Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải của công nghệ luyện xỉ than

Huỳnh văn nam giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : công nghệ hoá học CÔNG NGHệ hóa học Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan Huỳnh văn nam 2007 - 2009 Hà Nội 2009 Hà nội - 2009 MụC LụC Trang Mở ĐầU Danh mục chữ viết tắt DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ Phần - TổNG QUAN Chơng - CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ LUYệN Xỉ TITAN Giới thiệu 1.1 Hiện trạng khai thác, chế biến quặng Titan Việt Nam 1.2 Công nghệ luyện xỉ Titan Việt Nam 1.3 Công nghệ luyện xỉ Titan nhà máy luyện xỉ titan Bình Định Cơ sở lý thuyết công nghệ luyện xỉ titan 2.1 Hoàn nguyên ilmenit pha rắn 10 2.2 Hoàn nguyên pha lỏng 15 khí thải sinh trình luyện xỉ titan 17 Chơng - TổNG QUAN Về BụI Và CáC PHƯƠNG PHáP Xử Lý BụI TRONG CÔNG NGHIệP Khái niệm chung bụi phân loại bụi 18 1.1 Khái niệm chung bụi 18 1.2 Phân loại bụi 18 1.2.1 Phân loại theo kích thớc bụi 18 1.2.2 Phân loại theo tính kết dính bụi 19 1.2.3 Phân loại theo độ dẫn điện 19 1.2.4 Phân loại theo độ tác động đến sức khỏe ngời 19 Các phơng pháp xử lý bụi công nghiệp 2.1 Lắng bụi theo phơng pháp trọng lực Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan 19 19 2.1.1 Lý thuyết tính toán thiết kế buồng lắng bụi 20 2.1.2 Hiệu lắng theo cỡ hạt buồng lắng 21 2.1.3 Biện pháp nâng cao hiệu suất buồng lắng 22 2.2 Thiết bị lắng bụi ly tâm 23 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 23 2.2.2 Đờng kính giới hạn hệ số hiệu lắng theo cỡ hạt 25 2.2.3 Chọn xiclon 25 2.2.4 Các dạng tổ hợp khác xiclon 26 2.2.4.1 Lắp nối tiếp hai xiclon loại 26 2.2.4.2 Lắp song song hai nhiều xiclon loại 26 2.2.4.3 Xiclon tổ hợp 27 2.3 Lọc bụi kiểu vách ngăn 27 2.3.1 Cơ cấu lọc bụi 27 2.3.2 Các dạng khác vách ngăn lọc bụi 28 2.3.2.1 Lọc túi vải ống tay áo 28 2.3.2.2 Lọc kiểu xốp 31 2.4 Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp ớt 32 2.4.1 Buồng phun, thùng rữa khí rỗng 33 2.4.2 Thiết bị lọc bụi có lớp đệm vật liệu xốp theo nguyên lý ớt 34 2.4.3 Thiết bị lọc bụi loại tháp đĩa 2.5 Thiết bị lọc bụi theo phơng pháp điện trờng 36 37 2.5.1 Cơ sở vật lý trình lọc điện 37 2.5.2 Các loại thiết bị lọc điện công nghiệp 39 So sánh hiệu lọc bụi theo cỡ hạt thiết bị lọc bụi khác lựa chọn thiết bị lọc bụi 41 Phần - PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU Các phơng pháp phân tích sử dụng nghiên cứu 43 1.1 Phơng pháp xác định độ phân cấp cỡ hạt bụi 43 1.1.1 Phân tích cỡ hạt bụi phơng pháp rây 43 Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan 1.1.2 Phân tích cỡ hạt bụi phơng pháp lắng chìm 44 1.2 Phơng pháp xác định thành phần hóa học bụi 48 1.3 Phơng pháp xác định thành phần hóa học khí 49 1.3.1 Xác định hàm lợng SO2 49 1.3.2 Xác định hàm lợng CO 50 Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan 50 2.1 Đặc điểm khí thải công nghệ luyện xỉ titan 50 2.2 Phơng pháp thu gom khí thải để xử lý 53 2.3 Phơng pháp xử lý chất khí độc hại khí thải 54 2.4 Phơng pháp xử lý bụi khí thải 56 Phần - KếT QUả Và THảO LUậN Thành phần nguyên liệu 57 Phân tích thành phần hàm lợng chất khí thải 58 Thành phần khí thải sau qua công đoạn xử lý 60 3.1 Xử lý