Tiểu luận - kỹ thuật cháy - đề tài - KIỂM SOÁT SOx TRONG KHÓI THẢI

Trong quá trình cháy than,toàn bộ lưu huỳnh có thể cháy được trong than dưới tác dụng của nhiệt độ ,sẽ phân hủy và chuyển thành khí SO2 ,sau đó trong môi trường nhiệt độ cao của buồng l

TRONG KHÓI THẢI

I TỔNG QUAN VỀ KHÍ SOx

BUỒNG LỬA.

V TÀI LIỆU THAM KHẢO.

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

I TỔNG QUAN VỀ KHÍ SOx

• Lưu huỳnh là nguồn gốc của khí SOx

• Lưu huỳnh có trong than đá và nhiên liệu lỏng nhưng không tồn tại trong nhiên liệu khí, gỗ

• Trong nhiên liệu lỏng hàm lượng lưu huỳnh

chiếm 2-4% khối lượng.

• Mỗi loại nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh khác nhau

Tác hại của

SO2

Con người

Thực vật

Nguyên,

vật liệu

Tạo thành acid khi tiếp xúc với mắt

Gây co giật, tăng tiết dịch niêm mạc ở khí quản

Xâm nhập vào huyết mạch khi tiếp xúc với bụi < 2-3 μm

Xâm nhập vào cơ thể qua da kiềm trong máu giảm, ammoniac thoát ra, ảnh hưởng tuyến nước bọt

Khi hòa tan với nước bọt có thể vào cơ thể qua đường hô hấp & tiêu hóa

Trong máu, làm rối loạn chuyển hóa đường & protein, gây thiếu vitamin B & C, gây tắc nghẽn mạch máu & giảm khả năng vận chuyển oxy, gây co hẹp dây thanh quản

Tác hại SO2 đối với con người

Một số giới hạn nồng độ của SO2

Hàm lượng

0,15-0,30 ppm

Thực vật nhạy cảm ( nấm, địa y) bị ngộ độc cấp tính

12

Quá trình hình thành mưa acid

S + O2 → SO2

2SO2+O2→2SO3

SO3 + H2O → H2SO4

Quá trình hình thành mưa acid

Ảnh hưởng của mưa acid lên ao hồ và hệ thủy sinh vật

• Tạo nên các nước nhầy trong mang => khả năng hấp thu

oxygen giảm & làm cho cá bị ngạt

• Mất cân bằng Canxi => giảm khả năng sinh sản, trứng bị

hỏng & xương sống yếu đi

• Khi pH thấp đến 5,9 Al2+ trong đất bị phóng vào ao hồ,

Al2+ làm hỏng mang cá và tích tụ trong gan

16

Ảnh hưởng của mưa acid lên thực vật và đất

Làm hư hỏng tầng đất màu nhạy cảm

Phóng thích ion nhôm, chúng bị hấp thụ bởi rễ cây

SO2 tồn đọng dưới mặt đất, khi tiếp xúc với lá cây => tắt các thể soma => khó quang hơp

18

Ảnh hưởng của mưa acid đến khí quyển

Các hạt sulphate, nitrate làm hạn chế tầm nhìn

Khả năng lan truyền ánh sáng

20

Ảnh hưởng của mưa acid đến các công trình kiến trúc

Hư hỏng các tòa nhà, cầu đường, tượng đài

Giảm tuổi thọ của các công trình

Ăn mòn kim loại, đá, gạch

22

Ảnh hưởng của mưa acid đến các vật liệu

Các hạt

acid

Qua hệ thống thông khí

Vào thư viện, bảo tàng

Vải sợi, sách, đồ cổ hỏng

25

Trong quá trình cháy than,toàn bộ lưu huỳnh có thể cháy được trong than dưới tác dụng của nhiệt độ ,sẽ phân hủy và chuyển thành khí SO2 ,sau đó trong môi trường nhiệt độ cao của buồng lửa một bộ phận của cháy sẽ kết hợp với O2 tạo thành khí SO3

cùng với sự xúc tác của bề mặt đốt

S -> SO2 -> SO3

Thông thường trong tổng lượng khí SO3 sinh ra chỉ có khoảng

0,5% đến 2% phát ra môi trường dưới dạng khí SO3 ,số còn lại thoát ra dưới dạng khí H2SO4

III Cơ chế hình thành SOx trong buồng lửa

Trong quá trình làm lạnh khói,khí axit có thể ngưng kết thành nước axit lên bề mặt kim loại trao đổi nhiệt gây nên hiện tượng

ăn mòn nghiêm trọng Khí SO2 thải ra môi trường dưới tác

dụng xúc tác của các bụi kim loại trong khí quyển sẽ oxy hóa tạo thành khí SO3 Khí SO3 gặp nước trong không khí sẽ tạo thành sương axit ,bụi axit hoặc mưa axit,không những gây ô nhiễm cho bầu khí quyển mà còn gây nên hiện tượng ăn mòn các thiết bị cháy than

S -> SO2 -> SO3 -> H2SO4

 Nguyên lý hình thành khí SO2

Lưu huỳnh ở trong than dưới dạng hữu cơ hoặc vô cơ ( pirit) Lưu huỳnh hữu cơ kém bền vững hơn lưu huỳnh vô cơ nên

phần lớn lưu huỳnh hữu cơ giải phóng theo chất bốc dưới

dạng H2S trong giai đoạn thoát khí

 Sự hình thành SO2 từ chất bốc dưới dạng H2S.

H2S cháy tạo chủ yếu SO2 và H2O

H2S + O2 -> 2SO2 + H2O Chỉ một phần H2S cháy tạo SO3

H2S + O2 -> SO3 + 2H2O

Ở nhiệt độ ngọn lửa SO3 không bền và phần lớn phân hủy thành SO2 và O2

SO3 -> SO2 + 0,5 O2

29 Hình 6.4 Mối quan hệ giữa lưu huỳnh trong chất bốc và hàm lượng lưu

huỳnh trong than,

 Oxy hóa lưu huỳnh hữu cơ

Trong môi trường oxy hóa,toàn bộ lưu huỳnh hữu cơ sẽ chuyển hóa thành SO2 theo phản ứng sau :

RSH + O2 -> RS + HO2

RS + O2 -> R + SO2

 Oxy hóa lưu huỳnh từ FeS2 (pirit sắt )

4FeS2 + 11O2 -> 2Fe2O3 + 8SO2

 Oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố

Trong ngọn lửa của các hợp chất sunfua người ta đều phát hiện có nguyên tố lưu huỳnh dưới dạng chất hợp thành S8 ,quá trình cháy tiến hành như sau:

 Oxy hóa SO

SO + O2 -> SO2 + O

SO + O -> SO2

 Oxy hóa CS2 và COS

CS2 và COS là những chất trung gian tạo thành trong phản ứng dây chuyền tạo nên

 Sự hình thành SO3 cần có chất xúc tác,nó có thể diễn ra

trong ngọn lửa hoặc trong vùng làm nguội

SO2 + 0,5 O2 •↔ SO3

Chất xúc tác có thể là vanadium,silizium,oxit sắt,v.v…Hiệu quả cuối cùng của sự oxy hóa lưu huỳnh trong than là hơn 95% SO2 được tạo thành,SO3 chiếm một tỷ lệ nhỏ Vì vậy khi nói về phát tán của oxit lưu huỳnh chủ yếu là nói về

SO2,còn khi nói về sự ăn mòn nhiệt độ thấp của khói thì SO3đóng vai trò quyết định

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

• Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước – scrubo

• Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi nước sạch

và SO2 nếu cần

 Qúa trình diễn ra theo phản ứng sau :

SO2 + H2O = H+ + HSO

3-1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

 Thuyết minh sơ đồ :

• Hỗn hợp khí cần xử lý chứa SO2 và không khí được máy nén khí đưa vào từ dưới đáy tháp.

• Nước từ bể chứa được bơm ly tâm đưa vào tháp hấp thụ, trên đường ống nước vào có van điều chỉnh lưu lượng và đồng hồ đo lưu lượng để điều chỉnh lưu lượng nước vào tháp thích hợp tưới từ trên xuống dưới theo chiều cao tháp.

• Hỗn hợp khí sau khi đi qua lớp đệm xảy ra quá trình hấp thụ sẽ đi lên đỉnh tháp

và ra ngoài theo đường ống thoát khí Khí sau khi ra khỏi tháp có nồng độ SO2giảm, mức độ giảm tùy thuộc vào hiệu suất của tháp hấp thụ.

• Nước sau khi hấp thụ SO2 đi xuống đáy tháp và đi ra ngoài ống thoát chất lỏng

• Nước sau khi hấp thụ nếu nồng độ SO2 cao sẽ được xử lý và tái sử dụng.

