ô nhiễm trong nhà máy phát điện

trình bày ô nhiễm trong nhà máy phát điện

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

SO2

I.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2:

I.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 lượnglưu huỳnh thấp(0,5-0,8% khối lượng) Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 kWh điệntừ 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 SO2, 2724 tấn NOX, 277,9.103 tấn CO2 và 1490,8 tấnbụi 203,5.103 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 (SO2, NO2, CO2, CO) do đốt nhiên liệu than gây ra, trong đó nguy hại nhất là bụi và

-Nồng độ khí thải trong ống khói máy phát điện sau xử lý của nhà máy Nhiệt điện đốt thanthuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa:

Chất ô nhiễm Máy phát số 1 Máy phát số 2

Nồng độ khíthải có kiểmsoát(mg/Nm3)

Tiêu chuẩn khíthải TCVN5939:1995(Cột B)

Nồng độ khíthải có kiểmsoát (mg/Nm3)

Tiêu chuẩn khíthải TCVN6991:2001

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:

Khí thải/ Thu

hồinhiệt

Lọc bụi tĩnh điện

Hệ thống khử lưu huỳnh (FGD)

Ống khói

Bể chứa ,Mg(OH)2Nước nóng MgO

Tro khô Trạm xử lý nước

thải tập trung của nhà máy điện

Sông Thị Vải

Bánh bùn

_ Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: khí thải ra trong quá trình đốt than ở nồi hơi được truyền qua thiết bị lọc tĩnh điện để tách bụi Bụi sẽ được làm lạnh và lưu giữ trong bồn chứa,sau đó vận chuyển cho nhà máy ximăng để tái sử dụng như là nguyên liệuđể sản xuất clinke hoặc bán cho nhà máy bêtông trộn sẵn Hiệu suất tách bụi: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 SO2 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)2 được tạo ra bằng cách hòa MgO vào nước nóng Hiệu suất tách sulfua đạt khỏang 95%

_ Kiểm soát khí thải:Hệ thống kiểm soát khí thải liên tục và tự động(CEMS) sẽ 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 đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 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 SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuric(H2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất

I.1.2.Tổng quan về khí SO 2 :

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 SO2 có phân tử lượng là 64, nặng hơn không khí, tỷ trọng bằng 2,26 dễ hoà tan trong nước, nhất là trong dung dịch rượu mêtylic (CH3OH) rượu êtylic (C2H5OH) và các loại este

Ơû 200C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thể tích khí SO2,khi hoà tan trong nước một phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunphurơ

SO2 + H2O -> H2SO4

Anhydritsunphuơ axitsunphurơ

Cũng ở nhiệt độ 200C và áp suất 3 atm, khí SO2 sẽ ngưng tụ thành chất lỏng trong suốt không màu, sôi ở -100C SO2 lỏngkhi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môi trường xuống rất thấp (có thể hạ tới -500C)

I.1.2.2.Ảnh hưởng sinh lý của SO 2

Khi tiếp xúc với những nơi ẩm ướt trên cơ thể người, trước hết khí SO2 chuyểnthành axit sunphurơ (H2SO3) rồi sau đó biến thành axit sunphuric (H2SO4) Như ta đã biết, khí SO2 rất dễ hoà tan trong nướcnên chủ yếu SO2 sẽtác dụng tưói đường hô hấp trên và niêm mạc mắt Khi hít phải khí SO2 niêmmạc 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 SO2 ta sẽ cảm thấy “quen” dần

I.1.2.3.Các triệu chứng nhiễm độc SO2.

3

-Người bị nhiễm độc khí SO2 thoạtđầu 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 SO2 lỏngbắn vào mắt sẽ làm cho con người bị cứng hoá

I.1.2.4.Phạm vi gây nhiễm độc của SO 2

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

SO2

Nồng độ SO2 trong không

0,0008 – 0,0130,020 – 0,0300,050,130 – 0,2601,000 – 1,200

Có thể ngửi thấy mùi

Có kích thích đối với cổ họng

Kích thích mạnh đối với cổ họng, gây ho

Chịu đựng đước trong khoảng 0,5 đến 1 giờ

Trong thời gian ngắn có thể nhiễm độc nặng

I.2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ:

I.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 hại sẽ 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 dịch lỏng( quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng)

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:

Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đếnbề mặt của chất lỏng hấp thụ

Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụKhuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu tronglòng khối chất lỏng hấp thụ

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi vàcác chất ô nhiễm trong khí thải

Như vậy để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa 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 xấuphần lớn là do tính chất dung môi quyết định

I.2.2 Sơ lược về phương pháp hấp phụ( Absorption method) :

Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dùng chất rắn xốp để hút các chất khí độc có trong khí thải trên bề 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 dụng 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 loại:

Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử ( hấp phụ nhiều lớp),lựcliên kết là lực hút giữa các phân tử( Vanderwaals),không tạo thành hợp chất bề mặt

5

-Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp) Lực liên kết là lực liên kết bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt.

I.2.3 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 độchại 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)

Thiêu nhiệt (Thermal Incineration)

Oxy hóa xúc tác ( 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:

Ưu điểm:

Rẻ tiền ,nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ,các khíđộc hại như SO2, H2S, NH3, 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 trongkhí thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa

Nhược điểm:

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 cồng kềnh, vận hành phức tạp

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.

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

Phải tái sinh dung 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 cồng kềnh phức tạp

Phương pháp hấp phụ:

Ưu điểm:

Làm sạch và thu hồi 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

Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền Thông dụngnhất là than hoạt tính ( hấp phụ được nhiều chất hữu cơ)

Nhược điểm:

Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh racác 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)

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:

Ưu điểm:

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 nhũng hợp chất chưa no là những chất có khả năng bắt cháy cao khi đốt

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, Cl, F…

7

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

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

Nhược điểm :

Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp không sinh ra khói và 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 2 của nhà máy Nhiệt điện sẽ là một hướng đi phù hợp,và hiệu quả.

I.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

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

Tháp phun rỗngTháp rửa khí có đệmTháp rửa khí theo kiểu sủi bọt

I.3.1 Tháp phun rỗng

Là một dạng tháp được chế tạo bằng kim loại hoặc bê tông Tiết diện tháp có thể hình tròn hay hình chữ nhật Dòng khí và dịch trong tháp có thể chuyển động cùng chiều,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 dịchphun trong tháp sẽ cuốn theo dịch phun

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

I.3.2 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 chêm

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

I.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 lỏng đi vào ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền 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 phảilớn 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 dung 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

_ Giá thành chế tạo không cao

_ Xử lý được với các khoảng dao động nồng độ rộng

_ Xử lý được với loại nồng độ cao

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

I.4 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ:

I.4.1 Hấp thụ khí SO 2 bằng nước:

Qúa trình hấp thụ SO2 bằng nước:

SO2 + H2O H+ + HSO3Hấp thụ khí SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp

-Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn:

Hấp thụ khí 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 –scrubơ;

Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 (nếu cần) vànước sạch

9

-Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thông hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn để giải thoát khí

SO2 khỏi 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 thể đạt mức bão hòa khí SO2.

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 dụnglại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nnước xuống gần 10oC tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém

Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng chỉ áp dụng được khi:

-Nồng độ ban đầu của khí SO2 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 SO2 bằng nước :

Hình I.1 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng nước

1-tháp hấp thụ;

2-tháp giải thoát khí SO2 ; 3-thiết bị ngưng tụ ;

4,5- thiết bị trao đổi nhiệt ; 6-bơm

Hình I.2 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng xúc tác

1-xiclon2-tháp oxy hóa nhiều tầng xúc tác

3-thiết bị làm nguội

4-scrubơ rửa khí

I.4.2 Xử lý khí SO 2 bằng sữa vôi ( Ca(OH) 2 ):

Xử lý khí SO2 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 SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SO2theo phản ứng:

SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O (1)

Trên hình I.3 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải bằng sữa vôi

Hình I.3 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng sữa vôi

1- srubơ2- bộ phậntách tinh thể3- bộ lọc chân không4,5- máy bơm6-thùng hòa trộn dung dịch hấp thụ( sữa vôi– dạng huyền phù)

7- máy đập

8- máy 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 SO2 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: CaSO3.0.5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc trobụi, 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 tinh thể sunfit và sunfat canxi Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dịcg

11

-một phần đi vào tưới cho scrubơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó cáctinh 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 thểvào tháp với lượng lớn để loại trừ sự tắc bẩn trong lớp ô đệm do phản ứng CaSO3 và thạch cao (CaSO4.2H2O) Vì vậy, dùng phương pháp tuần hoàn bùn nhão nhiều lần.Khi nồng độ khí SO2 thay đổi thì lượng dịch thể cấp vào tháp tỷ lệ thuận với sự thay đổi nồng độ SO2 trong khí

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm cột nước

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:

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2 (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 dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung

Một dạng khác của hệ thống hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi được áp dụng ở nhà máy nhiệt điện Battersea ở Anh là người ta dùng nước sông Thame có độ kiềm 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 120oC 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 bểlắng 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 (MnSO4) hoặc sắt sunfat (FeSùO4)

Hình I.4 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 trong khói thải của nhà máy nhiệt điện Battersea (Anh)

1- scrubơ ( tháp hấp thụ)2- bộ phận lọc cặn hình trống3- bể lắng

4- bộ phận thông khí (aerato)

Một loại hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi hiện đại hơn được áp dụng ở Nhật Bản Trong hệ thống này sản phẩm cuối cùng thu được là thạch cao thương phẩm Sơ

đồ hệ thống được trình bày ở hình I.5

Hình I.5 Hệ thống xử lí khí SO 2

với sản phẩm thu được là thạch cao thương phẩm

1,3,4- scrubơ2- thiết bị làm sạch5- thùng chứa6- thùng cô đặc7- thùng pha chế sữa vôi mới

8- thùng chứa trung gian có khuấy9- 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=60oC, sau đó một phần lớn đi vào tháp hấp thụ 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 40oCvà đi vào scrubơ 3 được tưới dung dịch bisunfit-sunfat lấy từ scrubơ 4 Dung dịch tướicho 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 8 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 tinh chất CaSùO4.0,5H2O

Ưu điểm nổi bật của phương pháp xử lý khí SO2 bằng sữa vôi là công nghệ đơn giản, chi 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

I.4.3 Xử lý khí SO 2 bằng amoniac

Hình I.6 Sơ đồ hệ thống xử lí SO 2

bằng amoniac.

1- scrubơ2,4- thiết bị làm nguội

13

-3- tháp hấp thụ nhiều tầng

5- tháp hoàn nguyên

6- tháp bốc hơi

7- tháp kết tinh

8- máy vắt khô ly tâm

9- nồi chưng áp

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 30oC, còn bụi cần được thải ra ngoài Trong nước tuần hoàn dùng cho quá trình làm nguội khói trong scrubơ 1 có chứa bụi, SO2và H2SO4 lượng khí SO2 khử được trong scrubơ 1 chiếm khoảng 10% lượng SO2

chung trong khóithải khi nồng độ ban đầu của SO2 trong khói là 0.3% Nhiệt độ cuối của nước đạt khoảng 50oC Để nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuống khoảng 27oC 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 đề phòng sự lan tỏa khí SO2 từ nước thoát ra trong quá trình làm 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 vànước 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 SO2 được thực hiện trên

nhiều tầng, mỗi tầng hấp thụ được tưới dung dịch theo chu trình kín, trong khi đó mộtphần 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 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 kề với tầng trên cùng

I.4.3.1 Xử lý SO 2 bằng amoniac có chưng áp

Hình I.7 Sơ đồ hệ thống xử lí khí

SO 2 bằng amoniac có chưng áp

1- tháp hấp thụ2- máy lọc ép3- nồi chưng áp4- thiết bị bốc hơi chân không5- máy lọc ly tâm

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 SO2 bằng amoniac có chưng áp là sản phẩm cuốicùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat

I.4.3.2 Xử lý khí SO 2 bằng amoniac và vôi

Hình I.8 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO 2 bằng amoniac kết hợp với vôi.

1,2- scrubơ3- thùng phản ứng4- thiết bị trao đổi nhiệt(làm nguội)5- máy lọc lytâm

6- thùng pha chế sữa vôi

7,8- thùng chứa dung dịch mới

Hiệu quả khử SO2 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 tốnamoniac và có thể áp fụng để khử SO2 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

I.4.4 Xử lý khí SO 2 bằng magie oxit (MgO)

Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:

-Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sunfit (5) là không mong muốn Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việc đạt 120

÷ 160 g/l 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 + H2O (6)

Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủa

thành tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydrat MgSO3.3H2O

Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử ký nhiệt ở nhiệt độ 800 ÷ 900oC để thu hồi MgO và SO2

MgSO3  800    900  0C SO2 + MgO (7)

Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2 đậm đặc có thể đưa sangcông đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất

I.4.4.1 Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình

Hình I.9 Sơ đồ hệ thống xử lý SO 2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình

2- bộ lọc3- bể chứa4- bộ phận khống chế liều lượng

5,6- xiclon thủy lực7- máy lọc ép8- máy lọc chân không có băng tải

9- lò nhiều tầng

Khói thải cần xử lý SO2 được đưa vào scrubơ 1 trong đó được tưới dung dịch

huyền phù MgSO3.6H2O và MgO Khí SO2 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 bịoxy 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 SO2 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 sangxiclon thủy lực 5 và 6 phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ chảy xuống máylọc chân không có băng tải số 8 để tách tinh thể MgSO3.6H2O 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 thể MgSO3.6H2O thu được ở bộ lọc băng tải được đưa sang lò nung 9, ở đó dưới tác dụng của nhiệt độ cao (800÷900oC) do đốt nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí

đốt, phản ứng (7) sẽ xảy ra, khí SO2 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

I.4.4.2 Phương pháp magie oxit “không kết tinh”

Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubơ bị đóng cắn nhanh chóng bởi các tinh thể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử SO2 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 2 bằng MgO không kết tinh

1- scrubơ2- thùng áp lực3- bể chứa4- thùng trung hòa5,6,7,8,9- như trong sơđồ 9

10- thùng chuẩn bị dung dịch mới

I.4.4.3 Phương pháp magie oxit sủi bọt

Hình I.11 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO 2 bằng MgO sủi bọt

1- thiết bị hấp thụ kết hợp với thùng kết tinh2- máy khuấy3- bộ phận tách giọt nước

4- thùng chứa và pha chế dung dịch mới5,6,7,8,9- như trong các

sơ đồ hình 9,10

17

-Ưu điểm nổi bật của hệ thông “sủi bọt” là tháp hấp thụ không cần lớp đệm băng vật liệu rỗng Do đó vấn đề đóng cắn bẩn gây tắc lớp đệm là không xảy ra Tuy nhiên do 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.

I.4.4.4 Phương pháp magie oxit kết hợp với potas (kali cacbonat)

Nhược điểm của phương pháp khử SO2 bằng magie oxit là hệ thống thường bị 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 dùng các muối magie dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùng dung dịch kali cacbonat và kali sunfat la ønhững chất hoàn toàn hòa tan trong nước

Hình I.12- Sơ đồ hệ thống

6- máy lọc chân không

có băng tải

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

magie đơn thuần là dung dịch hấp thụ SO2 của dung dịch làm việc không cao băng dung dịch magie oxit

I.4.5 Xử lý khí SO 2 bằng kẽm oxit ZnO

Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magie tức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

Ưu điểm chính của phương pháp này là quá trình phân lý kẽm sunfit ZnSO3 thành

SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO3 Aùp suất bão hòa của SO2 trên MgSO3 bằng 1 atm ở nhiệt độ 650oC, trong lúc đó đối với ZnSO3 áp suất bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260oC Điều đó cho phép tiến thành phân ly ZnSO3 trong lò múp và thu hồi SO2 với nồng độ

 100%, trong lúc MgSO3 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 oxit 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 Phản ứng xảy ra trong scrubơ như sau:

Kẽm sunfit hình thành từ phản ứng trên là loại muối kém hòa tan trong nước và kết tủa dưới dạng các tinh thể ZnSO3.5H2O trong bể tuần hoàn có khuấy Tinh thể 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 thì được sấy khô và đưa vào lo nung để hoàn nguyên kẽm oxit và thu hồi SO2nồng độ cao (100%) Khí SO2 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 SO2 và tiêu hao nhiều kẽm oxit do có hiện tượng oxy hóa kẽm 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 dohình thành các clorit và nitrat hòa tan

I.4.5.2 Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

Hình I.13 Sơ đồ hệ thống xử lí SO 2 bằng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit

1- srubơ2,5- bể lắng3,4,7- thùng phản ứng6,8- thiết bị lọc chân không9- máy sấy hình trống10- lò nung hoàn nguyên ZnO và thu hồi SO2

Phương pháp này cũng như phương pháp kẽm oxit đơn thuần không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO2 đạt 96 ÷ 98% Nhưng nhược điểm chủ yếu là hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri

I.4.6 Xử lý khí SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ:

Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ

biến là các amin thơm nhưanilin C6H5NH2 , toluiđin

CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2 và đimetyl-anilin

C6H5N(CH3)2

19

-Hình I.14 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO 2 theo quá trình sunfiđin

1- thiết bị trao đổi nhiệt( làm nguội)

2,3- tháp hấp thụ

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

Chương II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

II.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ:

Thiết kế tháp đệm sử dụng dung dịch Ca(OH)2 hấp thu khí thải SO2 từ nhà máy phát điện

- Lưu lượng khí thải: 6000 m3/h

- Nồng độ SO2 ban đầu 1413 ppm

- Nhiệt độ khí thải là 57oC

- Áp suất là P=1 at

II.2 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ:

Công nghệ lựa chọn:

 Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi

Dung môi sử dụng là dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 vì:

o Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao CaSO4 không gây ô nhiễm thứ

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

o Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm

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

o Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ các acid SO2, CO2, còn có tác dụng làm

nguội khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói

o Theo yêu cầu của đồ án

 Vật liệu chế tạo 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:ù tháp hấp thu làm bằng vật liệu thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ do:

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

o 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 chiều: khí chuyển

động từ dưới lên, dung dịch từ trên xuống

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

o 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

-Tháp giải nhiệt

Bộ lọc bụi bằngCyclonKhí thải

II.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ:

Vì nồng độ bụi tương đối cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 – 1995: tiêuchuẩn B là 500 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô, chokhói thải đi qua Xyclon thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm Sau đó được đưa quathiết bị giải nhiệt để làm hạ nhiệt độ xuống

Khí thải một phần đã được làm sạch, dùng 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 tướiđều lên lớp vật liệu đệm Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm, cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ Dung dịch SO2 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 tĩnh điện đểloại 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 SO2 đạt tiêu chuẩn cho phép (theoTCVN 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 phảnứng hoá học xảy ra giữa dòng khí có tính acid và dung dịch kiềm, đó là phản ứng trunghoà Dung dịch cũng lôi cuốn theo tro bụi trong khí thải Theo thời gian, dung dịch sẽ giảmdần pH và chứa nhiều cặn Khi bổ sung dung dịch mới, một lượng dung dịch cũ được thải

Khí thải ra môitrường

Tháp hấp thu xử lý SO2

Thiết bị lọc bụi tĩnh

điện

bỏ Vì vậy, bể lắng cặn ngoài tác dụng làm trong dung dịch tuần hoàn còn có tác dụng xửlý sơ bộ nước thải trước khi thải ra ngoài.

Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THU SO2

III.1 TÍNH TOÁN CÁC DÒNG VẬT CHẤT - ĐƯỜNG CÂN BẰNG PHA

III.1.1.Xác định các dòng vật chất:

Gđ, Gc : suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra (kmol/h)

Lđ, Lc : suất lượng Ca(OH)2 đầu vào – ra (kmol/h)

Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí

d

Mà G d Vhh trong đó

V: thể tích hỗn hợp khí: 6000 m3/h

hh: khối lượng riêng hỗn hợp khí

SO SO tr

SO

P T

T P

T

T P M P

T

T P M

2 2

0

0 0

0 0

0

4,22

.4,22

.4,22





Trong đó: T0 là nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn = 2730K

T là nhiệt độ pha khí trong điều kiện ta đang xét = 57 + 273 = 3300K

273

4,22

2 2





SO SO

n

64

/34,

SO

d y

Với SO2d là nồng độ SO2 ban đầu :

SO2d=1413ppm Đổi ra  g/m3: SO2d =

O O SO

T

T P P

M

1 1 4,22

.1000

=

273

27357.1

1.4,22

64.1000.1413

4,22.052,0

3



Ptr: áp suất riêng phần của khí trơ

P0: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn = 760 mmHg

mmHg P

)

27357.(

4,22

m kg

Nồng độ khí ban đầu:

,360369

,0)57273(082,0

1

m

mol l

mol RT

m

mol

Nồng độ phần mol hay phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

)(

001413,

09,36

(001415,

0001413,

01

001413,

Xd : phần mol SO2 trong pha lỏng

Giả sử ban đầu dung dịch là dung dịch sạch nên Xd = 0

 Đầu ra: SO 2 đầu ra yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại B (0,5 g/m 3 )

Nồng độ mol của SO2 đầu ra:   0,0078125( / )

64

5,

00021172,

09

,36

(10.21176,010.21172,01

10.21172,0

3 3

3

molkhí SO

mol y

III.1.2.Xác định suất lượng Ca(OH) 2 cho quá trình hấp thu - Đường cân bằng pha:

Lưu lượng pha lỏng (Ca(OH)2) được tính bằng phương pháp đồ thị Dựng đồ thịvới các trục toạ độ là Y (Ycb) – X Trên đồ thị ta dựng phương trình đường cân bằng vàđường làm việc của quá trình hấp thu

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

-Với T =40oC= : nhiệt độ làm việc của tháp (nhiệt độ khí 57oC,nhiệt độ nước 23oC)

*

2

SO

P : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí

SO2: nồng độ SO2 trong pha lỏng

P Y





 

hhkhí hhkhí

M SO X

2



)273.(

4,22

273.)1(

2

t

M y M

tb y hhkhi

00021172,

0001413,

02

4,22

273.29)10.81236,01(64.10.81236

,

m kg

Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp : tr ( d c)

L

G

X  

Với : Gtr : suất lượng cấu tử trơ G tr G hh( 1  Y d)

Mà: Suất lượng mol hỗn hợp:

) / ( 626 , 233 /

4 , 22

1 760

760 )

57 273 (

273 /

kmol m

mmHg

mmHg K

K h

0 1 ( 626 , 233 ) 1

G

Từ đồ thị đường cân bằng, ta tính được: X c*  0 , 001975 (molSO2/moldd)

Lượng dung môi tối thiểu:

)/(14,142001975

,0

)0002117,

0001415,

0(.295,233)(

X

Y Y G

L

c

c d



Lượng dung môi cần thiết:

27

( 00131 , 0 ) 00021176 ,

0 001415 ,

0 ( 21 , 213

295 , 233 )

Vậy phương trình đường làm việc đi qua 2 điểm: A (Xd , Yc) B (Xc , Yd)

Phương trình đường làm việc: Y=0,9185X + 0,21176.10-3

Nồng độ phần khối lượng của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

)/(

10113,32964001415

0

64001415

0

2 3

2

M M

Y

M Y y

tr SO d

SO d

788,1)1.(

)/(10.56,510.113,3.788,1

3

3 3

2

s kg y

G G

s kg y

G G

d d

d

tr

d d

%8510.56,5

%100.34.3

5.034,3.10.56,5

Lưu lượng Ca(OH)2 đầu vào: Ld = L = 4,40

3600

)21740(21,213

III.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THU:

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

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

k k tb

G D



 



785

Trong đó: Gtb: Lưu lượng trung bình của pha khí (kg/s)

k : khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg/m3)

k : Vận tốc khí qua tiết diện tháp (m/s)

Tính G tb :

Lưu lượng trung bình của pha khí:

)/(785.12

7828,1788,1

G G

1 kg m3

tb y

k  



Tính vận tốc khí  k :

Ta có: k = g x n Với g : vận tốc tới hạn tương ứng với điểm nghịch đảo

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

Ta xác định g theo công thức sau:

(*) lg

125 0 25

0 16

, 0 2

tb l

x xtb

e

ytb g

G

L B A d

 g : gia tốc trọng trường = 9.81 (m2/s)

  : Thể tích tự do của tầng vật chêm (m3/m3)

 ytb, xtb : Khối lượng riêng trung bình của pha khí và lỏng (kg/m3)

 x ,l : độ nhớt vận động của nước ở nhiệt độ dòng khí 40oC và ở 20oC

 Ltg, Gtb : suất lượng trung bình của dòng lỏng và khí (kg/s)

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

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

29

-Dạng ống

025,0lg.5,147,

Lựa chọn vật liệu đệm:

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 xộn, ngẫu nhiên) kích thước: 25x 25 x 3 (mm)

 Diện tích bề mặt riêng phần: a = 195 m2/m3

 Thể tích tự do tầng vật chêm:  = 0.75 (m3/m3)

 Số đệm trong 1 m3: 46.102

 Khối lượng riêng vật liệu đệm:  = 600 (kg/m3)

195

75.044

L L

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

Khối lượng riêng của chất lỏng l = 984,35kg/m3

Khối lượng riêng của chất khí k = 1,072kg/m3

Độ nhớt của nước ở 40oC: x = 0,6560 x 10-3 (Ns/m2 )

Độ nhớt của nước ở 23oC: l = 0,9385 x 10-3 (Ns/m2 )

(*) 

)/(17,3

502,0lg

35,984

072,1785

,1

402,475,1022,010

9385,0

10656,035,98475

,00154

125 0 25

0 16

, 0 3

3 2

2

s m

g g g

Hệ số n được chọn theo bảng phụ thuộc mục tiêu của quá trình và chế độ thuỷ

động của tháp: n = k / g

Ta chọn chế độ chảy màng vì ở đây ta sử dụng vòng sứ nên để tạo điều kiện tiếp

xúc tốt (hệ số truyền khối Ky lớn) thì nước phải ở chế độ chảy màng

Khi đó ta chọn n = 0,44

Do đó vận tốc khí đi qua tiết diện tháp: k = g x n = 3,17 x 0,44 = 1,3948(m/s)

 Giá trị đường kính tháp ứng với k = 1,3948(m/s)

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

)(23,13948,1072,1785,0

785,1

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

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

 Vận tốc làm việc chính xác :

)/(47,1

072,1785

.0

785,12

,

1

s m

Vậy: Đường kính tháp hấp thu là: D = 1,2m

Vận tốc khí qua tiết diện tháp:  k = 1,47 m/s

31

-III.2.2.Xác định chiều cao lớp đệm:

Chiều cao lớp đệm hấp thu H thường được xác định theo số đơn vị truyền khối

N oy và chiều cao tương đương 1 đơn vị truyền khối ( H 0y )

oy

N

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

Số đơn vị truyền khối được tính theo công thức:

Tích phân này được tính bằng phương pháp đồ thị, là diện tích giới hạn bởi đườngcong

Chọn Xc thay đổi từ ( 0 – 1,35 x 10-3) với bước 0.05 x 10-3

P : áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí

SO2: nồng độ SO2 trong pha lỏng

P Y



  

hhkhí hhkhí

M SO X

2

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

33