Xử lý tro bay ở nhà máy nhiệt điện ô môn 1

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Phân tích một số thành phần trong tro bay của nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 và sử dụng nguồn chất thải nguy hại đó để sản xuất ra một số sản phẩm có ứng dụng và mang lạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

UẬN V N T T NGHI P ĐẠI HỌC

XỬ Ý TRO BAY Ở NHÀ MÁY

NHI T ĐI N Ô MÔN 1

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

Cần Thơ, ngày 29 tháng 12 năm 2010

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI T T NGHI P CHO SINH VIÊN

Năm học 2010 – 2011

1 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Msc Phan Thế Duy

2 TÊN ĐỀ TÀI

“Xử lý tro bay ở nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1”

3 ĐỊA ĐIỂM THỰC HI N ĐỀ TÀI

Phòng thí nghiệm hóa học hữu cơ – bộ môn Công nghệ hóa học – khoa Công nghệ – trường Đại học Cần Thơ

4 S ƯỢNG SINH VIÊN THỰC HI N

01 sinh viên

5 HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN

Họ và tên: NGUYỄN MAI THANH LỘC

MSSV: 2072175

Ngành học: Công nghệ hóa học Khóa học: 33

6 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Phân tích một số thành phần trong tro bay của nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 và

sử dụng nguồn chất thải nguy hại đó để sản xuất ra một số sản phẩm có ứng dụng và mang lại hiệu quả kinh tế như: vanadium pentoxide và than hoạt tính

7 CÁC NỘI DUNG CHÍNH VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

8 Yêu cầu hỗ trợ cho vi c thực hi n đề t i

Các hóa chất để thực hiện đề tài

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

  

 -

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BI N

  

 -

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

ỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phan Thế Duy đã hết lòng chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báo giúp em hoàn thành tốt đề tài luận văn này Lúc đầu mới bắt đầu thực hiện luận văn em đã gặp nhiều khó khăn nhưng nhờ

có Thầy đã giúp đỡ em, giao cho em đề tài rất thiết thực và giúp em rất nhiều trong lúc thực hiện đề tài em mới có thể vượt qua những khó khăn và hoàn thành luận văn tốt nghiệp Một lần nữa em xin cám ơn Thầy rất nhiều!

Em cũng xin gửi lời cám ơn đến thầy Nguyễn Minh Nhựt đã giúp em vượt qua những khó khăn ban đầu khi thực hiện luận văn, cũng như đã tận tình chỉ dạy em trong những năm học vừa qua

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Hóa Học trường đại học Cần Thơ Những người đã tận tình chỉ dạy em trong bốn năm qua

Con xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến gia đình, những người

đã nuôi dạy, tạo điều kiện học tập và luôn ủng hộ và động viên con

Mình xin cám ơn bạn Nguyễn Lê Huyền Trân đã giúp đỡ mình rất nhiều trong bốn năm học vừa qua

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn lớp Công Nghệ Hóa Học khóa 33, những người luôn bên cạnh và c ng tôi trải qua nhiều k niệm trong suốt thời gian qua

Em xin cảm ơn tất cả mọi người!

Cần Thơ, ngày 05 tháng 04 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Mai Thanh Lộc

ỜI MỞ ĐẦU

Song song với sự phát triển của nền khoa học và k thuật ngày nay thì có một vấn đề cũng gia tăng kèm theo, đó chính là sự ngày càng gia tăng các nguồn phát thải nguy hại vào môi trường Tro bay ở các nhà máy nhiệt điện, nhất là các nhà máy nhiệt điện đốt dầu là một trong những nguồn phát thải nguy hại đó Chính vì thế ở đề tài luận văn này sẽ đi vào nghiên cứu tìm hiểu cũng như xử lý nguồn tro bay của Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 nhằm làm giảm đi lượng phát thải cũng như

có thể sinh lợi thêm cho nhà máy từ việc xử lý lượng tro bay này

Theo một số tài liệu đã được công bố trước đây, trong tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt dầu có chứa một hàm lượng đáng kể kim loại vanadium và carbon chưa cháy hết trong quá trình đốt dầu, những chất này có khả năng sử dụng để tạo

ra những sản phẩm có lợi về mặt kinh tế như vanadium pentoxide và than hoạt tính

Vì vậy mục tiêu được đặt ra là khảo sát thành phần tro bay của Nhà máy Nhiệt điện

Ô Môn 1 từ đó tìm cách để có thể áp dụng các ứng dụng trên vào lượng tro này một cách kinh tế và đồng thời đem lại hiệu quả về mặt xử lý môi trường

MỤC ỤC

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN vi

LỜI MỞ ĐẦU vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC HÌNH xii

DANH MỤC BẢNG xiv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Sơ lược về Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 1

1.1.1 Sơ lược ngành công nghiệp nhiệt điện ở nước ta 1

1.1.2 Sơ lược về Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 2

1.2 Phân biệt giữa tro bay ở nhà máy nhiệt điện đốt than và tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu 4

1.2.1 Tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than (tro bay từ than) 4

1.2.2 Tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt dầu (tro bay từ dầu) 6

1.3 Sơ lược về vanadium 8

1.3.1.1 Tính chất 8

1.3.1.2 Phân bố 9

1.3.1.3 Độc tính 9

1.4 Một số quy trình trích vanadium từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu 10

1.4.1 Quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149 10

1.4.2 Quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 62 (2001) 145–150 11

1.4.3 Quy trình của R Navarro et al Waste Manage 27 (2007) 425–438 13

1.5 Sơ lược về than từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu 14

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 15

2.1.1 Mục đích 15

2.1.2 Nhiệm vụ 15

2.2 Nội dung nghiên cứu 15

2.3 Hóa chất và thiết bị 16

2.3.1 Hóa chất 16

2.3.2 Thiết bị 17

2.4 Phương pháp nghiên cứu 17

2.4.1 Phân tích thành phần tro bay 17

2.4.1.1 Phân tích ion SO theo phương pháp đo độ đục 17 4 2 2.4.1.2 Phân tích hàm lượng một số kim loại bằng phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử (ICP – OES) 20

2.4.2 Thiết lập quy trình trích vanadium từ tro bay 22

2.4.2.1 Khảo sát các phương pháp trích vanadium đã được nghiên cứu trước đây 22

2.4.2.2 Thiết lập quy trình trích vanadium mới 24

2.4.2.3 Tổng hợp than hoạt tính 24

2.4.2.4 Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính 24

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 26

3.1 Phân tích thành phần tro bay 26

3.1.1 Phân tích hàm lượng 2 4 SO  26

3.1.1.1 Lập đường chuẩn phân tích hàm lượng 2 4 SO 26

3.1.1.2 Kết quả khảo sát 27

3.1.1.3 Nhận xét 28

3.1.2 Phân tích hàm lượng kim loại 28

3.1.2.1 Kết quả khảo sát 28

3.1.2.2 Nhận xét 31

3.2 Thiết lập quy trình trích vanadium từ tro bay 31

3.2.1 Khảo sát các phương pháp trích vanadium đã được nghiên cứu trước đây 31

3.2.1.1 Quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149 31

3.2.1.2 Quy trình của R Navarro et al Waste Manage 27 (2007) 425–438 33

3.2.2 Thiết lập quy trình trích vanadium mới 34

3.2.2.1 Trích vanadium từ tro 36

3.2.2.2 Oxi hóa vanadium 38

3.2.2.3 Tủa vanadium dưới dạng không tinh khiết (vanadium thô) 40

3.2.2.4 Trích vanadium từ vanadium thô: 42

3.2.2.5 Kết tinh vanadium dưới dạng muối ammonium metavanadate (NH4VO3) 43

3.2.2.6 Phân hủy muối NH4VO3 để tạo V2O5 44

3.2.3 Đánh giá sơ bộ tính kinh tế của quy trình trích vanadium từ tro bay 45

3.2.4 Tổng hợp than hoạt tính 48

3.2.4.1 Kết quả khảo sát 48

3.2.4.2 Nhận xét 48

3.2.5 Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính 48

3.2.5.1 Kết quả khảo sát 48

3.2.5.2 Nhận xét 51

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

4.1 Kết luận 52

4.2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ xử lý khí ở nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 3

Hình 1.2: Sự thay đổi hình thái của vanadium theo pH và nồng độ 9

Hình 1.3: Sơ đồ quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 57 (2000) 11

Hình 1.4: Sơ đồ quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 62 (2001) 12

