kỹ thuật môi trường - công nghệ xử lý h2s

Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ H 2 S Giới thiệu Khí thải H 2 S là vấn đề đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu, xử lý và tài liệu. Khí thải H 2 S là khí độc hại, không màu sắc nhưng có mùi khó chịu( mùi trứng thối) được đưa vào khí quyển với những lượng rất lớn có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo. Khí H 2 S xuất hiện trong khí thải của các quá trình tinh chế dầu mỏ, tái sinh sợi hoặc khu vực chế biến thực phẩm, xử lý rác thải. Một phần H 2 S phát sinh trong tự nhiên bởi quá trình thối rữa của các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn, kể cả từ các hầm lò khai thác than, các vệt núi lửa. Vấn đề khí thải H 2 S thực sự trở thành vấn đề mang tính cấp bách và cần có những giải pháp hiệu quả nhằm kiểm soát và xử lý triệt để tránh gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và ô nhiễm môi trường . Vấn đề phát thải khí H 2 S là một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện nay không chỉ ở Việt Nam mà ở nhiều quốc gia trên thế giới. Dưới đây nhóm thực hiện xin phép được trình bày một số phương pháp xử lý H 2 S đã được nghiên cứu và sử dụng. Trong khuôn khổ của một bài báo cáo nhóm thực hiện đã cố gắng tìm kiếm tài liệu từ các nguồn khác nhau và đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn của Thầy giáo TS. Phạm Xuân Núi làm việc tại Bộ môn Lọc Hoá Dầu , Khoa Dầu Khí, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. Tuy nhiên chắc chắn sẽ rất còn nhiều thiếu sót, rất mong Thầy giáo và các bạn sẽ giành nhiều thời gian đọc kỹ bản thảo và đóng góp những ý kiến, cho những nhận xét quý báu. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn! Hà Nội tháng 11 năm 2011 Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 1 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S MỤC LỤC: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 2 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S A.Tổng quan về H 2 S: 1. Khái niệm: • Hydro sunfua (H 2 S) là một chất khí không màu,có mùi thối khó chịu (mùi trứng thối) . • Cấu trúc phân tử của H 2 S tương tự cấu trúc phân tử nước, H 2 S bị phân cực khả năng tạo thành liên kết Hydro ở H 2 S yếu hơn ở H 2 O. • H 2 S ít tan trong nước nhưng lại tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Các chất điện li không điện li trong H 2 S lỏng. • H 2 S rất độc, nó độc không kém gì HCN.Ở trạng thái lỏng H 2 S bị oxy hóa một phần. H 2 S … H 2 S => SH 3 + SH - • Trong nước H 2 S bị oxy hóa nhiều hơn. H 2 S … HOH => H 3 O + + SH - • Trong dung dịch nước H 2 S là một axit yếu. 2. Tính chất hóa học : Hydro sunfua có tính khử mạnh và tính axít yếu (tan trong dung dịch).  Tính khử: • Khí H 2 S là một hợp chất không bền lắm dễ bị phân hủy cho lưu huỳnh và Hydro ở 300 0 C H 2 S => H 2 ↑ + S • Dung dịch H 2 S không bền,để trong không khí vẫn đục do có lưu huỳnh kết tủa.Quá trình trên cho phép giải thích tại sao H 2 S không tích tụ trong không khí, mặc dù hằng ngày có biết bao nhiêu nguồn phát sinh ra nó (như sự phân hủy anbumin trong các động vật,sự phân hủy mọi thứ rác rưởi và bã thải nhà máy …) • H 2 S là mật chất khử mạnh ngay ở dạng khí hay trong dung dịch  Tính axit : • Trong dung dịch H 2 S điện li theo 2 nấc: H 2 S ==> H + + HS - HS - ==> H + + S - • H 2 S cho hai loại muối: muối sunfua ( trung tính ) ; muối bisunfua (muối axit). • Trong H 2 S hai nguyên tử Hydro cũng có thể lần lượt bị kim loại thay thế cho Bisunfua và Sunfua. Na - S - H và Na - S - Na Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 3 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S • Đa số các muối Sunfua ít tan hoặc không tan.Một số Sunfua không tan thường có màu đặc trưng ( CuS,Bi 2 ,S 3 màu đen,Sb 2 S 3 da cam …) • Muối Bisunfua tan dễ dàng khi có các kim loại kiềm và kiềm thổ. 3. Tính chất vật lý: • H 2 S là chất không màu,mùi trứng thối đặc trưng,nặng hơn • Khối lượng riêng ρ.103( Kg/l) : 1,5392 • Khối lượng phân tử (Kg/Kmol) : 34,08 • Nhiệt độ nóng chảy :-85,6 0 C • Nhiệt độ sôi: -60,75 0 C • H 2 S có độ nhớt : 116 ở 0 0 C; 130 ở 20 0 C; 161 ở 100 0 C ( độ nhớt µ.107Ns/m 2 ) • Khả năng tạo liên kết hydro của H 2 S yếu hơn H 2 O • H 2 S kém bền, dễ phân huỷ, ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi 4. Nguồn gốc: a. Trong thiên nhiên: • H 2 S sinh ra do chất hữu cơ thối rữa mà thành, đặc biệt là ở nơi nước cạn, bờ biển và song hồ nông cạn, các vết nứt núi lửa, ở các suối, cống rãnh, hầm lò khai thác than. Ứớc lượng từ mặt biển phát ra 30 triệu tấn H 2 S mỗi năm, và từ mặt đất phát ra khoảng 50-60 triệu tấn mỗi năm. b. Trong sản xuất công nghiệp: • H 2 S sinh ra là do quá trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh. Ước lượng khí H 2 S sinh ra từ sản xuất công nghiệp là 3 triệu mỗi năm. 5. Tác hại của H 2 S: Trong các khu đô thị nồng độ khí H 2 S trong không khí thường dưới 0.001 ppm, nhưng ở gần các khu công nghiệp nồng độ khí H 2 S có thể lên đến 0.13 ppm. Ngưỡng nhận biết của H 2 S dao động trong khoảng 0.0005-0.13 ppm. Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 4 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S a.Tác hại đối với thực vật: • Thương tổn lá cây • Rụng lá • Giảm sinh trưởng b.Đối với con người:  Nồng độ thấp • Gây nhức đầu. • Tinh thần mệt mỏi.  Nồng độ cao • Gây hôn mê , tử vong. • Ở nồng độ 150 ppm hoặc lớn hơn gây tê liệt cơ quan khứu giác, đường hô hấp, niêm mạc và giác mạc. Bảng phân loại các ảnh hưởng của khí H 2 S theo nồng độ. • Giá trị giới hạn của khí H 2 S là 10 ppm. Các hoạt động khi có sự tồn tại của khí H 2 S với hàm lượng cao hơn không được phép kéo dài quá 8 giờ. • Hầu hết những thông báo chỉ dẫn đều nhấn mạnh 6 - 7 ppm là hàm lượng tối đa mà khí H 2 S được phép tồn tại, nhưng không quá 12 giờ. • Trong ngành dầu khí , khí H 2 S ảnh hưởng rất nhiều đến công tác khoan. Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 5 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S c.Tác hại đối với vật liệu: • Do có tính axit nên H 2 S là nguyên nhân gây ăn mòn nhanh chóng các loại máy móc và đường ống dẫn, như ăn mòn đường ống trong hệ thống cấp thoát nước. Chương II : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ H 2 S HIỆN NAY Trước kia hệ thống xử lý và thu hồi khí H 2 S chủ yếu phục vụ cho việc lọc sạch khí công nghiệp như khí đốt thiên nhiên. Ngày nay các hệ thống này còn được phát triển mạnh cho nhu cầu giảm thiểu ô nhiễm bầu khí quyển, bảo vệ môi trường. Khí H 2 S thu hồi từ các hệ thống xử lý có thể trực tiếp biển đổi thành sản phẩm lưu huỳnh đơn chất hoặc khí S0 2 để cung cấp nguyên liệu cho công đoạn sản xuất axit sunfuaric nối tiếp theo. I. XỬ LÝ H 2 S BẰNG NATRI CARBONAT, AMONI CACBONAT HOẶC KALI PHOTPHAT. Quá trình xử lý H 2 S bằng Na 2 CO 3 được dựa trên cơ sở các phản ứng sau: H 2 S + Na 2 CO 3 = NaHS + NaHCO 3 (1) Tiếp theo là phản ứng thu hồi lưu huỳnh có sự tham gia của Natri Vanadat NaVO 3 2NaHS + H 2 S + 4 NaVO 3 + ½ O 2 = Na 2 V 4 O 9 + NaOH + 3 S (2) Để hoàn nguyên Vanadat người ta dung chất xúc tác ADA ( Natri Amoni Vanadat và Disunfonat) Na 2 V 4 O 9 + 2 NaOH + ½ O 2 + 2 ADA = 4 NaVO 3 + 2 ADA (3) Phản ứng trên xảy ra trong tháp hấp thụ của 1 hệ thống xử lý, dung dịch bão hoà từ tháp hấp thụ chảy ra được làm bốc hơi bằng không khí nóng trong tháp giải hấp thụ 2 để thu hồi lại Na 2 CO 3 và chu trình làm việc của SEBURO cứ thế tiếp diễn. Khí H 2 S thu được từ tháp 2 sẽ được đưa sang công đoạn tiếp theo để thu hồi sản phẩm cuối cùng là lưu huỳnh đơn chất đồng thời để hoàn nguyên Natri Vanadat theo các phản ứng trên. Phương án thay thế cho Natri cacbonat là người ta dùng photphat K 3 PO 4 và phản ứng khử H 2 S sẽ là: K 3 PO 4 + H 2 S = K 2 HPO 4 + KHS(4) Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 6 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S Sơ đồ xử lý H 2 S bằng Na 2 CO 3 : Trong đó : 1. Tháp hấp thụ 2. Tháp giải hấp thụ 3. Quạt 4. Sấy nóng không khí Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 7 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S 5.Điều chỉnh nước dung dịch 6. Điều chỉnh lưu lượng dung dịch tưới ƯU ĐIỂM: • Tính chất bền vững của nó đồng thời phản ứng của nó với H 2 S mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO 2 trong khí thải.Trong trường hợp này có thể dung hơi nước để làm bay hơi và thu hồi H 2 S. Ngoài ra ,người ta còn có thể Amoni Cacbonat và Kali Cacbonat làm dung dịch hấp thụ đối với khí H 2 S. Với Amoni Cacbonat,phản ứng xảy ra như sau : (NH4) 2 CO 3 + H 2 S = (NH4) 2 S + H 2 O + CO 2 (5) Amoni sunfua (NH4) 2 S thu được trong dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ sẽ được phân hủy thành NH 3 và H 2 S.Dung dịch NH 3 quay trở lại chu trình để kết hợp với CO 2 và H 2 O có trong khí thải tạo thành Amoni Cacbonat và phản ứng trên tiếp tục xảy ra theo sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S bằng Amoni Cacbonat Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 8 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S II. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ H 2 S BẰNG NaOH Công nghệ của phương pháp này là khí H 2 S kết hớp với NaOH theo phản ứng sau đây: H 2 S + NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (6) Na 2 S + H 2 S = 2NaHS (7) Na 2 S + H 2 O = NaHS +NaOH (8) Song phản ứng trên ,NaOH có tác dụng với CO 2 theo phương trình sau: CO 2 + NaOH = NaHCO 3 (9) NaHCO 3 + NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O (10) Ngoài ra phản ứng khử H 2 S trong dung dịch còn xảy ra quá trình oxy hóa Natrisunfua thu được từ phản ứng (6) tạo thành Natri Hydrosunfua và Hydrosunfit. Na 2 S + H 2 O = NaOH + NaHS (11) 2NaHS + 2O 2 = Na 2 S 2 O 3 + H 2 O (12) Về mặt bảo vệ môi trường, các phản ứng phụ (11), (12) cũng góp phần làm giảm nhẹ khâu xử lý dung dịch đã dùng xong khi thải ra hệ thống thoát nước. Ngoài dung dịch NaOH người ta còn có thể dũng sữa vôi để thay thế.Lúc đó kết tủa thu được của quá trình xử lý H 2 S một cách tương tự như trường hợp dùng NaOH,là chất cặn nhão có chứa Canxi Sunfua CaS mà chất này cũng cần xử lý trước khi thải ra ngoài. Dung dịch NaOH đã sử dụng cũng như chất bùn nhão thu được khi dùng vôi sữa thay thế có thể được xử lý bằng cách dùng vôi Clorua ( hỗn hợp các chất Ca(ClO) 2 để oxy hóa cá Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 9 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S liên kết Sunfit). Lượng vôi Clorua dùng vào mục đích này là 6,3kg quy về 1kg lưu huỳnh ( với nồng độ Clorua vôi là 35%). Sơ đồ xử lý khí H 2 S bằng NaOH và vôi sữa theo hình sau: c Trong đó: 1.Tháp hấp thụ 2.Thùng chứa dung dịch Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 10 [...]... NH3 và H2S Amoniac quay lại quy trình làm việc ,còn H2S được đưa sang công đoạn điều chế axit hoặc lưu huỳnh đơn chất Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 11 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S IV.XỬ LÝ KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH NATRI THIOASENAT Na2As2S5O2: Phản ứng hấp thụ khí H2S bằng dung dịch Natri Thioasenat xảy ra như sau : Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 12 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S H2S +... 19 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S của than càng lớn Thường người ta sản xuất than có cỡ hạt 1 – 2 mm.Ngoài ra để quá trình hấp phụ của than hoạt tính xảy ra được triệt để, khí thái được lọc sạch bụi để đưa nồng độ bụi xuống còn 2 – 3 mg/m3 trước khi đưa vào hệ thống hấp phụ Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S bằng than hoạt tính Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 20 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý. . .Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S 3.Thùng xử lý dung dịch đã sử dụng trước khi thải ra môi trường 4 Bình chứa dung dịch mới ( xút hoặc vôi sữa ) 5 Bình chứa vôi clorua 6 Bơm Khí thải được xử lý trong tháp hấp thụ với lớp đệm là khâu sứ Raschig Hệ thống được thiết kế với một dung dịch đã sử dụng được thải liên tục ra ngoài sau khi đã xử lý bằng vôi clorua Nồng độ... trình hoang nguyên phức tạp,không Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 18 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S kinh tế Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng để xứ lý một lượng khí thải nhỏ với nồng độ ban đầu của khí H2S không lớn lắm VI.XỬ LÝ KHÍ H2S BẰNG THAN HOẠT TÍNH: Quá trình hấp thụ khí H2S bằng than hoạt tính xảy ra nhờ hiện tượng oxy hóa khí H2S trên bề mặt của than theo phản ứng: H2 S + 1 /2O2 = H2O... tưới cho lớp đệm rỗng trong tháp Hiệu quả xử lý của hệ thống có thể đạt hiệu suất 80 – 90% V XỬ LÝ H2S BẰNG CHẤT HẤP THỤ Fe2O3: Đây là phương pháp cổ điển nhất được dựa trên cơ sở của các phản ứng sau: Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 14 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S Fe2O3 + 3 H2S => Fe2S3 + 3H2O ( 18 ) 2Fe2S3 + 3O2 => 2Fe2O3 + 6S ( 19 ) Sau khi hòa tan H2S , oxit sắt được tái sinh lại bằng không... quả khí H2S có thể đốt 90 -9 0,9 % ngoài hệ thống kiểu nhiều bình hấp thụ ,người ta còn chế tạo thiết bị hấp thụ kiểu tháp Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 17 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S Hệ thống kiểu nhiều tháp gồm nhiều tầng hấp thụ Ngoài oxit sắt người ta có thể dùng oxit kẽm làm chất hấp thụ để khử H 2S theo phản ứng: ZnO + H2S = ZnSW + H2O (22) Để thực hiện quá trình nêu trên, trong công. .. ứng hấp thụ H2S của oxit sắt phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa khí và bề mặt vật liệu hấp thụ.Do đó để nâng cao tốc độ phản ứng , độ rỗng của vật liệu hấp thụ phải lớn.Độ rỗng của oxit sắt thường không nhỏ hơn 50% Điều kiện tốt nhất của quá trình hấp thụ khí H2S của oxit sắt là ở khoảng nhiệt độ nằm trong khoảng 28 – 300C Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 15 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S Hệ thống... huỳnh chiếm 50% khối lượng vật liệu.Lưu huỳnh tích tụ trong vật liệu dần dần bao bọc lấy các hạt Fe(OH)3 và gây cản trở cho sự thâm nhập của khí H2S và bề mặt của vật liệu hấp thụ.Lúc phải thay Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 16 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S lớp vật liệu mới , còn lớp vật liệu hết tác dụng được hoàn nguyên bằng phương pháp nhiệt Hệ thống lọc đơn giản,thường bao gồm nhiều bình lọc... nước với tỉ lệ 1: 2 Trong dung dịch sẽ có Natri Cacbonat và Bicacbonat , Natri Asenit và Axit Asenic , các chất trên sẽ phản ứng xen kẽ với H2S và oxy để tạo thành Natri Thioasenat Na4As2S5O2 Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 13 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H2S Dung dịch bão hòa chảy ra từ đáy tháp hấp thụ 1 được bơm chảy qua thiết bị cấp nhiệt 3 để hâm nóng đến nhiệt độ 450C đi vào tháp oxy hóa... Phương pháp này đẳm bảo khử được 100% H2S trong khí thải.Hệ thống xử lý không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống axit III.XỬ LÝ H2S BẰNG AMONIAC : Dung dịch amoniac để khử H2S trong khí thải là quá trình khá đơn giản và được áp dụng rộng rãi.Trong tháp hấp thụ , H2S trong khí thải tiếp xức với dung dịch amoniac và chúng kết hớp với nhau theo phản ứng : NH3 + H2S = (NH4)2S (13) Ở nhiệt độ và áp suất . thực hiện: Nhóm 6 Page 1 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S MỤC LỤC: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 2 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S A.Tổng quan về H 2 S: 1 theo sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S bằng Amoni Cacbonat Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Page 8 Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S II. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ H 2 S BẰNG NaOH Công nghệ của phương pháp. Kỹ thuật môi trường - Công nghệ xử lý H 2 S CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ H 2 S Giới thiệu Khí thải H 2 S là vấn đề đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu, xử lý và tài