luận văn công nghệ hóa học Công nghệ xử lý khí thải SO2 trong lò gạch.

Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng MỤC LỤC Đề bài: khí thải của một lò gạch hoạt động liên tục có các đặc trưng thải sau: Nhiệt độ: 105 o C Lưu lượng: 11.1 Nm 3 /s( 0 o C, 1atm) 1 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng Nồng độ: 2000 mg/Nm 3 Thiết kế HTXL SO 2 cho lò này để khí ra đạt QCVN 19:2009, cột B MỞ ĐẦU Môi trường sống của chúng ta cần có bầu không khí sạch, đặc biệt là ở các khu công nghiệp, “bảo vệ môi trường là vấn đề sống còn của đất nước, của nhân loại; ngày nay đất nước chúng ta đưa ra chính sách lồng ghép 3 hoạt động kinh tế, xã hội, môi trường nhằm mục đích phát triển bền vững”. Xã hội ngày càng phát triển, khoa học kỹ thuật ngày càng tiến bộ thì vấn đề ô nhiễm môi trường càng được chú trọng. Một lò gạch hoạt động liên tục sẽ tạo lượng khí thải SO 2 lớn, ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Trong phạm vi xử lý khí thải em xin đề xuất công nghệ xử lý khí thải SO 2 trong lò gạch. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. Khái niệm ô nhiễm không khí 2 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng Ô nhiễm không khí: là sự có mặt trong không khí của một hoặc nhiều chất hoặc sự kết hợp giữa chúng, mà do lượng hoặc thời gian tồn tại của chúng, có thể hoặc có xu hướng có hại cho đời sống của con người, động vật, thực vật và tài sản. Thay đổi thành phần không khí: gồm: - thay đổi định tính tức là có thêm một chất, - thay đổi định lượng tức là nâng nồng độ chất lên. Ô nhiễm Mức độ thay đổi đủ lớn. không khí Thời gian tồn tại của sự thay đổi đủ dài. (trang 6. [1]) II. Tổng quan về khí SO 2 1. Tính chất của khí SO 2 Lưu huỳnh điôxit là một hợp chất hóa học với công thức SO 2 . Chất khí quan trọng này là sản phẩm chính của sự đốt cháy hợp chấtlưu huỳnh và nó là một mối lo môi trường đáng kể. SO 2 thường được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị đốt cháy". Lưu huỳnh điôxit là một khí vô cơ không màu. Nó có khả năng làm mất màu dung dịch Broom và làm mất màu cánh hoa hồng. Tên khác sulfur(IV) oxide; sulfurous anhydride Nhận dạng Số CAS [7446-09-5 Số RTECS WS4550000 Thuộc tính Công thức phân tử SO 2 Phân tử gam 64.054 g mol −1 Bề ngoài colourless gas Tỷ trọng 2.551 g/L, gas Điểm nóng chảy −72.4 °C (200.75 K) Điểm sôi −10 °C (263 K) Độ hòa tan trong nước 9.4 g/100 mL (25 °C) Độ axít (pK a ) 1.81 Cấu trúc 3 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng Hình dạng phân tử Bent 120° [1] Mômen lưỡng cực 1.63 D Các nguy hiểm Phân loại của EU Toxic NFPA 704 3 Chỉ dẫn R Bản mẫu:R23 R34 Chỉ dẫn S (S1/2) Bản mẫu:S9 S26 Bản mẫu:S36/37/39 S45 Điểm bắt lửa non-flammable Các hợp chất liên quan Hợp chất liên quan Sulfur trioxide; sulfuric acid Ngoại trừ khi có ghi chú khác, các dữ liệu được lấy cho hóa chất ở trạng thái tiêu chuẩn (25 °C, 100 kPa) Phủ nhận và tham chiếu chung 4 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng 2. Nguồn phát sinh khí SO 2 Nguồn tự