BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI CHƯƠNG 6 CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI

KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHƯƠNG CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Giảng viên: Nguyễn Đức Quyền Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh, Trường ĐHBK Hà Nội CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp tiêu hủy - Để phân hủy chất dạng khí có hại cho mơi trường thành hay nhiều chất khác khơng độc hại thực bằng: v Nguồn nhiệt gọi phân hủy nhiệt (hình), v Phân hủy nhiệt có xúc tác hay thơng qua phản ứng hóa học, v Kết hợp hai phương pháp đốt CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp tiêu hủy +Đốt phân huỷ nhiệt - Phương pháp phù hợp với khí thải chứa hợp chất hữu dung mơi, lị cốc hố than, đốt với điều kiện nhiệt độ cao, chất hữu bị phân huỷ thành than, khí nước - Nếu để phân hủy tự do, nhiệt độ phân hủy đòi hỏi cao tốc độ phân hủy thường chậm Vì người ta thường tiến hành với có mặt chất xúc tác - Mặt khác tiến hành đốt với khơng khí Thí dụ đốt khí đồng hành khai thác dầu mỏ - Phương pháp Nhiệt xúc tác CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp tiêu hủy + Tiêu hủy hóa học - Đây phương pháp sử dụng phổ biến khí độc hại - Đối với chất hữu độc hại thuốc trừ dịch hại, người ta thường sử dụng phản ứng oxy hóa khử để thay đổi cấu trúc phân tử hay dạng tồn chúng để trở thành sản phẩm khơng có hại người động thực vật Thí dụ: Phản ứng ozơn với có mặt tia cực tím Ơzơn hóa kết hợp với chiếu tia cực tím phương pháp có hiệu chất thải hữu dung môi CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp tiêu hủy + Tiêu hủy hóa học Cấu tạo vịi đốt nhiên liệu Xử lý khí độc hại CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp tiêu hủy - Đốt phân huỷ nhiệt - Thông thường thực tế, người ta sử dụng tổng hợp phương pháp nói để đạt hiệu xử lý cao - Thí dụ xử lý NOx NH với xúc tác phù hợp thu sản phẩm N2 nước Sơ đồ q trình xử lý mơ tả hình CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp ngưng tụ -Nguyên tắc phương pháp dựa hạ thấp nhiệt độ môi trường xuống giá trị định chất thể ngưng tụ lại sau thu hồi xử lý tiêu hủy -Sơ đồ thiết bị ngưng tụ kiểu bề mặt CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp ngưng tụ -Ở điều kiện làm lạnh bình thường, ta xử lý ngưng tụ thường thu hồi dung môi hữu cơ, axit -Tất nhiên phương pháp phù hợp với trường hợp khí thải có nồng độ tương đối cao Trong trường hợp nồng độ nhỏ, người ta thường dùng phương pháp hấp phụ hay hấp thụ Sơ đồ thiết bị ngưng tụ kiểu tiếp xúc CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp ngưng tụ Hiệu suất ngưng tụ (giá trị tương đối) tính theo cơng thức: -Trong đó: CR nồng độ đầu ra, -Co nồng độ ban đầu Giá trị tuyệt đối hiệu suất ngưng tụ tính theo cơng thức -Trong đó: mi khối lượng chất i ngưng tụ, -Mi phân tử lượng chất i, -VR lưu lượng khí đầu ra, -Vo lưu lượng khí đầu vào CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp phụ Khái quát tượng hấp phụ -Hấp phụ trình xẩy bề mặt tiếp xúc hai pha dị thể (rắn - khí, rắn - lỏng, lỏng - khí) -Những phân tử chất nằm bề mặt bên khối chất có trạng thái khác dẫn đến hành vi chúng khác -Sơ đồ tương tác phân tử khối vật chất CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Nguyên lý – hấp thụ vật lý -Độ hòa tan chất cần hấp thụ lịng chất lỏng ln ln hàm nhiều biến số -Nếu gọi D độ tan ta biểu diễn sau: Trong đó: D = f (x1, x2 xj, T, S, P, kD, ) §xi nồng độ chất khí chất lỏng §T nhiệt độ làm việc, §S diện tích tiếp xúc hai pha, §P áp suất riêng phần khí pha khí, §kD hệ số khuếch tán chất hấp thụ pha lỏng CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Nguyên lý -Thực tế trình hấp thụ tăng diện tích tiếp xúc hai pha tăng, nhiệt độ làm việc giảm; -Hiệu suất xử lý phụ thuộc vào áp suất riêng phần khí nồng độ chúng pha lỏng -Để tăng hiệu xử lý, người ta thường dùng kiểu thiết bị làm tăng diện tích tiếp xúc tối đa, truyền nhiệt tốt hạn chế tăng chất hồ tan pha lỏng -Các kiểu thiết bị thơng dụng như: tháp hấp thụ có tầng đệm, tháp hấp thụ sủi bọt, tháp phun CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Nguyên lý – hấp thụ hóa học -Hấp thụ hóa học Hấp thụ hóa học q trình hấp thụ ln kèm với hay nhiều phản ứng hóa học -Sau trình khuếch tán trình xẩy phản ứng hóa học Như hấp thụ hóa học phụ thuộc vào tốc độ khuếch tan chất khí vào chất lỏng mà cịn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hoá chất tốc độ phản ứng chất -Trong hấp thụ hóa học, chất hấp thụ phản ứng với phần tử chất hấp thụ -Thí dụ như: amoniac hay khí sunphurơ hấp thụ vào nước: NH3 + H2O -> NH4OH SO2 + H2O -> H2SO3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Nguyên lý – hấp thụ hóa học -Chất cần hấp thụ phản ứng với thành phần hoạt động chất hấp thụ (thông thường dung dịch chất hoạt động) -Thí dụ hấp thụ CO2, SO2 dung dịch NaOH CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O Na2CO3 + H2O +CO2 = 2NaHCO3 -Với SO2 có phản ứng tương tự -Trong trường hợp chung ta biểu diễn cách tổng quát sau: aA + bB + cC -> mM + nN + CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Nguyên lý – hấp thụ hóa học -Trong trường hợp chung: aA + bB + cC -> mM + nN + -Khi đạt tới cân bằng, số cân phản ứng có dạng Kcb lớn trình hấp thụ xảy thuận lợi nhiêu -Giá trị [A] nồng độ tự chất A dung dịch chưa tham gia vào phản ứng CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng -Màng chất lỏng thiết bị hình tháp tạo thành cho chất lỏng chẩy thành màng theo ống, tĩnh hay đĩa quay bố trí hợp lý tháp -Chất lỏng theo màng chuyển động từ xuống khí từ lên trên; sử dụng chế độ chuyển động chiều từ lên (chế độ làm việc sử dụng tốc độ dịng khí thải cao - 15 20 m/s) -Với thiết bị màng ống màng tấm, người ta thường áp dụng cho khí thải có tốc độ trung bình từ đến m/s CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng -Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng có ưu điểm tạo diện tích tiếp xúc pha lớn có khả tách, nhiệt tốt đồng thời với trình hấp thụ -Ngày người ta cịn dùng thiết bị hấp thụ kiểu màng ống màng Duy phổ biến trường hợp hấp thụ số khí hồ tan tốt, có nồng độ cao từ hỗn hợp khí đậm đặc đồng thời có toả nhiệt mạnh HCl, NH3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Thiết bị màng đĩa quay -Thiết bị có cấu tạo giống thiết bị đĩa quay xử lý bụi sol -Chất lỏng để hấp thụ phân bố tầng đĩa, chuyển động từ xuống quay tròn liên tục suốt trình xử lý -Trong thiết bị màng quay, sức cản thủy lực nhỏ làm việc với mức tiêu hao chất hấp thụ thấp Trong công nghiệp, thiết bị sử dụng thí dụ để hấp thụ HCl hay SO Na S sản xuất natrithiosunphat (Na2S2O3) CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp hấp thụ đệm -Loại dùng phổ biến Trong tháp, người ta thường nhồi vật thể lồng cồng ốc sành sứ, lò so kim loại, vụn than cốc để làm tăng diện tích tiếp xúc hai pha -Khi vận hành, khí thải từ lên cịn chất lỏng từ xuống Lưu lượng hai pha tính tốn trước để thiết bị đạt hiệu cao -Khi chất lỏng chẩy bề mặt vật thể làm đệm, chúng có đặc trưng màng chất lỏng CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp hấp thụ đệm -Thực tế tháp hấp thụ đệm, màng chất lỏng chuyển từ đơn nguyên đệm sang đơn nguyên đệm khác thường bị phá vỡ chuyển động ngược chiều dịng khí Do mà tháp đệm phần cịn mang tính chất tháp hấp thụ sủi bọt -Sự chuyển động thuận dòng tháp đệm đơi sử dụng Đó trường hợp tốc độ khí thải lớn (khoảng 10m/s), khơng khó thưc kiểu ngược dịng Sự bố trí thuận dịng làm tăng trình trao đổi chất, giảm trở lực thủy động CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp hấp thụ đệm -Trong trường hợp hấp thụ kèm với phản ứng thủy phân tạo kết tủa người ta thường dùng loại tháp hấp thụ đệm -Các lớp đệm (những mảnh bọt xốp polyme hay cầu rỗng làm chất dẻo) “treo” lơ lửng dịng khí tháp lưới đỡ -Giữa lớp đệm khoảng trống để đảm bảo cho kết tủa không làm tắc nghẽn lưu thông dịng khí qua lớp đệm Tất nhiên chất hấp thụ lỏng chuyển động từ xuống CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp hấp thụ sủi bọt -Thiết bị giống tháp sủi bọt xử lý bụi thường sử dụng trường hợp tải lượng cao, áp suất khí thải lớn q trình hấp thụ có toả nhiệt, cần làm lạnh -Các kiểu tháp hấp thụ sủi bọt gồm (1) sủi bọt qua lưới (hay vật xốp), (2) sủi bọt qua đĩa chụp xen kẽ (3) trộn học khí chất lỏng -Hấp thụ kiểu sủi bọt có nhược điểm lớn ln có lớp bọt chiếm thể tích lớn thiết bị CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp hấp thụ sủi bọt -Việc chuyển động chất lỏng gặp phải trở lực lớn -Tuy nhiên, có hệ số chuyển khối cao Chiều cao lớp chất lỏng tăng làm tăng khả hấp thụ, song đồng thời tăng trở lực thiết bị -Thông thường người ta không tăng lớp chất lỏng 50 mm CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp hấp thụ kiểu đĩa chụp -Tháp tạo chuyển động đối dịng khí chất lỏng qua bậc -Chất lỏng từ phía đĩa xuống đáy, rơi vào đáy đĩa phía tiếp tục chảy xuống phía đĩa -Cịn khí len lỏi theo đường ngược chiều với chất lỏng CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC HẠI Xử lý khí phương pháp hấp THỤ Các loại thiết bị hấp thụ phổ biến Tháp phun -Trong tháp phun, chất lỏng phun thành bụi (sương) từ phía xuống, khí thường từ lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc để nồng độ thực tế chất cần hấp thụ pha khí giảm dần theo chiều từ lên nồng độ chất bị hấp thụ pha lỏng tăng dần theo chiều từ xuống -Quá trình có lợi cho việc tăng hiệu xử lý Tháp hấp thụ phun chia làm ba kiểu khác nhau: (1) thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng, (2) thiết bị hấp thụ phun thuận dòng tốc độ cao (3) thiết bị hấp thụ phun sương kiểu khí