khí CO 60 3.2 Thu bụi buồng lắng 61 3.3 Thu bụi Xyclon 64 Đề xuất phơng án xử lý 4.1 Phơng án 66 66 4.1.1 Tính toán, lựa chon thông số thiết bị lọc túi vải 67 4.1.2 Tính suất thiết bị lọc túi vải 69 4.2 Phơng án 70 4.2.1 Chọn thông số tháp sủi bọt 71 4.2.2 Tính suất tháp sủi bọt 72 Thải khí môi trờng 75 Xử lý bụi thu đợc 77 KếT LUậN 78 TàI LIệU THAM KHảO 80 Tóm tắt luận văn 83 Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -1- Mở ĐầU Trong trình thực công nghiệp hóa đại hóa đất nớc, vấn đề ô nhiễm môi trờng ngày nghiêm trọng hoạt động sản xuất công nghiệp, sinh hoạt gây ra, đặc biệt từ nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp Ô nhiễm môi trờng tác động trực tiếp đến sức khỏe ngời mà ảnh hởng đến hệ thống cân sinh thái xung quanh Trớc thực trạng đó, yêu cầu khắc khe xử lý bảo vệ môi trờng cho doanh nghiệp ngày đòi hỏi cao Nhiều giải pháp đồng xử lý rác thải, nớc thải, khí thải bảo vệ môi trờng nhà máy, xí nghiệp đợc đặt Trong trình luyện xỉ titan tạo lợng khí thải lớn Trong khí thải mang lợng bụi xỉ đáng kể gây thất thoát kinh tế ô nhiễm môi trờng Cho nên vấn đề xử lý khí thải nhà máy luyện xỉ titan cần thiết Mục đích trình xử lý khí thải để thu hồi lợng lớn xỉ titan, mặc khác giảm ô nhiễm môi trờng Với đề tài Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan cần thiết với nội dung: ắ Tìm hiểu công nghệ luyện xỉ titan nói chung nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan nói riêng ắ Khảo sát công nghệ luyện xỉ titan có Việt Nam ắ Xác định thành phần khí bụi chứa khí thải công nghệ luyện xỉ titan, từ đa phơng pháp xử lý thích hợp ắ ứng dụng để xử lý khí thải cho lò luyện xỉ titan nhà máy luyện xỉ titan Bình Định Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -2- Danh mục chữ viết tắt TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam AAS: Atomic Absorption Spectral (Phổ hấp thụ nguyên tử) Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -3- DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ Bảng 1.1 Phân cấp lới lọc bụi theo hiệu lọc cỡ hạt bụi Bảng 1.2 Năng suất lọc thiết bị lọc túi vải phụ thuộc vào chất liệu vải lọc Bảng 2.1 Thành phần hóa học quặng tinh ilmenit Bảng 2.2 Thành phần hoá học than hoàn nguyên Bảng 2.3 Thành phần khí khí thải lò hồ quang Bảng 2.4 Thành phần hóa học bụi khí thải Bảng 3.1 Thành phần tinh quặng ilmenit làm nguyên liệu Bảng 3.2 Thành phần chất hoàn nguyên Bảng 3.3 Thành phần khí thải lò hồ quang Bảng 3.4 Thành phần bụi khí thải lò hồ quang Bảng 3.5 Độ phân tán kích thớc hạt bụi Bảng 3.6 Nồng độ chất độc hại khí thải lò hồ quang TCVN Bảng 3.7 Thành phần khí thải lò hồ quang sau xử lý CO Bảng 3.8 Thành phần bụi bị giữ lại buồng lắng Bảng 3.9 Độ phân tán kích thớc hạt bụi thu đợc buồng lắng Bảng 3.10 Thành phần bụi khí thải khỏi buồng lắng Bảng 3.11 Độ phân tán kích thớc hạt bụi khí thải sau buồng lắng Bảng 3.12 Thành phần khí thải lò hồ quang sau buồng lắng Bảng 3.13 Thành phần bụi bị giữ lại xyclon Bảng 3.14 Độ phân tán kích thớc hạt bụi thu đợc xyclon Bảng 3.15 Thành phần bụi khí thải khỏi xyclon Bảng 3.16 Độ phân tán kích thớc hạt bụi khí thải khỏi xyclon Bảng 3.17 Thành phần khí thải lò hồ quang sau xyclon Bảng 3.18 Thành phần khí thải lò hồ quang sau thiết bị lọc bụi túi vải Bảng 3.19 Các thông số tháp sủi bọt tầng Bảng 3.20 Hiệu suất riêng phần theo kích thớc hạt tháp sủi bọt Bảng 3.21 Thành phần khí thải lò hồ quang sau tháp sủi bọt Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -4- Bảng 3.22 Thành phần khí thải lò hồ quang sau xử lý (phơng án 1) Bảng 3.23 Thành phần khí thải lò hồ quang sau xử lý (phơng án 2) Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ luyện xỉ titan nhà máy luyện xỉ titan Bình Định Hình 1.2 Buồng lắng bụi Hình 1.3 Buồng lắng chia thành nhiều tầng Hình 1.4 Cấu tạo buồng lắng bụi nhiều tầng Hình 1.5 sơ đồ nguyên lý cấu tạo xiclon Hình 1.6 Thiết bị lọc bụi ống tay áo nhiều đơn nguyên, giũ bụi cấu rung thổi khí ngợc chiều Hình 1.7 Thiết bị lọc bụi ống tay áo có khung lồng có hệ thống thổi không khí nén kiểu xung lực để giũ bụi Hình 1.8 Cấu tạo lới lọc kiểu Hình 1.9 Lắp ghép lới lọc kiểu Hình 1.10 Buồng phun thùng rữa khí rỗng Hình 1.11 Tháp rửa khí scrubơ Hình 1.12 Thiết bị phun nớc có lớp đệm kiểu nằm ngang Hình 1.13 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt Hình 1.14 Thiết bị lọc bụi kiểu ớt có đĩa va đập phản xạ Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý lọc điện Hình 1.16 Máy lọc loại XK 45 Hình 1.17 Máy lọc điện ớt M 134 Hình 2.1 Cấu tạo rây máy Hình 2.2 Dụng cụ phân tích cỡ hạt theo phơng pháp lắng chìm Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị AAS Hình 2.4 Phơng pháp thải khí lò hồ quang Hình 2.5 Làm kín khe hở chỗ đặt điện cực lò hồ quang Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý trình làm khí thải lò luyện xỉ titan nhà máy luyện xỉ titan Bình Định Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -5- Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý trình làm khí thải lò luyện xỉ titan (Phơng án 1) Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý trình làm khí thải lò luyện xỉ titan (Phơng án 2) Hình 3.4 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt loại chảy tràn Hình 3.5 Đồ thị xác định hiệu suất riêng phần tháp sủi bọt bụi ẩm b d T2 > bụi khô b dT2 > 43,5 Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -6- Phần TổNG QUAN Chơng CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ LUYệN Xỉ TITAN Giới thiệu Công nghệ luyện xỉ titan chiếm vị trí quan trọng trình sản xuất pigment titan cung cấp nguyên liệu đầu vào chủ yếu cho sản xuất pigment Công nghệ sản xuất xỉ titan công nghệ có điều kiện thuận lợi thực môi trờng sản phẩm đợc sử dụng, hầu nh phế liệu Vì vậy, công nghệ luyện xỉ titan ngày đợc phát triển Việt Nam có trữ lợng quặng titan lớn, năm gần khai thác với quy mô công nghiệp nhng sản phẩm bán thị trờng chủ yếu quặng thô, cha qua chế biến nên giá thành thấp, gây thất thoát kinh tế Do đó, việc nghiên cứu đa vào thực tế sản xuất chế biến sâu quặng titan nhu cầu cấp thiết 1.1 Hiện trạng khai thác, chế biến quặng Titan Việt Nam [1] Tổng trữ lợng cấp B + C1 quặng titan đợc thăm dò tính đến cuối tháng 12 năm 2004 nớc 7.538.300 Trữ lợng cấp C2 tính đợc 6.491.600 Tài nguyên dự báo cấp P1 xác định đợc 7.293.000 Tiềm quặng titan ớc tính có theo dự báo nhà địa chất thuộc cục địa chất khoáng sản Việt Nam khoảng 13 triệu ilmenit Ngành khai thác, chế biến