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%

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KHÍ THẢI KHI ĐỐT DẦU FO VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 1.1 Tác hại của tro, bụi 1.2. Tác hại của khí SO2 1.3. Tác hại của khí NO2 1.4. Tác hại của khí CO CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 2.1 Cơ sở lí thuyết các phương pháp xử lí 2.1.1 Sơ lược về phương pháp hấp thụ. 2.1.2. Sơ lược về phương pháp hấp phụ 2.1.3. Sơ lược về phương pháp đốt. 2.2. Lựa chọn phương pháp 2.2.1.Tháp phun rỗng. 2.2.2. Tháp rửa khí có đệm. 2.2.3. Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN QUY TRÌNH XỬ LÝ 3.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nước 3.2. Hấp thụ khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO) 3.3. Phương pháp magiê oxit (MgO) 3.3.1. Magiê oxit kết hợp với potos (kali cacbonat) 3.3.2 Magiê oxit không kết tinh 3.3.3 Magiê sủi bọt 3.3.4. Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình 3.4 Phương pháp kẽm 3.4.1 Phương pháp dùng kẽm oxit đơn thuần 3.4.2 Phương pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit 3.5. Xử lý khí SO2 bằng amoniac 3.5.1 Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp 3.5.2 Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi 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 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC& THỰC PHẨM



BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: 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%

GVHD: TS Trần Anh Khoa Nho ́ m

Phạm Xuân Huy 16150067 Phạm Thị Minh Nguyệt 16150128 Mai Thuận Triều 16150

Tp.HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2018

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Trang 4

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

Trang 5

3.6 Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ 33

3.7 Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn 34

3.8 Xử lý khí SO2 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 p k: 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

Trang 6

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

Trang 7

DANH MỤC BẢNG

Trang 8

DANH MỤC HÌNH

Trang 9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Trang 10

MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VÀ CÔNG DỤNG CỦA DẦU FO

Với sự phát triển mạnh của nền kinh tế công nghiệp hiện nay thì việc khai thác các nguồn nhiên liệu đốt khác nhau để cung cấp đầy đủ năng lượng phục vụ cho đời sống sinh hoạt, sản xuất của con người ngày càng gia tăng Các nguồn nhiên liệu đốt thông dụng hiện nay là than đá, than củi, dầu FO… Phần lớn các nhà máy thường sử dụng dầu

FO làm nhiên liệu đốt trong lò hơi để cung cấp năng lượng cho hoạt động sản xuất công nghiệp trong nhà máy Bên cạnh đó, khí thải từ lò hơi đốt dầu FO chứa các chất khí 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 xấu đến 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 đoạn nguyên liệu của dầu thô, phân tách chiết ra tỏng công nghệ sản xuất dầu nhờn truyền thốn…Thành phần chủ yếu gồm các nhóm hydrocarbon phức hợp, có cấu trúc phân tử lớn, nhiệt độ sôi trên 350◦C và các loại nhựa alphaten tồn tại trong cặn dầu Ngoài ra trong 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 như loại 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 tàu thủy…

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:

Trang 11

Bảng 1 Phân loại dầu FO theo TCVN 6239:2002

Kí hiệu Độ nhớt động ở 50°C , cSt Hàm lượng lưu huỳnh (S), %

FO N°2A Trên 87 đến 180 Đến 2,0

FO N°3 Trên 180 đến 380 Trên 2,0 đến 3,5

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, hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy, độ bay hơi, điểm đông đặc và điểm sương, 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 cần thiết cho biết về hiệu suất cháy của nhiên liệu Nhiệt trị được xác định theo tiêu chuẩn ASTM 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, xu hướng

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 Đối với FO nặng, hàm lượng lưu huỳnh S thường rất cao, từ 4 đến 5% Ở các nhà máy luyện 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 phun thành bụi sương, do đó ảnh hưởng đến mức độ cháy hết khi đốt nhiên liệu Độ nhớt có thể được xác định bằng phương pháp xác định độ nhớt Saybolt là ASTM D88; phương pháp xác định độ nhớt động học là ASTM D445 Đối với FO nặng, độ nhớt là một trong 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 cần gia 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 ra nhiệt

độ cao nhất cho phép tồn chứa và bảo quản nhiên liệu đốt lò mà không gây nguy hiểm

Trang 12

về cháy nổ Nhiệt độ bắt cháy được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D93 (quy trình cốc kín – Pensky Martens)

+Độ bay hơi: Đối với FO nhẹ, trong các lò đốt, nhiên liệu luôn ở trạng thái sẵn sàng được kích cháy và phải duy trì được ngọn lửa ổn định, nghĩa là độ bay hơi phải luôn ổn định Đối với FO loại nặng, thành phần cất không được đề cập đến vì chúng là dạng cặn +Điểm đông đặc và điểm sương: Đối với FO nhẹ, điểm sương là nhiệt độ tại đó tinh thể parafin hình thành và khi cấu trúc tinh thể được hình thành thì nhiên liệu không 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 thấp nhất, 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 định theo tiêu chuẩn ASTM D97

+Cặn cacbon: Có hai dạng lò đốt nhiên liệu: lò đốt bay hơi dạng khói và lò đốt dạng phun Trong lò đốt bay hơi dạng ống khói thì bất kỳ cặn cacbon nào tạo ra do dầu không

bị phá hủy hoặc do không bay hơi hoàn toàn sẽ đóng cặn ở trong hoặc ở gần bề mặt trong của đường dẫn nhiên liệu vào và sẽ làm giảm tốc độ dòng nhiên liệu Đặc biệt, nếu

lò đốt bằng đồng thì hiệu quả cháy sẽ giảm đi rất nhiều Phương pháp xác định cặn cacbon Condradson theo tiêu chuẩn ASTM D189 được áp dụng để xác định cặn cacbon cho FO nhẹ và FO nặng

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

+Nước và tạp chất cơ học: Sự có mặt của nước và tạp chất cơ học làm bẩn, tắc lưới học và nhũ hóa sản phảm, đồng thời sẽ gây khó khăn cho việc vận chuyển Sự có mặt của nước dưới đáy bể dẫn đến ăn mòn bể Hàm lượng nước được xác định theo phương pháp ASTM D95 Tạp chất cơ học được xác định theo phương pháp ASTM D473 Tổng hàm lượng nước và tạp chất cơ học được xác định theo phương pháp ASTM D1796 Bảng 2 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu đốt lò theo TCVN 6239-1997

Trang 13

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

15°C, kg/l, không lớn hơn 0,965 0,991 0,991 0,991

TCVN 6594:2000 (ASTM D 1298)

3 Hàm lượng lưu huỳnh,

% khối lượng, không lớn

hơn

TCVN 6701:2000 (ASTM D 2622)/ ASTM D 129/ASTM

D 4294

4 Điểm đông đặc, °C,

TCVN 3753:1995/ ASTM D

97

5 Hàm lượng tro, % khối

lượng, không lớn hơn 0,15 0,15 0,15 0,35

482

Trang 14

93

8 Hàm lượng nước, %

ASTM D

4809

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 để cung cấp năng lượng trong quá trình sản xuất công nghiệp như lò hơi ở ngành công nghiệp thực phẩm, lò nung ở ngành luyện kim… Nhiên liệu dầu đốt trong lò được phân thành 2 loại là dầu nặng (dầu mazut) và dầu nhẹ (dầu diesel và dầu hỏa) Khói thải từ lò

Trang 15

hơi đốt dầu FO thường chứa các chất ô nhiễm chủ yếu là SOx, NOx, CO, hơi nước và một lượng nhỏ tro, các hạt tro không cháy hết thường được gọi là mồ hóng

Lượng khí thải từ lò hơi đốt dầu FO thường ít bị thay đổi và nồng độ chất ô nhiễm vượt quá quy chuẩn xả thải cho phép thường là SOx và tro bụi

Trang 16

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

NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 1.1 Tác hại của tro, bụi

Tro, bụi trong dòng khí thải từ lò hơi đốt dầu FO khi thải một lượng lớn ra ngoài môi trường sẽ gây ra những tác động mạnh mẽ đối với sức khỏe của con người, đặc biệt 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 sức khỏe con người Nhưng khi nồng độ bụi đất, cát cao sẽ gây cản trở tầm nhìn của con người, làm giảm tuổi thọ hoạt động của các công trình công cộng, giảm đi độ trong lành của bầu khí quyển Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10µm có thể đi vào tận phế nang gây viêm thành phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5µm có thể đi vào tận màng phổi và đọng lại trong đó gây viêm phổi Nều nồng độ cao và kéo dài có thể dẫn đến ung thư phổi

Bụi còn có những ảnh hưởng đến hệ sinh thái, mùa màng: khi bụi lắng đọng trên lá cây, nếu không có nước mưa rửa sạch thì sẽ ngăn cản quá trình quang hợp và trao đổi chất 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 cơ quan hô hấp của con người và động vật Độc tính chung của SO2 thể hiện ở rối loạn chuyển 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 vâ ̣t nha ̣y cảm với khí SO2 là rêu và đi ̣a y Khí SO2 khi thâm nhập vào các mô của cây sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunfuro H2SO3 gây tôn thương đến màng tế bào và làm giảm đi khả năng quang hợp của cây Cây sẽ có những biểu 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 axit sunfuric hay các muối sunfate gây hiê ̣n tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường

Trang 17

Mưa axit rơi xuống mặt đất sẽ rửa trôi hết các dưỡng chất và mang kim loa ̣i đô ̣c ha ̣i xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước trong hồ, gây tác hại xấu đến sinh vật thủy sinh

và các loài cá

Rừ ng bi ̣ hủy diê ̣t và sản lượng cây trồng giảm sút

Gây ăn mòn vâ ̣t liê ̣u 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 hiê ̣n ở khoảng

nồng đô ̣ 0,12ppm.NO2 là chất khí gây kích thích viêm tấy và có tác hại đối với hệ thống

hô hấp, tác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm

họng Khi NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và đô ̣ng vâ ̣t sau ít phú t Ở nồng đô ̣ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp Với khoảng 0,6ppm,

nếu con người tiếp xúc lâu dài có thể gây các bê ̣nh nghiêm tro ̣ng về phổi Đối với thực vật, ở nồng độ khoảng 0,5ppm khí NO2 làm cho cây chậm phát triển

Khí NOx bị oxy hóa trong khí quyển trong thời gian dài từ vài giờ đến nhiều ngày biến thành axit nitric và các axit này bị mưa hấp thụ, theo mưa rơi xuống đất tạo thành mưa axit Mưa axit gây tác hại nguy hiểm đến sức khỏe con người, phá hủy sự cân bằng 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 loa ̣i khí không màu, không mùi vi ̣, được ta ̣o ra từ quá trình cháy không hoàn 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 bê ̣nh về tim ma ̣ch, nếu tiếp xúc với CO

sẽ rất nguy hiểm đến tính ma ̣ng vì ái lực của CO với hemoglobin cao gấp 200 so với oxi nên khi vào máu sẽ tác du ̣ng ngay với hemoglobin và các trở quá trình vâ ̣n chuyển oxi

từ máu đến mô

Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đau đầu, chóng mă ̣t.Từ 10 – 250 ppm có thể gây tổn hại đến hê ̣ thống tim ma ̣ch và thâ ̣m chí có thể dẫn đến tử vong

Rất nhiều nghiên cứ u trên đô ̣ng vật và con người đã chứng minh rằng những người

có bê ̣nh về tim ma ̣ch sẽ bi ̣ căng thẳng thêm khi nồng đô ̣ CO ở trong máu tăng cao Đặc biệt các nghiên cứu lâm sàn đã cho thấy người hay bi ̣ đau đầu khi tiếp xúc với

CO ở nồng đô ̣ cao sẽ kéo dài thời gian đau Những người khỏe ma ̣nh cũng sẽ chi ̣u ảnh hưởng bởi tác đô ̣ng của CO khi tiếp xúc ở nồng đô ̣ cao dẫn đến giản khả năng thi ̣ lực, năng lực làm viê ̣c, khả năng học tâ ̣p và hiệu suất công viê ̣c

Vớ i những tác ha ̣i nghiêm trong của các khí thải từ lò hơi đốt dầu FO như đã trình bày trên thì cần phải có phương pháp xử lý lượng khí thải đô ̣c ha ̣i đó một cách thích hợp

Trang 18

trước 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

Trang 19

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 2.1 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 môi trường lỏng (dung môi hấp thụ) Khi tiếp xúc với khí thải, chất độc hại sẽ tác dụng với các chất trong môi trường mỏng và được giữ lại theo 2 cách hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học

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

Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở 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 của chất 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 khối chất lỏng hấp thụ

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

Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học) Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay 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 và các dung môi thích hợp

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

Nhược điểm

Trang 20

Hiệu suất làm sạch không cao, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội 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 khí thải có hàm lượng bụi lớn

Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lí không có khả năng hòa tan trong nước Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung môi này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung môi quyết 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 Chất thải 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 để hút các chất khí độc có trong khí thải trên bề mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ và các cấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí để sử dụng lại trong công 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 thực phẩm, 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 lực hút 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 lực liên 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 chất này

có giá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ, chúng sẽ được tái sử dụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm Chất hấp phụ cũng

Trang 21

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

Nhược điểm

Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễm thứ cấp (nếu chất

ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải 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 nhiễm thể hơi hay khí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (lúc này nếu muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ) Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải cao Với các chất khí bị hấp phụ có khả năng bắt cháy cao việc tiến hành nhả hấp bằng dòng khí có nhiệt độ cao cũng 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 các phương 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 khó thực hiện, chúng có thể cháy được nhưng sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không độc hại hay ít độc hại hơn Các chất khí thải được sử 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 bao gồm cửa lò đốt, bộ mồi lửa đốt bằng 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 như sau:

Ưu điểm

Những khí có khả năng bắt cháy cao và nhiệt trị cao có thể được xử lí bằng phương pháp đốt Thông thường những hợp chất hữu cơ, nhất là nhũng hợp chất chưa no là

Trang 22

những chất có khả năng bắt cháy cao khi đốt Phương pháp đốt trực tiếp là giải pháp thỏa 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 trước khi đưa vào đốt Phương pháp đốt hoàn toàn phù hợp với việc xử lý các khí thải độc hại không cần thu hồi hay khả năng thu hồi thấp,khí thu hồi không có giá trị kinh tế cao 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 thứ cấp gây độc hại Nên trong khi nghiên cứu, thiết kế triển khai phải chú ý tốt đến tất cả các 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, dung dịch 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 phần không 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 nhiên hay theo thứ tự

Trang 23

Toàn bộ số vật chêm được đặt trên bộ phận đỡ vật chêm cũng là bộ phận phân phối khí Dung dịch hấp thụ được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng sao 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 thẳng đứng Loại thiết bị này có trở lực lớn hơn nhiều so với tháp rửa rỗng nhưng hiệu quả hấp thụ cao

Thiết bị rửa khí có lớp đệm không những hấp thụ thành phần khí độc hại mà còn làm 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 đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau Chất lỏng đi vào ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâm bằng các khe hở trên mâm do cấu tạo khác 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 phải lớn

và tháp bị ngập lụt Thường loại tháp này rất khó thiết kế vì đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật 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 quá trình hấp thụ rửa khí đều được, tuy nhiên việc ứng dụng loại thiết bị nào còn tùy thuộc vào 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

Trang 24

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 dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói thải các loại lò công nghiệp

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 khí thài 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 thu hồi SO2 (nếu cần)

Nồng độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi mà nhiệt độ nước tăng cao, vì vậy nhiệt 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 là khi ở nhiệt độ 100°c 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 SO2 với

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 hòa ứng với nhiệt độ và nồng độ SO2 khác nhau trong khí thải

Nồng độ SO2 trong khí thải Lượng nước(m3) ở nhiệt độ(◦C)

Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng nước

1-tháp hấp thụ

Trang 25

2-tháp giải thoát khí SO2

– 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 ngòi Trường hợp khí thải chứa nhiều SO2 như trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loại của 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 bằng chất xúc tác

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

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng chất xúc tác được thể hiện 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 của quá trình có thể lên đến 85 – 90% trong việc loại bỏ SO2 Và đây là một trong những phương pháp được sử dụng khá rộng rãi trong các quá trình xử lý khí thải

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

Trang 26

– Khí thải đi qua hệ thống xử lý- Tháp hấp thụ từ dưới lên, trong đó chất ô nhiễm như 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 hoàn bơm lên phần trên thân trụ và được phun ra bởi hệ thống dàn phun sương, tưới đều dung 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 khí sạch 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 bằng cách chôn lấp

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

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

1,2,3 scrubo

4 -thiết bị làm sạch

5- thùng chứa

6- thùng cô đặc

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

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, nhưng việc nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp mới được thực hiện giai đoạn gần đây chủ 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

bị hấp thụ sẽ xảy ra các phản ứng sau:

MgO + SO2 →MgSO3

MgO + H2O →Mg(OH)2

Trang 27

MgSO3 + H2O + SO2 →Mg(HSO3)2

Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2 →2MgSO3 + 2H2O

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

Trong dung dịch hấp thụ, tỉ lệ rắn : lỏng trong huyền phù là 1:10; độ pH ở dung dịch hấp 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 hủy MgSO4

là 1.200-11.300 oC) Do đó, ta cần hạn chế phản ứng này bằng cách giảm bớt thời 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 dụng sản 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 bị đóng cặn bởi các tinh thể không hòa tan Vì thế người ta tìmkiếm các biện pháp để tận dụng các ưu điểm của phương pháp tuần hoàn magie oxit mà tránh được nhược điểm vừa nêu Diều này có thể đạt được nhờ phương pháp magie oxit- potas, trong đó không dùng các muối magia dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùng dung dịch kali cacbonat và kali sunfat là những chất hoàn toàn tan trong nước

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

Trang 28

6- máy lọc chân không có băng tải

7- lò nung

Hiệu quả khử SO2 của hệ thống đạt 95-99% khi nồng độ ban đầu của SO2 trong khói thải đi vào hệ thống nằm trong khoảng 0.15-0.6% theo thể tích Dây là phương pháp có tuần hoàn theo chu trình đối với cả K2SO3 lẫn MgO, áp dụng được cho trường hợp khói thải có nhiệt độ cao và chứa nhiều bụi và không cần phải làm nguội 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 tinh thể magie sufit, người ta áp dụng phương pháp khử SO2 bằng magie oxit “không tinh thể” Thực chất phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tưới được tách ra trong thiết bị riêng biệt – gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theo dung dịch từ scrubo chả ra kết hợp với MgO, nhờ đó lượng magie sunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2%-3% và thiết bị hoạt động nhẹ nhàng hơn 1-scrubo

Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng MgO sủi bọt

1- Thiết bị hập kết hợp với thùng kết tinh

Trang 29

10- thùng chẩn bị dung dịch mới

Ưu điểm nổi bật của hệ thống “sủi bọt” là tháp hấp thụ không cần lớp đệm băng vật liệu rỗng Do đó vấn đề đóng cặn bẩn gây tắc lớp đệm là không xảy ra Tuy nhiên, do dòng khí thải sục qua lớp dung dịch nên sức cản khí động của hệ thống tương đối cao vì cậy vận tốc dòng khhis đi qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ bị hạn chế ở mức thấp

3.3.4 Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình

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

Các tinh thể MgO.6H2O thu được ở bộ lọc băng tải được đưa sáng lò nung, ở đó dưới tác dụng của nhiệt độ (800-900◦C) ,sau quá trình đốt khí CO2 sẽ được thoát ra ngoài với độ đậm đặc khảng 18-20% dùng cung cấp cho công đoạn sản xuất axit sunfuaric 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 oxit magiê tức là sử dụng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó sẽ dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

Trang 30

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 sấy khô.Việc tái sinh ZnO được thực hiện bằng cách nung sunfit ở 350oC

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 thấp hơn 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 về kinh 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 đi vào scrubơ, trong đó tưới dung dịch huyền phù ZnO Phản ứng xảy ra trong scrubơ như sau:

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

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

Trang 31

3.4.2 Phương pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

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

10- lò nung hoàn nguyên ZnO và thu hồi SO2

Phương pháp này cũng như phương pháp kẽm oxit đơn thuần không đòi hỏi làm nguội

sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO2 đạt 96 ÷ 98% Nhưng nhược điểm chủ yếu là hệ thống

xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri

là tháp làm mát, lúc đó không khí đi qua tháp phải được thải ở độ cao thích hợp để đề phòng sự lan tỏa khí SO2 từ nước thoát ra trong quá trình làm nguội nước Để ngăn chặn

sự tích tụ bụi quá mức trong nước tuần hoàn, cần phải có bể lắng; một bộ phận nước sau khi lắng cặn sẽ thải ra ngoài sau khi trung hòa axit và nước sạch được bổ sung liên tục vào vòng tuần hoàn Từ scrubơ (1) khí đã được làm nguội đi vào tháp hấp thụ số(3), tại

đó quá trình hấp thụ SO2 được thực hiện trên nhiều tầng, mỗi tầng hấp thụ được tưới

Trang 32

dung dịch theo chu trình kín, trong khi đó một phần dung dịch từ tầng trên được đưa xuống tưới một cách liên tục cho tầng dưới Tầng hấp thụ trên cùng được tưới bằng nước sạch với mục đích ngăn cản sự thất thoát khí NH3 đi theo khói thải ra ngoài Thành phần dung dịch tưới ở mỗi tầng hấp thụ được giữ không đổi Dung dịch đã hoàn nguyên được cấp vào tần hấp thụ kề với tầng trên cùng

3.5.1 Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp

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

6- máy sấy khô

Khí thải sau khi được lọc sạch bụi đi vào tháp hấp thụ đạt khoảng 45% Người ta bổ sung vào dung dịch tưới một lượng dung dịch nước – amoniac đậm đặc (30%) Một phần dung dịch tưới tương đương với lượng dung dịch mới bổ sung vào luôn luôn được tách ra sau tháp hấp thụ để đưa vào bộ lọc ép (2), sau đó đi vào thùng chưng áp(3) Sau khi hoàn thành phản ứng oxy hóa, các chất trong thùng chưng áp nguội dần, áp suất dư giảm xuống đếm 3,5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra đổ thành khuôn Phần dung dịch nổi bên trên được đưa sang thiết bị bốc hơi chân không(4) rồi đi qua máy lọc ly tâm (5) để tách amoni sunfat

Đặc điểm của phương pháp xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp là sản phẩm cuối cùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat

3.5.2 Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi

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

1,2- scrubơ

3 - thùng phản ứng

4 - thiết bị trao đổi nhiệt(làm nguội)

5- máy lọc ly tâm

6- thùng pha chế sữa vôi

7,8- thùng chứa dung dịch mới

Hiệu quả khử SO2 của phương pháp amoniac - vôi có thể đạt 95%; nồng độ NH3 theo khí sạch thoát ra ngoài khoảng 0,001%

Trang 33

Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp amoniac đơn thuần là rất ít tốn amoniac và có thể áp dụng để khử SO2 trong khói thải có chứa nhiều bụi và ở nhiệt độ cao Hệ thống có thể làm việc với lưu lượng khói thải rất lớn

Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là lượng phế thải nhiều

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

Trong xử lí khí SO2 có trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng ở nhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 đã được sử dụng phổ biến là các amin thơm chẳng hạn như anilin, toluđin, xyliđin, và đimety-anilin

Quá trình xử lí theo phương pháp trên là

-Quá trình xử lý khí SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO Quá trình này

đã được nghiên cứu và áp dụng tại nhiều các nhà máy luyện kim

-Quá trình sunfidin Quá trình này được áp dụng tại các hãng công nghiệp hóa chất

và luyện kim của Đức, nghiên cứu và áp dụng tại nhà máy luyện kim Hamburg để khử

SO2 trong luồng khói thải của lò thổi luyện đồng Nồng độ của khí SO2 trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5-8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp của xylidin

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

1 - thiết bị trao đổi nhiệt (làm nguội)

Trang 34

• Hấp phụ khí thải chứa SO2 bằng than hoạt tính

• Xử lí khí thải chứa SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước- Quá trình LURGI

• Xử lí khí thải chứa SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa

• Xử lí khí thải chứa SO2 bằng mangan oxit (MnO)

• Xử lí khí SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

Hai loại thiết bị được sử dụng là thiết bị tạo bọt và thiết bị lọc ướt có vật liệu đệm lọc với vật liệu đệm sơ sợi hoặc vật liệu đệm là các vòng sứ được chọn vì các lí do:

Có hiệu suất cao

Dễ vận hành

Chịu được nhiệt độ cao

Có khả năng hấp thụ các hơi khí độc hại

Có khả năng làm nguội khói thải

Lọc được các hạt bụi nhỏ

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

Xử lý khí SO2 bằng vôi là phường pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp

vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi

Khí SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SO2 theo phản ứng: SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O

Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi

8 - máy nghiền đá vôi

Khói thải sau khi thu được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ, trong đó xảy ra quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới lên lớp đệm bằng vật liệu rỗng Nước chua

Trang 35

(chứa acid) chảy ra từ scrubơ có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể: CaSO3.0.5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể (2) Thiết bị sấy số(2) là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại một thời gian đủ để hình thành các tinh thể sunfit và sunfat canxi Sau bộ phận tách tinh thể (2), dung dịch một phần đi vào tưới cho scrubơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không (3), ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột ở các thiết bị (7,8) rồi cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không (3) cùng với một lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới

Để thực hiện quá trình làm sạch khí trong tháp rửa có ô đệm thì cần phun dịch thể vào tháp với lượng lớn để loại trừ sự tắc bẩn trong lớp ô đệm do phản ứng CaSO3 và thạch cao (CaSO4.2H2O) Vì vậy, dùng phương pháp tuần hoàn bùn nhão nhiều lần

Khi nồng độ khí SO2 thay đổi thì lượng dịch thể cấp vào tháp tỷ lệ thuận với sự thay đổi nồng độ SO2 trong khí

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm cột nước

Đôi khi thay thế sữa vôi bằng bột vôi, khi đó làm giảm đáng kể mức làm sạch khí Để tăng mức làm sạch khí và giảm lượng vôi thì kích thước của nó phải nhỏ

Khí thải từ lò hơi có nhiệt độ 120oC đi vào scrubơ (1) được tưới nước sông Thame có hòa thêm sữa đá phấn Dung dịch đi ra từ phía dưới của scrubơ (1) được cho vào bể lắng(3)và sau đó qua bộ phận thông khí (aerato) (4), tại đây không khí được thổi vào để cấp oxy cho quá trình oxy hóa các muối trung gian thành muối sunfat rồi xả ra sông Để thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta hòa vào trong nước dung dịch chất xúc tác mangan sunfat (MnSO4) hoặc sắt sunfat (FeSO4)

Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải của nhà máy nhiệt điện Battersea (Anh) 1- scrubơ (tháp hấp thụ)

2- bộ phận lọc cặn hình trống

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	1,25 MB