhiều lớp), lực liên kết là lựchút giữa các phân tử, không tạo thành hợp chất bề mặt

 Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp) Lực liên kết là lựcliên kết bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt

Ưu điểm

Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi hay khí Nếu các chấtnày có giá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ, chúng sẽ được tái sửdụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm Chất hấp phụ

cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền Thông dụng nhất là than hoạt tính (hấp phụ được nhiềuchất hữu cơ)

Nhược điểm

Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễmthứ cấp (nếu chất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cầnthải bỏ hay có giá trị kinh tế không cao không cần tái sử dụng).Trường hợp chất hấp phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm có thể bỏ nó đi.Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễmthể hơi hay khí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tínhhấp phụ của chất hấp phụ (lúc này nếu muốn sử dụng ta phải lọc bụitrước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ) Hiệu quả hấp phụ kémnếu nhiệt độ khí thải cao Với các chất khí bị hấp phụ có khả năngbắt cháy cao việc tiến hành nhả hấp bằng dòng khí có nhiệt độ caocũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ

2.1.3 Sơ lược về phương pháp đốt

Nhiều ngành công nghiệp sinh ra các dòng khí thải không có giá trị thu hồi nên cácphương pháp hấp thụ ,hấp phụ không mang tính khả thi Phương pháp đốt (thiêu hủy)được sử dụng cho các loại khí này và cả những dòng khí thải mà việc thu hồi rất khóthực hiện, chúng có thể cháy được nhưng sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không độc hạihay ít độc hại hơn Các chất khí thải được sử lý theo phương pháp đốt thường là cáchợp chất hydrocacbon, các dung môi hữu cơ… Việc xử lý khí thải theo phương phápnày được sử dụng trong trường hợp khí thải có nồng độ chất độc cao vượt quá giới hạnbắt 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 cókhả năng đạt hiệu suất phân hủy cao Hệ thống đốt bao gồm cửa lò đốt, bộ mồi lửa đốtbằng nhiên liệu và khí thải (chất hữu cơ), buồng đốt tạo đủ thời gian oxy hóa

Theo cách thực hiện quá trình đốt ,thiết bị đốt có thể chia làm 3 nhóm chính nhưsau:

Ưu điểm

Những khí có khả năng bắt cháy cao và nhiệt trị cao có thể được xử lí bằng phươngpháp đốt Thông thường những hợp chất hữu cơ, nhất là nhũng hợp chất chưa no lànhững chất có khả năng bắt cháy cao khi đốt Phương pháp đốt trực tiếp là giải phápthỏa đáng khi xử lý khí thải không chứa nhiều chất ô nhiễm vô cơ như S, Cl, F…Trong những trường hợp khí thải có nhiệt độ cao có thể không cần phải gia nhiệt trướckhi đưa vào đốt Phương pháp đốt hoàn toàn phù hợp với việc xử lý các khí thải độchại không cần thu hồi hay khả năng thu hồi thấp,khí thu hồi không có giá trị kinh tếcao Có thể tận dụng nhiệt năng trong quá trình xử lý vào mục đích khác

Nhược điểm

Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp không sinh ra khói và các chất ô nhiễm thứcấp gây độc hại Nên trong khi nghiên cứu, thiết kế triển khai phải chú ý tốt đến tất cảcác điều kiện duy trì phản ứng cháy, để có được một thiết bị đốt cho hiệu quả cao.Như vậy việc lựa chọn phương pháp hấp thụ làm đối tượng nghiên cứu, áp dụng cho

xử lý khí SO₂ của nhà máy Nhiệt điện sẽ là một hướng đi phù hợp, và hiệu quả

Hiệu quả hoạt động của tháp còn phụ thuộc vào tính chất của dòng khí thải, dungdịch phun và các thông số động lực học đi trong tháp

2.2.2 Tháp rửa khí có đệm.

Đây là một dạng cải tiến từ các tháp rửa khí rỗng vừa trình bày ở trên Trong phầnkhông gian của tháp người ta đặt các khâu đệm chế tạo từ các vật liệu như gốm, sứ,

gỗ… Các khâu đệm này có hình dạng hình trụ, vành khuyên… có thể xếp ngẫu nhiênhay theo thứ tự.

