Giới thiệu tổng quan về các khí thải ra từ lò hơi dùng dầu FO MỤC LỤC Chương I Giới thiệu tổng quan và các phương pháp xử lý khí thải dùng dầu FO I 1 Giới thiệu tổng quan về dầu FO và các khí thải ra[.]
MỤC LỤC: Chương I Giới thiệu tổng quan phương pháp xử lý khí thải dùng dầu FO: I.1:Giới thiệu tổng quan dầu FO khí thải từ lò dùng dầu FO: I.1.1.Dầu FO: I.1.2.Tổng quan SO2: I.1.3.Tổng quan bụi: I.2:Các phương pháp xử lý khí thải từ lị dùng dầu FO: I.2.1.Phương pháp hấp thụ: I.2.2.Phương pháp hấp phụ: I.2.3.Phương pháp đốt: Chương II: Đề xuất cơng nghệ tính tốn : Đề xuất công nghệ: Thuyết minh công nghệ: Chương III: Tính tốn thiết kế Chương IV: Tính kinh tế: Chương V: Kết luận: Chương I: Giới thiệu tổng quan phương pháp xử lý khí thải từ lò dùng dầu FO I.1Giới thiệu tổng quan dầu FO khí thải từ lị dùng dầu FO: Thành phố Hồ Chí minh trung tâm sản xuất công nghiệp trọng điểm phía nam Hầu hết ngành cơng nghiệp Thành Phố sử dụng loại nhiên liệu khác để làm chất đốt nhằm cung cấp lượng cho q trình cơng nghệ khác nhau.Do đặc điểm kinh tế địa lý,phần lớn nhà máy Thành Phố Hồ Chí Minh sử dụng dầu để làm nhiên liệu Nguồn thải đốt dầu (chủ yếu dầu FO) coi nguồn thải quan trọng lý do: - Là nguồn thải có khối lượng lớn nhất: Với nguồn nhiên liệu loại tính cho Nhà máy điện Hiệp Phước khu công nghiệp Hiệp Phước với công suất 675 MW xây dựng xong ,mỗi thải vào khí khối lượng lớn chất nhiễm khơng khí sau: Lưu lượng khói 3578000 m3 SO2 8721 kg NO2 438 kg SO3 108 kg Bụi 43 kg Bảng I.1: Thành phần khí thải lị - Là nguồn thải phân bố khắp nơi ,hầu tất nhà máy sử dụng dầu FO làm nhiên liệu để cung cấp lượng cho trình cơng nghiệp lị nhiều xí nghiệp, lị sấy,lị rang ngành cơng nghiệp thực phẩm, lị nung ngành luyện kim - Là nguồn thải có chứa đầy đủ chất nhiễm khơng khí đặc trưng SO2,NO2,CO,bụi chất ô nhiễm nguy hiểm khác SO3, aldehyde, cacbua hydro, - Là nguồn gây ô nhiễm nhiều gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cho nhân dân xung quanh nhà máy có đốt dầu nguồn thải bị thưa kiện nhiều I.1.1Dầu FO: Dầu nhiên liệu phổ biến sử dụng lị cơng nghiệp.Nhiên liệu dầu đốt lò phân thành:Dầu nặng(heavy oil),như dầu mazut dầu nhẹ (light oil) dầu diesel dầu hỏa( kerosen) Dầu FO hay gọi mazut phần cặn trình chưng cất dầu mỏ áp suất khí quyển,hoặc cặn chưng cất sản phẩm trình chế biến sau phân đoạn nguyên liệu dầu thô,phân tách chiết công nghệ sản xuất dầu nhờn truyền thống… Nhiệt trị dầu FO 10,175 kcal/kg tỷ trọng 0,7 – 0,97 kg/l Dầu FO có loại: 1.Dầu FO hàng hải:Là loại nhiên liệu dùng cho nồi tàu hải quân loại F-5,F-12 Liên Xô cũ dùng nước ta thời gian trước 2.Dầu FO đốt lò nặng dầu FO hải quân dùng cho thiết bị nồi hơi,các lị nung cơng nghiệp sành sứ,thủy tinh,luyện gang thép,dệt nhôm,là nhiên liệu đốt lị sấy ngành cơng nghiệp thực phẩm…cho thiết bị động lực tàu thủy Chỉ tiêu quan trọng dầu FO độ nhớt hàm lượng lưu huỳnh S.Yêu cầu loại dầu đốt lò phải có độ nhớt phù hợp cho q trình bơm,vận chuyển dầu vào hệ thống đốt trình phun nóng phận mỏ phun vào lị, độ nhớt nhỏ việc bơm nhiên liệu dễ dàng nhiên liệu tán sương tốt bec đốt phun nhờ q trình diễn hồn tồn,cho hiệu suất cao,ít nhiễm.Nếu độ nhớt q cao phải thiết bị lắp đặt thêm hệ thống hâm nóng để làm giảm độ nhớt dầu tới mức phù hợp với yêu cầu mỏ phun.Trên thực tế,độ nhớt loại dầu FO(4O0C) khoảng 2- cSt phù hợp Dựa vào độ nhớt động học dầu FO phân loại sau 1.FO N01: Là loại nhiên liệu đốt có độ nhớt động học nhiệt độ 50 0C không lớn 87 cSt 2.FO N02: Là loại nhiên liệu đốt có độ nhớt động học nhiệt độ 50 0C từ lớn 87 cSt đến 180 cSt.Dựa vào hàm lượng lưu huỳnh N 02 chia thành loại: - FO N02A:Hàm lượng lưu huỳnh không lớn 1,5%,ký hiệu FO N02A(1,5%) - FO N02B:Hàm lượng lưu huỳnh từ 1,5% đến 3%.Ký hiệu FO N 02B (3%) 3.FO N03:Là loại nhiên liệu đốt có độ nhớt động học nhiệt độ 50 0C từ lớn 87 cSt đến 380 cSt Hiện nước ta ban hành tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6239-1997 tiêu thành phần dầu FO Dầu FO cháy tạo khí có nhiều hợp phần S dạng S0 S03.Những chất có tác dụng ăn mịn kim loại gây nhiễm môi trường.Cần phải hạn chế tới mức tối thiểu.Ở nước ta hàm lượng lưu huỳnh cho phép dầu FO tối đa 3% khối lượng,nhưng nhiều nước khác giới có xu hướng sử dụng dầu FO giảm đến mức thấp 0,5% khối lượng.Ngồi cịn u cầu nhiên liệu lị đốt khơng chứa kim loại nặng đặc biệt vanadi.Khi dầu cháy vanadi dễ kết hợp với sắt tạo thành hợp kim có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (khoảng 6000C)gây nên tượng thủng lò Stt Tên tiêu Loại nhiên liệu FO N01 10 Khối lượng 150C(kg/l)không lớn Độ nhớt động học 500C (cSt) không lớn Điểm chớp cháy cốc kín(0C)khơng nhỏ Hàm lượng lưu huỳnh (%kl)không lớn Điểm đông đặc(0C)không lớn 0,965 hàm lượng nước (%kl)không lớn Hàm lượng tạp chất(%kl) không lớn Nhiệt trị (cal/l) không nhỏ Hàm lượng tro(%kl) không lớn Cặn cacbon Coradson(%kl) không lớn FON02 FO FO N03 A N 2B 0,970 0,970 0,991 87 180 180 380 66 66 66 66 1,5 3,0 3,0 +10 +21 +21 +21 1 1 0,15 0,15 0,15 0,15 9800 9800 9800 9800 0,15 0,15 0,15 0,35 10 10 14 Bảng I.2 Do đặc điểm địa lý hầu hết nhà máy phía Nam nước ta hay khu vực TP Hồ Chí Minh sử dụng sản phẩm chưng cất từ dầu mỏ làm nhiên liệu cung cấp lượng:lò hơi,lò sấy,lò nung… Nguồn thải dầu đốt (chủ yếu dầu FO) coi nguồn thải quan trọng nhất,có khối lượng lớn phân bố rộng nhất.Là nguồn thải có chứa đầy đủ chất ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe người động vật Nhu cầu tiêu thụ dầu FO Tp.HCM ngày tăng thấy bảng sau: Bảng I.3.Nhu cầu tiêu thụ dầu FO TP.HCM Năm 1995 Lượng dầu FO(tấn/ngày) 1.107.000 1996 1997 1998 1999 2000 1.895.000 1.885.000 1.748.000 1.882.000 1.843.000 I.1.2Tổng quan SO2 : Khí sunfurơ chất khí khơng màu ,có mùi hăng cay nồng độ khí 1ppm,là sản phẩm q trình đốt cháy nhiên liệu có chứa lưu huỳnh (ví dụ dầu FO) SO2 có nhiệt độ nóng chảy -750C nhiệt độ sơi -100C SO2 bền nhiệt((ΔH0tt =- 296,9kJ/mol) Khí SO2 chất khí nhiễm điển hình.SO2 có khả hịa tan nước cao khí gây ô nhiễm khác nên dễ phản ứng với quan hơ hấp người động vật Độc tính chung SO2 thể rối loạn chuyển hoá protein đường,thiếu vitamin B,C ức chế enzyme oxydaza Khi hàm lượng thấp, SO2 có th ể làm sưng viêm mạc SO2 làm thiệt hại đến mùa màng, nhiễm độc trồng.Khí SO khí gặp chất oxy hóa tác động nhiệt độ,ánh sáng chúng chuyển thành SO3.Khi gặp nước SO3 + H2O = H2SO4 nguyên nhân gây nên mưa axit gây thịêt hại lớn.Nhà cửa,kiến trúc cơng trình làm kim loại dễ bị ăn mòn, động vật thực vật chậm phát triển chết I.1.3Tổng quan bụi: Ô nhiễm bụi gây tác hại đến sức khoẻ đặc biệt bụi chứa chất độc hại Thành phần hoá học ,thời gian tiếp xúc yếu tố ảnh hưởng đến quan nội tạng Mức độ bụi máy hơ hấp phụ thuộc vào kích thước ,hình dạng, mật độ hạt bụi cá nhân người Bụi đất không gây phản ứng phụ thể có đặc tính trơ khơng chứa hợp chất có tính độc hại.Bụi đất ,cát có kích thước lớn (bụi thơ) ,nặng , có khả di vào phế nang phổi , ảnh hưởng đến sức khoẻ Bụi than tạo thành trình đốt nhiên liệu có thành phần chủ yếu chất Hydrocacbon đa vịng chất nhiễm có độc tính cao có khả gây ung thư Khi tiếp xúc ,phần lớn bụi than có kích thước lớn micromet bị dich nhầy tuyến phế quản long giữ lại Chỉ có hạt bụi có kích thước nhỏ micromet vào phế nang Bụi vào phổi gây kích thước học,xơ hố phổi dẫn đến bệnh hơ hấp khó thở ,ho, khạc đờm, ho máu, đau ngực,… Tiêu chuẩn y tế Việt Nam năm 1992 quy định bụi than khơng khí khu vực dân cư 0.15 mg\m3,TCVN 1995 quy định bụi tổng cộng khơng khí xung quanh 0.5 mg|m3 I.2.Các phương pháp xử lý khí thải từ lò dùng dầu FO: I.2.1: Phương pháp hấp thụ: Hấp thụ q trình lơi chọn lọc cấu tử từ hỗn hợp khí chất lỏng Dựa vào tương tác chất hấp thụ (dung môi) chất bị hấp thụ(chất ô nhiễm) pha khí , phân thành loại hấp thụ: Hấp thụ vật lý:Dựa hòa tan cấu tử pha khí pha lỏng(tương tác vật lý).Hấp thụ vật lý sử dụng rộng rãi xử lý khí thải Hấp thụ hóa học:Cấu tử pha khí pha lỏng có phản ứng hóa học với (tương tác hóa học) Q trình hấp thụ mạnh hay yếu tùy thuộc vào chất hóa học dung mơi chất nhiễm khí thải Hấp thụ trình mà truyền khối mà phân tử chất khí chuyển dịch hịa tan vào chất lỏng.Sự hịa tan diễn đồng thời với phản ứng hóa học hợp phần pha lỏng pha khí khơng có phản ứng hóa học Truyền khối thực chất q trình khuếch tán mà chất khí nhiễm dịch chuyển từ trạng thái có nồng độ cao đến trạng thái có nồng độ thấp Việc khử chất khí diễn theo giai đoạn: Khuếch tán chất khí nhiễm đến bề mặt chất lỏng Truyền ngang qua bề mặt tiếp xúc pha khí /lỏng Khuếch tán chất khí hồn tan từ bề mặt tiếp xúc pha vào pha lỏng Sự chênh lệch nồng độ bề mặt tiếp xúc pha thuận lợi cho động lực trình trình hấp thụ diễn mạnh mẽ điều kiện diện tích tiếp xúc pha lớn,độ hỗn loạn cao độ khuếch tán cao.Bởi số hợp phần hỗn hợp khí có khả hịa ta hịa tan chất lỏng,cho nên trình hấp thụ đạt hiệu cao lựa chọn dung dịch hấp thụ có tính hịa tan cao dung dịch phản ứng không thuận nghịch với chất khí cần hấp thụ Thiết bị hấp thụ có chức tạo bề mặt tiếp xúc lớn tốt hai pha khí lỏng Nguyên lý hoạt động tháp hấp thụ sau (hình I.1) - Dịng khí dẫn vào đáy tháp, dung dịch hấp thụ phun đỉnh tháp - Dịng khí cần xử lý tiếp xúc với dung dịch hấp thụ, chất cần xử lý giữ lại dung dịch hấp thụ thu đáy tháp.Dịng khơng khí ngồi đỉnh tháp Có nhiều dạng kiểu thiết bị hấp thụ khác phân thành loại sau: Buồng phun,tháp phun:Trong chất lỏng phun thành giọt nhỏ thể tích rỗng thiết bị cho dịng khí qua.Tháp phun đươc sử dụng u cầu trở lực bé khí có chứa hạt rắn Thiết bị sục khí: Khí phân tán dạng bong bóng qua lớp chất lỏng.Quá trình phân tán khí thực cách cho khí qua xốp,tấm đục lỗ cách khuấy học Thiết bị hấp thụ kiểu sủi bọt: Khí qua đục lỗ bên có chứa lớp chất lỏng mỏng Thiết bị hấp thụ có đệm vật liệu rỗng(tháp đệm):Là tháp dạng cột bên chất gần đầy vật liệu đệm nhằm tạo bề mặt tiếp xúc cao dịng khí (đi từ lên)và dòng lỏng(từ đỉnh tháp xuống) tiếp xúc tốt với chuyển động ngược chiều lớp đệm.Quá trình tiếp xúc làm cho bụi chất nhiễm khí thải bị giữ lại bị hấp thụ dòng chất lỏng.Tháp đệm thường sử dụng suất nhỏ, mơi trường ăn mịn, tỉ lệ lỏng:khí lớn.Khí khơng chứa bụi hấp thụ không tạo cặn lắng.Vật liệu đệm sử dụng tháp đá nghiền,vịng rassing,vật thể hình n ngựa ,vịng ngăn,than cốc ,đá xoắn ốc,vật liệu ô vuông làm gỗ loại sợi tổng hợp 5.Tháp đĩa: Có cấu tạo thân tháp hình trụ thẳng đứng có gắn đĩa có cấu tạo khác Như để hấp thụ số chất ta phải dựa vào độ hịa tan chọn lọc chất khí dung mơi để chọn dung mơi cho thích hợp dung dịch thích hợp(trong trường hợp hấp thụ hóa học).Q trịnh hấp thụ thực tốt hay xấu phần lớn tính chất dung mơi định,hiệu q trình phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc bề mặt khí thải chất lỏng ,thời gian tiếp xúc,nồng độ môi trường hấp thu tốc độ phản ứng chất hấp thu khí thải I.2.2.Phương pháp hấp phụ: Hấp phụ tượng tăng nồng độ chất tan (chất bị hấp phụ) bề mặt chất rắn ( chất hấp phụ).Chất bị hấp phụ tồn bề mặt chất rắn ,khơng phân bố khắp tồn thể tích chất hấp phụ.(cịn gọi q trình phân bố chiều) Trong kỹ thuật xử lý nhiễm khơng khí ,phương pháp hấp phụ dùng để thu hồi sử dụng lại chất hữu cơ,khử mùi nhà máy sản xuất thực phẩm ,thuộc da,nhuộm… Có thể phân loại phương pháp hấp phụ sau: Dựa vào chất trình hấp phụ: Hấp phụ vật lý:Là hấp phụ đa phân tử,Lực liên kết lực hút phân tử (Lực Vanderwaals) không tạo thành hợp chất bề mặt Hấp phụ hóa học:là hấp phụ đơn phân tử,lực liên kết lực liên kểt bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt Dựa theo điều kiện hấp phụ: Hấp phụ điều kiện động Hấp phụ điều kiện tĩnh Hấp phụ chọn lọc:Dựa vào lực khác chất ô nhiễm bề mặt chất rắn,phụ thuộc vào chất hóa học chất hấp phụ chất bị hấp phụ Hấp phụ trao đổi:Dựa vào cường độ lực ion chất hấp phụ chất bị hấp phụ Q trình hấp phụ tiến hành lớp chất hấp phụ đứng yên, tầng sôi chuyển động Tuy nhiên thực tế phổ biến thiết bị với lớp chất hấp phụ không chuyển động bố trí tháp đứng,tháp nằm tháp vòng Tháp đứng sử dụng cần xử lý lưu lượng nhỏ I.2.3.Phương pháp đốt: Áp dụng lượng khí thải lớn mà nồng độ chất nhiễm cháy lại bé đặc biệt chất có mùi khó chịu Các chất khí xử lý theo phương pháp đốt thường hợp chất hydrocacbon,các dung mơi hữu cơ…Việc xử lý khí thải theo phương pháp sử dụng trường hợp khí thải có nồng độ chất độc cao vượt giới hạn bắt cháy có chứa hàm lượng oxygen đủ lớn Quá trình đốt thực hệ thống gồm thiết bị liên kết đơn giản có khả đạt hiệu suất phân hủy cao.Hệ thống đốt gồm cửa lò,bộ mồi lửa đốt nhiên liệu khí thải Có phương pháp đốt: Đốt lửa trực tiếp(phương pháp oxy hóa nhiệt):làm cho chất nhiễm cháy trực tiếp khơng khí mà khơng cần bổ sung thêm nhiên liệu,chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa điều chỉnh Thiêu đốt có xúc tác(phương pháp oxy hóa xúc tác):Q trình oxy hóa chất nhiễm bề mặt chất xúc tác Để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp cần phân tích phạm vi ứng dụng,ưu nhược điểm phương pháp nêu tạo sở cho việc lựa chọn A.Phương pháp hấp thụ: Ưu điểm: Rẻ,dễ ứng dụng,có thể sử dụng dung mơi nước để hấp thụ khí độc hại SO2,H2S hiệu Có thể sử dụng kết hợp cần rửa khí làm bụi,khi khí thải có chứa bụi lẫn khí độc hại mà chất khí có khả hịa tan tốt nước rửa Nhược điểm: Hiệu suất làm khơng cao,khơng dùng để xử lý dịng khí có nhiệt độ cao Quá trình hấp thụ trình tỏa nhiệt nên thiết kế nhiều trường hợp cần phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thụ để làm nguội tăng hiệu trình xử lý thiết bị trở nên cồng kềnh,vận hành phức tạp Việc lưc chọn dung mơi thích hợp để xứ lý kho khăn chất khí khơng có khả hồ tan nước Phải tiến hành tái sinh dung môi dung môi đắt tiền để giảm giá thành xử lý mà công việc khó khăn B.Phương pháp hấp phụ: Ưu điểm: Điều chỉnh q trình tinh vi Có thể sử dụng kết cấu tối ưu kích thước tối ưu cho đoạn thiết bị Tiết kiệm chất hấp phụ ,sử dụng tối đa suất hấp phụ Quá trình thực liên tục dẫn đến hiệu suất cao Chất hấp phụ dễ kiếm rẻ tiền,thường dùng than hoạt tính hấp phụ nhiều chất hữu Nhược điểm: Kết cấu phức tạp Chất hấp phụ bị mài mòn nên phải xử lý bụi Cường độ hấp phụ thấp vận tốc dịng khí thấp vận tốc khí nhỏ khơng có xáo trộn mãnh liệt than Hiệu hấp phụ nhiệt độ khí thải cao Khơng hiệu dịng khí nhiễm chứa bụi lẫn chất nhiễm thể hay khí bụi dễ gây nên tắc thiết bị làm giảm hoạt tính hấp phụ chất hấp phụ (lúc muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ) C.Phương pháp đốt: Ưu điểm: Phân hủy hồn tồn chất nhiễm cháy Thích ứng với thay đổi lưu lượng tải lượng chất nhiễm khí thải Hiệu cao với chất khó xử lý phương pháp khác Có thể thu hồi nhiệt thải q trình đốt Trong trường hợp khí thải có nhiệt độ cao khơng cần phải gia nhiệt trước đưa vào đốt Phương pháp đốt hoàn tồn phù hợp với việc xử lý khí thải độc hại không cần thu hồi hay khả thu hồi thấp, khí thu hồi khơng có giá trị kinh tế cao Có thể tận dụng nhiệt trình xử lý vào mục đích khác Nhược điểm: Chi phí đầu tư thiết bị ,vận hành lớn Có thể làm phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí sau đốt có chlorine,N,S Có thể cần cấp thêm nhiên liệu bổ sung,xúc tác gây trở ngại cho việc vận hành thiết bị Đối với dịng khí phương pháp lựa chọn để xử lý thích hợp phương pháp hấp thụ I.2.3.Tính tốn tải lượng chất ô nhiễm đốt dầu FO : Dựa phuơng trình phản ứng cháy ta tính lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy kg dầu theo công thức sau: Lt = 11,53C + 34,4(H- O2/8) + 4,29S (1) Trong C,H,O2,S hàm lượng tĩnh nguyên tố cacbon, hidro, oxy, lưu hùynh có dầu FO lấy 0,853; 0,109; 0,0035; 0,028 Thế vào phương trình (1): Lt = 11,53x0,853 + 34,4(0,109- 0,0035/8) + 4,29x0,028 = 13,69kgkk/kgdầu Lượng khơng khí điều kiện chuẩn (1at, 2730K) tính theo cơng thức: Lk0 = ( mf – mNC) + Lt, kg (2) mf= , mNC = 0,008 hàm lượng tro dầu Thay vào (2) Lk0 = ( 1- 0,008) + 13,69 = 14,68 kg kk/kg dầu = 12,23m3kk/kgdầu Lò họat động có hệ số nhiệt thừa α = 1,2 T khói = 2500C.Khi lưu lượng khói thải đốt 1kg dầu tính theo cơng thức: Lk = Lk0 x α ( 273 + T khói)/ 273 (3) Thế giá trị vào (3) Lk = 12,23 x 1,2 (273+ 250) / 273 = 28,11 m3/kgdầu Với hệ số ô nhiễm SO 18.8S (b ảng I.7) với àm lượng lưu huỳnh S = 3% ( dầu có chất lượng tương đối tốt) ta tính lượng SO2 khói thải là: 18,8x3 = 56,4g/ldầu = 58,2g/kgdầu ( 1l dầu =0,97kg dầu) Có tải lượng S02 ký hiệu mS02,có lưu lượng khí thải L k ,ta tính nồng độ S02 khói thải đốt dầu sau: NSO2 = mS02/Lk = 58,2/28,11 = 2,070 g/m3 = 2070 mg/m3 Tương tự tính nồng độ chất nhiễm khác(bảng I.5) Lưu lượng khói thải 28,11 m3/1kgdầu.Cơng suất lị đốt 2000kgdầu/ngày Lượng khói thải 28,11m3/1kgdầu x 2000kgdầu/ngày = 56220 m3/ngày = 2343m3/h Bảng I.4 Hệ số phát thải ô nhiễm đốt dầu FO Ch ất g ây ô nhi ễm H ệ s ố g/l Nh m áy ện C ông nghi ệp kh ác SO2 18.8S 18.8S SO3 0.29S 0.24S NO2 12.46 8.62 CO 0.005 0.24 b ụi 1.19 1.79 Bảng I.5.Nồng độ chất nhiễm chủ yếu khí thải dầu FO theo lý thuyết: Ch ất g ây ô nhi ễm N ồng đ ộ mg/m3 Nh m áy ện c ông nghi ệp kh ác SO2 2070 2070 NO2 443 307 CO 0.18 8.54 B ụi 42 63.6 Trong S hàm lượng lưu huỳnh tính theo phần trăm khối lượng Từ lý thuyết tính tốn nồng độ chất nhiễm đốt dầu FO ta thấy nồng độ S02 lớn gấp lần tiêu chuẩn cho phép.S0 chât ô nhiễm khói thải dầu FO,là yếu tố dùng để đánh giá mật độ gây ô nhiễm sở sản xuất có sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đốt.Còn tiêu khác thấp tiêu chuẩn cho phép nhiều Tuy nhiên,ở nhà máy có lò hoạt động người dân xung quanh thường phàn nàn bụi nhiều.Do nghiên cứu khí thải đốt dầu tiêu quan tâm nhiều bụi S02 I.2.4.Một số phương pháp hấp thụ S02 Để hấp thụ SO2 ta sử dụng nước, dung dịch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm thổ - Hấp thụ nước: Là phương pháp đơn giản áp dụng sớm để loại bỏ khí SO khỏi khí thải từ lị cơng nghiệp Nhược điểm: độ hịa tan SO2 nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết bị hấp phụ tích lớn, q trình hấp thụ tốn nhiều lượng chi phí nhiệt lớn Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên SO2 + H2O -> H+ + HSO3 -Hấp thụ huyền phù CaCO3 sữa vôi: Ưu điểm: phương pháp quy trình cơng nghệ đơn giản chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm, có khả xử lý mà khơng cần làm nguội xử lý sơ Có thể chế tạo thiết bị vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống acid khơng chiếm nhiếu diện tích xây dựng Nhược điểm: Thiết bị đóng cặn tạo thành CaSO CaSO3, gây tắc đường ống ăn mòn thiết bị - Phương pháp Magie (Mg): SO2 hấp thụ oxít – hydro magie, tạo thành tinh thể ngậm nước Sunfit magie Ưu điểm: làm khí nóng, khơng cần lọc sơ bộ, thu sản phẩm tận dụng H2SO4; MgO dễ kiếm rẻ, hiệu xử lý cao Nhược điểm: vận hành khó, chi phí cao tốn nhiều MgO - Phương pháp kẽm: Trong phương pháp chất hấp thụ kẽm SO2 + ZnO + 2,5 H2SO4 -> ZnSO3 + H2O Ưu điểm: phương pháp khả xử lý nhiệt độ cao (200 – 2500C) Nhược điểm: hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng bổ sung thêm ZnO - Hấp thụ chất hấp thụ sở Natri Ưu điểm: Ứng dụng chất hấp thụ hóa học khơng bay hơi, có khả hấp thụ lớn.Phương pháp thể ứng dụng để loại S0 khỏi khí nồng độ khác - Phương pháp Amoniac - Hấp thu hổn hợp muối nóng chảy - Hấp thụ Amin thơm Chương II.Yêu cầu thiết kế II.1 Số liệu đầu vào: -Công suất nồi :sử dụng 2000 kg dầu - Hiệu suất xử lý đạt 95% - Nhiệt độ khói thải 2500C - Áp suất làm việc tháp P= atm - Nồng độ S02 = 2070mg/m3 - Nồng độ bụi = 63.6mg/m3 - Lưu lượng hỗn hợp khí = 2343m3/h II.2.Số liệu đầu ra: Khói lị sau xử lý cần đạt TCVN 5939 – 1995: chất lượng không khí - tiêu chuẩn khí thải cơng nghiệp bụi chất vô Giá trị giới hạn cột A áp dụng cho sở hoạt động Giá trị giới hạn cột B áp dụng cho tất sở kể từ ngày quan quản lý mơi trường quy định Được trích bảng sau: Thông số Bảng II.1 Giá trị giới hạn Loại A 1500 Loại B SO2 500 Bụi 400 II.3.Đề xuất thuyết minh công nghệ II.3.1.Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý: Trong thiết bị dùng cho phương pháp hấp thụ dung dịch hấp thu sử dụng nước dung dịch hóa học dung dịch kiềm,dung dịch sữa vơi …nếu dùng dung dịch hóa học hiệu suất hấp thụ chất ô nhiễm cao đắt tiền Dùng nước rẻ tiền an tồn cho thiết bị hiệu suất hấp thụ chất ô nhiễm dạng khí hiệu Đối với dịng khí yêu cầu hiệu suất xử lý đạt 95% hỗn hợp khí chứa thành phần nhiễm S0 nên dung dịch hấp thụ chọn dung dịch Ca(OH)2.vì ưu điểm sau: Chất thải thứ cấp đưa dạng thạch cao CaSO không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước tách khỏi nước đem chơn lấp an tồn S02 + 02 = S03 S03 + Ca(0H)2 = CaS04 + H20 Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm Tính ăn mịn thiết bị yếu gây nguy hại cho thiết bị xử lý Dung dịch nhiệm vụ hấp thụ acid SO 2, CO2, cịn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn nhiệt độ khí thải đầu ống khói Tháp hấp thụ chọn tháp đệm dịng khí có chứa bụi tạo bề mặt tiếp xúc lớn nên tháp có kích thước nhỏ kinh tế hơn.Vật liệu đệm vòng sứ với ưu điểm chịu mơi trường ăn mịn tốt chịu đuợc nhiệt độ cao,ngồi cịn cịn tác dụng kết dính bụi kim loại nặng khí thải vào dung dịch hấp thu sau tách dạng cặn bể lắng II.3.2:Thuyết minh quy trình cơng nghệ: Sơ đồ xử lý khí thải đốt dầu FO đề xuất sau: Khí thải cylon Tháp giải nhiệt Tháp hấp thụ Quạt ly tâm Ống khói Chương III.Tính tốn thiết kế tháp hấp thụ III.1.Tính cân vật chất- cân pha : III.1.1.Các thông số đầu vào khí vào vào tháp: Nhiệt độ dịng khói thải vào tháp khoảng 50 0C(sau qua tháp giải nhiệt) Nồng độ S02 ban đầu 2070 mg/m3 Áp suất P= atm Nhiệt độ nước vôi chọn 250C Nhiệt độ làm việc tháp ta chọn nhiệt độ trung bình dịng khí dịng lỏng khoảng 400C Hỗn hợp khí xử lý xem gồm SO2 khơng khí Nồng độ S02 vào: CS02 = 2070mg/m3 = 2,070g/m3 Nồng độ khí ban đầu: mol/l = 38.96 mol/m3 Nồng độ mol S02 mol/m3 Nồng độ phân mol: mol SO2/ mol hh khí Tỷ số mol: mol SO2/ mol khí III.2.1 Các thông số đầu ra: Để giảm suất xử lý cho tháp hấp thụ ta chia phần xử lý cho tháp khoảng 1400mg/m3,phần cịn lại ống khói phát tán.Do hiệu suất tháp 95% nên tháp xử lý 1400x0.95=1330 mg/m3 Vậy nồng độ S02 khỏi tháp : 2070 – 1330 = 740 mg/m3 Nồng độ S02 khỏi tháp 740mg/m3 Nồng độ mol SO2: mol/ m3 Nồng độ phân mol: mol SO2/ mol khí Tỷ số mol: mol SO2/ mol khí Xây dựng đường cân bằng: Hệ số herry mmHg Hệ số cân pha: Phương trình cân SO2 dung dịch: y = mx Mà: molSO2/mol H2O Suất lượng mol hỗn hợp : kmol/h Suất lượng mol cấu tử trơ : kmol/h Lưu lượng dung dịch tối thiểu tiêu tốn theo lý thuyết tính theo cơng thức: kmol H2O/ h Thông thường,trong thiết bị hấp thụ, không đạt cân pha, nghĩa nồng độ cân lớn nồng thực tế nên lượng dung môi tiêu tốn thực tế lớn lượng dung môi tối thiểu Thường ta cho lưu lượng thực 1,3 lần lưu lượng tối thiểu, lưu lượng lỏng cho vào tháp là: => Vậy: kmol H2O/ h molSO2/mol H2O Phương trình đường làm việc Y = Ax + B Nên: Y= 54.44X+ 2.968.10-4 qua điểm A( 0, 2.968x10-4) B(9.79x10-4, 8.298x10-4) Phương trình đường cân là: III.2 Tính đường kính tháp: Theo sổ tay q trình thiết bị hóa chất, đường kính tháp hấp thụ tính theo cơng thức: Trong đó:Vtb : lưu lượng khối dịng khí trung bình tháp đó: Vd = 2343 m3/h m3/h vậy: m3/h Tính vận tốc khí ωy : Ta có:ωy = ( 0,8-0,9) ω0 (Sổ tay tập 2-Trang 187) Với ω0:Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương,còn gọi tốc độ đảo pha,m/s Nên xác định theo cơng thức sau: Trong đó: σđ,Vđ: Bề mặt riêng phần thể tích tự đệm g: gia tốc trọng trường,m/s2 ρxtb,ρytb:Khối lượng riêng trung bình pha khí lỏng,kg/m µx,µy:Độ nhớt vận động pha lỏng nhiệt độ làm việc nước 20 0C Gtb,Ltb:Lưu lượng trung bình pha khí pha lỏng(kg/s) molSO2/mol H2O g/mol Khối lượng riêng trung bình chất khí tính theo cơng thức : Hấp thu SO2 huyền phù nước vôi Ca(OH)2, với tỷ lệ pha loãng Ca(OH)2 H2O 1:24 Huyền phù Ca(OH)2 4% khối lượng: ρCa(OH)2 = 984,35 kg/m3(ở nhiệt độ 250C) ρnước = 1000kg/m3 Thể tích tự tầng vật chêm: Thể tích tự tầng vật chêm: Khối lượng phân tử pha lỏng (huyền phù ): kghp/kmolhp Khối lượng riêng pha lỏng (huyền phù): kghp/m3hp Phần trăm thể tích Ca(OH)2 huyền phù: Độ nhớt huyền phù µhp µhp =µnước.(1+2,5.ϕ) = 0,8937.10-3.(1+2,5.0,0406) = 0,9844.10-3 Ns/m2 µhp=µx=0,9844.10-3 Ns/m2 Khối lượng mol trung bình hỗn hợp: Mdd= 18.(1- 0,04) + 74.0,04)= 20,24g/mol = 20,24kg/kmol kg/s kg/s Do lượng S02 hấp thụ nhỏ nên ta xem lưu lượng khí lỏng vào gần khơng đổi Gđ=Gc,Lđ=Lc µl= 1,005.10-3Ns/m2-Độ nhớt nước 200C Tra bảng IX.8 trang 193( sổ tay tập 2): Chọn vòng sứ đổ đống (lộn xộn, ngẫu nhiên) kích thước: 25x 25 x mm Diện tích bề mặt riêng phần: a = 195 m2/m3 Thể tích tự tầng vật chêm Số đệm m3: 46.102 Khối lượng riêng vật liệu đệm: ρ = 600 (kg/m3) Đối với vật liệu vịng sứ A = 0.022 , B = 1,75 lg(0.0531 )= -1.84 0.0531 = 0.0145 = 0.273 => =0.523 m/s =0.442 m/s Nên: m Chọn D theo tiêu chuẩn = 1,4m Khi vận tốc làm việc xác: m/s III.3.Tính chiều cao tháp hấp thụ : H=my h0 my:Số đơn vị truyền khối h0:Chiều cao đơn vị truyền khối III.3.1.Tính số đơn vị truyền khối my Tính phương pháp đồ thị Vẽ đường cân đường làm việc đồ thị hệ tọa độ X,Y Phương trình đường cân là: Phương trình đường làm việc: Y= 54.44X+ 2.968.10-4 Từ hình vẽ ta xác định số đơn vị truyền khối my=2.1 III.3.2.Tính chiều cao đơn vị truyền khối Trong đó: Trong a: hệ số phụ thuộc dạng đệm Chọn a = 0,123 đệm vòng : hệ số thấm ướt đệm với U,Utu mật độ tưới làm việc mật độ tưới tối ưu Trong a: hệ số phụ thuộc dạng đệm Chọn a = 0,123 đệm vòng Ta có: Ltb=27.91 kg/s ρl=984,35kg/m3 B:Hệ số phụ thuộc trình(b=0,158 trình hấp thu) : diện tích bề mặt vật đệm = 195m2/m3 Và Utu=0,158.195=30,81 Từ đồ thị IX.16 trang 178 suy Đối với pha khí: =1 Tính Rey: chuẩn số Reynold pha khí m/s vận tốc khí qua tiết diện tháp; khối lượng riêng trung bình pha khí ρy=1,13kg/m3; σd=195 m2/m3 là độ nhớt trung bình pha khí, lấy tương đối độ nhớt khơng khí nhiệt độ làm việc 400C (bảng I.114- trang 118) µy =0,01907.10-3 Ns/m2