Các ph ươn g pháp x ửlý khí SO2 Khí Sunfu Đi oxit (SO2) lo ại ch ất ô nhi ễm ph ổbi ến nh ất s ản xu ất công nghi ệp c ũng nh ưtrong sinh ho ạt c ủ a ng ườ i Ngu ồn phát sinh SO2 có th ểlà trình đốt b ất c ứth ứth ứgì cu ộc s ống hàng ngày (than đá , khí, g ỗvà ch ất h ữu c khác nh ưphân khô, r ơm rác…), hay trình công nghi ệp ( đốt lò h ơ, i nhi ệt ện , luy ện kim, hóa ch ất…) Theo C ơquan N ăng l ượ n g Qu ốc t ế(IEA), đến n ăm 2017, nhu c ầu tiêu th ụthan đá d ầu m ỏth ếgi ới t ươn g ứn g l ần l ượ t 4,32 t ỷt ấn than 4,4 t ỷ t ấn d ầu Khi thành ph ần l ưu hu ỳnh nhiên li ệu trung bình chi ếm 1% l ượn g khí S02 th ải vào khí quy ển 60 tri ệu t ấn/n ăm Đó ch ưa k ểđến l ượ n g SO2 th ải t ừcác ngành công nghi ệp khác Khi nhi ễ m độc khí SO2, SO2 s ẽđi vào ph ổi vào h ệth ống b ạch huy ết Trong máu SO2 tham gia nhi ều ph ản ứn g hoá h ọc để làm gi ảm d ựtr ữki ềm, làm cho r ối lo ạn trình chuy ển hoá đườn g protêin, ki ến thi ếu vitamin B C, t ạo methemoglobine gây t ắc ngh ẽn m ạch máu làm gi ảm kh ản ăng v ận chuy ển ôxy c ủ a h ồng c ầu, gây co hẹ p dây qu ả n, khó th Hi ện nay, khí SO2 phát sinh ngày nhi ều d ẫn đến h ệqu ảlà môi tr ườn g không khí ngày b ị ô nhi ễm, v ậy c ần ph ải có bi ệ n pháp x ửlý khí SO2 hi ệu qu ả Và đâ y m ột nh ững ph ươ n g pháp s ửd ụ ng r ộng rãi trình x ửlý khí th ải Các phương pháp xử lý khí SO2 H ấp th ụ khí SO2 b ằng n ướ c Hấp thụ khí SO2 nướ c phươ ng pháp đơn giản áp dụng sớm để loại bỏ khí SO2 khí thải, khói thải loại lò công nghiệp Hệ thống xử lý khí SO2 nướ c bao gồm giai đoạn: 1- Hấp thụ khí thải chứa SO2 cách phun nướ c vào dòng khí thài cho khí thải qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tướ i nướ c – scrub ơ; 2- Giải thoát khí SO2 khỏi chất hấp thụ để tái sử dụng nướ c thu hồi SO2 (nếu cần) Nồng độ hòa tan khí SO2 nướ c giảm mà nhiệt độ nướ c tăng cao, nhiệt độ nước cấp vào hệ thống dùng để hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Còn để tái sử dụng nướ c, giải thoát khí SO2 khỏi nướ c nhiệt độ nướ c phải cao Cụ thể nhiệt độ 100°c SO2 bay cách hoàn toàn dòng khí thoát có lẫn nướ c Và phươ ng pháp ngưng tụ ng ười ta thu khí SO với độ đậm đặc cao s= 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric L ượng n ước lý thuyết tính cần có để hấp thụ SO2 đến trạng thái bão hòa ứng với nhiệt độ nồng độ SO2 khác khí thải Nồng độ SO2 khí thải, % khối lượ ng 12 Lượ ng nướ c, m3, nhiệt độ 10°c 15°c 48 55 57 67 70 84,5 92 106 140 165 10 Thực tế , lượ ng nướ c dùng phải lớn so với l ượng n ướ c lý thuyết n ước sau khỏi thiết bị hấp thụ , đạt mức bão hòa khí SO Khi giải hấp thụ cần phải đun nóng lượ ng nướ c lớn tức phải cần có nguồn cấp nhiệt (hơi nướ c) công suất l ớn Đây khó khăn Ngoài ra, muốn sử dụng lại nướ c cho trình hấp thụ nướ c phải làm nguội xuống gần 10°c – tức phải cần đến nguồn cấp lạnh Đây vấn đề không đơn giản tốn Xử lý khí SO2 nước Từ nhượ c điểm nói trên, phươ ng pháp hấp thụ khí SO2 nướ c áp dụng khi: – Nồng độ ban đầu khí thải có nồng độ SO2 tươ ng đối cao; – Khi có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nướ c) v ới giá rẻ; – Khi có sẵn nguồn nướ c lạnh; – Có thể xả nướ c thải thứ cấp có chứa tươ ng đối nhiều axit sông ngòi Trên hình 14 la sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SO2 nướ c Trườ ng hợp khí thải chứa nhiều SO2 công đoạn nấu quặng sunfua kim loại công nghiệp luyện kim màu chẳng hạn, nồng độ SO2 khí thải đạt – 12%, ngườ i ta xử lý khí SO2 nướ c kết hợp với trình oxy hóa SO2 chất xúc tác Quá trình thực thành hai giai đoạn Giai đoạn th ứ nhất: khí S02 kết hợp vãi oxy nhờ có mật chất xúc tác vanađi (V) để biến thành anhiđrit sunfuric SO giai đoạn thứ hai dùng nướ c tướ i scrub dể anhiđrit sunfuric kết h ợp v ới n ước tạo thành axit sunfuric H2SO4 Trong giai đoạn thứ nhất, phản ứng oxy hóa khí SO2 có tỏa nhiệt phản ứng xảy mạnh nhiệt độ thấp, cần thực trinh qua nhiều tầng xúc tác, sau tầng làm nguội Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 nướ c kết hợp với oxy hóa chất xúc tác thể qua hình 14.1b Xử lý khí SO2 nước kết hợp Oxi hoá H ấp th ụ khí SO2 b ằng đá vôi (CaCO3) ho ặc vôi nung (CaO) Trong đó, phươ ng pháp hấp thụ với dung dịch hấp thụ Ca(OH)2 hiệu suất x lý trình lên đến 85 – 90% việc loại bỏ SO2 Và nh ững phươ ng pháp sử dụng rộng rãi trình x lý khí thải Xử lý khí SO2 đá vôi Phươ ng pháp hấp thụ xử lý khí thải chứa SO2 diễn nh sau: – Khí thải qua hệ thống xử lý- Tháp hấp thụ từ dướ i lên, chất ô nhiễm nh SO2 bụi bẩn bị giữ lại, không khí lên thoát – Dung dịch hấp thụ (thườ ng Ca(OH)2) hệ thống ống dẫn, bơm tuần hoàn b ơm lên phần thân trụ phun hệ thống dàn phun s ươ ng, t ướ i dung dịch hấp thụ tháp – Dòng khí từ dướ i lên, dòng lỏng từ xuống chúng tiếp xúc v ới nhau, trình hấp thụ diễn ra, SO2 bị giữ lại dung dịch hấp thụ, không khí thoát – Quá trình hấp thụ diễn theo phươ ng trình nh sau: 2SO2 + Ca(OH)2 → Ca(HSO3)2 Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaSO3 + 2H2O – CaSO3 chất rắn tan nên dễ dàng lắng xuống đáy tháp đem x lý cách chôn lấp – Khí đỉnh tháp tách ẩm, sau đưa môi trườ ng Xử lý khí SO2 với sản phẩm thu hồi thạch cao thương phẩm Một loại hệ thống xử lý khí SO2 sữa vôi đại áp dụng Nhật Bản Trong hệ thống sản phẩm cuối thu thạch cao thươ ng phẩm Phươ ng pháp magiê oxit (MgO) Về việc sử dụng sữa MgO để khử SO2 khói thải biết đến từ lâu, việc nghiên cứu ứng dụng công nghiệp m ới th ực giai đoạn gần chủ yếu nhà khoa học – công nghệ Liên Xô cũ SO2 hấp thụ b ởi MgO để tạo thành tinh thể ngậm n ướ c sunfit magiê Ở thiết bị hấp thụ xảy phản ứng sau: MgO + SO2 → MgSO3 MgO + H2O → Mg(OH)2 MgSO3 + H2O + SO2 → Mg( HSO3)2 Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 → 2MgSO3 + 2H2O Do độ hòa tan sunfit magiê n ướ c có giới hạn, nên lượ ng dư dạng MgSO3.6 H2O MgSO3.3 H2O rơi xuống thành cặn lắng Trong dung dịch hấp thụ, tỉ lệ rắn : lỏng huyền phù 1:10; độ pH dung dịch hấp thụ đầu vào 6,8-7,5; đầu 5,5-6,0 Sunfat magiê hình thành nh oxit hóa sunfit magiê MgSO3 + O2 → MgSO4 Việc hình thành MgSO4 lợi cho tái sinh MgO (nhiệt độ phân hủy MgSO4là 1.200-11.300 oC) Do đó, ta cần hạn chế phản ứng cách giảm b ớt th ời gian tiếp xúc pha khí pha lỏng dùng chất làm giảm tính oxi hóa Tái sinh Magiê thực lò nung to = 900 oC cho thêm than cốc Khi nung khí SO2 thoát có nồng độ 7-15% Khí làm nguội , tách bụi sươ ng mù axit sunfuric đưa sản suất axit sunfuaric Trong phươ ng pháp x lí theo là: – Magiê oxit kết hợp với potos ( kali cacbonat ) – Magiê oxit không kết tinh – Magiê sủi bọt – Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình Ưu điểm phương pháp magiê oxit: Có thể xử lí khí nóng không cần làm nguội sơ Sản phẩm thu tận dụng sản xuất axit sunfuric MgO dễ kiếm rẻ tiền , hiệu x lí cao Ph ươ ng pháp k ẽm Xử lí khí thải SO2 kẽm oxit ( ZnO ) tươ ng tự nh phươ ng pháp dùng oxit magiê tức sử dụng phản ứng SO2 với kẽm oxit để thu muối sunfit bisunfit, sau dùng nhiệt để phân ly thành SO2 ZnO Ở phương pháp này, chất hấp thụ kẽm Phản ứng hấp thụ nh sau: SO2 + ZnO + 2,5 H2O → ZnSO3 + 2,5 H2O Và nồng độ SO2 lớn 2SO2 + ZnO + H2O → Zn(HSO3)2 Sunfit kẽm tạo thành không tan n ước bị tách xyclon ướ t sấy khô.Việc tái sinh ZnO thực cách nung sunfit 350oC ZnSO3.2,5 H2O → SO2 + ZnO + 2,5H2O SO2 sử dụng để tiếp tục chế biến ZnO sử dụng lại hấp thụ Có phươ ng pháp sau: – Phươ ng pháp dùng kẽm oxit đơn – Phươ ng pháp dùng kẽm oxit kết hợp với natri sunfit Ưu điểm phương pháp kẽm oxit : Là trình phân ly kẽm sunfit ZnSO3 thành SO2 ZnO xảy nhiệt độ thấp h ơn đáng kể so với trình phân ly nhiệt MgSO3 Có khả xử kí khí cao nhiệt độ (200-250oC) Nhượ c điểm: Có khả hình thành sunfit kẽm (MgSO4) làm cho việc tái sinh ZnO bất l ợi kinh tế nên phải thườ ng xuyên tách chung bổ sung ZnO X lý SO2 b ằng Amoniac SO2 hấp thụ dung dịch amoniăc dùng dung dịch sunfit – bisunfit amon Vì amoniăc khí SO2 dung dịch nướ c có phản ứng với tạo thành muối trung gian amoni sunfit, sau muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp v ới SO2 H2O để tạo muối amoni bisunfit, theo phản ứng sau: NH4 + H2O + SO2 → (NH4)2 SO3 H2O + SO2 + (NH4)2SO3 → 2NH4HSO3 2NH4HSO3 nung nóng (NH4)2SO3 + H2O + SO2 Có thể : 2NH4HSO3 + (NH4)2 SO3 → 2(NH4)2SO4 + S + H2O (NH4)2 SO3 + S → (NH4)2 S2O3 (NH4)2 S2O3 + 2NH4HSO3 → 2(NH4)2 SO4 + 2S + H2O Lưu huỳnh đơn chất tiếp tục tác dụng với sunfit Cứ tốc độ phản ứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần, dung dịch làm việc hoàn toàn biến thành amoni sunfat lưu huỳnh đơn chất Các biện pháp xử lí khí theo amoniăc nh sau: • Xử lí khí SO2 amoniăc vôi • Hệ thống xử lí khí SO2 amoniăc theo chu trình • Xử lí khí SO2 amoniăc có chưng áp * Ưu điểm phươ ng pháp amoniăc: Hiệu cao, chất hấp thu dễ kiếm thu sản phẩm cần thiết ( sunfit bisunfit amon) X lí khí SO2 b ằng ch ất h ấp th ụ h ữu c Trong xử lí khí SO2 có khí thải chất hấp thụ h ữu áp dụng nhiều công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 sử dụng phổ biến amin thơm chẳng hạn anilin, toluđin, xyliđin, đimety-anilin Quá trình xử lí theo phươ ng pháp là: • Quá trình xử lý khí SO2 dimetylanilin – Quá trình ASARCO Quá trình nghiên cứu áp dụng nhiều nhà máy luyện kim • Quá trình sunfidin Quá trình áp dụng hãng công nghiệp hóa chất luyện kim Đức, nghiên cứu áp dụng nhà máy luyện kim Hamburg để khử SO2 luồng khói thải lò thổi luyện đồng Nồng độ khí SO2 khói thải dao động phạm vi 0,5-8%, trung bình 3,6%.Chất hấp thụ hỗn h ợp xylidin n ước tỉ lệ ≈1:1 X lí khí SO2 b ằng ch ất h ấp ph ụ th ể r ắn – Do trình xử lý khí SO2 chất hấp thụ theo ph ương pháp ướ t có nh ượ c điểm nhiệt độ khí thải bị hạ thấp, độ ẩm tăng cao lại gây han rỉ thiết bị máy móc, hệ thống xử lý cồng kềnh Để khắc phục yếu điểm v ừa hoàn nguyên vật liệu hấp phụ vừa làm khí thải khỏi bụi vật liệu hấp phụ ngườ i ta kết hợp trình khô ướ t Đây biện pháp ngày tr nên thiết th ực • Hấp phụ khí thải chứa SO2 than hoạt tính • Xử lí khí thải chứa SO2 than hoạt tính có t ướ i n ướ c- Quá trình LURGI • Xử lí khí thải chứa SO2 nhôm oxit kiềm hóa • Xử lí khí thải chứa SO2 mangan oxit (MnO) • Xử lí khí SO2 vôi dolomit trộn vào than nghiền Hai loại thiết bị sử dụng thiết bị tạo bọt thiết bị lọc ướ t có vật liệu đệm lọc với vật liệu đệm sơ sợi vật liệu đệm vòng sứ chọn lí do: – Có hiệu suất cao – Dễ vận hành – Chịu nhiệt độ cao – Có khả hấp thụ khí độc hại – Có khả làm nguội khói thải – Lọc hạt bụi nhỏ