khoáng sản titan Việt Nam hình thành 17 năm, năm gần phát triển nhanh Ngoài công ty khai thác, chế biến quặng titan lục địa thái nguyên, nớc có khoảng 40 đơn vị dọc bờ biển Việt Nam từ Thanh Hóa đến Thuận Hải khai thác, chế biến khoáng sản titan Tuy vậy, công nghệ khai thác tuyển Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 70 - Gb = Gv Gr = 14898 14893,4 = 4,6 Kg/h Bụi đợc giữ lại túi vải chủ yếu muội cacbon, TiO2 Fe2O3 có kích thớc hạt bé Hàm lợng bụi bị giữ lại túi vải chiếm khoảng 8,5% tổng lợng bụi khí thải ban đầu Bảng 3.18 Thành phần khí thải lò hồ quang sau thiết bị lọc bụi túi vải Hàm lợng (mg/m3) Hàm lợng (%) CO CO2 H2O N2 - 19,42 1,03 76,3 SO2 O2 0,0025 Còn lại SO2 Bụi 72 142 Nhận xét: Với thiết bị lọc bụi túi vải đợc thiết kế nh khí thải sau qua thiết bị lọc bụi túi vải có thành phần đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam 4.2 Phơng án Lắp đặt thêm tháp sủi bọt sau xyclon, sơ đồ nguyên lý trình xử lý: Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý trình làm khí thải lò luyện xỉ titan (Phơng án 2) lò hồ quang; chụp hút; buồng lắng bụi; xyclon; tháp sủi bọt; quạt hút; ống khói Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 71 - ắ Đặc điểm khí thải trớc vào tháp sủi bọt: - Lu lợng khí: Q = 13000 m3/h = 3,61 m/s; - Nhiệt độ khí bụi: tb = 700 - 8000C; - Nồng độ bụi: Cv = 492 mg/m3; - Bụi dạng khô, không hút ẩm; 4.2.1 Chọn thông số tháp sủi bọt [10] Chọn thiết bị sủi bọt tầng có phận chảy tràn dẫn nớc phía lới (thiết bị kiểu C TU) Các thông số thiết bị: Bảng 3.19 Các thông số tháp sủi bọt tầng Lu Lu Trở lực Chiều Bề Chiều Đờng Chiều cao lớp mặt cao chảy kính cao ngăn bọt lới tràn (mmH2O) (mm) (m2) (mm) (mm) (mm) 44 105 1,4 55 1300 2920 Tốc lợng lợng độ khí H2O khí (m3/h) (m3/h) 13000 2,3 (m/s) 2,6 thiết bị thiết bị Mục đích lựa chọn tháp sủi bọt: - Thu hồi đợc bụi có kích thớc hạt < 20 àm mà xyclon thu hồi đợc; - Có thể hấp thụ phần khí độc hại có khí thải (SO2 CO2); Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 72 - Khí Nớc Khí vào Cắn bùn Hình 3.4 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nớc sủi bọt loại chảy tràn vỏ thiết bị; đĩa đục lỗ; hộp chứa nớc cấp vào; chắn chảy tràn; hộp xả nớc tràn 4.2.2 Tính suất tháp sủi bọt Hiệu suất làm thiết bị đợc tính toán qua hiệu suất riêng phần theo công thức: = n ( rpi i ) 100 i =1 Trong đó: i số thứ tự phần; rpi Hiệu suất riêng phần, %; i hàm lợng phần, % Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 73 - Khi tính toán chế độ làm việc thiết bị sủi bọt đợc tiêu chuẩn hóa ( = m/s; H = 90 mm) ta xác định hiệu suất riêng phần xác theo đồ thị phụ thuộc hiệu suất riêng phần vào tính chất bụi, đờng kính hạt dt khối lợng riêng chúng b (Hình 3.5) Hình 3.5 Đồ thị xác định hiệu suất riêng phần tháp sủi bọt bụi ẩm b d T2 > bụi khô b dT2 > 43,5 [10] Theo đồ thị hình 3.5, với k = 1,146 kg/m3 ta xác định đợc hiệu suất riêng phần theo kích thớc hạt nh sau: Nghiên cứu phơng pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 74 - Bảng 3.20 Hiệu suất riêng phần theo kích thớc hạt tháp sủi bọt Kích thớc hạt Hàm lợng i Hiệu suất riêng phần (àm) (% theo khối lơng) rpi (%) > 30 30 ữ 15 6,79 93 ữ 98 15 ữ 37,20 85 ữ 93 1ữ5 38,73 75 ữ 85