ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU SO2

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 trạngthái vật l

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 điện21% Năm 1994, tổng sản lượng của các nhà máy điện ước tính khoảng 12000GW, trong đósản 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 lượng lưuhuỳnh thấp(0,5-0,8% khối lượng) Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 kWh điện từ0,473 kg ( Phả Lại) đến 0,808 kg (Ninh Bình, trước năm 1995),mức trung bình của thế giớinhỏ 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 tấn bụi.203,5.103 tấn xỉ

Các cơ sở phía Nam sử dụng dầu FO, hàm lượng lưu huỳnh thường rất cao (2,5-3% khốilượng) Gần đây khi vận chuyển được khí đốt vào bờ, một số cơ sở sẽ chuyển sang sử dụngnhiên liệu khí đốt, tình hình môi trường ở xung quanh các cơ sở này có thể sẽ được cải thiệnhơn

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 SO2.Hiện nay, vấn đề khử bụi và khí độc của các nhà máy nhiệt điện là rất cần thiết Nếu không

có biện pháp khắc phục thì nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí( bụi, SO2, CO)

ở các khu dân cư xung quanh nhà máy phần lớn đều vượt quá trị số tiêu chuẩn cho phép.Dưới đây xin đưa ra 2 trường hợp ô nhiễm không khí ở nhà máy Nhiệt điện thuộc tỉnh ĐồngNai:

Tải lượng ô nhiễm không khí thải ra từ nồi hơi đốt than của nhà máy Nhiệt điện đốtthan gồm 2 tổ máy phát công suất 150 MW thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa:

Nguồn: Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường ,năm 2003.

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:

Nồng độ khí Tiêu chuẩn khí Nồng độ khí Tiêu chuẩn khí

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:

_ Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: khí thải ra trong quá trình đốt than ở nồi hơi được truyềnqua thiết bị lọc tĩnh điện để tách bụi Bụi sẽ được làm lạnh và lưu giữ trong bồn chứa,sau đóvận chuyển cho nhà máy ximăng để tái sử dụng như là nguyên liệu để sản xuất clinke hoặcbán 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 ônhiễm,nồng độ khí SO2 sẽ vượt tiêu chuẩn cho phép Do vậy hệ thống khử lưu hùynh trongkhí thải được lắp đặt để tách oxit lưu hùynh Chất hấp thụ là Mg(OH)2 được tạo ra bằng cáchhòa 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

B ch a ,Mg(OH)ể chứa ,Mg(OH) ứa ,Mg(OH) 2

N c nóng MgOưu ớc nóng MgO

Tro khô Tr m x lý n c ạm xử lý nước ử lưu ưu ớc nóng MgO

th i t p trung c a ải/ ập trung của ủa nhà máy đi nệt

Sông

Th V iị Vải ải/

Bánh bùn

Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều quốcgia, nhất là các nược phát triển trên thế giới Vì những lý do nêu trên, công nghệ xử lý khíSO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cungcấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuric(H2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất

I.1.2.Tổng quan về khí SO2:

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

Ơ 200C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thể tích khí SO2, khi hoà tan trong nướcmột 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 suốtkhông màu, sôi ở -100C SO2 lỏng khi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môi trườngxuống 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 chuyển thànhaxit sunphurơ (H2SO3) rồi sau đó biến thành axit sunphuric (H2SO4) Như ta đã biết, khí SO2rất dễ hoà tan trong nướcnên chủ yếu SO2 sẽ tác dụng tưói đường hô hấp trên và niêm mạcmắt Khi hít phải khí SO2 niêm mạc khí quản sẽ bị kích thích sinh ho ; có khi thanh đới bị corút làm người bị nạn không nói được Tuy vậy, nếu đứng lâu ở nơi không khí nhiễm nhẹ khíSO2 ta sẽ cảm thấy “quen” dần

I.1.2.3.Các triệu chứng nhiễm độc SO2.

Người bị nhiễm độc khí SO2 thoạt đầu sẽ thấy trào nước mắt, chảy nước mũi, nhứcđầu, lợm giọng, chân tay bải hoại, dạ dầynh ách khó chịu, đau bụng, ỉa chảy, thở gấp, tứcngực và kém cảm giác với lạnh Nếu bị nhiễm độc mãn tính sẽ dẫn tới viêm da, viêm khíquản, viêm phổi biến chứng thành mọng nước phổi, phản ứng của vị giác và khứu giác giảmsút, mắt đỏ, sưng húp

Nếu để SO2 lỏng bắn 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 độcSO2

Nồng độ SO2 trong không

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 môitrường lỏng ( dung môi hấp thụ) Khi tiếp xúc với khí thải,chất độc hại sẽ tác dụng với cácchất 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 trạngthái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng( quá trình hòa tan đơn thuần của chất khítrong 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 trởthành 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 đến bề mặt củachất lỏng hấp thụ

Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chấtlỏng hấp thụ

Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và cácchất 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 củachất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thíchhợp(trong trường hợp hấp thụ hóa học) Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phầnlớn là do tính chất dung môi quyết định

Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dùng chất rắn xốp để hútcác 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 lạitrong 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 thựcphẩm,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),lực liên kết là lực hút giữacác phân tử( Vanderwaals),không tạo thành hợp chất bề mặt

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 cácphương 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 thựchiện,chúng có thể cháy được nhưng sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không độc hại hay ít độc hạihơn Các chất khí thải được sử lý theo phương pháp đốt thường là các hợp chấthydrocacbon,các dung môi hữu cơ… Việc xử lý khí thải theo phương pháp này được sửdụng trong trường hợp khí thải có nồng độ chất độc cao vượt quá giới hạn bắt cháy và cóchứa hàm lượng oxygen đủ lớn

Quá trình đốt được thực hiện trong hệ thống gồm những thiết bị liên kết đơn giản cókhả năng đạt hiệu suất phân hủy cao Hệ thống đốt bao gồm cửa lò đốt,bộ mồi lửa đốt bằngnhiên 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 khí độc hại như SO2, H2S,NH3, HF, có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và cácdung môi thích hợp

Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫncác 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

nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làmnguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí Như vậy ,thiết bị sẽ trở nên cồngkềnh, vận hành phức tạp.

Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ tướicủa 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 khảnăng hòa tan trong nước Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung môinày có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môithích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung moi quyếtđịnh 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 Chấtthải 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 trongcông nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm

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

Nhược điểm:

Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễm thứ cấp ( nếuchất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hay có giá trị kinh tế khôngcao không cần tái sử dụng) Trường hợp chất hấp phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm có thể bỏ nóđi

Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơihay khí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ ( lúcnày 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 hấpbằng 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 bằngphương pháp đốt Thông thường những hợp chất hữu cơ, nhất là nhũng hợp chất chưa no lànhững 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 chứanhiều chất ô nhiễm vô cơ như S, Cl, F…

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

Phương pháp đốt hoàn toàn phù hợp với việc xử lý các khí thải độc hại khôngcần 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 ônhiễm thứ cấp gây độc hại Nên trong khi nghiên cứu, thiết kế triển khai phải chú ý tốt đến tất

Như vậy việc lựa chọn phương pháp hấp thụ làm đối tượng nghiên cứu , áp dụng cho xử lý

I.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Quá trình hấp thụ được thực hiện trong nhiều loại tháp khác nhau Sau đây là một số thápthường 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 thểhình tròn hay hình chữ nhật Dòng khí và dịch trong tháp có thể chuyển động cùngchiều,ngược chiều hoặc cắt nhau Các mũi phun có thể bố trí một tầng hoặc nhiều tầnghoặc đặt dọc trục thiết bị Dòng khí thải chứa chất ô nhiễm khi tiếp xúc với dịch phuntrong tháp sẽ cuốn theo dịch phun

Hiệu quả hoạt động của tháp còn phụ thuộc vào tính chất của dòng khí thải, dungdịch 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 phầnkhông 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 nhiênhay theo thứ tự

Toàn bộ số vật chêm được đặt trên bộ phận đỡ vật chêm cũng là bộ phận phân phốikhí Dung dịch hấp thụ được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng sao chocác chất lỏng phải thấm ướt được toàn bộ vật chêm

Dòng khí chuyển động ngược dòng với dòng dung dịch phun theo phương thẳngđứng Loại thiết bị này có trở lực lớn hơn nhiều so với tháp rửa rỗng nhưng hiệu quảhấp thụ cao

Thiết bị rửa khí có lớp đệm không những hấp thụ thành phần khí độc hại mà còn làmlạnh 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 đópha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau Chất lỏng đi vào ở đỉnh hoặc tại một mâmthích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền Phakhí đi từ dưới lên qua mỗi mâmbằng các khe hở trên mâm do cấu tạo khác nhau củamâm 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 phải lớn

và tháp bị ngập lụt Thường loại tháp này rất khó thiết kế vì đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật vàcác 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 trìnhhấp thụ rửa khí đều được, tuy nhiên việc ứng dụng loại thiết bị nào còn tùy thuộc vào

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

_ Dễ chế tạo

_ Dễ vận hành

_ 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 SO2 bằng nước:

Qúa trình hấp thụ SO2 bằng nước:

SO2 + H2O H + + HSO3

Hấp 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 qualớp 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) và nước sạch.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 khỏinước thì nhiệt độ của nước phải cao

Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước saukhi 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 nguồncấp nhiệt (hơi nước ) công suất lớn đó là một khó khăn ngoài ra, để sử dụng lại nướccho quá trình hấp thụ phải làm nguội nnước xuống gần 10oC tức phải cần đến nguồn cấplạnh 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 dụngđược 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 hìnhI.1 là sơ đồ hệthống hấp thụkhí SO2 bằngnước :

Hình I.1 Sơ

đồ hệ thống xử

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 SO2 bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng xúc tác

1-xiclon2-tháp oxy hóa nhiềutầng xúc tác

3-thiết bị làm nguội4-scrubơ rửa khí

I.4.2 Xử lý khí SO2 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 SO2 theophản 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 SO2 bằng sữa vôi

1- srubơ2- bộ phậntách tinh thể3- bộ lọcchân không4,5- máy bơm6-thùng hòatrộn dung dịchhấp thụ( sữa vôi

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 trìnhhấp 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 tro bụi, do đó cầntách 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 tinhthể sunfit và sunfat canxi Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dịcg một phần đi vào tướicho scrubơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể bị giữ lại dướidạng cặn bùn và được thải ra ngoài Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột ở cácthiết bị 7,8 rồi cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chânkhông 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 vàthạch 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 thayđổi nồng độ SO2 trong khí

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98% Sức cản khí động của hệ thống khôngvượt 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 sunfitthành sunfat trong lò nung

Một dạng khác của hệ thống hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi được áp dụng ở nhà máynhiệt điện Battersea ở Anh là người ta dùng nước sông Thame có độ kiềm lớn và hòatrộn 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 cóhòa thêm sữa đá phấn Dung dịch đi ra từ phía dưới của scrubơ 1 được cho vào bể lắng

3 và sau đó qua bộ phận thông khí (aerato ) 4, tại đây không khí được thổi vào để cấpoxy cho quá trình oxy hóa các muối trung gian thành muối sunfat rồi xả ta sông Đểthúc đẩy quá trình oxy hóa người ta hòa vào trong nước dung dịch chất xúc tác mangansunfat (MnSO4) hoặc sắt sunfat (FeSO4)

Hình I.4 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 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 hệthống được trình bày ở hình I.5.

Hình I.5 Hệ thống

xử lí khí SO2 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 chếsữa vôi mới

8- thùng chứa trunggian có khuấy

9- thùng oxy hóa( sục không khí)10- máy vắt khô lytâm

Khói thải được đưa vào tháp làm nguội và làm sạch bụi trong scrubơ 1 sau khi đã quacấp 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 4được tưới dung dịch bisunfit-sufnat canxi mà dung dịch này luôn được bổ sung sữa vôimới Phần khói còn lại đi vào thiết bị làm nguội 2 để hạ nhiệt độ xuống 40oC và đi vàoscrubơ 3 được tưới dung dịch bisunfit-sunfat lấy từ scrubơ 4 Dung dịch tưới cho cácscrubơ 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 Từthùng chứa 8 sữa cô đặc được đưa sang thùng oxy hóa 9, ở đó quá trình oxy hóa diễn rabằng không khí thổi có áp

Kết quả là các tinh thể thạch cao được hình thành Tiếp theo, thạch cao loãng trongthùng 9 được đưa sang máy vắt khô ly tâm 10 để lọc ra thạch cao tinh chấtCaSO4.0,5H2O

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 SO2 bằng amoniac

Hình I.6 Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng amoniac.

1- scrubơ2,4- thiết bị làmnguội

3- tháp hấp thụnhiều tầng

5- tháp hoànnguyên

6- tháp bốc hơi

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 tuầnhoàn Khói được làm nguội đến 30oC, còn bụi cần được thải ra ngoài Trong nước tuầnhoàn dùng cho quá trình làm nguội khói trong scrubơ 1 có chứa bụi, SO2 và H2SO4.lượng khí SO2 khử được trong scrubơ 1 chiếm khoảng 10% lượng SO2 chung trongkhóithải khi nồng độ ban đầu của SO2 trong khói là 0.3% Nhiệt độ cuối của nước đạtkhoảng 50oC Để nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuốngkhoảng 27oC trong thiết bị làm nguội(thiết bị trao đổi nhiệt) số 2 thiết bị 2 có thể làtháp làm mát, lúc đó không khí đi qua tháp phải được thải ở độ cao thích hợp để đềphòng 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 saukhi lắng cặn sẽ thải ra ngoài sau khi trung hòa axit và nước sạch được bổ sung liên tụcvào vòng tuần hoàn Từ scrubơ 1 khí đã được làm nguội đi vào tháp hấp thụ số 3, tại đóquá trình hấp thụ SO2 được thực hiện trên nhiều tầng, mỗi tầng hấp thụ được tưới dungdịch theo chu trình kín, trong khi đó một phần dung dịch từ tầng trên được đưa xuốngtưới một cách liên tục cho tầng dưới Tầng hấp thụ trên cùng được tưới bằng nước sạchvới mục đích ngăn cản sự thất thoát khí NH3 đi theo khói thải ra ngoài Thành phầndung dịch tưới ở mỗi tầng hấp thụ được giữ không đổi Dung dịch đã hoàn nguyên đượccấp 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

amoniac có chưng áp

1- tháp hấp thụ2- máy lọc ép3- nồi chưng áp4- thiết bị bốchơi chân không5- máy lọc lytâm

6- máy sấy khôKhí thải sau khi được lọc sạch bụi đi vào tháp hấp thụ đạt khoảng 45% Người ta bổsung vào dung dịch tưới một lương dung dịch nước –amoniac đậm đặc (30%) Một phầndung 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 khihoàn thành phản ứng oxy hóa, các chất trong thùng chưng áp nguội dần, áp suất dưgiảm xuống đếm 3.5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra đổ thànhkhuôn Phần dung dịch nổi bên trên được đưa sang thiết bị bốc hơi chân không 4 rồi điqua máy lọc ly tâm 5 để tách amoni sunfat

Đặc điểm của phương pháp xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp là sản phẩmcuốicùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat

Hình I.8 Sơ

đồ hệ thống xử

lý khí SO2 bằng amoniac kết hợp với vôi.

1,2- scrubơ3- thùng phảnứng

4- thiết bị traođổi nhiệt(làmnguội)

5- máy lọc lytâm

6- thùng phachế sữa vôi7,8- thùng chứa dung dịch mới

Hiệu quả khử SO2 của phương pháp amoniac- voi có thể đạt 95%; nồng độ NH3 theokhí 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 độcao 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 SO2 bằng magie oxit (MgO)

Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:

MgO + SO2 = MgSO3 (3)

Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit:

MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2 (4)

Một phần Magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat:

2MgSO3 + O2 = MgSO4 (5)

Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy hóa sunfit (5) làkhông 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 thànhtinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydratMgSO3.3H2O

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 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 SO2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình

4- bộ phận khốngchế liều lượng

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

có băng tải9- lò nhiều tầngKhói thải cần xử lý SO2được đưa vào scrubơ 1trong đó được tưới dungdịch 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 bị

oxy 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 sang xiclon 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 đódưới 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





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 tinhthể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử SO2 bằng magie oxit “không kếttinh” Thực chất của phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tướiđược tách ra trong thiết bị riêng biệt- gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theodung dịch từ scrubơ chảy ra kết hợp với MgO theo phản ứng (9), nhờ đó lượng magiesunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2 ÷ 3% và thiết bị hoạtđộng được nhẹ nhàng hơn

Hình I.10 Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng MgO không kết tinh

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

đồ 910- thùng chuẩn bịdung dịch mới

I.4.4.3 Phương pháp magie oxit sủi bọt

Hình I.11 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 bằng MgO sủi bọt

1- thiết bị hấp thụkết hợp với thùng kết tinh

3- bộ phận táchgiọt nước

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

sơ đồ hình 9,10

Ưu điểm nổi bật của hệthông “sủi bọt” là tháp hấp thụ không cần lớp đệm băng vật liệu rỗng Do đó vấn đềđóng cắn bẩn gây tắc lớp đệm là không xảy ra Tuy nhiên do dòng khí thải sục qua lớpdung 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 đóngcắn bởi các tinh thể không hòa tan Vì thế người ta tìm kiếm các biện pháp để tận dụngđược ưu điểm của phương pháp tuần hoàn magie oxit mà tránh đựơc nhược điểm vừa

không dùng các muối magie dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùngdung dịch kali cacbonat và kali sunfat la những chất hoàn toàn hòa tan trong nước

Nhược điểm chủ yếu của các phương pháp nêu trên so với phương pháp oxit magieđơn thuần là dung dịch hấp thụ SO2 của dung dịch làm việc không cao băng dung dịchmagie oxit

I.4.5 Xử lý khí SO2 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 dùngnhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO

Ưu điểm chính của phương pháp này là quá trình phân lý kẽm sunfit ZnSO3 thànhSO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đốivới MgSO3 Ap suất bão hòa của SO2 trên MgSO3 bằng 1 atm ở nhiệt độ 650oC, tronglúc đó đối với ZnSO3 áp suất bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260oC Điều đócho 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 đạtnồng 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 đivào scrubơ, trong đó tưới dung dịch huyền phù ZnO Phản ứng xảy ra trong scrubơ nhưsau:

ZnO + SO2 = ZnSO3(8)

Kẽm sunfit hình thành từ phản ứng trên là loại muối kém hòa tan trong nước và kếttủa dưới dạng các tinh thể ZnSO3.5H2O trong bể tuần hoàn có khuấy Tinh thể kẽmsunfit được tách ra khỏi dung dịch bằng máy lọc hoặc máy ly tâm Dung dịch loãng saumáy lọc được quay về để chuẩn bị sữa kẽm oxit mới, còn tinh thể kẽm sunfit thì đượcsấy khô và đưa vào lo nung để hoàn nguyên kẽm oxit và thu hồi SO2 nồng độ cao(100%) Khí SO2 thu hồi được có thể được hóa lỏng hoặc chế biến thành axit sunfurichoặc lưu huỳnh đơn chất

Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi phải lọc sạch tro bụi trong khí thải trướckhi đưa vào hệ thống xử lý SO2 và tiêu hao nhiều kẽm oxit do có hiện tượng oxy hóakẽm sunfit thành sunfat Ngoài ra, nếu trong khí thải có chứa các chất ô nhiễm khác như

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

Hình I.13 Sơ đồ hệ thống

xử lí SO2 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 nguyênZnO và thu hồi SO2

Phương pháp này cũng nhưphương pháp kẽm oxit đơnthuần không đòi hỏi làm nguội

sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO2 đạt 96 ÷ 98% Nhưng nhược điểm chủ yếu là hệthống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri

I.4.6 Xử lý khí SO2 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 dụngnhiều trong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến làcác amin thơm như anilin C6H5NH2 , toluiđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2 vàđimetyl-anilin C6H5N(CH3)2

Hình I.14 Sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 theo quá trình sunfiđin

1- thiết bị trao đổinhiệt( làm nguội)

2,3- tháp hấp thụ4,7- scrubơ5- tháp bốc hơi6- bể lắngKhí thải sơ bộ được làmnguội và lọc sạch bụi trongthiết bị lọc bằng điện, sau

đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau Các tháp hấp thụ được tưới hỗnhợp xylidin-nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấpthụ Trong quá trình hấp thụ SO2 bằng xilidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đócần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1 khí sạch đi ra khỏi tháp hấpthụ có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ 4 để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuricloãng

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

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 cấpcho 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 nguộikhí 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 liệuchế tạo tháp hấp thu và các đường ống dẫn khí được chọn là loại thép hợp kim đặc biệtthuộc nhóm thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việccủa thiết bị

Thiết bị xử ly: 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

o Ngoài ra lớp đệm vòng sứ còn có tác dụng va đập, kết dính bụi và kim loại nặng trongkhí thải vào dung dịch hấp thu sau đo 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 phụcbằng cách sử dụng tuần hoàn dung dịch xử lý nhằm triệt để lượng hoá chất trong dung dịch vàgiảm lượng nước thải ra ngoài Theo phương pháp này, dung dịch xử lý được sử dụng tuầnhoàn 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:

Khí th i ra môiải/

tr ngưu ờng

Tháp gi i nhi tải/ ệt

Tháp h p thu x lý SOấp thu xử lý SO ử lưu 2

Thi t b l c b i t nhết bị lọc bụi tĩnh ị Vải ọc bụi ụi ĩnh điện

đi nệt

B l c b i b ngộ lọc bụi bằng ọc bụi ụi ằngCyclonKhí th iải/

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 qua thiết

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 dịchhấp thu được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được đĩa phân phối tưới đều lênlớp vật liệu đệm Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm, cả hai tiếpxúc 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 để loại bỏ lượng bụicòn 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 phản ứnghoá học xảy ra giữa dòng khí có tính acid và dung dịch kiềm, đó là phản ứng trung hoà Dungdịch cũng lôi cuốn theo tro bụi trong khí thải Theo thời gian, dung dịch sẽ giảm dần pH vàchứa nhiều cặn Khi bổ sung dung dịch mới, một lượng dung dịch cũ được thải bỏ Vì vậy, bểlắng cặn ngoài tác dụng làm trong dung dịch tuần hoàn còn có tác dụng xử lý sơ bộ nước thảitrước 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)

L đ ,

X đ

G c , Y c

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

(kmol/kmol trơ)Xđ,Xc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng

SO tr

SO

P T

T P

T

T P

M P

T

T P

2 2

2

0

0 0

0 0

0

4 , 22

4 , 22

.

.

4 , 22

phân tử gam của SO2 và không khí

áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí.

với

Với là nồng độ SO2 ban đầu :

1000

) 273 57

.(

273

4 ,

22

.

2 2





SO SO

n P

) (

052 ,

0 64

/ 34

SO

d y

SO   

=1413ppmĐổi ra g/m3: === 3.34g/m3

Suy ra Ptr: áp suất riêng phần của khí trơP0: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn = 760 mmHg

O O

SO

T

T P

P

M

1 1

.

4 ,

22

1000

1

1

4 ,

22

64

1000

1413



mmHg at

P SO 1 , 408 10 ( ) 1 , 07

1000

) 273 57

( 273

4 ,

22 052 ,

).

273 57

.(

4 , 22

m kg

 

 Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào:

Nồng độ khí ban đầu:

Nồng độ SO2 theo :=

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

) / (

788

1 0728

.

1 3600

6000

s kg

V

3

9 , 36 0369

,

0 )

57 273

( 082 ,

0

1

m

mol l

mol RT



Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

Xd : phần mol SO2 trong pha lỏng

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

 Đầu ra: SO2 đầu ra yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại B (0,5 g/m 3 )

Nồng độ mol của SO2 đầu ra:

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

Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp:

) (

001413 ,

0 9

, 36

05217 ,

( 001415 ,

0 001413

, 0 1

001413 ,

0

y Y

) (

00021172 ,

0 9

, 36

0078125 ,

( 10 21176 ,

0 10

21172 ,

0 1

10 21172 ,

0

33

3

molkhí SO

mol y

y

Y

c

c c

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 thị vớicác trục toạ độ là Y (Ycb) – X Trên đồ thị ta dựng phương trình đường cân bằng và đường

làm việc của quá trình hấp thu

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

X  

log = 3,58 +1,87log + 2,24x10-2T – 1960/T Với T =40oC= : nhiệt độ làm việc của tháp (nhiệt độ khí 57oC,nhiệt độ nước 23oC)

: áp suất riêng phần của khí SO2 trong pha khí

*

2

SO

P

: nồng độ SO2 trong pha lỏng



2



4 , 22

273

) 1

M

tb y hhkhi

0 2

00021172 ,

0 001413 ,

0 2

.(

4 , 22

273 29 ) 10 81236 ,

0 1 ( 64 10 81236 ,

m kg

0 1 ( 64 10 81236 ,

0 )

1 (

Nồng độ dung dịch ra khỏi tháp :

Với : Gtr : suất lượng cấu tử trơ

Mà: Suất lượng mol hỗn hợp:

Suất lượng cấu tử trơ trong pha khí:

Từ đồ thị đường cân bằng, ta tính được:

Lượng dung môi tối thiểu:

626 ,

233 /

4 , 22

1 760

760 )

57 273 (

273 /

6000 3 3 kmol h

kmol m

mmHg

mmHg K

K h

295 ,

233 )

001415 ,

0 1 ( 626 ,

233 )

( 001975 ,

X c 

Lượng dung môi cần thiết:

Chọn Nồng độ dung dịch ra

khỏi tháp:

Vậy phương trìnhđường làm việc đi qua

2 điểm: A (Xd ,Yc) B (Xc , Yd)Phương trình đườnglàm việc: Y=0,9185X+ 0,21176.10-3

Nồng độ phần khốilượng của SO2 tronghỗn hợp khí đầu vào:

) / (

14 ,

142 001975

, 0

) 0002117 ,

0 001415 ,

0 ( 295 , 233 )

( *

X

Y Y

G

L

c

c d

21 , 213 14

, 142 5

, 1

5 ,

1  L    kmol h





) /

( 00131 ,

0 ) 00021176 ,

0 001415 ,

0

( 21 , 213

295 , 233 )

Lưu lượng cấu tử phân tán:

Khối lượng cấu tử phân tán SO2 được hấp thụ bơi dung dịch Ca(OH)2 :

Khối lượng cấu tử phân tán SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra:

Lưư lượng khí đầu ra:

Lưu lượng Ca(OH)2 đầu vào: Ld = L = (kg/s)Lưu lượng Ca(OH)2 đầu ra: Lc = Ld + M = 4,40 + 4,726.10-3 = 4,404 (kg/s)

) /

( 10 113

,

3 29 64

001415

0

64 001415

.

0

23

2

M M

d

SO d

782 ,

1 )

10 113 ,

3 1

.(

788 ,

1 )

1 (

) / (

10 56 , 5 10

113 ,

3 788 ,

1

3

3 3

2

s kg y

G

G

s kg y

G G

d d

d

tr

d d

% 85 10

56 , 5

% 100 34 3

5 0 34 , 3 10 56 , 5

10 834 ,

0 10

726 ,

4 10

56 ,

7828 ,

1 782

, 1 10

834 ,

4 3600

) 2 17

40 (

21 ,

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 liên tục:

(*)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)

0

) / (

785

1 2

7828 ,

1 788

( 072 ,

tb y



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

Ta xác định g theo công thức sau:

 ytb, xtb : Khối lượng

riêng trung bình củapha khí và lỏng (kg/

m3)

 x ,l : độ nhớt vận

động của nước ởnhiệt độ dòng khí

40oC và ở 20oC

 Ltg, Gtb : suất lượng

trung bình của dònglỏng và khí (kg/s)

kính tiết diện rãnhgiữa các đệm (m)

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

(*) lg

125.025

.016

,02

tb l

x xtb

e

ytb g

G

L B

A d

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

025 ,

0

lg

5 ,1

47

,

 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)



Đối với vật liệu là vòng sứ thì A = 0.022

B = 1,75

Ta có:

Lưu lượng lỏng trung bình:

Lưu lượng khí trung bình: Gtb =1,785 (kg/s)Khối lượng riêng của chất lỏng l = 984,35kg/m3Khối lượng riêng của chất khí k = 1,072kg/m3

0 4

402 ,

4 2

404 ,

4 40

35 , 984

072 , 1 785

, 1

402 , 4 75 , 1 022 , 0 10

9385 , 0

10 656 , 0 35 , 984 75

, 0 0154

125 0 25

0 16

, 0

3

3 2