Bài tiểu luận H2S

NỘI DUNG Tổng quan khí H2S Khái niệm Hydro sunfua (H2S) chất khí khơng màu, có mùi thối khó chịu (mùi trứng thối) Cấu trúc phân tử H2S tương tự cấu trúc phân tử nước, H2S bị phân cực khả tạo thành liên kết Hydro H2S yếu H2O H2S tan nước lại tan nhiều dung môi hữu Các chất điện li không điện li H2S lỏng H2S độc, độc khơng HCN Ở trạng thái lỏng H2S bị oxy hóa phần Trong nước H2S bị oxy hóa nhiều Trong dung dịch nước H2S axit yếu I Công thức cấu tạo H2S Tính chất hóa học: Hydro sunfua có tính khử mạnh tính axít yếu (tan dung dịch) a Tính khử: Khí H2S hợp chất không bền dễ bị phân hủy cho lưu huỳnh Hydro 300 oC: H2S → H2↑ + S Dung dịch H2S khơng bền, để khơng khí đục có lưu huỳnh kết tủa Q trình cho phép giải thích H2S khơng tích tụ khơng khí, ngày có biết nguồn phát sinh (như phân hủy anbumin động vật, phân hủy thứ rác rưởi bã thải nhà máy…) H2S mật chất khử mạnh dạng khí hay dung dịch b Tính axit : Trong dung dịch H2S điện li theo nấc: H2S → H+ + HSHS- → H+ + SH2S cho hai loại muối: muối sunfua (trung tính); muối bisunfua (muối axit) Đa số muối Sunfua tan khơng tan Một số Sunfua khơng tan thường có màu đặc trưng ( CuS, Bi2, S3 màu đen, Sb2S3 da cam…) ~1~ Tính chất vật lý: H2S chất không màu, mùi trứng thối đặc trưng Khối lượng riêng ρ.103( Kg/l) : 1,5392 Khối lượng phân tử (Kg/Kmol) : 34,08 Nhiệt độ nóng chảy :-85,6 oC Nhiệt độ sơi: -60,75 oC H2S có độ nhớt: 116 0oC; 130 20oC; 161 100oC (độ nhớt µ.107Ns/m2) Khả tạo liên kết hydro H2S yếu H2O H2S bền, dễ phân huỷ, tan nước, tan nhiều dung môi Nguồn gốc: a Trong thiên nhiên: H2S sinh chất hữu thối rữa, đặc biệt nơi nước cạn, bờ biển sông hồ nông cạn, vết nứt núi lửa, suối, cống rãnh, hầm lò khai thác than Ước lượng từ mặt biển phát 30 triệu H2S năm từ mặt đất phát khoảng 50-60 triệu năm b Trong sản xuất cơng nghiệp: Do q trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh Khí H2S xuất khí thải q trình: tinh chế dầu mỏ, tái sinh sợi, khu vực chế biến thực phẩm, xử lý rác thải… Ước lượng khí H2S sinh từ sản xuất công nghiệp triệu năm Tác hại H2S: Trong khu đô thị nồng độ khí H2S khơng khí thường 0.001 ppm, gần khu cơng nghiệp nồng độ khí H2S lên đến 0.13 ppm Ngưỡng nhận biết H2S dao động khoảng 0.0005 - 0.13 ppm • Đối với người: - Ở nồng độ thấp (~5ppm) gây nhức đầu, khó chịu - Ở nồng độ cao (>150ppm) gây tổn thương màng nhầy quan hô hấp - Ở nồng độ cao (~500ppm) gây tiêu chảy, viêm phổi - Khi đạt tới nồng độ (700-900ppm) H2S nhanh chóng xuyên qua màng phổi thâm nhập vào máu, gây tử vong • Đối với thực vật: gây tổn thương cây, làm rụng giảm sinh trưởng ~2~ II Một số cơng nghệ xử lý khí H2S Xử lý H2S Natri cacbonat (Na2CO3) a Nguyên lý: Quá trình xử lý H2S Na2CO3 dựa sở phản ứng sau: H2S + Na2CO3 → NaHS + NaHCO3 (1) Tiếp theo phản ứng thu hồi lưu huỳnh có tham gia Natri Vanadat NaVO3 NaHS + H2S + NaVO3+ ½ O2 → Na2V4O9 + NaOH + S (2) Để hoàn nguyên Vanadat người ta dung chất xúc tác ADA ( Natri Amoni Vanadat Disunfonat) Na2V4O9 + NaOH + ½ O2 + ADA → NaVO3 + ADA (3) b Cấu tạo: * Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S natri cacbonat (Na2CO3) Tháp hấp thụ (scrubơ) Tháp giải hấp thụ Quạt Sấy nóng khơng khí Điều chỉnh nước dung dịch Điều chỉnh lưu lượng dung dịch tưới c Cơ chế hoạt động: - Hỗn hợp khí thải đưa vào tháp hấp thụ hệ thống xử lý, xảy phản ứng (1) - Dung dịch bão hòa từ tháp dẫn vào tháp làm bốc khơng khí nóng tháp giải hấp thụ để thu hồi lại Na2CO3 - Na2CO3 thu hồi dẫn trở lại tháp hấp thụ chu trình làm việc tiếp diễn - Ở tháp 2, trình sấy khơ khơng khí diễn quạt thổi lên đỉnh tháp, đưa sang công đoạn để thu hồi lưu huỳnh đơn chất hoàn nguyên vanadat d Ưu, nhược điểm ~3~ - Ưu điểm: dễ dàng tuần hồn thu hồi hóa chất cho q trình phản ứng → tốn hóa chất Nhược điễm: cơng nghệ xử lý phức tạp, chiếm diện tích lớn, chi phí dụng cụ cao… Xử lý H2S NaOH: a Nguyên lý: Khí H2S kết hợp với NaOH theo phản ứng sau đây: H2S + NaOH → Na2S + H2O (6) Na2S + H2S ↔ NaHS (7) Na2S + H2O ↔ NaHS + NaOH (8) Song song với phản ứng trên, NaOH có tác dụng với CO có khí thải: CO2 + NaOH → NaHCO3 (9) NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O (10) Ngồi phản ứng khử H2S dung dịch cịn xảy q trình oxy hóa Natrisunfua thu từ phản ứng (6) tạo thành Natri Hydrosunfua Hydrosunfit Na2S + H2O → NaOH + NaHS (11) NaHS + 2O2 → Na2S2O3 + H2O (12) Lưu ý: sử dụng xút ta cịn sử dụng vơi sữa Ca(OH)2 để xử lý H2S Hoàn toàn tương tự xút, sau xử lý ta thu chất cặn nhão có chứa CaS Dung dịch xút sử dụng chất bùn nhão thu dùng vôi sữa xử lý cách dùng vôi clorua (hỗn hợp chất Ca(ClO)2; CaCl2 Ca(OH)2) ~4~ b Cấu tạo: Tháp hấp thụ Thùng chứa dung dịch Thùng xử lý dung dịch sử dụng trước thải mơi trường Bình chứa dung dịch (xút vơi sữa ) Bình chứa vôi clorua Bơm * Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S xút sữa vơi c Cơ chế hoạt động - Khí thải đưa vào tháp rửa khí số Đây loại tháp đệm với lớp đệm - - - khâu sứ Raschig có tác dụng Khí H2S dẫn vào đáy tháp khí sau hấp thụ đỉnh tháp Dung dịch hấp thụ (xút vôi sữa) phân phối lên đỉnh lớp đệm chảy dọc theo bề mặt vật liệu Phản ứng hấp thụ xảy bề mặt ướt lớp đệm Dung dịch sau hấp thụ đưa vào thùng chứa dung dịch dùng số Một phần dung dịch thùng số trộn với dung dịch (xút vôi sữa) thùng số hoàn lưu lại vào tháp nhờ bơm số để tiếp tục chu trình hấp thụ Phần cịn lại thùng số đưa qua thùng xử lý dung dịch (vôi clorua) số trước thải môi trường * Lưu ý: Nồng độ chất kiềm dung dịch hấp thụ vào tháp khống chế mức 7g/l Vận tốc khí tháp 0,6 m/s Lượng NaOH CaO tiêu hao quy cho 1kg lưu huỳnh 8kg d Ưu, nhược điểm: ~5~ Ưu điểm: + Phương pháp đảm bảo xử lý 100% H2S khí thải + Hệ thống xử lý khơng địi hỏi chế tạo vật liệu chống acid + Thiết bị rửa khí có lớp đệm cịn có khả hạ nhiệt độ lọc bụi ướt có khí thải - Nhược điểm: + Khó khăn khâu vệ sinh vật liệu đệm + Dễ gây tắc nghẽn vật liệu đệm q trình tích tụ cặn - Xử lý H2S amoniac (NH3) a Nguyên lý Dung dịch amoniac để khử H2S khí thải trình đơn giản áp dụng rộng rãi Trong tháp hấp thụ, H2S khí thải tiếp xức với dung dịch amoniac chúng kết hợp với theo phản ứng : NH3 + H2S → (NH4)2S (13) Ở nhiệt độ áp suất thích hợp amoniac sunfua (NH4)2S phân hủy thành NH3 H2S Amoniac từ trình phân hủy quay lại quy trình làm việc, cịn H2S đưa sang cơng đoạn điều chế axit lưu huỳnh đơn chất b Cấu tạo Tháp hấp thụ 2,3 Thùng chứa Thiết bị làm nguội Bề mặt trao đổi nhiệt Tháp cất khí H2S * Sơ đồ hệ thống xử lý H2S amoniac ~6~ c Cơ chế hoạt động - Khí H2S đưa vào đáy tháp hấp thụ dạng mâm chóp, dung dịch hấp thu - - NH3 chảy tràn từ xuống xuyên qua mâm chóp, tiếp xúc pha với dịng khí lên, xảy q trình hấp thụ Khí đưa qua đỉnh tháp Dung dịch sau hấp thu đưa qua bình chứa số đến tháp cất khí số 6, (NH4)2S phân giải lại thành NH3 H2S môi trường nhiệt độ áp suất thích hợp Tại tháp, xảy q trình chưng cất nước để tách H2S khỏi dung dịch đưa ngồi, phần NH3 cịn lại đưa qua thiết bị làm nguội trước hoàn lưu trở lại tháp hấp thụ H2S tiếp tục đưa qua công đoạn điều chế acid lưu huỳnh đơn chất d Ưu, nhược điểm - Ưu điểm: - + Q trình xử lý tuần hồn 100% dung dịch hấp thụ + Quá trình đơn giản, áp dụng rộng rãi + Nguyên liệu dễ kiếm, giá thành rẻ Nhược điểm: + Tốn thời gian hạ nhiệt cho q trình giải hấp + Có mùi khai Xử lý H2S Oxit sắt (Fe2O3) a Nguyên lý - Khí H2S kết hợp với Oxit sắt theo phản ứng sau: - - 14 Fe2O3 + H2S → Fe2S3 + H2O (*) Fe2S3 + O2 → Fe2O3 + S (**) Sau bão hịa, oxit hồn ngun oxy khơng khí để thu lưu huỳnh Điều kiện tốt nhiệt độ khoảng 28 đến 30oC, độ ẩm vật liệu hấp phụ khoảng 30% Để hoàn nguyên vật liệu, dùng phương pháp: + Oxy hóa vật liệu hấp phụ oxy khơng khí + Thổi hỗn hợp khí có – 3% oxy qua lớp vật liệu hấp phụ với nhiệt độ 600 – 800oC + Hoàn nguyên liên tục cách bổ sung vào dịng khí cần xử lý lượng oxy cho lượng oxy hỗn hợp khí gấp 1,5 lần lượng oxy lý thuyết cần cho q trình oxy hóa Như q trình hồn ngun diễn song song với trình hấp phụ ~7~ b Cấu tạo * Sơ đồ hấp thụ H2S Oxit sắt Tháp hấp phụ Ejector c Cơ chế hoạt động: - Đối với hệ thống lọc đơn giản lắp song song: + Gồm nhiều bình lọc lắp song song theo chiều khí, bình có nhiều lớp vật liệu hấp phụ để khí qua hết lớp đến lớp khác Mỗi lớp vật liệu dày khoảng 0,3 – 0,5m Hệ thống van khí đường ống cho phép cắt bình hấp phụ bão hịa để hồn ngun Nếu bình hấp phụ có lớp hiệu suất 99 - 99,9% ~8~ + Khí thải chứa H2S theo hệ thống dẫn vào bên bình lọc, sau giữ lại vật liệu lọc theo phản ứng (*), sau khí đưa ngồi + Phản ứng (*) xảy đến lớp vật liệu lọc bão hịa hệ thống dẫn khí ngắt để hoàn nguyên theo phản ứng (**) Lớp vật liệu lọc thay tiếp tục xử lý + Lớp vật liệu hấp phụ coi hết tác dụng lưu huỳnh chiếm 50% lượng vật liệu - Đối với hệ thống tháp hấp phụ: + Hoạt động tương tự bình lọc đơn giản, hoàn nguyên thổi chung oxy vào để xử lý hoàn nguyên song song d Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: + Quy trình đơn giản dễ thực + Hiệu suất cao >90% + Vật liệu rẻ tiền - Nhược điểm: + Tùy theo phương pháp hồn ngun mà có nhược điểm khác + Mất thời gian để thay vật liệu lọc Xử lý H2S than hoạt tính a Nguyên lý hoạt động - Q trình hấp thụ khí H2S than hoạt tính xảy nhờ tượng oxy - - hóa khí H2S bề mặt than theo phản ứng: 17 H2S + ½ O2 → H2O + S + 222 kJ/mol Để thúc đẩy q trình oxy hóa người ta thêm vào khí cần lọc lượng nhỏ amoniac (0,2g/m3) Lưu huỳnh giải phóng phản ứng oxy hóa tích tụ lớp than làm cho vật liệu hấp thụ trở nên bão hịa, lúc cần tiến hành hồn ngun vật liệu hấp phụ (NH4)2S theo phản ứng: 2(NH4)2S + 6S → 2(NH4)2S4 Hoặc là: (NH4)2S + 9(n ÷1)S → (NH4)2Sn Sau dung dịch phân hủy nhiệt độ 125 ÷ 130oC áp suất (1,7 ÷ 2)×105 Pa để thu lại (NH4)2S lưu huỳnh đơn chất: (NH4)2Sn → (NH4)2S + (n+1)S ~9~ b Cấu tạo * Sơ đồ hệ thống xử lý khí H2S than hoạt tính Xiclon lọc bụi vật liệu hấp thụ; tháp hấp thụ; phiễu rót; khơng chế liều lượng; nhà sáy có băng tải; gầu nặng; cơng đoạn hồn ngun dd amoni sunfua; cơng đoạn giội nước; bình chứa NH3; 10 quạt cấp khơng khí c Cơ chế hoạt động: - Khí cần lọc quạt cấp khơng khí (10) thổi vào tháp hấp phụ (2) - - - xảy q trình oxy hóa khí H2S bề mặt than hoạt tính Lưu huỳnh giải phóng phản ứng tích tụ bề mặt lớp than Khí xử lý đưa qua cyclon (1) để lọc bụi vật liệu hấp phụ đưa qua công đoạn xử lý Sau vật liệu hấp phụ trở nên bão hòa có chứa S tiến hành hồn ngun vật liệu hấp phụ (NH4)2S đưa vào tháp phân hủy (7) để thu lưu huỳnh đơn chất Lưu huỳnh thu nhờ khác khối lượng đơn vị, cịn ngưng tụ lại q ttrình phân hủy dung dịch (NH4)2S Sau tách lưu huỳnh khỏi than bão hòa, người ta rửa than nước khơng cịn SO2 nước thơi (8), sau than sấy khơ để dùng trở lại ~ 10 ~ - Than vận chuyển gầu nâng (6) đến nhà sấy băng tải (5) qua phễu rót(3) đưa vào tháp hấp phụ (2) để tiếp tục trình.Việc điều chỉnh lưu lượng Than trước đưa vào tháp nhờ thiết bị khống chế liều lượng (4) d Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: - + Quy trình đơn giản dễ thực + Hiệu suất cao > 90% + Độ tinh khiết lưu huỳnh 99,9% Nhược điểm: + Khí thải cần phải lọc bụi trước đưa vào hệ thống hấp phụ ( nồng độ bụi xuống cịn 2÷3 mg/m3) ~ 11 ~ Tài liệu tham khảo: http://doan.edu.vn/do-an/cong-nghe-xu-ly-chat-khi-dihydro-sunfua-39219/ http://www.slideshare.net/Tam263/giao-trinh-ky-thuat-xu-ly-khi-thai http://123doc.org/document/1455862-cac-cong-nghe-xu-ly-khi-h2s.htm? page=10 ~ 12 ~ ... khí H2S sinh từ sản xuất công nghiệp triệu năm Tác hại H2S: Trong khu thị nồng độ khí H2S khơng khí thường 0.001 ppm, gần khu công nghiệp nồng độ khí H2S lên đến 0.13 ppm Ngưỡng nhận biết H2S. .. diện tích lớn, chi phí dụng cụ cao… Xử lý H2S NaOH: a Nguyên lý: Khí H2S kết hợp với NaOH theo phản ứng sau đây: H2S + NaOH → Na2S + H2O (6) Na2S + H2S ↔ NaHS (7) Na2S + H2O ↔ NaHS + NaOH (8)... thay vật liệu lọc Xử lý H2S than hoạt tính a Nguyên lý hoạt động - Quá trình hấp thụ khí H2S than hoạt tính xảy nhờ tượng oxy - - hóa khí H2S bề mặt than theo phản ứng: 17 H2S + ½ O2 → H2O + S +