1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

 Lưu ý :

• Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ

nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp

• Còn để giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ nước phải

cao Cụ thể là ở nhiệt độ 1000C thì SO2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn hơi nước

• Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được SO2 với

độ đậm đặc khoảng 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric

1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

 Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp

1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

 PP hấp thụ khí SO 2 bằng nước nên được áp dụng khi :

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

• Có sẵn nguồn cấp nhiệt với giá rẻ

• Có sẵn nguồn cấp lạnh

• Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi

1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

 Nhược điểm :

• Để giải thoát khí cần hấp thụ phải đun nóng 1 lượng nước rất lớn, tức phải có 1 nguồn nhiệt công suất lớn Đó là 1 khó khăn

• Ngoài ra để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 100C, tức phải cần đến nguồn cấp

lạnh Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém

1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC

 Là pp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

2 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG ĐÁ VÔI CaCO3, VÔI NUNG CaO HOẶC VÔI SỮA Ca(OH)2 :

•

2 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG ĐÁ VÔI CaCO3, VÔI NUNG CaO HOẶC VÔI SỮA Ca(OH)2 :

 Sơ đồ của hệ thống :

2 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG ĐÁ VÔI CaCO3, VÔI NUNG CaO HOẶC VÔI SỮA Ca(OH)2 :

 Thuyết minh sơ đồ :

• Nếu nồng độ bụi tương đối cao hơn so với nồng độ cho phép ( >200mg/m3 ) Thì ta phải cho dòng khí thải có chứa bụi đi qua Cyclone để thu hồi bụi

• Do nhiệt độ dòng khí thải cao nên sau khi qua Cyclone, dòng khí được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ

xuống thích hợp cho quá trình hấp thụ xảy ra hiệu quả

• Dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên

• Dung dịch hấp thụ là Ca(OH)2 ( vôi + nước ) được bơm từ

thùng chứa lên tháp và tưới trên lớp vật liệu đệm theo chiều ngược với chiều dòng khí đi trong tháp

2 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG ĐÁ VÔI CaCO3, VÔI NUNG CaO HOẶC VÔI SỮA Ca(OH)2 :

 Ưu điểm :

• Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%

• Nguyên liệu vôi đươc sử dụng 1 cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung

• Công nghệ đơn giản, chí phí đầu tư ban đầu không cao

• 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

2 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ SO2 BẰNG ĐÁ VÔI CaCO3, VÔI NUNG CaO HOẶC VÔI SỮA Ca(OH)2 :

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

Phản ứng tạo ra muối amoni sunfit và muối amoni bisunfit

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng NH3 theo chu trình

48

Thuyết trình sơ đồ :

 Khí thải từ lò sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubo 1 và được nước tưới tuần hoàn

 Để nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuống khoảng 27 độC do nước sau khi tuần hoàn có nhiệt độ khoảng 50 độ C trong thiết bị làm nguội (thiết bị trao đổi nhiệt ) số 2,thiết bị 2 có thể

là tháp làm mát.

 Từ scrubo 1 khí đã được làm nguội và đi vào tháp hấp thụ số 3, tại đó quá trình hấp thụ SO2 được thực

hiện trên nhiều tầng, một tầng hấp thụ được tưới dung dịch theo chu trình kín, trong khí 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 cản sự thất thoát khí NH3 đi theo khói thải ra ngoài

 Dung dịch đi ra ở tầng hấp thụ dưới cùng có chứa nhiều amoni bisunfit NH4HSO3 được tích thụ một phần

để đưa vào tháp hoàn nguyên 5, trong đó được cấp nhiệt bằng hơi nướcbão hòa khô (đi trong dàn xoắn) để đun nóng dung dịch

 Dung dịch sau khi hoàn nguyên xong ( chứa amoni sunfit) được làm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt 4

và đưa vào chu trình tưới

 Để tách amoni sunfit hình thành trong qua trình hấp thụ ra khỏi dung dịch, một phần dung dịch sau khi hoàn nguyên được đưa sang thiết bị 6, tại đây người ta cấp nhiệt cho nước bốc hơi, phần còn lại được làm nguội và kết tinh trong thùng 7.Các tinh thể sunfat được vắt khô trong máy quay ly tâm 8 còn phần dung dịch thì quay về chu trình tưới.

 Ngoài amoni sunfat, trong dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ 3 còn có thể có thiosunfat Do đó một phần dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ 3 được đưa sang xử lý ở nồi chưng áp 9 Ở đây dưới áp suất và nhiệt độ 1400C sunfit, bisunfit và thiosunfat amoni phân hủy thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất

 Dung dịch amoni sunfat được tách khỏi lưu huỳnh bằng phương pháp lắng và đi vào tháp bốc hơi 6 ,

còn lưu huỳnh đơn chất được đỗ ra khuôn

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng NH3 có chưng áp

- Khí thải sau khi được lọc sạch bụi đi vào tháp hấp thụ 1, ở đó dung dịch hấp thụ được tưới theo chu tr.nh tuần hoàn Nồng độ muối amoni trong dung dịch hấp thụ đạt khoảng 45% Người ta bổ sung vào dung dịch tưới một lượng 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 Ở đây người ta tách một lượng nhỏ axit sunfuric vào dung dịch và đun nóng đến nhiệt độ 180 độC với áp suất dư 14 atm Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất nêu trên quá trình oxi hóa tự động xảy ra để tạo thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất

- Sau khi hoàn thảnh phản ứng oxi hóa, các chất trong thùng trưng áp nguội dần,

áp suất dư giảm xuống đến 3,5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra

đổ thành khuôn.

- Phân dung dịch nổi bên trên được đưa sang thiết bị bốc hơi chân không 4 rồi đưa qua

máy lọc ly tâm 5 để tách amoni sunfat

Thuyết trình sơ đồ :

 Đặc điểm của phương pháp xử lý SO 2 bằng amoniac có chưng

áp là sản phẩm cuối cùng thu được chủ yếu gồm amoni

sunfat.

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng NH3 kết hợp với vôi

Thuyết trình sơ đồ :

- Hỗn hợp hơi nước và amoniac được phun trực tiếp vào khói thải trên đường ống

dẫn vào hệ thống hai scrubo lắp nối tiếp 1 và 2 Khí SO 2 trong khói thải kết hợp với

amoniac tạo thành sunfit và bisunfit amoni

- Trong scrubo 1 phần lớn tro bụi và các sản phẩm sunfit, bisunfit được loại ra khỏi dòng khí và theo dung dịch tưới chảy xuống thùng chứa 7 Tại đây nhiệt dộ khí cũng hạ xuống còn khoảng 60 0 C Tiếp theo khí đi vào scrubo 2 và các sản phẩm tạo thành từ SO 2 và

amoniac còn sót lại tiếp tục bị tách ra khỏi dòng khí và theo dung dịch chảy xuống thùng chứa 8 Một phần dung dịch tưới từ scrubo 2 chảy xuống thùng chứa 8 được đưa sang tưới cho scrubo 1 và một lượng dung dịch mới được bổ sung vào thùng 8.

- Dung dịch đã bảo hòa ở thùng chứa 7 được đưa sang thùng phản ứng 3, tại đó sữa

vôi và hơi nước được cấp vào để kết hợp với sunfit và bisunfit amoni tạo thành sunfit và sunfat canxi theo phản ứng sau đây:

ra ở máy lọc ly tâm 5 và dung dịch trong một phần đưa về thùng 8 để tham gia vào chu tr.nh tưới

cho scrubo 2, phần c.n lại chảy vào thùng 6 để pha chế sữa vôi mới Cặn thu được ớ máy lọc ly

tâm 5 không chưá canxi bisunfit có tính chất hòa tan nên có thể loại bỏ hoặc được sử dụng như vật liệu san lấp, làm nền đường…

• hệ thống có thể làm việc với lưu lượng rất lớn.

 Nhược điểm của phương pháp này là lượng phế thải nhiều

 Ưu điểm :

• Hiệu quả rất cao , chất hấp thụ dễ kiếm

• Thu được muối amoni sunfat là một loại phân bón

 Nhược điểm :

• Rất tốn kém , chí phí đầu tư và vận hành rất cao

 ĐÂY LÀ 1 SỐ PHƯƠNG PHÁP ÍT ĐƯỢC DÙNG TRONG

CÔNG NGHIỆP VÌ 1 SỐ HẠN CHẾ NHẤT ĐỊNH CỦA

TỪNG LOẠI PHƯƠNG PHÁP

4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

4.1 Xử lý khí SO2 bằng magie oxit :

 Quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó , chi phí cao , tổn hao MgO khá nhiều

4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

DÙNG ĐỂ XỬ LÝ KHÍ SO2

4.2 Xử lý S02 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit :

 Hệ thống xử lý phức tạp, tiêu hao nhiều muối natri

4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

DÙNG ĐỂ XỬ LÝ KHÍ SO2

4.3 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính :

 Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khỏi thải từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim và sản xuất axit sunfuric với

hiệu quả kinh tế đáng kể

4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

DÙNG ĐỂ XỬ LÝ KHÍ SO2

4.3 Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính :

Ưu điểm :

• Sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng.

• Có thể áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2một cách liên tục hay gián đoạn.

• Cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao( trên 100 0 C)

Nhược điểm :

• Có thể tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ

• Sản phẩm thu được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được.

4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

DÙNG ĐỂ XỬ LÝ KHÍ SO2

4.4.Xử lý khí SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ :

4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

DÙNG ĐỂ XỬ LÝ KHÍ SO2

- Là pp áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu

- Chất hấp thụ khí SO 2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như anilin C 6 H 5 NH 2 , toluidin CH 3 C 6 H 4 NH 2 , xylidin (CH 3 ) 2 C 6 H 3 NH 2 và đimetyl- anilin C 6 H 5 N(CH 3 ) 2

- Thực tế cho thấy dung dịch xylidin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng để khử

SO 2 trong khói thải với nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO 2 trong khói thải có nồng độ tương đối cao (trên 2%) thì dimetyl-anilin có ưu thế hơn.