Tiểu luận môn công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn: công nghệ xử lý chất khí đihyđro sunfua (h2s)

1 Danh sách nhóm: Stt Họ và tên MSSV Phân công công việc Ghi chú 1 Vương Thị Hoài Thương 2009120115 Tìm tài liệu phần xử lý H 2 S bằng pp hấp thụ, tổng hợp và trình bày pp, thuyết trình. 2 Lê Ngô Thanh Ngọc 2009120182 Tìm tài liệu phần xử lý H 2 S bằng pp hấp thụ, tổng hợp và trình bày pp, thuyết trình. 3 Tiêu Quang Vinh 2009120184 Tìm tài liệu phần ứng dụng xử lý H 2 S, thuyết trình. 4 Âu Quốc Thành 2009120181 Tìm tài liệu phần xử lý H 2 S bằng pp hấp phụ, tổng hợp và trình bày word, thuyết trình. 2 I. Tổng quan về H 2 S: KhíthảiH 2 S là vấn đề đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu, xử lývàtàiliệu.KhíthảiH 2 Slà 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 khuvực chế biến thực phẩm, xử lý rác thải. Một phần H 2 S phát sinh trong tự nhiên bởi quátrình 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 quảnhằm kiểm soát và xử lý triệt để tránh gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và ônhiễm môi trường . Khái niệm:  Hydro sunfua (H 2 S) là chất không màu, có mùi hôi khó chịu (mùi trứng thối)  Cấu trúc phân tử H2S tương tự cấu trúc của phân tử nước, phân tử H 2 S bị phân cực nên khả năng tạo thành liên kết Hyđro của H 2 S yếu hơn ở H 2 O.  H 2 S ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Các chất điện li không điện li trong H 2 S lỏng.  H2S rất độc, độc không kém HCN. Ở trạng thái lỏng, H 2 S bị oxy hóa một phần H 2 S … H 2 S ↔ SH 3 + + SH -  Trong Nitơ thì H2S bị oxy hóa nhiều hơn H 2 S … HOH ↔ OH 3 + + SH -  Trong dung dịch nước thì nó là 1 acid yếu. 1. Nguồn gốc: a) Trong thiên nhiên: H 2 S là do chất hữu cơ, rau cỏ thối rửa mà thành, đặc biệt là ở nơi nước cạn, bờ biển, sông hồ nông cạn, các vết nức núi lửa, ở các suối, cống rãnh, hầm lò khai thác than.Ước lượng từ mặt biển thoát ra khoảng 30 triệu tấn mỗi năm và từ mặt đất khoảng 60 – 70 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 tấn mỗi năm. 3 2. Tính chất hóa học: H 2 Scótínhkhửmạnhvàtínhaxityếutantrongdungdịch: Tínhkhử: KhíH 2 SlàmộthợpchấtkhôngbềnlắmdễbịphânhuỷcholưuhuỳnhvàHyđrô Ở300 o C H 2 S→ H 2 + S Dung dịch H 2 S không bền,đểtrongkhôngkhívẫnđụcdocólưuhuỳnhkết tủa.QuátrìnhtrênchophépgiảithíchtạisaoH 2 Skhôngtíchtụtrongkhôngkhí,mặcdù hàngngàycóbaonhiêunguồnphátsinhranó. H 2 Slàmộtchấtkhửmạnhngayởdạngkhívàtrongdungdịch. Tínhaxit: TrongdungdịchH 2 Sđiệnli2nấc. 3.Ý nghĩa môi trường:  Khí rất độc, chỉ cần nồng độ bằng 5 ppm đã gây ngộ độc, chóng mặt, nhức đầu.  Ở nồng độ lớn hơn 150 ppm, có thể gây tổn thương màng nhầy của cơ quan hô hấp.  Với nồng độ 500 ppm, gây viêm phổi và tiêu chảy.  Tiếp xúc ngắn với khí hiđro sunfua ở nồng độ từ 700 – 900 ppm thì chúng sẽ nhanh chóng xuyên qua màng túi phổi, xâm nhập vào mạch máu và gây tử vong.  Đối với thực vật:  Thương tổn lá cây  Rụng lá  Giảm sinh trưởng 4.Phương pháp xử lý: 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 SO 2 để cung cấp nguyên liệu cho công đoạn sản xuất axit sunfuaric nối tiếp theo. 4 II. Các phương pháp chính xử lý H2S :  PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ: Hấp thụ là hiện tượng hòa tan một chất khí vào một chất lỏng Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng rất nhiều trong các công nghệ khác Hấp thụ dựa trên cơ sở của quá trình truyền khối: − Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ. − Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ. − Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu bên trong lòng khối chất lỏng hấp thụ. 1. Xử lý khí H 2 S bằng natri cacbonat, amoni cacbonat hoặc kali photphat A. Natri cacbonat: Quá trình xử lýH 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) Phản ứng thu hồi lưu huỳnh có sự tham gia của natri vanadat NaVO 3 : 2NaHS + H 2 S + 4NaVO 3 + ½O 2 → Na 2 V 4 O 9 + 4NaOH + 3S Để hoàn nguyên vanadat người ta dùng chất xúc tác ADA (natri-amoni vanadat và disunfonat): Na 2 V 4 O 9 + 2NaOH + ½O 2 + 2ADA→ 4NaVO 3 + 2ADA 5 Nguyên lý hoạt động:  Hỗn hợp khí thải sẽ được đưa vào tháp hấp thụ 1 của hệ thống xử lý, tại đây xảy ra phản ứng (1).  Dung dịch bão hòa từ tháp 1 sẽ được dẫn vào tháp 2 và được làm bốc hơi bằng không khí nóng trong tháp giải hấp thụ để thu hồi lại Na 2 CO 3 .  Na 2 CO 3 được thu hồi sẽ được dẫn trở lại tháp hấp thụ 1 và chu trình làm việc cứ thế tiếp diễn.  Ở tháp 2, quá trình sấy khô không khí sẽ diễn ra và được quạt 3 thổi lên đỉnh tháp, đưa sang công đoạn tiếp theo để thu hồi lưu huỳnh đơn chất và hoàn nguyên vanadat. * Dễ dàng tuần hoàn và thu hồi hóa chất cho quá trình phản ứng => ít tốn hóa chất. 6 B. Kali photphat: Người ta có thể thay thế natri cacbonat bằng kali photphat K 3 PO 4 với những ưu điểm là: - Có tính chất bền vững - Phản ứng của nó với H 2 S mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO 2 trong khí thải - Sử dụng hơi nước để làm bay hơi và thu hồi H 2 S Phản ứng khử H 2 S xảy ra như sau: K 3 PO 4 + H 2 S→ K 2 HPO 4 + KHS H 2 S được giải phóng nhờ đun sôi ở nhiệt độ t o = 107 – 115 0 C * Không có sự ăn mòn thiết bị đun sôi, dung dịch ổn định, không tạo thành sản phẩm làm giảm chất lượng dung dịch. C. Amoni cacbonat:  Cơ sở lý thuyết: Ngoài ra, có thể dung amoni cacbonat và kali cacbonat làm dung dịch hấp thụ đối với H 2 S: (NH 4 ) 2 CO 3 + H 2 S → (NH 4 ) 2 S + H 2 O + CO 2 ↑ (2) 7  Sơ đồ hệ thống: Nguyên lý hoạt động:  Hỗn hợp khí thải sẽ được dẫn vào đáy tháp hấp thụ 1, tại đây phản ứng (2) sẽ được diễn ra. Phần khi sạch sẽ thoát ra ngoài, còn hỗn hợp khí sau phản ứng được dẫn vào tháp oxy hóa 2.  Dung dịch sau phản ứng (NH 4 ) 2 S ra khỏi tháp hấp thụ sẽ được phân hủy thành NH 3 và H 2 S.  Tại tháp oxy hóa 2, dung dịch và không khí đưa vào chuyển động cùng chiều từ dưới lên trên. Tại đây H 2 S sẽ bị oxy hóa bởi không khí, làm tách lưu huỳnh đơn chất ra khỏi dung dịch, đồng thời còn tác dụng như chất tạo bọt và lưu huỳnh dạng bọt sẽ nổi lên trên bề mặt tháp rồi tràn vào thùng phân ly 3, sau đó sẽ được đưa xuống thùng chứa lưu huỳnh 4. Đồng thời dung dịch NH 3 sẽ được đưa trở lại chu trình để kết hợp với CO 2 và H 2 O trong khói thải để tạo thành amoni cacbonat và quá trình sẽ tiếp tục diễn ra.  Phần lưu huỳnh lắng xuống sẽ được dẫn đến máy lọc ly tâm 6 để cho ra lưu huỳnh đơn chất. Phần còn lại sẽ được đưa vào thùng rửa 5 để thu hồi sản phẩm. 8 2. Xử lý H2S bằng xút (NaOH): 2.1 Cơ sở lý thuyết:  Khí H 2 S sẽ kết hợp với NaOH theo các phản ứng sau: H 2 S + NaOH → Na 2 S + 2H 2 O Na 2 S + H 2 S 2NaHS Na 2 S + H 2 O NaHS + NaOH  Đồng thời, NaOH cũng tác dụng với khí CO2 có trong khí thải : NaOH + CO 2 → NaHCO 3 NaHCO 3 + NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O  Ngoài phản ứng khử H2S, trong dung dịch còn xảy ra quá trình oxy hóa natri sunfua (Na2S) từ phản ứng ở trên: Na 2 S + H 2 O NaHS + NaOH 2NaHS + 2O 2 → Na 2 S 2 O 3 + H 2 O Lưu ý: ngoài sử dụng xút ta còn có thể sử dụng vôi sữa Ca(OH) 2 để xử lý H 2 S. Hoàn toàn tương tự như xút, sau xử lý ta sẽ thu đượcmột chất cặn nhão có chứa CaS. Dung dịch xút đã sử dụng cũng như chất bùn nhão thu được khi dùng vôi sữa được xử lý bằng cách dùng vôi clorua ( hỗn hợp các chất Ca(ClO) 2 CaCl 2 và Ca(OH) 2 ) 2.2Sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S: 9 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:  Khí thải được đưa vào tháp rửa khí số 1. Đây là loại tháp đệm với lớp đệm là các khâu sứ Raschig có tác dụng  Khí H2S được dẫn vào ở đáy tháp và khí sạch sau khi hấp thụ được thoát ra ở đỉnh tháp. Dung dịch hấp thụ (xút hoặc vôi sữa) được phân phối đều lên đỉnh lớp đệm và chảy dọc theo các bề mặt vật liệu. Phản ứng hấp thụ xảy ra trên bề mặt ướt của lớp đệm.  Dung dịch sau hấp thụ được đưa vào thùng chứa dung dịch đã dùng số 2.  Một phần dung dịch ở thùng số 2 được trộn với dung dịch (xút hoặc vôi sữa) mới ở thùng số 4 và hoàn lưu lại vào tháp nhờ bơm số 6 để tiếp tục chu trình hấp thụ mới.  Phần còn lại trong thùng số 2 được đưa qua thùng xử lý dung dịch (vôi clorua) số 3 trước khi thải ra môi trường. Lưu ý:  Nồng độ chất kiềm trong dung dịch hấp thụ đi vào tháp được khống chế ở mức 7g/l  Vận tốc khí trong tháp là 0,6 m/s  Lượng NaOH hoặc CaO tiêu hao quy về cho 1kg lưu huỳnh là 8kg. 10 2.2 Ưu, nhược điểm: 2.3.1 Ưu điểm:  Phương pháp đảm bảo xử lý được 100% H 2 S trong khí thải.  Hệ thống xử lý không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống acid.  Thiết bị rửa khí có lớp đệm còn có khả năng hạ nhiệt độ và lọc bụi ướt có trong khí thải. 2.3.3 Nhược điểm:  Khó khăn trong khâu vệ sinh vật liệu đệm.  Dễ gây tắc nghẽn vật liệu đệm do quá trình tích tụ cặn . 3. Xử lý H 2 S bằng Amoniac: 3.1 Cơ sở lý thuyết:  Sử dụng amoniac trong tháp hấp thụ để xử lý khí H 2 S. H 2 S trong khí thải tiếp xúc trực tiếp với dung dịch amoniac theo phản ứng: 2NH 3 + H 2 S → (NH 4 ) 2 S  Sau đó(NH 4 ) 2 S phân giải lại thành NH 3 và H 2 S ở môi trường nhiệt độ và áp suất thích hợp.  NH 3 từ quá trình phân giải sẽ quay lại chu trình làm việc, H 2 S còn được đưa sang công đoạn điều chế acid hoặc S đơn chất. 3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý H2S bằng amoniac: [...]... PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ:  Nguyên lý phương pháp: Hơi và khí đi qua lớp chất hấp phụ bị giữ lại nhờ hiện tượng hấp phụ  Chất hấp phụ: Là chất giữ chất khác trên bề mặt của nó  Chất bị hấp phụ: Là chất bị giữ lại trên bề mặt của chất hấp phụ Thông thường có hai phương pháp hấp phụ xử lý khí thải: Hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý 1 .Xử lý H2S bằng oxit Sắt (Fe2O3): Cơ sở lý thuyết: Khí H2S sẽ kết hợp với Oxit... phương pháp hấp thụ và xử lý sinh học để đạt được hiệu quả xử lý H2S cao hơn vầ thu được lưu huỳnh đơn chất (video minh họa kèm theo)  TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1 GS.Trần Ngọc Chấn Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (Tập 3) NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 2 Phạm Ngọc Đăng Môi trường không khí NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 3 Hoàng Kim Cơ Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí NXB Giáo dục, Hà... 2 2 Tính chất hóa học: 3 3.Ý nghĩa môi trường: 3 4.Phương pháp xử lý: 3 II.Các phương pháp chính xử lý H2S : 4 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ: 4 1 Xử lý khí H2S bằng natri cacbonat, amoni cacbonat hoặc kali photphat 4 2 Xử lý H2S bằng xút (NaOH): 8 3 Xử lý H2S bằng Amoniac: 10 4 Xử lý khí H2S bằng Natri thioasenat: 11 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ: 13 1 .Xử lý H2S bằng oxit... tế.Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng để xử lý một lượng khí thải nhỏ với nồng độ ban đầu không lớn lắm 2 .Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính: Cơ sở lý thuyết: 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: 16 H2S + ½ O2 → H2O + S + 222 kJ/mol Để thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta thêm vào khí cần lọc một lượng nhỏ amoniac (0,2g/m3)... NaOH + H2S = NaSH + H2O Nguyên lý hoạt động:  Hỗn hợp khí thải sẽ được đưa vào tháp hấp thụ 1 của hệ thống xử lý và xảy ra phản ứng số (1) 12  Dung dịch bão hòa từ tháp 1 sẽ được cấp nhiệt bằng thiết bị cấp nhiệt 3 để hâm nóng đến khoảng 45oC rồi đi vào tháp oxy hóa 4  Không khí chuyển động cùng chiều với dung dịch trong tháp 4 sẽ làm tách lưu huỳnh ra khỏi dung dịch và làm nổi lên trên bề mặt dung...    Nguyên tắc hoạt động: Khí cần lọc được quạt cấp không khí (10) thổi vào tháp hấp phụ (2) ở đây xảy ra quá trình oxy hóa khí H2S trên bề mặt than hoạt tính Lưu huỳnh được giải phóng ra trong phản ứng dần dần tích tụ trên bề mặt lớp than Khí được xử lý được đưa qua cyclon (1) để lọc bụi vật liệu hấp phụ và được đưa qua các công đoạn xử lý tiếp theo Sau khi vật liệu hấp phụ trở nên bão hòa có chứa...Nguyên lý hoạt động:  Khí H2S được đưa vào đáy tháp hấp thụ dạng mâm chóp, dung dịch hấp thu NH3 được chảy tràn từ trên xuống xuyên qua các mâm chóp, tiếp xúc pha với dòng khí đi lên, tại đây xảy ra quá trình hấp thụ Khí sạch được đưa ra ngoài qua đỉnh tháp  Dung dịch sau hấp thu được đưa qua bình chứa số 2 và đến tháp cất khí số 6, (NH4)2S phân giải lại thành NH3 và H2S ở môi trường nhiệt độ và áp... thể áp dụng với khí thải có nồng độ H2S dưới 0,5% tức dưới 7,5 g/m3 Sau khi bão hòa, vật liệu hấp phụ được hoàn nguyên bằng oxy trong không khí với sự tham gia của nước Kết quả thu được là sắt sẽ chuyển thành hyđroxit và lưu huỳnh đơn chất được tách ra: 2 Fe2S3 + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 6S + 606 kJ/mol Hàm lượng oxy trong không khí và nhiệt độ ảnh hưởng đến lưu lượng không khí cấp vào cho quá trình... thì hiệu suất sẽ là 99 – 99,9%  Khí thải chứa H2S sẽ theo hệ thống dẫn khi đi vào bên trong các bình lọc, sau đó được giữ lại ở vật liệu lọc theo như phản ứng (*), sau đó khí sạch được đưa ra ngoài  Phản ứng (*) xảy ra đến khi lớp vật liệu lọc được bão hòa thì hệ thống dẫn khí sẽ ngắt để hoàn nguyên theo phản ứng (**) Lớp vật liệu lọc sẽ được thay thế và tiếp tục xử lý  Lớp vật liệu hấp phụ được coi... nổi lên trên bề mặt dung dịch  Sau đó lưu huỳnh sẽ tràn qua vách ngăn ở thùng phân ly số 5 và đưa vào thùng lắng 6, sau đó qua máy lọc để thu lưu huỳnh đơn chất  Dung dịch còn lại trên bể tràn sẽ được tưới tiếp tục vào đỉnh tháp hấp thụ để tiếp tục quá trình xử lý 4.3.Ưu, nhược điểm: Ưu điểm:  Hiệu quả xử lý khá từ 80 – 95%  Quy trình đơn giản, có thể vận hành liên tục Nhược điểm:  Asen (III) oxit . thụ. − Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ. − Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu bên trong lòng khối chất lỏng hấp thụ. 1. Xử lý khí H 2 S bằng natri. 4 2. Xử lý H2S bằng xút (NaOH): 8 3. Xử lý H 2 S bằng Amoniac: 10 4. Xử lý khí H 2 S bằng Natri thioasenat: 11  PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ: 13 1 .Xử lý H 2 S bằng oxit Sắt (Fe 2 O 3 ): 13 2 .Xử lý khí. phần xử lý H 2 S bằng pp hấp phụ, tổng hợp và trình bày word, thuyết trình. 2 I. Tổng quan về H 2 S: KhíthảiH 2 S là vấn đề đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu, xử lývàtàiliệu.KhíthảiH 2 Slà