Hình 1.5: Sơ đồ quy trình của R Navarro et al Waste Manage 27 (2007) 13

Hình 1.6: Ảnh chụp SEM của than sạch từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu 14

Hình 2.1: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch phân tích ion 2 4 SO  trong tro bay 18

Hình 2.2: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch chuẩn chứa 0,5 ion 2 4 SO  19

Hình 2.3: Sơ đồ phương pháp phá mẫu tro để phân tích hàm lượng kim loại 21

Hình 3.1: Phương trình đường chuẩn độ hấp thu của ion SO 4 2 26

Hình 3.2: Dung dịch nước tro trích bằng acid 31

Hình 3.3: Dung dịch nước trích bằng acid sau khi oxi hóa 32

Hình 3.4: Dung dịch nước tro trích bằng base 33

Hình 3.5: Kết tủa ammoium vanadate thu được bằng phương pháp base 34

Hình 3.6: Sơ đồ tổng quát quy trình trích vanadium 35

Hình 3.7: Sơ đồ công đoạn trích vanadium từ tro 36

Hình 3.8: Sơ đồ biểu diễn lượng vanadium trích được theo nồng độ acid 37

Hình 3.9: % vanadium trong nước lọc và nước rửa so với lượng vanadium tổng cộng trích được bằng nước 38

Hình 3.10: Sơ đồ công đoạn oxi hóa vanadium 38

Hình 3.11: Sơ đồ công đoạn tủa vanadium dưới dạng thô 40

Hình 3.12: Kết tủa vanadium thô 41

Hình 3.13: Nước thải sau khi tủa vanadium dưới dạng thô 41

Hình 3.14: Sơ đồ công đoạn trích vanadium từ vanadium thô 42

Hình 3.15: Sơ đồ quá trình kết tinh vanadium dưới dạng muối NH4VO3 43

Hình 3.16: Kết tủa NH4VO3 sạch 44

Hình 3.17: Sơ đồ quá trình phân hủy muối NH4VO3 để tạo V2O5 44

Hình 3.18: V2O5 thu được 45

Hình 3.19: Sơ đồ tóm tắt chi phí hóa chất cho quy trình trích vanadium 47

Hình 3.20: Kết quả đường chuẩn methylene blue 49

Hình 3.21: Kết quả lượng methylene xanh hấp thụ theo thời gian 50

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Cơ cấu hệ thống điện năm 2007 1

Bảng 1.2: Thành phần thường gặp của tro bay từ than 5

Bảng 1.3: Thành phần thường gặp của tro bay từ dầu 6

Bảng 1.4: So sánh giữa tro bay từ than và tro bay từ dầu 7

Bảng 1.5: Bảng tóm tắt các dạng của vanadium ở những điều kiện khác nhau 8

Bảng 2.1: Các hóa chất được sử dụng trong quá trình nghiên cứu 16

Bảng 2.2: Hàm lượng pha dãy mẫu chuẩn và mẫu để xác định ion 2 4 SO  20

Bảng 3.1: Độ hấp thu của dãy đường chuẩn ion 2 4 SO  26

Bảng 3.2: Kết quả đo độ hấp thu của ion 2 4 SO  trong mẫu tro bay 27

Bảng 3.3: Thống kê kết quả phân tích hàm lượng ion 2 4 SO  27

Bảng 3.4: Thống kê kết quả phân tích hàm lượng kim loại 28

Bảng 3.5: Giá một số hóa chất bán lẻ được sử dụng 46

Bảng 3.6: Kết quả nung yếm khí than 48

Bảng 3.7: Kết quả đường chuẩn methylene blue 48

Bảng 3.8: Kết quả lượng methylene xanh hấp thụ theo thời gian 49

Bảng 3.9: Kết quả khảo sát độ hấp thụ methyl blue của than 50

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Sơ lược về Nhà máy Nhi t đi n Ô M n 1

1.1.1 Sơ lược ng nh c ng nghi p nhi t đi n ở nước ta[1]

Hiện nay, nền kinh tế nước nhà đang tăng trưởng một cách mạnh mẽ với mức GDP tăng khoảng 8,5 - 9%/năm và còn cao hơn trong thời gian 2006 – 2015, yêu cầu tiêu thụ điện được dự báo tăng 17%/năm (dự báo cơ bản) và 20%/năm (dự báo mức cao) trong giai đoạn 2006 – 2015 Do đó việc tập trung phát triển ngành công nghiệp điện là yêu cầu hàng đầu trong quá trình phát triển kinh tế

Bảng 1.1: Cơ cấu h thống đi n năm 2007

C ng suất đặt C ng suất phát đi n

- Nhà máy nhiệt điện đốt than 1.545 11,43 8.973 13,06

- Nhà máy nhiệt điện đốt khí 3.248 24,04 18.880 27,48

- Nhà máy nhiệt điện đốt dầu 200 1,48 740 1,08 Trạm phát điện Diesel và thủy điện nhỏ 454 3,36 42 0,06

Dựa vào bảng số liệu trên ta thấy nguồn nhiệt điện chiếm một phần lớn (trên 65%) trong tổng công suất phát điện của các nhà máy điện ở nước ta Nhiều tài liệu nghiên cứu cho thấy, nhà máy nhiệt điện đốt than sẽ cho ra từ 4 – 5 tấn tro bay/MW/ngày, lượng tro bay này sẽ ít hơn đối với nhà máy nhiệt điện đốt dầu Như vậy lượng tro bay từ ngành công nghiệp nhiệt điện là rất lớn, khoảng vài triệu tấn/năm, nếu lượng tro bay này không được tận dụng một cách hợp lý thì sẽ chiếm một diện tích tồn trữ rất lớn, gây nhiều khó khăn cho quá trình phát triển của ngành công nghiệp nhiệt điện và là tác nhân gây ô nhiễm môi trường Do đó chúng ta cần

có các biện pháp thích hợp để giải quyết vấn đề về tro bay ở nhà máy nhiệt điện Đặc biệt là tro bay của nhà máy nhiệt điện đốt dầu tuy chiếm một phần nhỏ nhưng

do có hàm lượng kim loại nguy hại cao nên khả năng gây ô nhiễm môi trường cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe con người là cao hơn so với tro bay của nhà máy nhiệt điện đốt than

1.1.2 Sơ lược về Nhà máy Nhi t đi n Ô M n 1

Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 thuộc Trung tâm Điện lực Ô Môn (bao gồm các nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1, 2, 3 và 4 với tổng công suất 2800 MW) được xây dựng vào ngày 26/02/2006 tại phường Phước Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần Thơ

Nhà máy do Tập đoàn Điện lực Việt Nam – EVN làm chủ đầu tư, Công ty Nhiệt điện Cần Thơ làm đại diện, Công ty Tư vấn điện lực Tokyo (TEPSCO) tư vấn thiết kế, Liên danh Mitsubishi Heavy Industries và Mitsubishi Coporation trúng thầu xây dựng, với tổng vốn đầu tư 6.666 tỷ đồng (85% vốn do Ngân hàng Hợp tác Quốc tế Nhật Bản tài trợ thông qua nguồn vốn vay ưu đãi ODA của Chính phủ Nhật Bản) Nhà máy gồm 2 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 330 MW

Nhà máy được đưa vào vận hành tổ máy số 1 vào ngày 09/10/2008 Tổ máy số

2 của nhà máy sẽ sớm được xây dựng để đưa hòa vào mạng lưới điện quốc gia Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 sử dụng dầu FO để đốt lò hơi, hơi sinh ra được đưa vào để quay tuabin phát điện, các tro bụi sinh ra do quá trình đốt cháy không

hoàn toàn được cuống hết ra theo dòng khí thải đi ra khỏi lò hơi, được xử lý theo quy trình sau:

Khí ra

SO3, SO2,

CO2, CO

Lọc bụi tĩnh điện (EP)

Dung dịch ammonia

Tro bay

Khí ra

SO2, CO2, CO

Hấp thụ bằng CaCO3

Khí ra

CO2, CO Không khí

Gypsum CaSO4.2H2O

Ống khói

Hình 1.1: Sơ đồ xử lý khí ở nh máy nhi t đi n Ô M n 1

Dòng khí đi ra khỏi lò đốt chứa các khí cần xử lý như SO3, SO2, CO2, CO… các khí này cần được xử lý trước khi thải ra môi trường, nhất là khí SO3 và SO2 vì hai khí này sẽ tạo thành acid gây ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trường nhiều hơn so với khí CO2, CO Vì vậy đầu tiên dòng khí ra sẽ được đưa qua thiết bị lọc bụi tĩnh điện, tại đây dung dịch ammonia sẽ được phun vào để kết hợp với SO3 tạo thành muối ammonium sulfate (NH4)2SO4, khí SO3 được loại gần như hoàn toàn tại đây Muối ammonium sulfate c ng các tro bụi khác được thiết bị lọc bụi tĩnh điện giữ lại, gọi là tro bay Phần tro bay chính là đối tượng xử lý của đề tài này

Dòng khí sau khi qua thiết bị lọc bụi tĩnh điện vẫn còn khí SO2 cần được xử

lý, khí này được cho hấp thụ bằng vữa đá vôi CaCO3 để tạo thành gypsum theo phương trình phản ứng sau:

CaCO3 + SO2  CaSO3 + CO2CaSO3 + ½O2 + 2H2O  CaSO4.2H2O Dòng khí sau khi được hấp thụ SO2 chỉ còn khí CO2, CO, hơi nước, một ít tro bụi… được thải ra qua ống khói cao 140 mét tại nhà máy để giữ cho nồng độ các khí thải tại môi trường xung quanh nhà máy ở mức độ cho phép

Dựa vào quy trình trên ta thấy hệ thống xử lý khí thải của nhà máy rất hiện đại, đặc biệt là quá trình khử khí SO2 rất kinh tế vì gypsum tạo thành có thể bán đi

để làm phụ gia cho ngành công nghiệp xi măng, giảm thiểu được một phần lớn lượng khí SO2 phát tán ra môi trường Ở những nhà máy nhiệt điện cũ thì lượng khí

SO2 này thường được thải ra theo ống khói nên ống khói thường phải xây cao đến

300 đến 400 mét nhưng theo quy trình trên thì ống khói chỉ cao có 140 mét

Tuy nhiên phần tro bay của nhà máy hiện đang là vấn đề chưa giải quyết được

vì lượng tro bay này tuy ít (khoảng 10 tấn/ngày) nhưng do chứa hàm lượng kim loại nặng cao vượt quá ngưỡng cho phép (chủ yếu là V và Ni) nên hiện lượng tro bay được xếp vào loại chất thải nguy hại Hiện nhà máy đang phải tốn một phần chi phí cho việc xử lý tro bay này với giá 7000 VND/kg Như vậy việc nghiên cứu tìm cách tận dụng lượng tro bay này là một vấn đề cần được quan tâm vì với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí nước ta thì ngày sẽ có nhiều hơn những nhà máy nhiệt điện đốt dầu và lượng tro bay thải ra này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến môi trường

1.2 Phân bi t giữa tro bay ở nh máy nhi t đi n đốt than v tro bay nh máy nhi t đi n đốt dầu

1.2.1 Tro bay từ nh máy nhi t đi n đốt than (tro bay từ than)[2]

Lượng tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm đa số trong tổng lượng tro bay phát thải toàn cầu T y theo nguồn gốc của nguyên liệu khác nhau mà tro bay

có thành phần khác nhau, bảng sau đây trình bày thành phần phần trăm của một số nguyên tố thường gặp trong tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than:

Bảng 1.2: Th nh phần thường gặp của tro bay từ than

Th nh phần (wt %)

Than bitum (Bituminous coal)

Than á bitum (Sub-bituminous coal)

Than non (Lignite)

Dựa vào bảng thành phần trên ta thấy tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than

có thành phần chính là SiO2, Al2O3, Fe2O3, ngoài ra còn một số oxide khác chiếm một lượng nhỏ hơn Lượng tro bay này tuy hằng ngày được nhà máy nhiệt điện phát thải rất nhiều nhưng do thành phần không chứa hoặc chứa rất ít các chất thải nguy hại (như kim loại nặng…) nên ít gây nguy hại đến môi trường và sức khỏe con người Ngoài ra tro bay này có tính chất gần giống với phụ gia puzzolan nên được ứng dụng rất rộng rãi trong ngành công nghiệp xi măng, hơn thế nữa nó còn là nguồn nguyên liệu để tạo thành zeolite do có chứa nhiều SiO2 và Al2O3

1.2.2 Tro bay từ nh máy nhi t đi n đốt dầu (tro bay từ dầu)[3]

Bên cạnh đó, một lượng nhỏ tro bay phát thải là do các nhà máy nhiệt điện đốt dầu, vì nhiên liệu dầu FO là nhiên liệu lỏng nên khả năng cháy tốt hơn so với những nhiên liệu rắn như than nên lượng tro bay phát thải cũng ít hơn Tuy nhiên, do nguyên liệu đốt là dầu FO nên tro bay này có thành phần khác xa so với tro bay của nhà máy nhiệt điện đốt than Bảng sau đây trình bày một số thành phần thường gặp của tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt dầu:

Bảng 1.3: Th nh phần thường gặp của tro bay từ dầu

ít, và có ít khả năng ứng dụng nên hiện chưa có nhiều công trình nghiên cứu như tro bay ở nhà máy nhiệt điện đốt than Tuy nhiên mức độ nguy hiểm của loại tro này thì

cao hơn hẳn nên việc nghiên cứu tìm ra ứng dụng của nó, đáp ứng được mục đích kinh tế cũng như mục tiêu bảo vệ môi trường là việc cần thiết

Bảng 1.4: So sánh giữa tro bay từ than v tro bay từ dầu

Chứa kim loại nặng ít, không phải là

chất thải nguy hại

Hầu như không bị nước hòa tan

Chiếm đa số trong tổng lượng tro bay

phát thải toàn cầu

Đã có tiêu chuẩn, phân loại của ASTM

Đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng:

1.3 Sơ lược về vanadium[4][5]

1.3.1.1 Tính chất

Vanadium (số hiệu nguyên tử 23, nguyên tử khối 50,942) là nguyên tố thuộc chu kỳ 4, nhóm VB trong bảng hệ thống tuần hoàn, là kim loại chuyển tiếp có cấu trúc lập phương tâm khối, màu xám Khi ở độ tinh khiết rất cao, vanadium rất mềm

và dễ khéo sợi Bởi vì nhiệt độ nóng chảy rất cao nên vanadium được d ng làm kim loại chịu lửa như niobium, tantalum, chromium, molybdenum, và tungsten Vanadium được d ng chủ yếu (trên 90%) trong việc tạo thành hợp kim thép cường

độ cao (high strength steels), và với một hàm lượng vanadium thấp hơn để tạo thành thép công cụ (tool steels) Vanadium cũng là một thành phần quan trọng trong hợp kim với titanium, hợp chấp V3Ga được được d ng như chất siêu dẫn

Vanadium là kim loại lưỡng tính, có tính acid mạnh, vanadium có nhiều hóa trị (II, III, IV, V), ứng với mỗi hóa trị, dung dịch chứa vanadium sẽ có một màu sắc riêng biệt Màu sắc này chẳng những phụ thuộc vào pH của dung dịch mà còn phụ thuộc vào nồng độ vanadium trong dung dịch, hay nói khác đi vanadium (nhất là ở dạng hóa trị V) sẽ tồn tại ở những hình thái khác nhau phụ thuộc vào pH và nồng độ vanadium trong dung dịch

Bảng 1.5: Bảng t m tắt các dạng của vanadium ở những điều ki n khác nhau

Hình 1.2: Sự thay đổi hình thái của vanadium theo pH v nồng độ

1.3.1.2 Phân bố

Vanadium là nguyên tố phổ biến thứ 22 trong tổ số nguyên tố trên trái đất, chiếm 0,07% khối lượng vỏ trái đất Nhưng vì là nguyên tố phân tán nên không có những mỏ vanadium hàm lượng cao, những nơi giàu vanadium thì hàm lượng vanadium cũng chỉ chiếm khoảng vài phần trăm Vanadium thường nằm trong cái khoáng vật chứa uranium Ngoài ra cũng được tìm thấy ở các mỏ khoáng có lẫn đồng, chì, kẽm ở châu Phi và ở một số đá phosphate ở miền tây Hoa Kỳ Ở các nước Nga, Phần Lan, Trung Quốc và Öc cũng có những mỏ vanadium trữ lượng lớn Vanadium cũng chiếm một hàm lượng đáng kể trong dầu mỏ, đặc biệt là dầu

nơi làm việc được ban hành bởi OHSA (Occupational Safety and Health Administration - Cơ Quan Quản Lý An Toàn và Sức Khoẻ Nghề Nghiệp – Hoa Kỳ)

là 0,5 mg V/m3 cho bụi và 0,05 mg V/m3 cho khói

1.4 Một số quy trình trích vanadium từ tro bay nh máy nhi t đi n đốt dầu

Vì vanadium là nguyên tố phân tán nên hàm lượng của nó trong tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu tuy chỉ vài phần trăm nhưng cũng có thể so sánh với các mỏ vanadium nên việc trích vanadium từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu có lợi ích lẫn về mặt kinh tế và mặt môi trường, sau đây một số quy trình trích vanadium đã công bố sẽ được giới thiệu sơ lược:

1.4.1 Quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149[6]

Quy trình này chủ dựa vào tích chất tan trong acid của vanadium Quy trình

d ng một dung dịch acid mạnh để trích vanadium ra khỏi tro bay, sau đó rửa lượng tro bay thu được sau khi trích 3 lần, nước trích và nước rửa lần 1 được đem đi sử dụng, nước rửa 2 lần còn lại được đem đi thải bỏ Sau đó dùng NaClO3 để oxi hóa vanadium hóa trị IV chứa trong dung dịch nước trích và nước rửa lần 1 lên vanadium hóa trị V, trong quá trình oxi hóa thì cho thêm Na2CO3 vào để giữ pH ~ 2,1, và sau đó thêm Na2CO3 cho đến pH ~ 3 sẽ thu được kết tủa V2O5 V2O5 thu được có lẫn tạp chất như sắt hydroxide nên rửa tủa 3 lần bằng dung dịch H2SO4pH~2 Quy trình này được tóm tắt theo sơ đồ sau:

Đốt có kiểm soát nhiệt độTro bay

Trích bằng acid

Lọc

Oxi hóa vanadium

Hình 1.4: Sơ đồ quy trình của S Vitolo et al Hydrometallurgy 62 (2001)

Quy trình này được tiến hành tương tự quy trình ở mục 1.4.1 nhưng tro được nung trong điều kiện có không khí ở 850C trong 6 giờ trước khi thực hiện quá trình trích vanadium bằng dung dịch acid H2SO4 Mục đích của quá trình này nhằm đốt cháy lượng C trong tro bay, nâng cao hàm lượng của vanadium Quy trình này có hai nhược điểm lớn sau:

Lượng than sạch có khả năng làm than hoạt tính bị đốt bỏ, điều này gây ra sự tiêu tốn năng lượng, hạ thấp hiệu quả kinh tế của quy trình, đồng thời phát thải một lượng khí CO2 vào môi trường tương đối lớn

Quy trình còn có nhược điểm là trong quá trình đốt bỏ lượng than ở 850C thì (NH4)2SO4 cũng bị phân hủy tạo ra một lượng khí NH3 và SO3, lượng khí SO3 bị phóng thích trở lại làm tiêu tốn thêm một khoảng chi phí để xử lý

1.4.3 Quy trình của R Navarro et al Waste Manage 27 (2007) 425–438[8]

Trích

Tro bay

Oxi hóa vanadium

H2O2

Loại Al ở pH~8

Tủa vanadium ở pH~5

NH4Cl

Hình 1.5: Sơ đồ quy trình của R Navarro et al Waste Manage 27 (2007)

Quy trình này lợi dụng tính lưỡng tính của vanadium là tan trong dung dịch base

Sử dụng dung dịch NaOH 2M để trích vanadium, như vậy sẽ hạn chế được những kim loại khác như Fe, Ni bị đồng hòa tan với vanadium Sau đó oxi hóa vanadium bằng H2O2 để đưa vanadium về hóa trị V, rồi loại Al kết tủa ở pH~8 vì Al cũng có tính lưỡng tính giống như vanadium nên bị hòa tan trong dung dịch base Tiếp tục

đưa pH về 5 và thêm NH4Cl cho đến khi NH4Cl đạt nồng độ 1M để tủa hoàn toàn vanadium Phương trình phản ứng như sau:

Na VO 3NH ClNH VO  3NaCl2NH H O

Vì đây là phản ứng thuận nghịch nên cần thêm một lượng dư NH Cl để tủa được 4hoàn toàn vanadium

1.5 Sơ lược về than từ tro bay nh máy nhi t đi n đốt dầu[9]

Tro bay của nhà máy đốt dầu sau quá trình trích vanadium, lượng tro thải ra có thành phần chủ yếu là carbon cháy không hết trong quá trình đốt dầu Lượng carbon này có cấu trúc xốp, trên bề mặt có nhiều lỗ rỗng và kích thước hạt khá mịn, hàm lượng kim loại thấp do đã bị trích ra trong quá trình sản xuất vanadium pentoxide nên có thể gọi là than sạch và ứng dụng được để làm than hoạt tính Sau đây là ảnh

chụp SEM (scanning electron microscope) của loại than sạch này trong tài liệu tham

khảo được:

Hình 1.6: Ảnh chụp SEM của than sạch từ tro bay nh máy nhi t đi n đốt dầu

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục đích v nhi m vụ của đề t i

2.1.1 Mục đích

Phân tích một số thành phần trong tro bay của nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 và

sử dụng nguồn chất thải nguy hại đó để sản xuất ra một số sản phẩm có ứng dụng và mang lại hiệu quả kinh tế như: vanadium pentoxide và than hoạt tính

2.1.2 Nhi m vụ

Phân tích một số thành phần trong tro bay của nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 Bước đầu đánh giá và khảo sát khả năng trích vanadium trong tro bay, và thiết lập quy trình tổng quát vừa mang lại hiệu quả kinh tế đồng thời cũng góp phần làm giảm đi lượng chất thải nguy hại

Bước đầu phỏng đoán sơ bộ hiệu quả kinh tế của quy trình trích vanadium từ tro bay

Sử dụng lượng tro sạch thu được từ quy trình trên để sản xuất than hoạt tính được ứng dụng vào xử lí nước thải

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích hàm lượng của một số thành phần trong tro bay như: SO42-, và một

số kim loại (Ni, V, Al, Zn, Fe, Na, K, Ca, Ba, Mo) dựa vào phương pháp đo phổ phát xạ nguyên tử ghép cặp cảm ứng cao tần, thực hiện trên máy ICP – OES của hãng SPECTRO (Inductively coupled plasma – Optical emission spectrometer)

- Tiến hành trích vanadium từ tro bay theo một số quy trình đã được công bố

- Trích vanadium theo một phương pháp mới có tính thực tế cũng như mang lại lợi ích về kinh tế

- Tổng hợp than hoạt tính bằng than sạch thu được trong quá trình trích vanadium ở trên

- Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính bằng phương pháp hấp phụ methylene blue

2.3 H a chất v thiết bị

2.3.1 H a chất

Bảng 2.1: Các h a chất được sử dụng trong quá trình nghiên cứu

Ammonium metavanadate NH4VO3 Trung Quốc

Ammonium sulfate (NH4)2SO4 Trung Quốc

Máy quang phổ UV-Vis Cary 50 Conc VARIAN

Máy ICP-OES SPECTRO

Lò nung chương trình nhiệt NABERTHERM

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phân tích th nh phần tro bay

2.4.1.1 Phân tích ion SO theo phương pháp đo độ đục 4 2

a Nguyên tắc

Ion SO24 trong dung dịch được tạo tủa bằng Ba2 Lượng tủa được giữ ở trạng thái lơ lửng trong dung dịch bằng dung môi bảo vệ keo tạo dạng huyền ph Nồng độ tủa được xác định qua khả năng hấp thu bức xạ trong v ng thấy được Từ

4

SO 

   30 mg/l

Để tăng khả năng bảo vệ keo, loại tủa BaCO3 làm giảm độ tan của tủa BaSO4

và tủa này không lớn lên, d ng dung môi là hỗn hợp của Glycerol – Etanol và NaCl – HCl

Để giữ tính đồng nhất cho dạng huyền ph trong mọi dung dịch đo, lưu ý thời gian tạo tủa, khuấy trộn và đo độ hấp thu trên máy quang phổ hấp thu UV – Vis ở bước sóng hấp thu cực đại max 400 nm

100ml dung dịch mẫu (bình định mức)

Nước cất

Pha loãng 5 lần

Hình 2.1: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch phân tích ion SO 2 4 trong tro bay

- Chuẩn bị dung dịch chuẩn

0,907 g K2SO4 đã sấy

100ml dd(bình định mức)

100ml dd chuẩn,[SO42-] = 0,5mg/ml(bình định mức)

Hỗn hợp II: Glycerol – Etanol (tỉ lệ 1:2)

Pha dãy chuẩn và mẫu trong bình định mức 25 ml với hàm lƣợng đƣợc ghi trong bảng sau: