Đồ án xử lý khí thải Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy điện đốt than nồng độ SO2 1550 mgm3, công suất 15 000 m3h

Ngoài ra còn có các khí thải của phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy,các chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ ống dẫn, bụi than trước quá trình đốt thường xuấthiện ở các cảng than, cả

LỜI CÁM ƠN

Trong thời gian học ở trường, em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô đãtruyền đạt cho em về lý thuyết cũng như những kinh nghiệm thực tế, em xin chânthành biết ơn Quý thầy cô

Trong thời gian thực hiện đồ án môn học xử lý khí thải, em cũng đã nhận được

sự hướng dẫn nhiệt tình của các giảng viên khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Môi trường, emxin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các giảng viên này

Đặc biệt, em chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Hoàng Nghiêm là người đãtrực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án môn họcnày

Nhưng do vẫn còn có sự hạn chế về mặt kiến thức, lý luận cũng như kinh nghiệmnên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình báo cáo, em rất mong nhậnđược sự góp ý kiến của Quý thầy cô để bài báo cáo đồ án xử lý khí thải của em đượchoàn thiện hơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm số bằng số: Điểm số bằng chữ:

TP.HCM, ngày tháng năm 2020

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước 7

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi .8

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng amoniac .10

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình 12

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit 12

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 theo quá trình sunfiđin 13

Hình 2.7 Hấp thụ khí SO2 bằng than hoạt tính 15

Hình 3.8 Xử lý SO2 theo quá trình LURGI 15

Hình 2.8 Một dạng tháp phun đơn giản 17

Hình 2.9 Cấu tạo của tháp đệm 18

Hình 2.10 Tháp đĩa lỗ và tháp chóp 20

Hình 2.11 Tháp màng dạng ống 21

Hình 3.1 Sơ đồ xử lý khí SO2 phương án 1 23

Hình 3.2 Sơ đồ xử lý khí SO2 phương án 2 24

Hình 4.1 Biểu đồ biểu diễn đường cân bằng và đường làm việc 30

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Khí thải đang là một trong những vấn nạn được đông đảo mọi người quan tâm.Khi mà không khí đang dần dần bị ô nhiễm, với hàng loạt các loại khí thải từ nhà máythải ra Vì thế, xử lý khí thải là một công việc quan trọng và cần được giải quyết và cảitiến theo từng ngày Xử lý khí thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than lại là vấn đề quantrọng hơn nữa

Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống của con người, xã hộingày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng cao Theo thờigian, nhu cầu sử dụng điện năng ở Việt Nam ngày càng tăng cao dần, vì vậy mà sảnlượng điện ở Việt Nam hằng năm cũng tăng mạnh nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu

sử dụng điện của người dân Để đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện cho người dân,nhiệt điện đốt than được ưu tiên lựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định,chi phí xây dựng thấp và thời gian xây dựng nhanh hơn so với thủy điện

Nguồn nguyên liệu trong sản xuất nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tựnhiên Tuy nhiên, bên cạnh về lợi ích kinh tế mà ngành này mang lại cho xã hội thì vấn

đề về môi trường cũng cần phải được quan tâm, đặc biệt là môi trường không khí đang

bị ô nhiễm nặng do khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than gây ra Để giảm thiểu ô nhiễmmôi trường không khí cũng như đảm bảo chất lượng môi trường sống của người dânđược trong sạch thì việc xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than là việc làm hết sứccần thiết hiện nay

Chính vì vậy, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy điện đốt than nồng độ SO 2 1550 mg/m 3 , công suất 15 000 m 3 /h.” để giảm thiểu ô nhiễm môi

trường không khí từ các hoạt động sản xuất nhà máy điện gây ra

- Trình bày tổng quan về các phương pháp xử lý chất thải ô nhiễm của nguồn thải/

ngành công nghiệp cho trong đầu đề đồ án

- Đề xuất và lựa chọn phương án công nghệ xử lý.

- Tính toán, thiết kế thiết bị xử lý trong công nghệ lựa chọn.

- Vẽ bản vẽ kỹ thuật chi tiết ít nhất một thiết bị đã tính toán thiết kế trong đồ án.

4 Phương pháp thực hiện

- Phương pháp thu thập tài liệu: tìm hiểu thành phần, tính chất của khí thải và các

số liệu cần thiết khác

- Phương pháp so sánh: So sánh ưu khuyết điểm của các công nghệ xử lý để đưa ra

để đưa ra giải pháp xử lý chất thải có hiệu quả hơn

- Phương pháp chuyên gia: Trong quá trình thực hiện đề tài đã tham khảo ý kiến

- Phương pháp tinh toán: Sử dụng các công thức tính toán để tính toán các công

trình đơn vị của hệ thống xử lý nước thải, chi phí xây dựng và vận hành hệ thống

- Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm Auto CAD để mô tả kiến trúc công nghệ

xử lý chất thải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2

1.1 Các đặc trưng của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than

Đặc trưng của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thànhphần và tính chất của nhiên liệu Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quá trìnhsản xuất là than antraxit - loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượng khói lớnnên khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than có những đặc trưng sau:

Lò hơi đốt than có khí thải chủ yếu mang theo tro bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 vàNOx do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạonên Hàm lượng lưu huỳnh trong than ~ 0,5% nên trong khí thải có nồng độ SO2 cao,vượt quá quy chuẩn xả thải cho phép

Ngoài ra còn có các khí thải của phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy,các chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ ống dẫn, bụi than trước quá trình đốt thường xuấthiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình chuyển than và vận chuyểnsản xuất…

Bảng 1.1 Hệ số phát thải chất gây ô nhiễm Loại nhiên liệu Hệ số phát thải (kg/T nhiên liệu) Bụi SO

Ở 200C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thể tích khí SO2, khi hoà tan trongnước một phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunphurơ

SO2 + H2O  H2SO4Anhydritsunphuơ axitsunphurơCũng ở nhiệt độ 200C và áp suất 3 atm, khí SO2 sẽ ngưng tụ thành chất lỏngtrong suốt không màu, sôi ở -100C SO2 lỏng khi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làmnhiệt độ môi trường xuống rất thấp (có thể hạ tới -500C)

1.1.2 Tác hại của khí SO 2

Đối với môi trường: SO2 được xem là chất gây ô nhiễm nhất trong họ sunfur oxit.Khí SO2 là khí không màu, không cháy, có vị hăng cay Do quá trình tác dụng củaquang hoá học hay một xúc tác nào đó mà khí SO2 bị oxy hoá biến thành SO3 trong khí

sunfuric hay các muối sulfate, chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuốngđất gây nguy hại đối với vật liệu xây dựng và đồ dùng.

Đối với sức khoẻ: SO2 vào cơ thể qua đường hô hấp và tiếp xúc với niêm mạc ẩmướt nên hình thành nhanh chóng các axit, do dễ tan trong nước nên SO2 sau khi hít thởvào sẽ phân tán trong máu qua quá trình tuần hoàn Độc tính chung của SO2 là rối loạnchuyển hoá protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza Hấp thụlượng lớn SO2 có khả năng gây bệnh cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin tăngcường quá trình oxy hoá Fe2+ thành Fe3+

Bảng 1.2 Tác hại của SO 2 đối với con người và động vật

30 – 20 mg SO2/m3 Giới hạn của độc tính

50 mg SO2/m3 Kích thích đường hô hấp, ho

260 – 130 mg SO2/m3 Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 – 60 phút)

1300 – 1000 mg SO2/m3 Liều gây chết nhanh (30 – 60 phút)

lệ rất ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa Tùy từngquốc gia, có thể cho phép nồng độ SO2 trong rượu ở một mức độ nhất định Ở

Mỹ là 350 ppm, EU là 160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng,hồng Ở nồng độ thấp dưới 50 ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị củarượu, nhưng nếu nồng độ cao hơn, nó cũng tạo ra một hương vị khác

+ SO2 còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhà máysản xuất rượu

+ Chống nấm mốc

+ Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trong nước, sulfurdioxide có thể làm phai màu Cho nên nó thường được sử dụng để làm chất tẩyquần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xử lýnước thải

+ Làm thuốc thử và dung môi trong các phòng thí nghiệm: Lưu huỳnh dioxit làmột dung môi trơ đa năng đã được sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tan oxyhóa cao Nó cũng đôi khi được sử dụng như là một nguồn của nhóm sulfonyltrong tổng hợp hữu cơ

1.1.4 Ý nghĩa môi trường

Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa củanhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới

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

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

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ SO 2 1.1 Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tánvào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa 2 pha khí và lỏng Nếu quá trình xảy ra ngược lại,nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhã khí.Nguyên lý của 2 quá trình là giống nhau Quá trình hấp thụ tách bỏ một hay nhiều chất

ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải( pha khí ) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng).Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựamột hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chấtlỏng

- Khí được hấp thụ gọi là chất hấp thụ

- Chất lỏng dùng để hấp thụ gọi là dung môi

- Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ

Cơ chế của quá trình hấp thụ có thể chia thành 3 bước như sau:

- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của

chất lỏng hấp thụ Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả hai hiệntượng khuếch tán

+ Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử được đều đặn trong khối khí + Khuếch tán phân tử: làm dịch chuyển các phân tử đến lớp biên hoặc từ lớp biênvào pha khí

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

- Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất

lỏng hấp thụ Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ vàchất bị hấp thụ trong pha khí

2.1.1 Hấp thụ khí SO 2 bằng nước

Quá trình hấp thụ SO2 bằng nước:

SO2 + H2O H + + HSO3Hấp thụ khí SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất đểloại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp

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

- Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải điqua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước – scrubber;

- Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch.Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đónhiệt độ nước cấp vào hệ thông hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn để giải thoát khíSO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao

Bảng 2.1 Lượng nước lý thuyết tính bằng m 3 cần có để hấp thụ 1 tấn SO 2 đến trạng thái bảo hòa ứng với nhiệt độ và nồng độ SO 2 khác nhau trong khí thải

Nồng độ SO 2 trong khí thải, % khối

Phương pháp hấp thụ khí SO2 chỉ áp dụng được khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao;

- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ;

6- Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên.

 Nhược điểm: do độ hòa tan của SO8 trong nước thấp nên phải cần lưu lượngnước lớn và thiết bị hấp thụ có thể tích lớn, quá trình hấp thụ tốn nhiều năng lượng chiphí nhiệt lớn

2.1.2 Xử lý khí SO 2 bằng đá vôi (CaCO 3 ) hoặc vôi nung (CaO)

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

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý:

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2CaO + SO2 = CaSO3

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 Trên hình 2.2 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải bằng sữa vôi:

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng sữa vôi [3]

1-Scrubber; 2-Bộ phận tách tinh thể; 3-Bộ lọc chân không; 4,5-Máy bơm

6-Thùng hòa trộn dung dịch hấp thụ (sữa vôi – dạng huyền phù); 7-Máy đập

8-Máy nghiền đá vôiKhói thải sau khi thu được lọc sạch tro bụi đi vào scrubber, trong đó xảy ra quátrình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới lên lớp đệm bằng vật liệu rỗng.Nước chua (chứa acid ) chảy ra từ scrubber có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dướidạng tinh thể: CaSO3.0.5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc trobụi, 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 hìnhthành các tinh thể sunfit và sunfat canxi Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dịch mộtphần đi vào tưới cho scrubber, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinhthể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài Đá vôi được đập vụn và nghiềnthành 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 số 3 cùng với một lượng nước bổ sung để được dung dịch sữavôi mới.

Để thực hiện quá trình làm sạch khí trong tháp rửa có ô đệm thì cần phun dịchthể 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 sựthay đổi nồng độ SO2 trong khí

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

Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệthống xử lý ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyểnsunfit thành sunfat trong lò nung

 Ưu điểm: quy trình công nghệ đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ

tìm, có khả năng xử lý mà không cần làm nguội và xử lý sơ bộ Có thể chế tạo bằngvật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống acxit và không chiếm nhiều diệntích xây dựng

 Nhược điểm: thiết bị đóng cặn do tạo thành CaSO4 và CaSO3, gây tắc cácđường ống và ăn mòn thiết bị

2.1.3 Xử lý khí SO 2 bằng amoniac

Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muốitrung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O đểtạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3Lượng bisunfit tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng cách nungnóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2 Amoni sunfit này lại cóthể sử dụng tiếp để khử SO2

2NH4HSO3  (NH4)2SO3 + SO2↑ + H2ONgoài ra trong dung dịch cũng có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và bisunfitamoni thành sunfat amoni và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau:

2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2OLưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình lại tácdụng với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat:

(NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh đơn chấtnhiều gấp 2 lần:

(NH4)2S2O3+ 2NH4HSO3 = 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O

Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit Cứ như vậy tốc độ phản ứng phânhủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến thành amonisunfat và lưu huỳnh đơn chất.

 Ưu điểm: hiệu quả cao, chất hấp thụ dễ kiếm, thu được sản phẩm cần thiết.

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lí SO 2 bằng amoniac [3]

1 – scrubber; 2,4- thiết bị làm nguội; 3- tháp hấp thụ nhiều tầng; 5- tháp hoànnguyên; 6- tháp bốc hơi; 7- tháp kết tinh; 8- máy vắt khô ly tâm; 9- nồi chưng áp

2.1.4 Xử lý khí SO 2 bằng MgO

Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:

MgO + SO2 MgSO3 Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit:

MgSO3 + SO2 + H2O Mg(HSO3)2 Một phần Magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat:

2MgSO3 + O2 MgSO4 Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sunfit làkhông mong muốn Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việcđạt 120 ÷ 160 g/l thì quá trình oxy hóa sunfit sẽ ngừng lại không tiếp tục xảy ra nữa

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

Mg(HSO3)2 + MgO 2MgSO3 + H2O

Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủathành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thànhtrihydrat MgSO3.3H2O

Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý nhiệt ởnhiệt độ 800 ÷ 900oC để thu hồi MgO và SO2

MgSO3 ⃗800÷900 0C SO2 + MgO Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2 đậm đặc có thể đưasang công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất

 Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình.

- Phương pháp magie oxit “không kết tinh”.

- Phương pháp magie oxit “sủi bọt”.

- Phương pháp magie oxit kết hợp với Potas (kali cacbonat).

 Ưu điểm:

- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ.

- Thu được axit sunfuric.

- Hiệu quả làm sạch cao.

 Nhược điểm:

- Quy trình công nghệ phức tạp.

- Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung.

- Tổn hao MgO khá nhiều.

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO 2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình.[3]

1 – scrubber; 2 - bộ lọc; 3 - bể chứa; 4 - bộ phận khống chế liều lượng;

5,6- xiclon thủy lực; 7-máy lọc ép; 8- máy lọc chân không có băng tải; 9- lò nhiều tầng

2.1.5 Xử lý khí SO 2 bằng ZnO

Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magietức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đódùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

Ưu điểm chính của phương pháp này là quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO3thành SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằngnhiệt đối với MgSO3 Áp suất bão hòa của SO2 trên MgSO3 bằng 1 atm ở nhiệt độ

650oC, trong lúc đó đối với ZnSO3 áp suất bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng

260oC Điều đó cho phép tiến thành phân ly ZnSO3 trong lò và thu hồi SO2 với nồng

độ  100%, trong lúc MgSO3 được phân ly trong dòng sản phẩm cháy của nhiên liệunung và chỉ đạt nồng độ không quá 15 ÷ 20%

Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp kẽm oxit đơn thuần.

- Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit.

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống xử lý SO 2 bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit.[3]

1-Scrubber; 2, 5-Bể lắng; 3,4,7-Thùng phản ứng; 6,8-Thiết bị lọc chân không;

9-Máy sấy hình trống; 10-Lò nung hoàn nguyên ZnO và thu hồi SO2

2.1.6 Xử lý SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ

Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được ápdụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổbiến là các amin thơm như anilin C6H5NH2, toluiđin CH3C6H4NH2, xyliđin(CH3)2C6H3NH2 và đimetyl-anilin C6H5N(CH3)2

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO 2 theo quá trình sunfiđin.[3]

1 - thiết bị trao đổi nhiệt (làm nguội); 2,3- tháp hấp thụ;

4,7- scrubber; 5- tháp bốc hơi; 6- bể lắngKhí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau

đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau Các tháp hấp thụ được tưới hỗnhợp xylidin-nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấpthụ Trong quá trình hấp thụ SO2 bằng xilidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đócần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1 Khí sạch đi ra khỏi tháp hấpthụ có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubber 4 để thu hồi hơi xylidin bằng axitsunfuric loãng

1.3 Xử lý SO 2 bằng các chất hấp phụ thể rắn

Hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một

số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quátrình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn.Vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này còn được gọi là chất hấp phụ, còn chất khí bịgiữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ Phương pháp này được dùngphổ biến để khử ẩm trong không khí hoặc trong môi trường khí nói chung, khử khí độchại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị lẫn trong không khí hoặckhí thải

Căn cứ vào bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, quá trìnhđược chia làm 2 loại:

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

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

nên hợp chất bề mặt Và là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ vàvật liệu hấp phụ

 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 sẽđược tái sử dụng trong công nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tái hại gây ô nhiễm.Chất hấp phụ cũng khá dễ tiềm và rẻ tiền

 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 giátrị kinh tế không cao không cần tái sử dụng) Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễmchứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơi hay khí vài bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làmgiảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thảicao

2.1.7 Hấp phụ khí SO 2 bằng than hoạt tính

Khói thải đi vào tháp hấp thụ gồm nhiều tầng, khí SO2 được giữ lại trong lớpthan hoạt tính của các tầng hấp thụ, sau đó khói đi qua cyclone để lọc sạch tro bụitrước khi thải ra khí quyển

Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên 400- 4500C KhíSO2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40 - 50% và đạt khoảng 96 - 97%lượng khí SO2 có trong khói thải

Sau khi hoàn nguyên than hoạt tính được sàn chọn lại để loại bỏ phần than quávụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại

Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO2 còn có một số loại khí khácnhư: H2S là 2 - 4%, S2 là 0,1 - 0,3%

Hình 2.7 Hấp thụ khí SO 2 bằng than hoạt tính.[3]

2.1.8 Hấp phụ khí SO 2 bằng than hoạt tính có tưới nước– quá trình LURGI

Theo phương pháp này, hơi nước ở nhiệt độ dưới 1000C đi qua lớp than hoạttính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấp phụ Khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạttính và oxy hóa thành SO3 nhờ có oxy trong khí thải Tiếp theo, SO3 kết hợp với nướcbiến thành axit sunfuric H2SO4 và theo nước chảy vào thùng chứa Axit sunfuric thuđược trong thùng chứa với nồng độ 20-25%

Hình 3.8 Xử lý SO 2 theo quá trình LURGI

1-Scrubber Venturi; 2-Xiclon; 3-Thiết bị hấp phụ; 4-Bể chứa axit sunfuric;

Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khỏi thải 1000-1500 m3/h Nồng độban đầu của SO2 trong khói khi đốt nhiên liêu mazut là 0,1-0,15% Hiệu quả khử SO2đạt 98-99% Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà hoạt tính của nókhông hề bị giảm sút.

2.1.9 Xử lý SO 2 bằng nhôm oxit kiềm hóa

Quá trình xử lý khí SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa được dựa trên tính chất hấpphụ của hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O) với thành phần natri oxitchiếm 20% khối lượng hỗn hợp Trong quá trình hấp phụ, khí SO2 bị oxy hóa, sau đótác dụng với các oxit kim loại để biến thành sunfat Chất hấp phụ đã bão hòa đượchoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ 600-6500C

2.1.10 Xử lý SO 2 bằng Mangan oxit

Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng Mangan oxit là “quátrình Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá trình DAR Mangan” doMitsubishi của Nhật Bản đề xuất

Trong quá trình Mangan của Mỹ, chất hấp phụ được sử dụng là Mangan oxit(Mn2O3) dạng hạt được làm khô trong không khí và trong chân không ở nhiệt độ 300-

4000C

Quá trình DAR-Mangan của hãng Mitsubishi sử dụng chất hấp phụ là hỗn hợpcủa một số oxit được gọi là oxit Mangan hoạt tính Chất hấp phụ thu được bằng cáchdùng amoniac để xử lý Mangan sunfat và tiếp theo là oxy hóa hydrat bằng oxy trongkhông khí và hơi nước:

MnSO4 + 2NH4OH  Mn(OH)2 + (NH4)2SO4

Mn(OH)2 + 0,5.iO2 + n(n-1)H2O  MnO1+i.nH2O

Trong đó: i = 0,5-0,8 và n = 0,1-1,0

2.1.11 Xử lý SO 2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộng bột vôi và dolomit để khử khíSO2 mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay vẫn đang được tiếp tụcnghiên cứu hoàn thiện

Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra như sau:

2CaO + 2 SO2 + O2  2CaSO42CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2  2[CaSOCaSO4 + MgO] + 4CO2Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760 - 10400C, cần phảnứng giữa dolomit và SO2 ở nhiệt độ 600 - 12000C

Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử khí SO2thành một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lý mà không đòi hỏi phải lắp đặtthêm nhiều thiết bị phụ trợ khác

Trong một số trường hợp khác, người ta cũng dùng vôi dưới dạng vữa (30%chất rắn trong nước theo khối lượng) và phun vào dung khói thải trong thiết bị gọi là

buồng sấy khô kiểu phun đặt trên đường khói của l Khí SO2 trong khói thải kết hợpvới Ca(OH)2 theo phản ứng:

SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2OCaSO3 bị oxy hóa rất nhanh bằng oxy có mặt trong khói thải và tạothành CaSO4:

CaSO3 + ½ O2  CaSO4

Cả canxi sunfit và canxi sunfat đều rất ít hòa tan trong nước Khi các giọt vữađược làm khô bằng nhiệt của khói thải, chúng sẽ trở thành những hạt rắn có nhiều lỗrỗng và được tách ra khỏi khói thải trong thiết bị lọc bụi Người ta gọi đó là phươngpháp rửa khí ướt - khô hỗn hợp bằng đá vôi

1.1 Các loại tháp hấp thụ

2.1.12 Tháp phun

Hình 2.8 Một dạng tháp phun đơn giản [4]

Đơn giản nhất là tháp phun có dạng hình trụ mà trong đó các vòi phun được bốtrí ở phần trên cao và những giọt nhỏ được làm cho rơi xuống cùng với một số chấtlỏng chảy xuống dọc theo thành bên trong của tháp Các dòng chất lỏng và khí có thểchuyển động cùng chiều nhưng thông thường thì dòng khí được đưa vào ở phần thấphơn của tháp theo hướng tiếp tuyến để tạo ra một sự chuyển động xoắn ốc và các giọtchất lỏng phun ra khỏi các vòi phun là những tia thẳng Trong trường hợp này dòngnước được ly tâm thẳng đến thành tháp và từ đó chúng rơi xuống như một dòng chảymàng mỏng Các tháp phun đơn giản có thể vận hành ở chế độ xuôi dòng hoặc ngượcdòng, độ giảm áp tương đối thấp và không bị nghẹt như ở tháp đệm

 Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, đầu tư ban đầu thấp, lực cản thủy động nhỏ, có thể

sử dụng đối với khí thải có độ nhiễm bẩn cao, tiết kiệm được chất hấp thụ

 Nhược điểm: khí thường phân bố không đều trong toàn bộ tháp, hiệu suất

xử lý thấp

2.1.13 Tháp đệm

 Cấu tạo

Gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ, nhựa,kim loại, gốm, ) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, );lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra

Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộphận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí đitrong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xequay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ),…

Hình 2.9 Cấu tạo của tháp đệm.[4]

Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ Đốivới đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích

Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a (m2/m3); thể tích

tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d (tđ) = 4r (thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a; tiếtdiện tự do S (m2/m3)

Khi chọn đệm cần lưu: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và vàtiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn;khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm

Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ

Chế độ màng OA: khi mật độ tưới không lớn, tốc độ khí nhỏ, chất lỏng chảythành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng.

Chế độ màng AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát của dòngkhí với bềmặt lỏng và khi sự chảy của màng lỏng, lượng lỏng giữ lại trong đệm tăng

Khi tăng tốc độ khí làm tăng xoáy đảo màng lỏng trên đệm nên tăng cường quátrình truyền khối

Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền 2 pha liêntục gián đoạn của khí-lỏng đổi vai trò cho nhau liên tục, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha

và cường độ truyền khối lên cực đại, đồng thời trở lực thủy lực cũng tăng nhanh; chế

độ này duy trì rất khó mặc dù cường độ truyền khối lớn

Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộ chất lỏng sẽ bịgiữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dạng khí

Hiệu ứng thành thiết bị (channeling effect): Chất lỏng có xu hướng chảy từ tâm

ra thành thiết bị, gây giảm hiệu suất do tiếp xúc pha kém Khắc phục bằng cách:

Nếu chiều cao đệm lớn hơn 5 lần đường kính đệm thì chia đệm thành từngđoạn; giữa các đoạn đệm đặt bộ phận phân phối lại chất lỏng

Chọn d/Φ = đường kính đệm/đường kính tháp = 1/15 – 1/8

Xếp đệm: nếu d < 50mm: đổ lộn xộn, d > 50mm: xếp thứ tự

Tưới lỏng và phun khí ngay từ đầu

 Ưu điểm:

- Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao;

- Cấu tạo đơn giản;

- Dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,

- Dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân không, )

2.1.14 Tháp đĩa

 Sơ đồ cấu tạo

Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt cáctấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định Trên mỗi đĩa hai pha chuyển độngngược hoặc chéo chiều: lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặcxuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là đĩa.Tùythuộc cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua