Đồ án xử lý khí thải SO2 bằng than đá

Chương 1: GIỚI THIỆU Ơ nhiễm khơng khí vấn đề xúc tồn giới nói chung nước ta nói riêng Vì vấn đề quản lí mơi trường khơng khí nhà máy nhằm giảm thiểu khí thải vào mơi trường cần phải quan tâm Việt Nam q trình cơng nghiệp hóa đại hóa, ngành cơng nghiệp phát triển ạc đem lại lợi nhuận lớn cho đất nước Bên cạnh đó, gây hậu tiêu cực cho mơi trường Điển hình nhà máy cơng nghiệp có sử dụng lị q trình sản xuất, thường gặp công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt cho phản ứng hóa học, làm thực phẩm, khử trùng… Trong nhiều ngành sản suất, lị thiết bị khơng thể khơng có Lị cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác Ở lị có cơng suất nhỏ thường cấp nhiệt điện, số lò đại dùng nhiên liệu khí đốt hóa lỏng (gas-LPG) kèm theo hệ thống điều chỉnh tự động Với lị “sạch” khơng có vấn đề mặt khói bụi thải Tuy nhiên, thường gặp sở tiểu thủ công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh lị dùng nhiên liệu đốt lị gỗ củi, than đá Các sản phẩm cháy việc đốt nhiên liệu thải vào khơng khí thường ngun nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường Khí SO2 loại khí không màu, khơng cháy, có vị hăng cay, q trình quang hố hay xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxy hố biến thành SO3 khí Khí SO2, SO3 gọi chung SOX, khí thuộc loại độc hại khơng sức khoẻ người, động thực vật, mà tác động lên vật liệu xây dựng, cơng trình kiến trúc Chúng chất có tính kích thích, nồng độ định gây co giật trơn khí quản Ở nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt chúng tạo thành axit SOx xâm nhập vào thể người qua quan hô hấp quan tiêu hóa sau hịa tan nước bọt Và cuối chúng xâm nhập vào hệ tuần hồn Khi tiếp xúc với bụi, SOx tạo hạt axit nhỏ, hạt xâm nhập vào huyết mạch kích thước chúng nhỏ -3 µm SO2 xâm nhập vào thể người qua da gây chuyển đổi hóa học, kết hàm lượng kiềm máu giảm, amoniac bị qua đường tiểu có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt Vì vậy, chúng tơi thực đồ án “Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí SO2 từ lị đốt than đá với cơng suất 12000m3/ngày” để khắc phục tình trạng Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI SO 2.1 Tổng quan nhà máy Charoen Pokphand Group 2.1.1 Lịch sử nhà máy Công ty TNHH chăn nuôi CP Việt Nam công ty có vốn 100% đầu tư từ nước ngồi thuộc tập đồn C.P(C.P Group), Thái Lan,có trụ sở 12th Floor,CP Tower,313 Silom Road, Bangrak, Bangkok 10500,Thailand CP hai chữ cụm từ Charoen Pokphand Tiền than tập đoàn sạp nhỏ Bangkok,Thái lan,do hai anh em Ekochor Siew Whooy điều hành, chuyển nhập từ trung quốc bán cho nông dân Thái Lan Năm 1953 người trai cho xây đựng nhà máy thức ăn gia súc Charoen Pokphand Trong 30 năm hoạt động mở rộng, CP trở thành nhà vận hành thức ăn gia súc lớn thứ giới Việt Nam công ty TNHH Chăn nuôi CP Việt Nam xây dựng theo giấy phép đầu tư số 545A/GP Bộ kế hoạch Đầu tư cấp ngày 22/11/1996 Cơng ty có trụ sở Khu Cơng Nghiệp Biên Hịa II-Thành Phố Biên Hịa, có văn phịng số 151 Xơ viết Nghệ Tĩnh, phường 17 quận Bình Thạnh, TP.HCM chi nhánh Hà Nội,Hải Phòng, Đà Nẵng, Khánh Hịa, Bình Thuận, Bạc Liêu,Cần Thơ…Hệ thống nhà máy trại chăn nuôi bao gồm: nhà máy thức ăn gia súc (Hà Tây,Đồng Nai), nhà máy sản xuất thiết bị dụng cụ chăn nuôi Đồng Nai, trại tôm giống Vĩnh Hảo-Bình Thuận nhà máy sản xuất thức ăn tơm 2.1.2 Vị trí địa lý Tên nhà máy: Nhà máy chế biến thức ăn tôm-công ty TNHH CP.Việt Nam Địa điểm: Khu công nghiệp Bàu Xéo-xã Sông Trầu-Huyện Trảng Bom-Đồng Nai Diện tích: 52000m2 Hình thức đầu tư 100% vốn đầu tư nước ngồi Cán phụ trách mơi trường: Lê Ngọc Nhi 2.1.3 Dây truyền công nghệ nhà máy Nhận nguyên liệu Xay nghiền Cân mẻ trộn Trộn Nghiền nhuyễn Trộn Ép viên Làm khô nguội Sàn viên Nghiền thành cốm Sàn cốm Đóng bao Vào kho 2.2 Tổng quan lò 2.2.1 Cấu tạo lò than đá Cấu tạo lò đơn giản gồm có hai trống nước (bao nước), phía trên, phía dưới, có hai dàn ống, dàn nằm buồng đốt để đốt nóng tạo hỗn hợp nước sơi chuyển động lên trống (còn gọi trống hơi), dàn nằm phia ngồi vách lị đưa nước tách xuống trống hay gọi trống nước Việc tuần hồn hỗn hợp nước sơi nước lên trống để tách hơi, nước từ trống chuyển xuống trống tuần hồn tự nhiên, tuần hồn cưỡng bức: phải dùng bơm chuyên dụng Trống cấu tạo lị có nhiệm vụ tách khỏi hỗn hợp hơi-nước, phần khỏi bao (trống hơi) đưa đến nhiệt dàn ống xoắn ruột gà đặt ngang dọc đỉnh lị để tận dụng nhiệt khói lị, nhận thêm lượng nhiệt thành nhiệt (hơi khơ) Loại có áp suất nhiệt độ cao đưa sử dụng cho thiết bị động nước, turbine nước Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo nguồn nhiệt có nhiệt độ áp suất cao để đáp ứng cho loại máy móc đặc chủng Các ống chịu nhiệt, chịu áp suất cao thành phần quan trọng cấu tạo lò để vận chuyển nguồn lượng có nhiệt độ áp suất cao 2.2.2 Đặc điểm khói lị Nhiệt từ thiết bị cơng nghệ tạo từ lị sử dụng dung môi nước nhiên liệu sử dụng từ nhiều loại khác Khói thải lị sinh chủ yếu từ q trình đốt cháy nhiên liệu Quá trình đốt cháy sinh lượng nhiệt lớn,đi kèm theo lượng khí bụi,các hợp chất khí độc hại H2S,NOx,SO2,CO… Nhiệt khí thải khỏi lị thường cao phải xử lý khí thải 2.2.3 Khói thải lị với nhiên liệu than đá Than đá có thành phần chủ yếu C,khi cháy than đá cung cấp lượng nhiệt lớn có thời gian cháy lâu than củi Khí thải lị đốt than chủ yếu mang theo bụi, CO2, CO, SO2 , SO3 NOx thành phần hố chất có than kết hợp với ôxy trình cháy tạo nên Hàm lượng lưu huỳnh than ≅ 0,5% nên khí thải có SO2 với nồng độ khoảng 1.333 mg/m3 Lượng khí thải phụ thuộc vào loại than, với than An-tra-xít Quảng Ninh lượng khí thải đốt kg than V020 ≈ 7,5 m3/kg Bụi khí thải lị tập hợp hạt rắn có kích thước khác nhau, từ vài micrômét tới vài trăm micrômét Các kết nghiên cứu cho thấy tỷ lệ phân bố loại hạt bụi khoảng đường kính trung bình (Dtb) lị đốt than bảng Bảng Tỷ lệ phân bố loại hạt bụi lị đốt than: xử lý khói thải lị Dtb(μm) 0÷10 10≈20 20≈30 30≈40 40≈50 50≈60 60≈86 86≈100 >100 % 3 4 67 Bảng2 Các chất nhiễm khí thải lị hơi: LOẠI LỊ HƠI CHẤT Ơ NHIỄM Lị đốt củi Khói + tro bụi + CO +CO2 Lị đốt than Khói + tro bụi + CO +CO2 + SO2 +SO3 + NOx Lò đốt dầu F.O Khói + tro bụi + CO +CO2 + SO2 +SO3 + NOx 2.2.4 Quy trình xử lý lị Khí thải từ lị có nhiệt độ cao trước vào tháp hấp thụ hạ nhiệt độ xuống qua trình hấp thụ nhiệt bể tản nhiệt Khí có nhiệt độ cao sục vào nước lạnh bể tản nhiệt, vừa làm giảm nhiệt độ dịng khí, vứ hấp phụ lượng bụi, CO2…trong khí Nước bể tản nhiệt lưu thông bể làm mát qua đường ống dẫn đáy bể Khi nước bể tản nhiệt nóng lên, nước nóng lưu thơng qua bể làm mát Tại bể làm mát, khí thổi vào từ đáy bể, giúp làm giảm nhiệt độ dịng nước nóng từ bể tản nhiệt chảy qua Nước giảm nhiệt độ chảy lại qua bể tản nhiệt nhờ chế đối lưu Khí sau làm mát theo ống dẫn khí vào tháp hấp phụ Tháp hấp phụ có phận gồm: thân thiết bị, bên lớp vật liệu lọc, giàn phun mưa, màng cấp nước Khí sau làm mát từ đáy tháp lên, dung dịch hấp phụ phun từ xuống, chảy tràn bề mặt hấp phụ Khí từ lên tiếp xúc chất hấp phụ bị chất hấp phụ giữ lại thành phần cần xử lý có khí thải Khí lên đỉnh tháp, mang theo phần nước dạng sương qua màng tách nước Nước khí giữ lại cịn khí bay lên đỉnh tháp qua Dung dịch hấp phụ chạy từ xuống đưa lại vào bể dung dịch hấp phụ tiếp tục sử dụng Phần cặn bùn lắng xuống thu lại đem sử lý 2.3 Tổng quan khí SO2 2.3.1 Tác hại khí SO2 Khí SO2 loại khí khơng màu, khơng cháy, có vị hăng cay Do q trình quang hóa hay xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa biến thành SO3 khí - Khí SO2 loại khí độc hại khơng sức khỏe người, động thực vật mà cịn ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường • Đối với sức khỏe người - SO2 chất có tính kích thích, nồng độ định gây co giật trơn khí quản Ở nồng độ lớn gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản Khi tiếp xúc với mắt, chúng tạo thành axit SO2 xâm nhập vào thể người qua quan hô hấp quan tiêu hóa sau hịa tan nước bọt Cuối cùng, chúng xâm nhập vào hệ tuần hoàn - Khi tiếp xúc với bụi, SO2 tạo hạt axit nhỏ có khả xâm nhập vào huyết mạch kích thước chúng nhỏ 2-3 μm - SO2 xâm nhập vào thể qua da gây chuyển đổi hóa học Kết hàm lượng kiềm máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt - Trong máu, SO2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa đường protein, gây thiếu vitamin B C, ức chế enzyme oxydaza, tạo methemoglobine để chuyển Fe 2+ (hòa tan) thành Fe+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu làm giảm khả vận chuyển oxy hồng cầu, gây co hẹp dây quản, khó thở • Đối với thực vật - Các loài thực vật nhạy cảm với khí SO2 rêu địa y • Đối với mơi trường - SO2 bị oxy hóa ngồi khơng khí phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay muối sulfate gây tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến mơi trường • Q trình hình thành mưa axit SO2 - Phản ứng hoá hợp lưu huỳnh điơxít hợp chất gốc hiđrơxyl: SO2 + OH· → HOSO2· - Phản ứng hợp chất gốc HOSO2· O2 cho hợp chất gốc HO2· SO3 : HOSO2· + O2 → HO2· + SO3 - Lưu huỳnh triơxít SO3 phản ứng với nước tạo H2SO4 Đây thành phần chủ yếu mưa axít SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l) • Các tác hại mưa axit - Nước hồ bị axit hóa: mưa axit rơi mặt đất rửa trôi chất dinh dưỡng mặt đất mang kim loại độc hại xuống ao hồ, gây ô nhiễm nguồn nước hồ, phá hỏng loại thức ăn, uy hiếp sinh tồn lồi cá sinh vật khác nước • Rừng bị hủy diệt sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương cây, gây trở ngại trình quang hợp, làm cho bị vàng rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ đất cản trở sinh trưởng cối - Làm tổn hại sức khỏe người: hạt sulfate, nitrate tạo thành khí làm hạn chế tầm nhìn Hơn nữa, tượng tích tụ sinh học, người ăn loại cá có chứa độc tố, độc tố tích tụ thể gây nguy hiểm sức khỏe người - Gây ăn mòn vật liệu phá hủy cơng trình kiến trúc 2.3.2 Các phương pháp xử lý khí SO2 2.3.2.1 Hấp thụ nước Giai đoạn 1: Hấp thụ khí SO2 cách phun nước vào dịng khí thải cho khí thải qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có nước Quá trình hấp thụ SO2 nước diễn theo phương trình SO2 + H2O  H+ + HSO3Giai đoạn 2: Giải khí SO2 khỏi chất hấp thụ (nếu cần) nước Mức hịa tan khí SO2 nước giảm nhiệt độ nước tăng cao, nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp Cịn để giải khí SO2 khổi nước nhiệt độ nước phải cao Cụ thể nhiệt độ 100oC khí SO2 bốc cách hồn tồnvà khí có lẫn nước Bằng phương pháp ngưng tụ người ta thu khí SO2 với độ đậm đặc ≈ 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfủic Độ hòa tan SO2 nước thấp nên cần lưu lượng lớn thiết bị hấp thụ tích lớn SO2 khỏi dung dịch nhiệt độ cao 2.3.2.2 Phương pháp CaCO3 CaO Là phương pháp áp dụng rộng rãi công nghiệp hiệu xử lí cao, ngun liệu rẻ tiền có sẵn nơi Các phản ứng xảy q trình xử lí sau: CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO3 CaO + SO2 = CaSO3 2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 Hiệu suất hấp thụ SO2 sữa vơi đạt 98% Sức cản khí động hệ thống không vượt 20 mm cột nước Nguyên liệu vơi sử dụng cách hồn tồn, cụ thể cắn bùn từ hệ thống xử lý khí thải sử dụng làm chất kết dính xây dựng sau chuyến sunfit thành sunfat lị nung Ưu điểm phương pháp: Quy trình cơng nghệ đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm rẻ tiền, có khả xử khí mà khơng cần làm nguội xử lí bụi sơ Quá trình hấp thụ huyền phù CaCO3 (thành phần rắn : lỏng = 1:10, kích thước hạt CaCO3 0,1 mm ) Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí , vận tốc hấp thụ khí bị giảm sút Khí hấp thụ hóa học tháp chảy màng hay tháp đệm xuất hiện tượng đối lưu bề mặt Bản chất tượng bề mặt phân chia pha xuất dịng đối lưu cưỡng thúc đẩy q trình truyền khối Quá trình hấp thụ hấp thụ thực nhiều tháp khác : tháp đệm , tháp chảy màng, tháp đĩa, tháp phun, tháp sủi bọt tháp tầng sơi • Tháp hấp thụ phải thỏa mãn yêu cầu sau : hiệu có khả cho khí xuyên qua, trở lực thấp ( • Tháp đệm thường sử dụng suất nhỏ, mơi trường ăn mịn, tỉ lệ lỏng : khí lớn, khí khơng chứa bụi q trình hấp thụ khơng tạo cặn lắng • Tháp đĩa thường kinh tế cho phép vận tốc khí lớn giảm đường kính tháp.Tháp đĩa sử dụng suất lớn , lưu lượng lỏng nhỏ mơi trường khơng ăn mịn Phổ biến tháp đĩa tháp đĩa lỗ • Tháp có cấu phun chất lỏng học hay áp suất gọi tháp phun Tháp phun dùng u cầu trở lực bé khí có chứa hạt rắn Tháp hấp thụ với lớp đệm chuyển động theo nhiều dạng khác nghiên cứu ứng dụng 2.3.2.3 Phương pháp magiê oxit (MgO) Về khả sử dụng sữa MgO để khử SO2 khói thải biết từ lâu, nghiên cứu ứng dụng công nhgiệp thực gần chủ yếu nhà khoa học – công nghệ Liên Xô cũ SO2 hấp thụ oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit magiê Trong thiết bị hấp thụ xảy phản ứng sau: MgO + SO2 MgSO3 MgSO3 + SO2 + H2O Mg(HSO3)2 Mg(HSO3)2 + MgO 2MgSO3 + H2 Độ hòa tan sunfit magiê nước bị giới hạn, nên lượng dư dạng MgSO3.6 H2O MgSO3.3 H2O rơi xuống thành cặn lắng Tỉ lệ rắn : lỏng huyền phù 1:10; độ pH đầu vào 6,8-7,5; đầu 5,56,0 Sunfat magiê hình thành oxit hóa sunfit magiê MgSO3 + O2  MgSO4 Sự hình thành MgSO4 khơng có lợi cho việc tái sinh MgO (nhiệt độ phân hủy MgSO4là 1.200-11.3000C) Do cần hạn chế phản ứng cách giảm bớt thời gian tiếp xúc pha khí pha lỏng dùng chất giảm tính oxi hóa Tái sinh Magiê thực hiệ lò nung to = 9000C cho thêm than cốc Khi nung khí SO2 7-15% Khí làm nguội , tách bụi sương mù axit sunfuric đưa sản suất axit sunfuaric Trong xử lí theo phương pháp sau: - Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình - Magiê oxit không kết tinh - Magiê sủi bọt - Magiê oxit kết hợp với potos ( kali cacbonat ) Ưu điểm phương pháp magiê oxit: Có thể xử lí khí nóng khơng cần lamg nguội sơ Thu sản phẩm tận dụng axit sunfuric MgO dễ kiếm rẻ tiền , hiệu xử lí cao 2.3.2.4 Phương pháp kẽm Xử lí khí SO2 kẽm oxit ( ZnO ) tương tự phương pháp oxit magiê tức dùng phản ứng SO2 với kẽm oxit để thu muối sunfit bisunfit, sau dùng nhiệt để phân ly thành SO2 ZnO Trong phương pháp , chất hấp thụ kẽm Phản ứng hấp thụ sau: SO2 + ZnO + 2,5 H2O ZnSO3+ 2,5H2O Và nồng độ SO2 lớn 2SO2 + ZnO + H2O Zn(HSO3)2 Sunfit kẽm tạo thành không tan nước tách xyclon nước sấy khô.Tái sinh ZnO cách nung sunfit 3500c ZnSO3+2,5 H2O SO2 + ZnO + 2,5 H2O SO2 chế biến tiếp tục cịn ZnO quay lại hấp thụ Có phương pháp sau: - Phương pháp kẽm oxit đơn - Phương pháp 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 đáng kể so với trình phân ly nhiệt MgSO3 Có khả xử kí khí cao nhiệt độ (200-2500c) Nhược điểm: Có khả hình thành sunfit kẽm (MgSO4) làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi kinh tế nên phải thường xuyên tách chung bổ sung ZnO 2.3.2.5 Hấp thụ chất hấp thụ sở natri Ưu điểm phương pháp : Là ứng dụng chất hấp thụ hóa học khơng bay có khả hấp thụ lớn Phương pháp ứng dụng để loại SO2 khỏi khí với nồng độ Có nhiều phương án khác Nếu dùng soda để hấp thụ ta thu sunfit bisunfit natri ... cao phải xử lý khí thải 2.2.3 Khói thải lị với nhiên liệu than đá Than đá có thành phần chủ yếu C,khi cháy than đá cung cấp lượng nhiệt lớn có thời gian cháy lâu than củi Khí thải lị đốt than chủ... SO2 2.3.1 Tác hại khí SO2 Khí SO2 loại khí khơng màu, khơng cháy, có vị hăng cay Do q trình quang hóa hay xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa biến thành SO3 khí - Khí SO2 loại khí độc hại khơng... phương pháp xử lý khí SO2 2.3.2.1 Hấp thụ nước Giai đoạn 1: Hấp thụ khí SO2 cách phun nước vào dịng khí thải cho khí thải qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có nước Q trình hấp thụ SO2 nước diễn