Đồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát Điện

Đồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát ĐiệnĐồ Án thiết kế tháp Đệm sử dụng dung dịch ca(oh)2 hấp thu khí thải so2 từ nhà máy phát Điện

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ

SO;

I.1 TONG QUAN VỀ KHÍ SO;:

L.1.1.Tình hình phát sinh chất ô nhiễm trong nhà máy phát điện:

Năm 1985, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 4000MW, trong đó nhiệt

điện 21% Năm 1994, tổng sản lượng của các nhà máy điện ước tính khoảng 12000GW,

trong đó sản lượng nhiệt điện 19%.Năm 2000, công suất của các nguồn điện của nước ta

đạt tới 7100 MW Trong đó nhiệt điện than-dầu 21,8%

Các nhà máy nhiệt điện ở các cơ sở phía Bắc dùng than Hòn Gai với đặc điểm hàm lượng lưu huỳnh thấp(0,5-0,8% khối lượng) Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 kWh điện

từ 0,473 kg ( Phả Lại) đến 0,808 kg (Ninh Bình, trước năm 1995),mức trung bình của thế giới nhỏ hơn 0,4 kg

Năm 1993, lượng than sử dụng cho 3 nhà máy nhiệt điện ở phía Bắc là 479,520 tấn Như

vậy sẽ thải ra khí quyển 6713 tấn khí SO¿, 2724 tấn NOx, 277,9.10” tấn CO; và 1490,8 tấn

bụi 203,5.10” tấn xỉ

Các cơ sở phía Nam sử dụng dầu FO, hàm lượng lưu huỳnh thường rất cao (2,5-3% khối

lượng) Gần đây khi vận chuyển được khí đốt vào bờ, một số cơ sở sẽ chuyển sang sử dụng nhiên liệu khí đốt, tình hình môi trường ở xung quanh các cơ sở này có thể sẽ được cải thiện hơn

Nguồn thải ô nhiễm của nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình chủ yếu là bụi (TSP) và khí độc

hại (SO;, NO;, CO¿;, CO) do đốt nhiên liệu than gây ra, trong đó nguy hại nhất là bụi và SO»

Hiện nay, vấn đề khử bụi và khí độc của các nhà máy nhiệt điện là rất cần thiết Nếu

không có biện pháp khắc phục thì nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí( bụi, SO;, CO) ở các khu dân cư xung quanh nhà máy phần lớn đều vượt quá trị số tiêu chuẩn cho phép

Dưới đây xin đưa ra 2 trường hợp ô nhiễm không khí ở nhà máy Nhiệt điện thuộc tỉnh Đồng Nai:

+ Tải lượng ô nhiễm không khí thải ra từ nổi hơi đốt than của nhà máy Nhiệt điện đốt

than gồm 2 tổ máy phát công suất 150 MW thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa:

nhiễm | nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2 Tổng

Nồng độ khí thải trong ống khói máy phát điện sau xử lý của nhà máy Nhiệt điện đốt than

thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa:

Chất ô nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2

Nông độ khí | Tiêu chuẩn khí | Nồng độ khí | Tiêu chuẩn khí thải có kiểm thai TCVN thải có kiểm thải TCVN soát(mg/Nm”) 5939:1995 soat (mg/Nm”) 6991:2001

Nguồn : Trung tâm Công nghệ Môi trường ,tháng 03/2004

Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thải của Nhà máy Nhiệt điện đốt than thuộc tập đoàn

Công nghiệp Formosa:

Nước nóng MgO Bể chứa ,Mg(OH);

Khí thải/ Lọc bụi Hệ thống khử lưu Ống

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: khí thải ra trong quá trình đốt than ở nổi hơi được truyền qua thiết bị lọc tĩnh điện để tách bụi Bụi sẽ được làm lạnh và lưu giữ trong bổn

chứa,sau đó vận chuyển cho nhà máy ximăng để tái sử dụng như là nguyên liệu để sản

xuất clinke hoặc bán cho nhà máy bêtông trộn sẵn Hiệu suất tách bui:99,7%

Hệ thống khử lưu hùynh (FGD): Nhà máy sử dụng than có hàm lượng sulfur 1,3% được sử dụng như là nhiên liệu chính đốt lò hơi Nếu không có biện pháp kiểm soát ô nhiễm,nồng độ khí SOa sẽ vượt tiêu chuẩn cho phép Do vậy hệ thống khử lưu hùynh

trong khí thải được lắp đặt để tách oxit lưu hùynh Chất hấp thụ là Mg(OH)› được tạo ra

bằng cách hòa MgO vào nước nóng Hiệu suất tách sulfua đạt khổang 95%

Kiểm soát khí thải:Hệ thống kiểm soát khí thải liên tục và tự động(CEM®) sé

được lắp đặt tại đỉnh ống khói để kiểm soát lượng khí thải ra Hệ thống này sẽ báo động

nếu thành phần khí thải vượt quá tiêu chuẩn và tự động thông báo cho người vận hành

giảm bớt năng lượng thải hoặc sữa chữa thiết bị ngay để giảm thiểu ô nhiễm

Vấn để ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO; từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều

quốc gia, nhất là các nược phát triển trên thế giới Vì những lý do nêu trên, công nghệ xử

lý khí SO; còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO¿ thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuric(H;SO¿) và lưu huỳnh nguyên chất

I.1.2.Tổng quan về khí SO;:

I.1.2.1.Tính chất của khí SO2

Anhydritsunphurơ là loại thể khí không màu, có mùi chua sốc và có tính kích thích khá mạnh SO; có phân tử lượng là 64, nặng hơn không khí, tỷ trọng bằng 2,26 dé hoà tan trong nước, nhất là trong dung dịch rượu mêtylic (CHzOH) rượu êtylic (CạHzOH) và các loai este

G 20°C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thé tich khi SO», khi hoa tan trong nuéc một phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunphurơ

SO, + HạO - > H;SOx

Anhydritsunphuơ axitsunphurd

Cũng ở nhiệt độ 20°C và áp suất 3 atm, khí SO; sẽ ngưng tụ thành chất lỏng trong

suốt không màu, sôi ở -10°C SO; lỏng khi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môi

trường xuống rất thấp (có thể hạ tới -50°C')

L.1.2.2.Ảnh hưởng sinh lý của SO¿

Khi tiếp xúc với những nơi ẩm ướt trên cơ thể người, trước hết khí SO¿ chuyển thành axit sunphurơ (H;SO2) rồi sau đó biến thành axit sunphuric (H;SO¿) Như ta đã biết, khí SOsrất đễ hoà tan trong nướcnên chủ yếu SO; sẽ tác dụng tưới đường hô hấp trên va niêm mạc mắt Khi hít phải khí SO¿ niêm mạc khí quản sẽ bị kích thích sinh ho ; có khi thanh đới bị co rút làm người bị nạn không nói được Tuy vậy, nếu đứng lâu ở nơi không

khí nhiễm nhẹ khí SO; ta sẽ cảm thấy “quen” dần

I.1.2.3.Các triệu chứng nhiễm độc SO2

Người bị nhiễm độc khí SO; thoạt đầu sẽ thấy trào nước mắt, chảy nước mũi, nhức đầu, lợm giọng, chân tay bải hoại, dạ dầynh ách khó chịu, đau bụng, ỉa chảy, thở

gấp, tức ngực và kém cảm giác với lạnh Nếu bị nhiễm độc mãn tính sẽ dẫn tới viêm da,

viêm khí quản, viêm phổi biến chứng thành mọng nước phổi, phản ứng của vị giác và

khứu giác giảm sút, mắt đỏ, sưng húp

Nếu để SO; lỏng bắn vào mắt sẽ làm cho con người bị cứng hoá

I.1.2.4.Phạm vi gây nhiễm độc của SO;

Sau đây là phạm vi nồng độ gây độc và các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm độc

1.2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LỈ:

1.2.1 Sơ lược về phương pháp hấp thụ ( Absorption method):

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 hai sé 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 địch lỏng( quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng)

4 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:

3> Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bể mặt của chất lỏng hấp thụ

3> Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bể mặt của chất hấp thụ

3> Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bể 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 đựa 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 đo tính chất dung môi quyết định

1.2.2 So luge vé phuong phaép hap phu( Absorption method) :

Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta đùng chất rắn xốp để

hút các chất khí độc có trong khí thải trên bể mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ

(adsorbent) và các cấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ

(adsorbate) Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí

để sử đụng 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

_5-IL2.3 Đại cương về phương pháp đốt (Incineration Method):

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:

+ Đốt cháy trực tiếp ( Direct Combustion)

at Thiéu nhiét (Thermal Incineration)

a Oxy héa xtic tac ( Catalytic Oxidization)

Để lựa chọn phương pháp xử lí ta phải phân tích phạm vi ứng dụng, ưu ,nhược

điểm của các phương pháp xử lí khí thải đã nêu trên để làm cơ sở lựa chọn phương pháp thích hợp:

+ Phương pháp hấp thụ:

3» Uudiém:

+ Rẻ tiền ,nhất là khi sử dụng H;O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như SO¿, HạS, NHạ, 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

3 Nhược điểm:

x 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 cổng kénh, vận hành phức tạp

x Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ tưới của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn

x 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

x Phải tái sinh đung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi xử dụng dung môi đắt tiền Chất thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cổng kểnh phức tạp

3+ Phương pháp hấp phụ:

“> Uu diém:

& Lam sach va thu hổi 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

x Chất hấp phụ cũng 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)

x 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

+ Phương pháp đốt:

*» DUudiểm:

X 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 những hợp chất chưa no

là những chất có khả năng bắt cháy cao khi đốt

x 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, CI, E

x Trong những trường hợp khí thải có nhiệt độ cao có thể không cần phải gia nhiệt trước khi đưa vào đốt

X 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

3> Nhược điểm :

x Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp không sinh ra khói va 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 SO› của nhà máy Nhiệt điện sẽ là một hướng đi phù hợp,và hiệu quả

1.3 LUA CHON THIET BI

Quá trình hấp thụ được thực hiện trong nhiều loại tháp khác nhau Sau đây là một số tháp thường dùng:

5+ Tháp phun rỗng

+ Tháp rửa khí có đệm

“+ Tháp rửa khí theo kiéu sui bọt

L3.1 Tháp phun rỗng

Là một dạng tháp được chế tạo bằng kim loại hoặc bê tông Tiết điện tháp có thể

hình tròn hay hình chữ nhật Dòng khí và dịch trong tháp có thể chuyển động cùng chiểu,ngược chiều hoặc cắt nhau Các mũi phun có thể bố trí một tầng hoặc nhiều

tầng hoặc đặt dọc trục thiết bị Dòng khí thải chứa chất ô nhiễm khi tiếp xúc với dịch

phun trong tháp sẽ cuốn theo dịch phun

Hiệu quả hoạt động cửa tháp còn phụ thuộc vào tính chất của dòng khí thải, dung dịch phun và các thông số động lực học đi trong tháp

I3.2 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

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 chém

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

1.3.3 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 lồng đi vào ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy

chuyển Pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâmbằng 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 khí 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 đung 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 nổng độ cao

Xử lý được với nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải

14 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ SO; BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẮP

THỤ:

1.4.1 Hấp thụ khí SO; bằng nước:

Qúa trình hấp thụ SO¿ bằng nước:

SO, + H,O H* + HSO;3

Hấp thụ khí SO; bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất dé

loại bỏ khí SO; trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp

Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO› bằng nước bao gồm 2 giai đoạn:

>» Hấp thụ khí SO; bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước —scrubơ;

> Giải thoát khí SO¿ ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO; (nếu cần)

và nước sạch

Mức độ hòa tan của khí SOa trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó

nhiệt độ nước cấp vào hệ thông hấp thụ khí SO; phải đủ thấp Còn để giải thoát khí

SO, khoi nước thì nhiệt độ của nước phải cao

Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau

khi ra khỏi thiết bị hấp thụ không thé đạt mức bão hòa khí SO¿,

Để giải hấp thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một

nguồn cấp nhiệt (hơi nước ) công suất lớn đó là một khó khăn ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nnước xuống gần 10°C tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đó cũng là vấn để không đơn giản và khá tốn kém.

Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp hấp thụ khí SO; bằng chỉ áp dụng

được khi:

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

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

-Có sẵn nguồn nước lạnh

-Có thể xả được nước có chứa ít axit ra sông ngòi

Trên hình I.1 là sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SOa bằng nước : | Khi sach thoat ra | S93 Hình L.1 Sơ đồ

Xa đổi nhiệt ; 6-bơm

Aước tam nguội

Hinh I.2 Sơ đô hệ pee luna St, bon as

oxy hóa bằng xúc tác Khi veo

1.4.2 Xử lý khi SO, bang sifa véi ( Ca(OH), ):

Xử lý khí SO; 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 SO; được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SOa

theo phản ứng:

SO, + Ca(OH)2 = CaSO3 + H20 (1)

-10-Trên hình I.3 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO; trong khói thải bằng sữa vôi

Hình I.3 Sơ đồ

hệ thống xử lý khí SOz bằng sữa vôi

huyền phù)

7- may dap

8- may 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 SO; bằng dung dịch sữa vôi tưới lên lớp đệm bằng vật liệu rỗng Nước chua (chứa acid ) chảy ra từ scrubơ có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể: CaSOa.0.5H;O, CaSO¿.2H¿O 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 tỉnh thể sunfit và sunfat canxi Sau bộ phận tách tỉnh thể 2, dung dịcg một phần đi vào tưới cho scrubơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tỉnh 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 số 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 CaSOa và thạch cao (CaSOx.2H;O) Vì vậy, dùng phương pháp tuần hoàn bùn nhão nhiều lần Khi nồng độ khí SO; thay đổi thì lượng dịch thể cấp vào tháp tỷ lệ thuận với sự thay đổi nồng độ SO; trong khí

Hiệu quả hấp thụ SOa bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệ thống

không vượt quá 20 mm cột nước

-ll1l-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 Trường hợp này phản ứng:

CaCOa + SO; = CaS5Oa + CO; (2) Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ

thống xử lý ra có thể được sử dụng làm chất kết đính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung

Một dạng khác của hệ thống hấp thụ khí SO; bằng sữa vôi được áp dụng ở nhà

máy nhiệt điện Battersea ở Anh là người ta đùng nước sông Thame có độ kiểm lớn

và hòa trộn thêm dung dịch đá phấn Sơ đồ hệ thống được thể hiện ở hình I.4:

Khí thải từ lò hơi có nhiệt độ 120°C 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 ta

sông Để thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta hòa vào trong nước dung dịch chất xúc tác mangan sunfat (MnSO¿) hoặc sắt sunfat (FeSO¿)

| Khi soch thoat ra

Hình I.4 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO; trong khói thải của nhà máy

a 2- thiết bị làm sạch

5- thùng chứa 6- thùng cô đặc

7- thùng pha chế sữa vôi mới

8- thùng chứa trung gian có khuấy

9- thùng oxy hóa ( sục không khí)

10- máy vắt khô ly tâm

Khói thải được đưa vào tháp làm nguội và làm sạch bụi trong scrubơ 1 sau khi đã qua cấp lọc thô bằng xiclon ở công đoạn trước

Khói được làm nguội đến nhiệt độ t=60°C, sau đó một phần lớn đi vào tháp hấp thu 4 được tưới dung dịch bisunfit-sufnat canxI mà dung dịch này luôn được bổ sung sữa vôi mới Phần khói còn lại đi vào thiết bị làm nguội 2 để hạ nhiệt độ xuống 40°C

và đi vào scrubơ 3 được tưới dung địch bisunfit-sunfat lấy từ scrubơ 4 Dung dịch tưới cho các scrubơ 1; 3 và 4 đều lấy từ các bể chứa 5

Nước từ trong thùng cô đặc 6 được đưa sang bể số 7 để chuẩn bị sữa vôi mới Từ thùng chứa § sữa cô đặc được đưa sang thùng oxy hóa 9, ở đó quá trình oxy hóa diễn

ra bằng không khí thổi có áp

Kết quả là các tinh thể thạch cao được hình thành Tiếp theo, thạch cao loãng trong thùng 9 được đưa sang máy vắt khô ly tâm 10 để lọc ra thạch cao tỉnh chất CaS O.0,5H;O

Ưu điểm nổi bật của phương pháp xử lý khí SO; bằng sữa vôi là công nghệ đơn giản, chỉ phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông

thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

Khi sach thoal ra 2,4- thiết bị làm

nhiều tầng

5- tháp hoàn nguyên 6- tháp bốc hơi

Khói thải từ lò sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ 1 và được tưới nước

tuần hoàn Khói được làm nguội đến 30°C, còn bụi cần được thải ra ngoài Trong

nước tuần hoàn dùng cho quá trình làm nguội khói trong scrubơ 1 có chứa bụi, SO›

và HạSOa lượng khí SO; khử được trong scrubơ 1 chiếm khoảng 10% lượng SO;

chung trong khóithải khi nồng độ ban đầu của SO; trong khói là 0.3% Nhiệt độ cuối

của nước đạt khoảng 50°C Để nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuống khoảng 27°C trong thiết bị làm nguội(thiết bị trao đổi nhiệt) số 2

thiết bị 2 có thể là tháp làm mát, lúc đó không khí đi qua tháp phải được thải ở độ cao thích hợp để để phòng sự lan tỏa khí SO; từ nước thoát ra trong quá trình làm

-

13-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 SO; được thực hiện trên

nhiều tầng, mỗi tầng hấp thụ được tưới 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 cẩn sự thất

thoát khí NHạ 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 kể với tầng trên cùng

1.4.3.1 Xử lý SO› bằng aqmoniac có chưng áp

hệ thống xử lí khí

SO, bang amoniac

có chưng áp 1- tháp hấp thụ

4- thiết bị bốc hơi chân không

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 lương 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 SO¿ bằng amoniac có chưng áp là sản phẩm

cuốicùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat

1.4.3.2 Xử lý khí SO› bằng amonmiac và vôi

Hình I.8 Sơ đồ

hệ thống xử lý khí

SOz bằng amoniac

kết hợp với vôi 1,2- scrubd 3- thùng phản

Ny

Khi sạch

Khi vao ra

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 SO; của phương pháp amoniac- voi có thể đạt 95%; nồng độ NH3

theo khí sạch thoát ra ngoài khoảng 0.001%

Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp amoniac đơn thuần là rất ít tốn

amoniac và có thể áp fụng để khử SO; 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

L4.4 Xử lý khí SO; bằng magie oxit (MgO)

Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:

MgO + SO; = MgSO;y (3)

Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO; để cho bisunfit:

MgSO: + 5O; + HO = Mg(HSO2); (4)

Một phần Magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat:

2MgsSO3 + O2 = MgSO, (5)

Magie sunfat không có hoạt tính đối với SOa do đó phản ứng oxy hóa sunfit (5) là không mong muốn Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO¿ trong dung dịch làm việc đạt 120 + 160 g/1 thì quá trình oxy hóa sùnit 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 + H20 (6)

Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSOa sẽ kết tủa

thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50°C hexahydrat biến thành

trihydrat MgSO3.3H,0

Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyén phi, s4y khé va xử ký nhiệt ở

nhiệt độ 800 + 900°C để thu hổi MgO và SO¿

Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO, dim đặc có thể đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất

I4.4.1 Phương pháp magie oxi “kết tình ” theo chu trình

Hình I.9 Sơ đồ hệ thống

xử lý SO; bằng magie oxit

Khi Sach thoat ra

5,6- xiclon thủy lực

7- máy lọc ép

8- máy lọc chân không có băng tải

9- lò nhiều tầng

Khói thải cần xử lý SO; được đưa vào scrubơ 1 trong đó được tưới dung dịch

huyền phù MgSOa.6H›O và MgO Khí SO; trong khói thải sẽ bị khử theo phản ứng

(3)và (4), khí sạch thoát ra ngoài Sau khi ra khỏi scrubơ 1, một phần dung dịch đã bị oxy hóa chảy vào bể chứa 3, tại đây nhờ có bộ phận đo liều lượng 4, MgO được bổ sung vào bể chứa Lượng MgO bổ sung pụ thuộc vào lượng SO¿ khử được Từ bể

chứa 3 dung dịch với tỷ lệ rắn-lỏng ~ 0.1 được đưa lên tưới cho scrubơ sau khi đã được lọc các hạt cứng ở bộ lọc 2 Một phần dung dịch ra khỏi scrubơ 1 được đưa sang xiclon thủy lực 5 và 6 phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ chảy xuống máylọc chân

không có băng tải số § để tách tinh thể MgSOa.6H;O phần nổi bên trên xiclon cũng còn lẫn nhiều cặn bùn được đưa sang máy lọc éP 7 để loại bở cắn bùn, phần dung dịch còn lại ở các bộ lọc 7 và 8 chảy trở về bể chứa 3 để chuẩn bị dung dịch tưới mới

Các tinh thé MgSO3.6H,O thu được ở bộ lọc băng tải được đưa sang lò nung 9, ở

đó dưới tác đụng của nhiệt độ cao (800+900oC) do đốt nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí

đốt, phản ứng (7) sẽ xảy ra, khí SO; thoát ra với độ đặm đặc khoảng 18+20% dùng

cung cấp cho công đoạn sản xuất axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất, còn magie oxit được hoàn nguyên và đưa về bể 3 để pha chế dung dịch mới

+ tháp bị bám nhiều tinh thể magie sunfit

1.4.4.2, Phương pháp magie oxit “không kết tỉnh ”

Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubơ bị đóng cắn nhanh chóng bởi các tỉnh thể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử SO¿ bằng magie oxit

“không kết tinh” Thực chất của 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 scrubơ chảy ra kết hợp với MgO theo phản ứng (9), nhờ đó lượng magie sunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2 + 3% và thiết bị hoạt động được nhẹ nhàng hơn

Hình I.10 Sơ đồ hệ thống xử lý SO; bằng MgO

5,6,7,8,9- như trong sơ đổ

9 10- thùng chuẩn bị dung dịch mới

16

-1.4.4.3 Phương phap magie oxit sui bot

4- thùng chứa và

pha chế dung dịch mới

5,6,7,8,9- như trong các sơ

đồ hình 9,10

Ưu điểm nổi bật của hệ thông “sủi bọt” là tháp hấp thụ không cần lớp đệm băng

vật liệu rỗng Do đó vấn dé đóng cắn bẩn gây tắc lớp đệm là không xảy ra Tuy nhiên đo dòng khí thải sục qua lớp dung dịch nên sức cản khí hộng của hệ thống tương đối cao và vì vậy vận tốc dòng khí đi qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ

phải hạn chế ở mức thấp

1.4.4.4 Phuong phdp magie oxit két hop véi potas (kali cacbonat)

Nhược điểm của phương pháp khtt SO2 bing magie oxit lA hé théng thường bi đóng cắn bởi các tinh thể không hòa tan Vì thế người ta tìm kiếm các biện pháp để

tận dụng được ưu điểm của phương pháp tuần hoàn magie oxit mà tránh đựơc nhược điểm vừa nêu trên đây Điều này có thể đạt được nhờ phương pháp magie oxit — potas, trong đó không đùng các muối magie dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùng dung địch kali cacbonat và kali sunfat l3 những chất hoàn toàn hòa tan trong nước

17-phương pháp có tuần hoàn theo chu trình đối với cả K;SOa lẫn MgO, áp dụng được cho trường hợp khói thải có nhiệt độ cao và chứa nhiều bụi mà không cần phải làm nguội và lọc bụi trước khi đi vào hệ thống xử lý SO;

Nhược điểm chủ yếu của các phương pháp nêu trên so với phương pháp oxit

magie đơn thuần là dung dịch hấp thụ SO; của dung dịch làm việc không cao băng dung dich magie oxit

1.4.5 Xu ly khi SO, bang kém oxit ZnO

Xử lý khí SO¿ bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magie tức là dùng phản ứng giữa SO; với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau

đó dùng nhiệt để phân ly thành SO» va ZnO

Ưu điểm chính của phương pháp này là quá trình phân lý kẽm sunfit ZnSOa thành

SO, va ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt

đối với MgSOa Ấp suất bão hòa của SO; trên MgSOa bằng 1 atm ở nhiệt độ 650°C,

trong lúc đó đối với ZnSOa áp suất bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260°C Điều đó cho phép tiến thành phan ly ZnSO; trong lò múp và thu hồi SO; với nồng độ

~ 100%, trong lúc MgSOa được phân ly trongdòng sản phẩm cháy của nhiên liệu

nung và chỉ đạt nồng độ không quá 15 +20%

I.4.5.1 Phương pháp kẽm oxử 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 Phần ứng xảy ra trong scrubơ như sau:

Kém sunfit hinh thanh từ phản ứng trên là loại muối kém hòa tan trong nước và kết tủa dưới dạng các tinh thể ZnSOa.5HO trong bể tuần hoàn có khuấy Tinh thé 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 thi được sấy khô và đưa vào lo nung để hoàn nguyên kẽm oxit và thu hổi SO¿ nồng độ cao (100%) Khí SO; 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 SO; và tiêu hao nhiều kẽm oxit đo có hiện tượng oxy hóa kếm 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

1.4.5.2 Phương pháp kém oxit két hop véi natri sunfit

Hình I.13 Sơ đồ hệ thống xử

li SOz bằng kẽm oxit kết hợp

với natri sunfit

1- stubd 2,5- bể lắng

3,4,7- thùng phản ứng 6,8- thiết bị lọc chân không

Khi sach hoot ra

9- máy sấy hình trống

10- lò nung hoàn nguyên ZnO và thu hồi SO;

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

nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO; đạt 96 + 98% Nhưng nhược điểm chủ yếu

là hệ thống xử lý khá phức tap va tiéu hao nhiều muối natri

14.6 Xử lý khí SO; bằng các chất hấp thụ hữu cơ:

Quá trình xử lý khí SO; trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dung nhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO› được sử đụng phổ

biến là các amin thơm như anilin C¿ẴH:NH;, toluiđin CHaC¿HuNH;, xyliđin

(CH3)2C6H3NHz2 va dimetyl-

anilin Ca¿HsN(CHa)¿

Ấ#/sacÄ fhoát ra 50, Hình I.14 Sơ dé hệ thống

| xử lí khí SOz theo quá trình

sunfiđin 1- thiết bị trao đổi nhiệt( làm nguội)

hấp thụ Trong quá trình hấp thụ SO; bằng xilidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể,

do đó cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1 khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thụ có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ 4 để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric loãng

-

19-Chương I: DE XUAT VA THUYET MINH QUI TRINH CONG NGHE

II] YÊU CẤU THIET KE:

Thiết kế tháp đệm sử dụng dung dịch Ca(OH); hấp thu khí thải SO; từ nhà máy phát điện

- _ Lưu lượng khí thải: 6000 m”h

- Nédng dd SO, ban dau 1413 ppm

- Nhiệt độ khí thải là 57°C

- _ Áp suất là P=l at

lI.2 ĐỂ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ:

Công nghệ lựa chọn:

s Hấp thu khí SO; bằng sữa vôi

Dung môi sử dụng là dung dịch sữa vôi Ca(OH); vì:

Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao CaSOx không gây ô

nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn

Là loại dung dịch rẻ tiền, đễ kiếm

Tính ăn mòn thiết bị yếu ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý

Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ các acid SOa, CO¿, còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói

Theo yêu cầu của đồ án

s* Vật liệu chế tao tháp hấp thu:

Do phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật

liệu chế tạo tháp hấp thu và các đường ống dẫn khí được chọn là loại thép hợp kim

đặc biệt thuộc nhóm thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện

làm việc của thiết bị

Thiết bị xử ly: tháp hấp thu làm bằng vật liệu thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ do:

Có khả năng chịu đựng môi trường hoá chất và nhiệt độ cao

Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí - lỏng

để quá trình hấp thu xảy ra triệt để hơn Bố trí chuyển động ngược chiểu: khí chuyển động từ dưới lên, dung dịch từ trên xuống

-20-O Ngoài ra lớp đệm vòng sứ còn có tác dụng va đập, kết dính bụi và kim loại nặng trong khí thải vào dung dịch hấp thu sau đó được tách ra ở dạng cặn trong bể

lắng

lo Có tấm thép chống gỉ đục lỗ để đỡ và phân phối đều khí qua tiết diện ngang

của tháp

Nhược điểm chính là phát sinh một lượng nước thải Nhược điểm này có thể khắc

phục bằng cách sử dụng tuần hoàn dung dịch xử lý nhằm triệt để lượng hoá chất trong dung dịch và giảm lượng nước thải ra ngoài Theo phương pháp này, dung dịch xử lý được

sử dụng tuần hoàn theo một chu trình kín, chỉ thải bỏ một lượng nhỏ khi tháo cặn bùn từ

bể lắng

Sơ đồ quy trình công nghệ:

$ Quy trình xử lý khí thải được lựa chọn:

21-1.3 THUYET MINH QUY TRINH CONG NGHE XỬ LÝ KHÍ:

Vì néng d6 bui tung ddi cao, vudt tiéu chuan cho phép (theo TCVN 5939 — 1995: tiêu

chuẩn B là 500 mg/m”) nên ta phải xử lý bụi Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô, cho

khói thải đi qua Xyclon thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm Sau đó được đưa qua

thiết bị giải nhiệt để làm hạ nhiệt độ xuống

Khí thải một phần đã được làm sạch, đùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên Dung dịch hấp thu được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được đĩa phân phối tưới đều lên lớp vật liệu đệm Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lồng từ trên xuống qua lớp đệm,

cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ Dung dịch SO; lắng xuống đáy tháp và được đưa đến bể xử lý Khí ra ở đỉnh tháp được quạt hút đưa ra thiết bị lọc bụi tnh điện để loại bỏ lượng bụi còn sót lại,sau đó được đưa ra môi trường ngoài thông qua ống khói cao

để phát tán

Khí sạch được thải ra ngoài môi trường có nồng độ SO; đạt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 - 1995 cột B)

Xử lý sơ bộ dung dịch xử lý:

Dung dịch xử lý khí thải được sử dụng tuần hoàn, khi tiếp xúc với khí thải các phan

ứng hoá học xảy ra giữa dòng khí có tính acid và dung dịch kiểm, đó là phản ứng trung hoà Dung dịch cũng lôi cuốn theo tro bụi trong khí thải Theo thời gian, dung dịch sẽ giảm dần pH và chứa nhiều cặn Khi bổ sung dung dịch mới, một lượng dung dịch cũ được thải

bỏ Vì vậy, bể lắng cặn ngoài tác dụng làm trong dung địch tuần hoàn còn có tác dụng xử

lý sơ bộ nước thải trước khi thải ra ngoài

-22-Chương II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THẮP HẮP THU SO,

11.1 TINH TOAN CAC DONG VAT CHAT - ĐƯỜNG CÂN BẰNG PHA

HL.1.1.Xác định các dòng vật chất:

G.,,Y Las Xa Ga, G : suất lượng hỗn hợp khí đầu vào — ra (kmol/h)

La, L : suất lượng Ca(OH); đầu vào - ra (kmol/h) Ya,Y : Nồng độ đầu và cuối của SO; trong pha khí

(kmol/kmol tro) Xa,X : Nồng độ đầu và cuối của SO; trong pha lỏng

Ta cd: Py, = Pso, + Pn = Mo, P Pso, +M /P, | Trong đó: To 1A nhiét d6 pha khié diéu kién chuẩn = 273°K

T là nhiệt độ pha khí trong điều kiện ta đang xét = 57 + 273 = 330°K

Mẹo, M„ phân tử gam của SO; và không khí

Đz„ áp suất riêng phần của SO; trong 1mẺ hỗn hợp khí

Nso, =— +273) Cf 3

P,, = Voi ty = 2 = gh = = 0,052 (mol

23

-Với [SO, |, là nồng độ SO¿ ban đầu :

Suy ra Py = 1900 =1,408x10'(a) = 1,07 mưnaHg

P¿„: áp suất riêng phần của khí trơ

Po: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn = 760 mmHg

P,, = Py — Pso, = 760—1,07 = 758,93 mmHg

273 22,4.(57 + 273).760

Nồng độ SO, theo moi ; :[SO, |= =0 s2mol/’

Nồng độ phần mol hay phần thể tích của SO; trong hỗn hợp khí đầu vào:

Ya 36.9 = 0,001413( olhhkhi

3

Tỉ số mol của SO; trong hỗn hợp khí đầu vào:

Y,=-—72 ~_ 0001412 _ 0 001415 I—y, 1—0,001413 Gmol SO, ! molkhf)

Xa : phần mol SO¿ trong pha lỏng

Giả sử ban đầu dung dịch là dung dịch sạch nên X¿ = 0

oS Đầu ra: SO; đầu ra yêu cầu đạt tiêu chuẩn loai B (0,5 g/m’)

-24-0,5 Nồng độ mol ctia SO? dau ra: [SO, |, = 647 0,0078125(mol/m’ )

Nồng độ phan mol hay phan thé tich cia SO, trong hén hop khí đầu ra:

HI.1.2.Xác định suất lượng Ca(ORH); cho quá trình hấp thu - Đường cân bằng pha:

Lưu lượng pha lỏng (Ca(OH);) được tính bằng phương pháp đồ thị Dựng dé thi với các trục toạ độ là Y (Y‹») — X Trên đồ thị ta dựng phương trình đường cân bằng và đường làm việc của quá trình hấp thu

Đường cân bằng thu được từ quá trình thực nghiệm: (với hệ Ca)

log 2= 3,58 +1,87log [SO2] + 2,24x10°T — 1960/T

Với T =40°C= : nhiệt độ làm việc ctia thap (nhiét d6 khi 57°C nhiét độ nước 23°C)

Pyo,: 4p suất riêng phần của khí SO; trong pha khí

[SO2]: nông độ SOz trong pha lỏng

> M ni = VM so, + — Yn) My = 0,81236.107.64 + (1 — 0,81236.10™ )29 =2 9,028(g/mol)

-Sơ đề đường cân bằng và đường làm việc theo X (kmol SO2/

TT kmolCafOH})2) va ¥ (kmol SO2/ kmol tre)

Nổng độ dung dịch ra khỏi tháp : X, = L (Y, -Y.)

V6i : Gx : suat ludng cfu tt tro G,, = G,,(1-Y,)

Mà: Suất lượng mol hỗn hợp:

(273+57)°K 760mmHg 224m !kmol

Suất lượng cấu tử trơ trong pha khí:

G, =G,,(1-Y,) = 233,626 x (1 — 0,001415) = 233,295(kmol/h)

Ty dé thi dung c4n bing, ta tinh dude: X; = 0,001975(molSO, / moldd)

Lượng dung môi tối thiểu:

L.=G Ởa ~¥.) _ 233,295, (0.001415— 0,0002117) in =Gy = 142,14(kmol /h)

x’ 0,001975

Lượng dung môi cần thiết:

L = PLoin

Vậy phương trình đường làm việc đi qua 2 diém: A (Xa, Y-)_ B(X., Ya)

Phương trình đường làm việc: Y=0,9185X + 0,21176.103

Nồng độ phần khối lượng của SO; trong hỗn hợp khí đầu vào:

Khối lượng cấu tử phân tán SO; còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:

Gšo = Gạo, — M = 5,56.10 — 4/726.10° = 0,834.10°(&g/s)

Lưư lượng khí đầu ra:

G, = Gio, + G4 = 0,834.10 + 1,782 = 1,7828(kg /s)

213,21x (40 +172)

3600

Lưu lượng Ca(OH); đầu vào: Lạ = L = = 4,40 (kg/s)

Lưu lượng Ca(OH); đầu ra: L„ = Lạ + M = 4,40 + 4,726.10° = 4,404 (kg/s)

lll.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CUA THAP HAP THU:

HI.2.1.Xác định đường kính tháp hấp thu:

Đường kính tháp hấp thu đuợc xác định từ phương trình lưu lượng theo pha liên

tục:

-28-Trong đó: Gạ: Lưu lượng trung bình của pha khí (kg/s)

px : khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg/m”)

œy : Vận tốc khí qua tiết diện tháp (m/s) Tinh Gu:

Lưu lượng trung bình của pha khí:

Tinh px:

Khối lượng riêng trung bình của pha khí:

Py = p, = 1,072(kg/m’ )

Tính vận tốc khi a:

Ta có: @=@,xn Với œ; : vận tốc tới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo

(chuyển từ chế độ chảy màng sang dạng như sương)

Ta xác định œ; theo công thức sau:

Trong đó:

g : gia tốc trọng trường = 9.81 (m7/s)

c : Thể tích tự do của tầng vật chêm (m*/m*)

Pytb, px : Khối lượng riêng trung bình của pha khí và lồng (kg/m?)

Lx, : độ nhớt vận động của nước ở nhiệt độ dòng khí 40°C và ở 20°C

Lig, Gụ : suất lượng trung bình của đòng lỏng và khí (kg/s)

dc : Đường kính tiết diện rãnh giữa các đệm (m)

Gia trị của A,B trong công thức được chọn theo bảng:

29

Tra bảng IX.8 trang 193- Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 2:

Chọn vòng sứ đổ đống (lộn xôn, ngẫu nhiên) kích thước: 25x 25 x 3 (mm)

Lưu lượng khí trung bình: Gy =1,785 (kg/s)

Khối lượng riêng của chất lỏng pị= 984,35kg/m”

Khối lượng riêng của chất khí py= 1,072kg/m°

Độ nhớt của nước ở 40°C: px = 0,6560 x 10° (Ns/m? )

DO nhét cia nude 6 23°C: py = 0,9385 x 10° (Ns/m’ )

30

Do đó vận tốc khí đi qua tiết diện tháp: œx = @; Xn = 3,17 x0,44= 1,3948(m/s)

—> Giá trị đường kính tháp ứng với œ= 1,3948(m/s)

Từ các giá trị trên,thay vào phương trình (*),ta được:

D= 0,785 x1,072x1,3948 1,785 =1,23 (m)

Ta chọn đường kính tiêu chuan D= 1,2 m

Tính lại vận tốc làm việc chính xác ứng với đường kính D =1,2 m

-31-Vận tốc khi qua tiét dién thap: @, = 1,47 m/s

HI.2.2.Xác định chiều cao lớp đệm:

Chiểu cao lớp đệm hấp thu H thường được xác định theo số đơn vị truyền khối (N ») và chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối ( Hạ; )

H=N,,xH,,

III.2.2.1.Xác định số đơn vị truyền khối:

Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức:

theo Y va 2 truc Y,, Ya = const

Chon X, thay déi từ (0 — 1,35 x 10°) véi buéc 0.05 x 10°

Với T =40”C= : nhiệt độ làm việc của tháp( nhiệt độ khí 57°C ,nhiệt độ nước 23°C)

Pro, : ấp suất riêng phần của khí SO; trong pha khí

[S02]: néng 46 SO> trong pha lỏng

*

SO, X= Mu, hhkhi

— SƠ, [so, Mae hờ

Ma# Y =

Từ các số liệu trong bảng ta dựng được đồ thị:

- 33 -