Toàn bộ số vật chêm được đặt trên bộ phận đỡ vật chêm cũng là bộ phận phânphối khí Dung dịch hấp thụ được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏngsao cho các chất lỏng phải thấm ướt được toàn bộ vật chêm

Dòng khí chuyển động ngược dòng với dòng dung dịch phun theo phương thẳngđứng Loại thiết bị này có trở lực lớn hơn nhiều so với tháp rửa rỗng nhưng hiệu quảhấp thụ cao

Thiết bị rửa khí có lớp đệm không những hấp thụ thành phần khí độc hại mà cònlàm lạnh khí và lọc bụi ướt có trong khí thải

2.2.3 Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt

Thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau Trên đópha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau Chất lỏng đi vào ở đỉnh hoặc tại mộtmâm thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảychuyền Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâm bằng các khe hở trên mâm do cấu tạokhác nhau của mâm tạo nên Quá trình tiếp xúc pha sẽ tạo nên sự hấp thụ khí

Tháp hoạt động đạt hiệu quả cao khi mức chất lỏng trên mâm và vận tốc khí phảilớn và tháp bị ngập lụt Thường loại tháp này rất khó thiết kế vì đòi hỏi yêu cầu kỹthuật và các thông số tính toán phải thật dung hòa và chính xác cao

Qua mô tả ba loại thiết bị trên nhận thấy có thể áp dụng các thiết bị trên cho quátrình hấp thụ rửa khí đều được, tuy nhiên việc ứng dụng loại thiết bị nào còn tùy thuộcvào mức độ ô nhiễm và điều kiện hiện hữu

Trong các loại thiết bị này, chúng ta sẽ nghiên cứu thiết bị rửa khí có đệm vì những

lí do sau:

• Hiệu quả hấp thu tốt

• Dễ chế tạo

• Dễ vận hành

• Giá thành chế tạo không cao

• Xử lý được với các khoảng dao động nồng độ rộng

• Xử lý được với loại nồng độ cao

• Xử lý được với nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN QUY TRÌNH XỬ LÝ

3.1 Hấp thụ khí SO₂ bằng nước

Hấp thụ khí SO₂ bằng nước là một trong những phương pháp đơn giản được áp dụngsớm nhất để loại bỏ khí SO₂ trong khí thải, nhất là trong khói thải các loại lò côngnghiệp

Hệ thống xử lý khí SO₂ bằng nước bao gồm 2 giai đoạn

Giai đoạn 1: Hấp thụ khí thải chứa SO₂ bằng cách phun nước vào trong dòng khíthài hoặc cho khí thải đi qua một lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước –scrubơ;

Giai đoạn 2: Giải thoát khí SO₂ ra khỏi chất hấp thụ để tái sử dụng nước sạch và thuhồi SO₂ (nếu cần)

Nồng độ hòa tan của khí SO₂ trong nước giảm khi mà nhiệt độ nước tăng cao, vì vậynhiệt độ của nước cấp vào hệ thống dùng để hấp thụ khí SO₂ phải đủ thấp Còn để tái

sử dụng nước, giải thoát khí SO₂ khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao Cụ thể làkhi ở nhiệt độ 100°∁ thì SO₂ bay hơi ra một cách hoàn toàn và trong dòng khí thoát ra

sẽ có lẫn cả hơi nước Và bằng phương pháp ngưng tụ người ta sẽ thu được khí SO₂với độ đậm đặc rất cao s= 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric

Lượng nước lý thuyết tính bằng cần có để hấp thụ 1 tấn SO₂ đến trạng thái bão hòaứng với nhiệt độ và nồng độ SO₂ khác nhau trong khí thải

Lượng nước lý thuyết tính bằng cần có để hấp thụ 1 tấn SO₂ đến trạng thái bão hòaứng với nhiệt độ và nồng độ SO₂ khác nhau trong khí thải

Nồng độ SO₂ trong khí thải, %

Khi giải hấp thụ thì cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải cần có mộtnguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn Đây là một khó khăn Ngoài ra, nếu muốn

sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ thì nước đó phải được làm nguội xuống gần10°∁ – tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đây cũng là vấn đề không đơn giản và rất tốnkém

Hình 3.1.1 Sơ đồ hệ thống xử lí SO₂ bằng nước

– Nồng độ ban đầu của khí thải có nồng độ SO₂ tương đối cao

– Khi có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ

– Khi có sẵn nguồn nước lạnh

– Có thể xả được nước thải thứ cấp có chứa tương đối nhiều axit ra sông ngòiTrường hợp khí thải chứa nhiều SO₂ như trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loạicủa công nghiệp luyện kim màu chẳng hạn, nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 –12%, người ta có thể xử lý khí SO₂ bằng nước kết hợp với quá trình oxy hóa SO₂ bằngchất xúc tác

Hình 3.1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng xúc

Trong giai đoạn thứ nhất, phản ứng oxy hóa khí SO₂ có tỏa nhiệt và phản ứng xảy racàng mạnh ở nhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện quá trinh này qua nhiều tầng xúctác, sau mỗi tầng đều được làm nguội

Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng chất xúc tác được thểhiện qua hình

3.2 Hấp thụ khí SO₂ bằng đá vôi (CaCO₃) hoặc vôi nung (CaO)

Trong đó, phương pháp hấp thụ với dung dịch hấp thụ là Ca(OH)₂ hiệu suất xử lý củaquá trình có thể lên đến 85 – 90% trong việc loại bỏ SO₂ Và đây là một trong nhữngphương pháp được sử dụng khá rộng rãi trong các quá trình xử lý khí thải

Hình 3.2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO₂ bằng đá vôi

Phương pháp hấp thụ xử lý khí thải chứa SO₂ diễn ra như sau

– Khí thải đi qua hệ thống xử lý- Tháp hấp thụ từ dưới lên, trong đó chất ô nhiễmnhư SO₂ và bụi bẩn sẽ bị giữ lại, không khí sạch đi lên trên và thoát ra ngoài

– Dung dịch hấp thụ (thường là Ca(OH)₂ được hệ thống ống dẫn, bơm tuần hoànbơm lên phần trên thân trụ và được phun ra bởi hệ thống dàn phun sương, tưới đềudung dịch hấp thụ trong tháp

– Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lỏng từ trên xuống và chúng tiếp xúc với nhau, khi

đó quá trình hấp thụ được diễn ra, SO₂ bị giữ lại trong dung dịch hấp thụ, không khísạch thoát ra ngoài

– Quá trình hấp thụ diễn ra theo phương trình như sau:

2SO2 + Ca(OH)2 → Ca(HSO3)2

Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaSO3 + 2H2O

CaSO₃ là chất rắn ít tan nên dễ dàng lắng xuống đáy tháp và được đem đi xử lý bằngcách chôn lấp

Khí sạch ra ở đỉnh tháp được tách ẩm, sau đó được đưa ra ngoài môi trường

Hình 3.2.2 Hệ thống xử lý khí SO₂ với sản phẩm thu hồi được là thạch cao thương

7-thùng pha chế sữa vôi nước

8- thùng chứa không có khuấy

9- thùng oxy hóa (sục không khí)

10- máy vắt khô ly tâm

Xử lý khí SO₂ với sản phẩm thu hồi được là thạch cao thương phẩm

Xử lý khí SO₂ với sản phẩm thu hồi được là thạch cao thương phẩm

Một loại hệ thống xử lý khí SO₂ bằng sữa vôi hiện đại hơn được áp dụng ở Nhật Bản.Trong hệ thống này sản phẩm cuối cùng thu được là thạch cao thương phẩm

3.3 Phương pháp magiê oxit (MgO)

Về việc sử dụng sữa MgO để khử SO2 trong khói thải đã được biết đến từ lâu, nhưngviệc nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp mới được thực hiện giai đoạn gần đâychủ yếu là do các nhà khoa học – công nghệ của Liên Xô cũ

SO2 sẽ được hấp thụ bởi MgO để tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit magiê Ở thiết

Do độ hòa tan của sunfit magiê trong nước là có giới hạn, nên lượng dư ở dạngMgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng.

Trong dung dịch hấp thụ, tỉ lệ rắn : lỏng trong huyền phù là 1:10; độ pH ở dung dịchhấp thụ đầu vào là 6,8-7,5; còn ở đầu ra là 5,5-6,0 Sunfat magiê được hình thành nhờ

sự oxit hóa sunfit magiê

MgSO3 + O2→ MgSO4

Việc hình thành MgSO4 không có lợi cho sự tái sinh MgO (nhiệt độ phân hủyMgSO4 là 1.200-11.300 oC) Do đó, ta cần hạn chế phản ứng này bằng cách giảm bớtthời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí và pha lỏng hoặc dùng chất làm giảm tính oxi hóa.Tái sinh Magiê sẽ được thực hiện trong lò nung ở to = 900oC và cho thêm than cốc.Khi nung như vậy thì khí SO₂ thoát ra có nồng độ là 7-15% Khí sẽ được làm nguội,tách bụi và sương mù axit sunfuric rồi đưa đi sản suất axit sunfuaric

Trong đó các phương pháp chúng ta có thể xử lí theo là:

– Magiê oxit kết hợp với potos (kali cacbonat)

– Magiê oxit không kết tinh

– Magiê sủi bọt

– Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình

Ưu điểm của phương pháp magiê oxit:

Có thể xử lí khí nóng không cần làm nguội sơ bộ Sản phẩm thu được sẽ tận dụngsản xuất axit sunfuric MgO dễ kiếm và rẻ tiền , hiệu quả xử lí cao

3.3.1 Magiê oxit kết hợp với potos (kali cacbonat)

Nhược điểm của phương pháp khử SO₂ bằng Mahie oxit là hệ thống thường bịđóng cặn bởi các tinh thể không hòa tan Vì thế người ta tìmkiếm các biện pháp để tậndụng các ưu điểm của phương pháp tuần hoàn magie oxit mà tránh được nhược điểmvừa nêu Điều này có thể đạt được nhờ phương pháp magie oxit- potas, trong đó khôngdùng các muối magia dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùng dung dịchkali cacbonat và kali sunfat là những chất hoàn toàn tan trong nước

Hình 3.3.1 Sơ đồ hệ thống xử lí SO₂ theo phương pháp magie oxit-potas

và lọc bụi trước khi đi vào hệ thống xử lý SO₂

3.3.2 Magiê oxit không kết tinh

Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubo bị đóng cặn nhanh chóng bởi các tinhthể magie sufit, người ta áp dụng phương pháp khử SO₂ bằng magie oxit “không tinhthể” Thực chất phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tưới đượctách ra trong thiết bị riêng biệt – gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theo dungdịch từ scrubo chảy ra kết hợp với MgO, nhờ đó lượng magie sunfit còn lại trong dungdịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2%-3% và thiết bị hoạt động nhẹ nhàng hơn

Hình 3.3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng MgO không kết tinh

1- Thiết bị hập kết hợp với thùng kết tinh

3.3.4 Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình

Hình 3.3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng magie oxit kết tinh theo chu trình

Khói thải cần xử lý SO₂ được đưa vào scrubo và được tưới dung dịch huyền phùMgSO₃.6H₂O và MgO Khí SO₂ trong khói thải sẽ bị khử, khí sạch sẽ được thoát rangoài Sau khi ra khỏi scrubo, một phần dung dịch đã bị oxy hóa chảy vào bể, tại đâynhờ có sbooj phận đo liều lượng, MgO được bổ sung vào bể chứa Lượng MgO bổsung phụ thuộc vào lượng SO₂ khử được Từ bể chứa dung dịch với tỷ lệ rắn lỏng ~0.1được đưa lên tưới cho scrubo sau khi đã được lọc các hạt cứng Một phần dung dịch

ra khỏi scrubo đưa sang xiclon thủy lực , phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ được đưaxuống máy lọc chân không có băng tải để tách MgO.6H₂O Phần nổi bên trên xcloncòn ùn cặn tiếp tục được đưa sang máy ép để loại bỏ cặn bùn, phần dung dịch còn lại ởcác bộ lọc sẽ chảy về bể chứa dể chuẩn bị tưới mới

Các tinh thể MgO.6H₂O thu được ở bộ lọc băng tải được đưa sáng lò nung, ở đódưới tác dụng của nhiệt độ (800-900◦C) ,sau quá trình đốt khí CO₂ sẽ được thoát rangoài với độ đậm đặc khoảng 18-20% dùng cung cấp cho công đoạn sản xuất axitsunfuaric hoặc lưu huỳnh đơn chất, còn magie oxit sẽ được hoàn nguyên và đưa về bể

để pha chế dung dịch mới

3.4 Phương pháp kẽm

Xử lí khí thải SO₂ bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như là phương pháp dùng oxitmagiê tức là sử dụng phản ứng giữa SO₂ với kẽm oxit để thu các muối sunfit vàbisunfit, sau đó sẽ dùng nhiệt để phân ly thành SO₂ và ZnO

Ở phương pháp này, chất hấp thụ là kẽm Phản ứng hấp thụ như sau:

SO2 + ZnO + 2,5 H2O→ ZnSO3 + 2,5 H₂O

Và khi nồng độ SO2 lớn

2SO2 + ZnO + H2O →Zn(HSO3)2

Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước sẽ bị tách ra bằng xyclon ướt và sấykhô.Việc tái sinh ZnO được thực hiện bằng cách nung sunfit ở 350◦∁

ZnSO3.2,5 H2O→ SO2 + ZnO + 2,5H2O

SO2 được sử dụng để tiếp tục chế biến còn ZnO sử dụng lại hấp thụ

Có các phương pháp sau:

– Phương pháp dùng kẽm oxit đơn thuần

– Phương pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

Ưu điểm của phương pháp kẽm oxit

Là quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO₃ thành SO₂ và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấphơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO₃

Có khả năng xử kí khí cao ở nhiệt độ (200-250oC)

Nhược điểm của phương pháp kẽm oxit

Có khả năng hình thành sunfit kẽm (MgSO₄) làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi vềkinh tế nên phải thường xuyên tách chung ra và bổ sung ZnO

3.4.1 Phương pháp dùng kẽm oxit đơn thuần

Theo phương pháp này khí thải sau khi được lọc bụi và không làm nguội sơ bộ đivào scrubơ, trong đó tưới dung dịch huyền phù ZnO Phản ứng xảy ra trong scrubơnhư sau:

ZnO + SO₂ -> ZnSO₃Kẽm sunfit hình thành từ phản ứng trên là loại muối kém hòa tan trong nước và kếttủa dưới dạng các tinh thể ZnSO₃.5H₂O trong bể tuần hoàn có khuấy Tinh thể kẽmsunfit được tách ra khỏi dung dịch bằng máy lọc hoặc máy ly tâm Dung dịch loãngsau máy lọc được quay về để chuẩn bị sữa kẽm oxit mới, còn tinh thể kẽm sunfit thìđược sấy khô và đưa vào lo nung để hoàn nguyên kẽm oxit và thu hồi SO₂ nồng độcao (100%) Khí SO₂ thu hồi được có thể được hóa lỏng hoặc chế biến thành axitsunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất

Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi phải lọc sạch tro bụi trong khí thảitrước khi đưa vào hệ thống xử lý SO₂ và tiêu hao nhiều kẽm oxit do có hiện tượng oxyhóa kẽm sunfit thành sunfat Ngoài ra, nếu trong khí thải có chứa các chất ô nhiễmkhác như hydroclorua và oxit nitơ thì lượng tiêu hao kẽm oxit sẽ nhiều hơn do hìnhthành các clorit và nitrat hòa tan

3.4.2 Phương pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO₂ bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit