BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI CHƯƠNG 4 CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ LƯU HUỲNH DIOXIT (SO2) VÀ HỖN HỢP KHÍ KHÁC (NOx, HCl

KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHƯƠNG CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ LƯU HUỲNH DIOXIT (SO2) VÀ HỖN HỢP KHÍ KHÁC (NOx, HCl) Giảng viên: Nguyễn Đức Quyền Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh, Trường ĐHBK Hà Nội XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Khí lưu huỳnh đioxit có tính chất hóa học đặc trưng thuận lợi cho việc xử lý - SO2 hợp nước tạo thành axit mạnh dễ thực phản ứng trung hòa với dung dịch kiềm hay oxit kim loại mang tính kiềm - Một đặc trưng thuận lợi khí SO hợp nước, chuyển thành dạng SO32- dễ dàng bị oxi khơng khí oxi hóa thành SO42- điều kiện nhiệt độ áp suất thường; mơi trường khơng khí khơ, SO2 gần không phản ứng với oxi XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Khí SO chiếm tỷ trọng chủ yếu khí độc hại chứa lưu huỳnh thải vào khơng khí Phần lớn SO2 sinh q trình đốt nhiên liệu hóa thạch có chứa lưu huỳnh than đá, dầu mỏ - Những nhiên liệu loại sử dụng với khối lượng lớn cho nhà máy nhiệt điện, luyện kim cho động chạy xăng, dầu nhiều lĩnh vực khác sử dụng nhiên liệu hóa thạch - Bên cạnh cịn nguồn khí thải trình đốt lưu huỳnh loại khoáng sun phua, phân hủy khoáng sun phát nhiệt độ cao cơng nghiệp lọc hóa dầu XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Tổng lượng SO2 thải vào khơng khí hàng năm ước tính vào khoảng 140 triệu tấn; khoảng 70% đốt than, 16% đốt nhiên liệu từ dầu mỏ phần cịn lại cơng nghiệp lọc hóa dầu, luyện kim hoạt động khác S + O2 = SO2 2CuS + 2O2 = 2CuO + SO2 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O 4CaSO4 + 2C = 4CaO + 2CO2 + 4SO2 XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Tính chất đặc trưng: Lưu huỳnh dioxit nói trên, anhydrit axit sunphurơ tan nước tạo thành dung dich axit mạnh, phản ứng mãnh liệt với bazơ, kể bazơ yếu tạo thành mí tương ứng SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + 2NaOH = Na2SO3 + 2H2O H2SO3 + Ca(OH)2 = CaSO3↓ + 2H2O - Bản thân SO2 gốc sunphit chất có tính khử tương đối mạnh Nhưng SO2 khơng khí khơ khó oxi hóa thành SO mà muốn oxi hóa phải sử dụng xúc tác thích hợp điều kiện định XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Ngược lại gốc SO32- hay muối sunphit lại dễ dàng bị oxi hóa oxi khơng khí điều kiện thường q trình oxi hóa xẩy nhanh tăng nhiệt độ cho phản ứng SO2 + 2Fe3+ + 2H2O = SO42- + 2Fe2+ + 4H+ SO2 + H2O + CaCO3 + 1/2O2 = CaSO4 + CO2 + H2O MgSO3 + 1/2O2 = MgSO4 - Khí SO2 coi khí thải nguy hiểm tính độc hại phát thải lượng lớn thường xuyên XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - SO2 có tác động lên đường hô hấp nồng độ 2,1 mg/m3 (0,75 ppm) - Tiếp xúc với thời gian ngắn (24 giờ) nồng độ 0,5 mg/m3 gây chứng phù phổi người già bệnh nhân - Tiếp xúc lâu dài nồng độ 0,1 mg/m3 gây triệu chứng bệnh vể đường hơ hấp => Vì ngưỡng an toàn cho tiếp xúc ngắn hạn (24 giờ) hướng dẫn từ 0,1 đến 0,15 mg/m3 cho tiếp xúc dài hạn từ 0,04 đến 0,06 mg/m3 XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Khí SO hợp nước tạo axit sunphuric thường dạng mù khó lắng đọng; tồn khí vùng vi khí hậu mà hình thành - SO phản ứng mạnh với bazơ, muối cacbonat tạo thành muối sunphát tương ứng - Ngưỡng bắt đầu gây tác động phản ứng đường hơ hấp SO3 ẩm 0,35 mg/m3 gây triệu chứng bệnh đường hô hấp 0,25 mg/m3 - Ngưỡng dẫn an toàn SO ẩm 0,04 đến 0,06 mg/m3 cho tiếp xúc dài hạn 0,10 đến 0,15 mg/m3 cho tiếp xúc ngắn hạn XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Khái niệm chung nguồn gốc phát sinh - Các muối sunphit sunphát kim loại kiềm amôni tan tốt nước; ngược lại, muối chúng với kim loại kiềm thổ lại tan - Đây đặc trưng mà thuận lợi lại bất lợi cho trình lựa chọn quy trình xử lý - Dựa vào tính chất đặc trưng trên, cơng nghiệp, thường sử dụng hai cách xử lý xử lý theo phương án ướt xử lý theo phương án khơ XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Xử lý SOx theo phương án ướt (Fuel gas desulfurization - FGD) - Theo cách này, SO2 thường hấp thụ vào dung dịch kiềm NaOH, NH OH, Ca(OH) hay Mg(OH) Các kiểu thiết bị hấp thụ sử dụng thông dụng thiết bị dàn mưa, tháp đệm tháp sủi bọt - Việc lựa chọn chất kiềm cho trình xử lý thường phụ thuộc vào hai yếu tố yếu tố kinh tế tính khả thi giải pháp cơng nghệ - Thí dụ: Ca(OH)2 có giá bán th ị trường rẻ bốn chất kiềm nêu trên, mặt kinh tế có ưu Nhưng sản phẩm trình xử lý CaSO3 hay CaSO4 chất tan nên khơng thể sử dụng thiết bị có hiệu cao tháp đệm hay tháp sủi bọt được, kết tủa bám vật liệu đệm hay lỗ tạo bọt khí mà dùng thiết bị dàn mưa XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Thiết bị xử lý khí thải tổng hợp SO , NOx, HCl, HF phương pháp lọc túi khô - Hiệu xử lý loại khí độc từ lò đốt thải phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ khí phản ứng với canxi hydroxit - Những kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng hiệu xử lý SO HCl cho thấy nhiệt độ cao hiệu xử lý - Với nhiệt độ 200oC, hiệu xử lý giảm nhanh Hiệu xử lý đạt 95% nhiệt độ phản ứng nhỏ 150oC XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Thiết bị xử lý khí thải tổng hợp SO , NO x , HCl, HF phương pháp lọc túi khô - Hiện tượng chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác quan trọng cân phản ứng hợp nước tạo axit phân hủy sản phẩm axit vừa tạo thành tái tạo phân tử oxit axit khan Các oxit axit khan không phản ứng với Ca(OH) khô SO2 + H2O H2SO3 2H+ + SO3HCl H+ + ClẢnh hưởng nhiệt độ đến hiệu XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Thiết bị xử lý khí thải tổng hợp SO2, NOx, HCl, HF phương pháp lọc túi khơ - Bên cạnh tỷ lệ mol Ca(OH)2 SO2 HCl ảnh hướng đến hiệu xử lý Lượng Ca(OH) cung cấp vào dư so với tỷ lượng cho hiệu cao hơn; - Song phải xử lý với q trình oxi hóa canxi sunphit thành canxi sunphát Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tỷ lệ mol lên hiệu suất xử lý minh hoạ đồ thị - Dây chuyền xử lý chất độc khác phát sinh đốt rác dioxin, thủy ngân sử dụng hóa chất phụ gia kèm theo XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Thiết bị xử lý khí thải tổng hợp SO , NO x , HCl, HF phương pháp lọc túi khô Hiệu xử lý số sở áp dụng thực tế HCl XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Hệ thống xử lý khí thải đệm ướt - Hệ thống xử lý công ty Kyowa Kako Nhật sản xuất nắm quyền Hệ th ố n g đ ợ c lắ p đ ặ t gọn nhẹ có nhiều kích cỡ khác phù hợp với sở sản xuất lớn, nhỏ XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Hệ thống xử lý khí thải đệm ướt - Tùy thuộc vào mục đích xử lý loại khí thải mà ta chọn hóa chất dùng để hấp thụ phù hợp Chính độ linh hoạt thiết bị mà sử dụng khơng để xử lý khí độc SO2, NOx mà cịn áp dụng cho q trình xử lý khí kiềm, axit khác - Trong số trường hợp, hệ thống cịn sử dụng để xử lý mùi số chất hữu Hệ thống xử lý bao gồm ba phần chính: - (1) Bộ phận ghép nối với nguồn phát thải Bộ phận gồm ống nối mềm, van điều chỉnh lưu lượng khí thải quạt thổi khí (các mục từ đến 10) XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Hệ thống xử lý khí thải đệm ướt - (2) Tháp đệm gồm phần đáy tháp, thân tháp miệng tháp Đáy tháp nối liền với bể chứa chất lỏng hoàn lưu dùng để hấp thụ chất khí cần xử lý, có bố trí cửa xả (bùn) cửa tràn Thân tháp có bố trí cửa dẫn khí thải vào phía dưới, sau đến tầng đệm để tăng khả tiếp xúc Phía tầng đệm dàn phun chất lỏng làm nhiệm vụ hấp thụ khí độc - Dàn phun nối với bơm hoàn lưu bơm chất lỏng từ bể hoàn lưu phần hóa chất bổ sung từ thùng chứa Trên phận chặn sol Miệng tháp nơi cho luồng khí xử lý nối trực tiếp với ống khói - (3) Bộ phận cấp hóa chất gồm thùng chứa hóa chất (11), bơm định lượng hóa chất (12), van điều khiển hệ thống ống dẫn XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Hệ thống xử lý khí thải đệm ướt - Khi vận hành, khí thải quạt thổi vào cửa dưới, qua tầng đệm, dàn phun theo cửa - Toàn phản ứng khí độc tác nhân hấp thụ xẩy khí thải gặp dung dịch hóa chất bơm hoàn lưu cấp cho dàn phun - Sau khoảng thời gian định, nồng độ huyền phù đạt tới giá trị định; nồng độ tác nhân hấp thụ (hóa chất) xuống thấp khơng cịn khả xử lý dung dịch hoàn lưu xả đưa xử lý tận thu XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Hệ thống xử lý khí thải đệm ướt - Phần nước (dung môi) chẩy tràn sau xử lý tách huyền phù quay vòng trở lại thùng chứa để pha hóa chất thải - Bơm hóa chất vận hành hệ thống điều khiển tự động nối với bể chứa dung dịch hoàn lưu để điều chỉnh nồng độ hóa chất phù hợp cho công đoạn xử lý - Hệ thống xử lý áp dụng rộng rãi Bảng thống kê số ứng dụng triển khai cho hiệu tốt XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2 Hệ thống xử lý khí thải đệm ướt XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2VÀ NOx Công nghệ xử lý trực tiếp SOx NOx - Cơng nghệ xử lý trực tiếp SO2 lị thời gian dài phun trực tiếp bột đá vôi hay đôlômit (MgCO ) vào lị đốt để loại trừ khí SO2 - Ở nhiệt độ 1000oC lị, lý thuyết mà nói xẩy phản ứng sau: CaCO3 → CaO + CO2 (1) CaO + SO2 → CaSO3 (2) CaSO3 + 1/2O2 → CaSO4 (3) - Nhưng qua nhi ều thử nghiệm cho thấy phản ứng (2) (3) xẩy khơng hồn tồn nhiệt độ cao Hiệu xử lý SO2 tối đa không vượt giới hạn 60% sử dụng tỷ lệ mol Ca gấp lần S XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2VÀ NOx Cơng nghệ xử lý trực tiếp SOx NOx Hệ thống xử lý trực tiếp SOx NOx khí thải có nhiệt độ cao sử dụng CaCO3 Ure XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2VÀ NOx Cơng nghệ xử lý trực tiếp SOx NOx - Việc ứng dụng nâng cao công nghệ xử lý cách đồng thời xử lý SOx NOx khí lị đạt hiệu công nghệ lẫn kinh tế - Để xử lý NOx hãng trang bị thêm hệ thống phun dung dịch ure (NH2-CO-NH2) vào lị đồng thời với bột đá vơi (như mơ tả hình) Phản ứng khử NOx xẩy tiếp xúc với ure nhiệt độ cao nói 850-1000 0C NO + NO2 + (NH2)2CO → 2N2 + CO2 + 2H2O (4) - Lượng nước dung dịch ure lượng nước giải phóng từ phương trình (4) tạo điều kiện cho phản ứng (2) (3) xẩy hoàn toàn - Bằng cách SO2 xử lý tới 90%, NOx tới 80% nồng độ khí khí lị khơng cao XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2VÀ NOx Công nghệ xử lý trực tiếp SOx NOx - Mặt khác công nghệ xử lý đồng thời SO2 NOx hạ thấp tỷ lệ mol canxi lưu huỳnh xuống 2,0 ure nitơ xuống cịn 1,5 - Q trình vận hành công nghệ xử lý trực tiếp SO2 NOx tóm tắt sau: - Bột đá vơi hay đơlơmit có kích thước mịn 1-2 µm dung dịch ure phun trực tiếp vào lò vùng có nhiệt độ cao (850 - 1250oC) - Khí lò trước tiên dẫn qua hệ thống trao đổi nhiệt (GAH) để sấy nóng khơng khí; sau vào tháp làm nguội tia nước lạnh vào buồng lọc túi - Bụi muối canxi giữ lại, thu hồi tái sử dụng; cịn khí sau xử lý quạt tăng cường đẩy ngồi theo ống khói XỬ LÝ KHÍ LƯU HUỲNH DIOXIT SO2VÀ NOx Cơng nghệ xử lý trực tiếp SOx NOx - Trước khí thải bụi vào buồng lọc túi, chúng bổ sung thêm oxi từ khơng khí để oxi hóa hoàn toàn muối canxi thành canxi sunphát - Buồng lọc túi hoạt động tương tự trình bày phần Cơng nghệ có ưu điểm bật là: - Giá thành thiết bị thấp tiêu thụ điện không cao, - Không có nước thải, - Khơng có muội bám ống khói - Dễ dàng ghép nối với lò hành