nhiên: núi lửa, hoạt động của vi sinh vật (tạo ra H 2 S và (CH 3 ) 2 S bị oxy hóa nhanh trong không khí thành SO 2 ). Ngoài ra khí SO 2 cũng có thể được thải từ sự mục nát của các loài thực vật đã chết từ lâu. Khí SO 2 có nguồn tự nhiên chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ(khoảng 1/10) so với nguồn nhân tạo. Nguồn nhân tạo: Hoạt động giao thông vận tải: các phương tiện giao thông hoạt động với nguồn nhiên liệu đốt là xăng dầu thải ra một lượng SO 2 đáng kể. Các nhà máy nhiệt điện đốt than đá(1/2 S trong than dạng pyrite, 1/2 dạng sulfur hữu cơ). Phản ứng đốt pyrite:4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 SO 2 còn được sinh ra từ quá trình công nghiệp sản xuất axit H 2 SO 4 , sản xuất phân lân. Ở các nút giao thông chính và ở gần một số khu công nghiệp, một số xí nghiệp nung gạch ngói, nồng độ SO 2 bằng hoặc lớn hơn trị số tiêu chuẩn cho phép, có chỗ tới 2 - 4 lần. Ví dụ như nồng độ khí SO 2 ở gần khu lò gạch thôn 6, thôn 7 xã Cẩm Hà, thị xã Hội An, lớn hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần; ở các khu sản xuất vật liệu xây dựng của tỉnh Hà Nam (Công ty Ba Nhất, Xi măng 77, Xí nghiệp Gạch ngói Bình Lục, xã Mộc Bắc): lớn hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 - 4 lần; ở gần các Nhà máy Xi măng Sài Sơn, Gạch Vân Đình (Hà Tây): lớn hơn tiêu chuẩn cho phép từ 1,3 - 1,5 lần; ở Khu Công nghiệp Thái Nguyên và Khu Công nghiệp Sông Công: lớn hơn tiêu chuẩn cho phép khoảng 1,2 lần. (Nguồn: Báo cáo Hiện trạng môi trường Việt Nam 2003) Ước tính khoảng 80% oxit sunfua là do hoạt động của các thiết bị tạo năng lượng, 15% là do hoạt động đốt cháy của các ngành công nghiệp khác nhau, và 5% từ các nguồn khác. 5 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng Bảng ước tính mức thải SO 2 ở mỹ năm 1997 Loại nguồn Mức phát thải SO 2 (ngàn tấn/năm) % Đốt than Dịch vụ công cộng Công nghiệp Thương mại 12532 1769 206 61,51 8,69 1,01 71,21 Đốt dầu Dịch vụ công cộng Công nghiệp Thương mại 436 847 414 2,14 4,16 2,03 8,33 Quá trình công nghiệp Hóa chất Kim loại Đầu mỏ 301 552 385 1,48 2,71 1,89 6,08 Xe cộ 1384 6,79 Các nguồn còn lại 1545 7,59 6 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng Tổng cộng 20371 100,00 Bảng ước tính mức phát thải SO 2 ở Hà Nội năm 1997 Nguồn Mức phát thải SO 2 (ngàn tấn/năm) % Công nghiệp (đốt nhiên liệu) 2797 51,84 Giao thông 1266 23,46 Sinh hoạt (đốt nhiên liệu) 1335 24,75 Tổng cộng 5395 (trang 112 [1]) Bảng nồng độ SO 2 có trong không khí xung quanh của thành phố Hồ Chí Minh Thời gian (tháng) Nồng độ SO 2 năm 1996 (mg/m 3 ) Nồng độ SO 2 năm 1997 (mg/m 3 ) Tiêu chuẩn Việt Nam (mg/m 3 ) 1 0,0228 0,04965 0,5 2 0,0188 0,04619 0,5 3 0,0155 0,03425 0,5 4 0,0395 0,0519 0,5 5 0,0215 0,03408 0,5 6 0,026 0,0405 0,5 7 0,012 0,0359 0,5 8 0,0036 0,0398 0,5 9 0,0247 0,0673 0,5 10 0,0146 0,037 0,5 11 0,0169 0,021 0,5 7 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng 12 0,0221 0,0211 0,5 Nồng độ SO 2 trong năm 1997 cao hơn năm 1996 từ 2 đến 4 lần, nhưng chưa vượt quá mức độ cho phép, như vậy không khí xung quanh của thành phố Hồ Chí Minh tại thời năm 1996, 1997 chưa bị ô nhiễm bởi khí SO 2 . 3.Tác hại của SO 2 đối với sức khỏe con người và môi trường Khí SO 2 là loại khí dễ hòa tan trong nước và được hấp thụ hoàn toàn rất nhanh khi hít thở ở đoạn trên của đường hô hấp: khi hít SO 2 với nồng độ thấp (1 5 ppm)xuất hiện sự co thắt tạm thời ở các cơ mềm của khí quản. Ở nồng độ cao hơn gây xuất tiết nước nhầy và viêm tấy thành khí quản, làm tăng sức cản đối với sự lưu thông không khí của đường hô hấp, gây khó thở. Khí SO 2 có mùi hăng khét ngột ngạt (người nhạy cảm nhận biết được ở nồng độ 0,56 ppm tương đương 1,6 mg/m 3 , người bình thường nhận biết ở nồng độ 2 3 ppm). Công nhân làm việc thường xuyên với khí SO 2 ở nồng độ 5 ppm thì độ nhạy cảm về mùi sẽ giảm, không có phản ứng phòng vệ xuất tiết nước nhầy ở đường hô hấp. Tóm lại nồng độ 1ppm SO 2 trong không khí là ngưỡng xuất hiện các phản ứng sinh lý của cơ thể, ở nồng độ 5ppm đa số các cá thể nhận biết được mùi và có biểu hiện bệnh lý rõ ràng, còn nồng độ 10 ppm thì đường hô hấp bị co thắt nghiêm trọng. Cây trồng xung quanh vị trí phát thải nhiều khí SO 2 thì không thể phát triển, năng suất thấp. Khí SO 2 có trong không khí tác dụng với nước tạo axit là nguyên nhân gây mưa axit, và làm ăn mòn các công trình xây dựng, ăn mòn kim loại… 8 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng Chương II: Lựa chọn hệ thống xử lý SO 2 1. Các phương pháp xử lý SO 2 Chúng ta có thể giảm phát thải khí SO 2 bằng cách :Tăng mức độ phát tán tức là năng chiều cao ống khói. Giảm thiểu mức phát thải tại nguồn bằng việc thay thế nhiên liệu sinh nhiều khí SO 2 bằng nhiên liệu ít sinh khí SO 2 hơn. Và phương pháp tối ưu nhất là sử dụng hệ thống xử lý SO 2 mang lại hiệu quả kinh tế cao. Để kiểm soát khí SO 2 ta có thể thực hiện trước khi đốt, trong khi đốt và sau khi đốt. nhưng để xử lý tốt và mang tính kinh tế đối với khí SO 2 thì xử lý cuối nguồn là quan trọng. Ta có thể sử dụng phương pháp hấp thụ hoạch hấp phụ SO 2 đều được. Trong phạm vi bài này nồng độ SO 2 = 2000 mg/Nm 3 vượt quá QCVN 19:2009, cột B tới 4 lần, mà đối với quá trình hấp phụ diễn ra tốt khi nồng độ chất cần xử lý phải thấp, do đó ta ko sử dụng hấp phụ mà sử dụng hấp thụ 1.1 Trộn thêm đá vôi vào than đá • Nội dung: Trộn đá vôi với than đá đã được nghiền mịn trước khi đem đốt. SO 2 tạo thành trong quá trình đốt (600 1000 o c) sẽ phản ứng với đá vôi để tạo thành canxi sunphat. 9 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng SO 2 + CaSO 4 + 0,5 O 2 CaSO 4 + CO 2 Sản phẩm của quá trình này, CaSO 4 , cùng với tro của quá trình đốt, sẽ được loại bỏ bởi hệ thống xử lý bụi. Than đá trộn với đá vôi muốn đốt được thì phải thực hiện trong lò tầng sôi, các lợi lò còn lại: lò ghi… thì không thực hiện được. • Ưu điểm: hiệu xuất tách SO 2 có thể đạt tới 90%. Có thể giảm được phát thải NO x do nhiệt độ đốt tương đối thấp. • Nhược điểm: tỷ lệ khối lượng gữa đá vôi và thân đá phải đạt 1:4 mặc dù hàm lượng lưu huỳnh trong than đá chỉ cỡ 3% nên phát sinh một lượng chất thải rắn lớn. 1.2 Hấp thụ bằng nước • Nội dung: Quá trình hấp thụ SO 2 bằng nước SO 2 + H 2 O H + + HSO 3 - Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO 2 ra khỏi khí thải từ các lò công nghiệp. sơ đồ xử lý khí SO 2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: hấp thụ khí SO 2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi Giai đoạn 2: giải thoát khí SO 2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO 2 (nếu cần) và nước sạch. • Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được. • Nhược điểm: Do độ hòa tan của SO 2 trong nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn và thiết bị hấp phụ có thể tích lớn, quá trình hấp thụ tốn nhiều năng lượng chi phí nhiệt lớn. Do đó phương pháp hấp thụ SO 2 bằng nước chỉ áp dụng khi nồng độ ban đầu của khí SO 2 trong khí thải tương đối cao. 1.3 Hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi • Nội dung: Khí thải chứa SO 2 được phản ứng với sữa vôi để tạo thành CaSO 4 và CaSO 3 . Các chất rắn này cùng với tro bay liên tục được tách ra khỏi dung dịch sữa vôi và được chuyển vào bể lắng. Phần còn lại sau khi bổ sung thêm CaO sẽ được bơm trở lại tháp hấp thụ. Các phản ứng xảy ra trong quá trình: 10 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN [...]... Lựa chọn phương pháp và thiết bị xử lý SO2 4.1 Lựa chọn phương pháp Phương pháp hấp thụ SO2 bằng nước tốn rất nhiều nước và xử lý không triệt để do nồng độ SO2 cao, hiệu quả xử lý không cao Sử dụng đá vôi và than đá sinh ra lượng chất thải rắn lớn, tốn kinh phí để xử lý Sử dụng MgSO 4, MgO tốn kém về kinh tế vì phải xử lý bụi trước khi hấp thụ SO2 Như vậy để xử lý SO2 có hiệu quả, khả thi về mặt kinh... hệ số cấp nhiệt của khí thải α2 Ta có công thức sau: α 2 = Nu 2 λ2 d2 (1) Với: α2 : Hệ số cấp nhiệt khí thải (W/m2.0K) 20 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng d2: Đường kính ngoài của ống (m) λ2: Hệ số dẫn nhiệt của khí thải (W/m.độ) Nhiệt độ trung bình của khí thải t2 = ′ ′ t2 + t2′ 105 + 40 = = 72.50 C 2 2 Ở nhiệt độ này khí thải có các thông số... của tháp rửa rỗng thấp hơn so với các thiết bị khác Vôi 17 tôi Khí thải Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Bể lắng Bể hòa trộn Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng 4.4 Sơ đồ công nghệ Thuyết minh công nghệ: Khí thải ở nhiệt độ 1050C quá cao nếu đưa vào thấp hấp thụ thì quá trình hấp thụ diễn ra không tốt, do đó ta đưa khí thải qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm thẳng đứng để hạ nhiệt... hị oxy hóa thành sunphat Vì vậy trong kết tủa còn có cả CaSO4.2H2O • Ưu điểm: sử dụng phương pháp này tránh được đóng cặn và hiệu suất tách SO2 có thể lên tới 84 → 94% Nhược điểm: khí thải phải được xử lý bụi trước khi đi vào tháp hấp thụ 11 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng 1.5 Hấp thụ bằng dung dịch của MgO hay Mg(OH)2 • Nội dung: Khí SO2 được... phía dưới tháp vào bể lắng, sau thời gian lắng nước trong được tuần hoàn lại bể sữa vôi 18 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ SO2 1.Tính toán thiết bị trong hệ thống xử lý 1.1: Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 1.1.1: Cơ sở lý thuyết Quá trình trao đổi nhiệt trong thiết bị ống chùm là trao đổi nhiệt gián tiếp thông...Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng CaO + H2O → Ca(OH)2 Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 + SO2 + H2O → CaSO3.2H2O +2CO2 CaSO3.2H2O + 0,5O2 → CaSO4.2H2O↓ • Ưu điểm: phương pháp này là có quy trình công nghệ đơn giản chi phí xử lý thấp, chất hấp thụ dễ tìm, có khả năng xử lý mà không cần làm nguội và xử lý sơ bộ Có thể chế tạo... thụ trong dung môi (Kmol/Kmol dm) Yđ: Nồng độ đầu của cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí (Kmol/Kmol khí) Yc: Nồng độ cuối cấu tử cần hấp thụ trong hỗn hợp khí( Kmol/Kmol khí trơ) 24 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng GY: Lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) Xđ Yc Xc GX: Lượng dung môi đi vào thiết bị hấp thụ (Kmol/h) Yđ Gtr: Lượng khí. .. phải xử lý bụi trước khi vào tháp hấp thụ cho nên không phải tốn chi phí cho thiết bị xử lý bụi Phương pháp này chi phí đầu tư, vận hành thấp, hiệu quả xử lý cao, chất hấp thụ rẻ, dễ kiếm 4.2 Lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp được sử dụng trong trường hợp khi cho phép trộn Khí sạch lẫn hai lưu thể với nhau mà không ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất, và phải xử lý hỗn... của khí thải là: từ (1) ta có α2 = N u 2 × λ2 d2 = 51.41× 2.8877 ×10 −2 = 28.01 0.053 (W/m2.độ) c Tính lượng nhiệt khí thải tỏa ra Q2 ′ ′ Lượng nhiệt khí tỏa ra tính theo công thức: Q2 = G2 × C p × (t2 − t2′) 2 Với G2 = V2 × ρ 2 = 11.1×1.00345 = 11.138(kg / s ) ′ ′ Q2 = G2 × C p × (t 2 − t 2′) = 11.138 ×1.07055 × (105 − 40) = 775.01 (KW) 2 21 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch.. . thể nóng đến mặt trong của ống • Dẫn nhiệt qua tường ống • Cấp nhiệt từ mặt ngoài của ống đến lưu thể nguội t1 t2 α2 19 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN F Đồ án xử lý khí SO2 trong lò gạch GVGD: TS Nghiêm Trung Dũng 1.1.2: Tính toán thiết bị a Đầu vào: • Khí thải: Đi bên trong ống Lưu lượng: G2 = 11.1 N m3/s (00C, 1 atm) Nhiệt độ vào: t2’ = 1050C Nhiệt độ ra: t2’’ = 400C Chọn tốc độ khí đi trong ống: đối với . thái. Trong phạm vi xử lý khí thải em xin đề xuất công nghệ xử lý khí thải SO 2 trong lò gạch. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. Khái niệm ô nhiễm không khí 2 Đoàn thị yến – cnmt k51_QN Đồ án xử lý khí. lắng Bể hòa trộn Vôi tôi Khí sạch Gia nhiệt Khí thải Đồ án xử lý khí SO 2 trong lò gạch GVGD: TS. Nghiêm Trung Dũng 4.4 Sơ đồ công nghệ Thuyết minh công nghệ: Khí thải ở nhiệt độ 105 0 C quá. bỏ khí SO 2 ra khỏi khí thải từ các lò công nghiệp. sơ đồ xử lý khí SO 2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: hấp thụ khí SO 2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải