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

Huỳnh văn nam giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : công nghệ hoá học CÔNG NGHệ hóa học Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan Huỳnh văn nam 2007 - 2009 Hµ Néi 2009 Hµ néi - 2009 MơC LụC Trang Mở ĐầU Danh mục chữ viết tắt DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ Phần - TổNG QUAN Chương - 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 Chương - 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 thước 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 người 19 Các phương pháp xử lý bụi công nghiệp 2.1 Lắng bụi theo phương pháp trọng lực Nghiên cứu phương 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 Đường 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 kiĨu tÊm xèp 31 2.4 ThiÕt bÞ läc bơi theo phương pháp ướt 32 2.4.1 Buồng phun, thùng rữa khí rỗng 33 2.4.2 Thiết bị lọc bụi có lớp đệm b»ng vËt liƯu xèp theo nguyªn lý ­ít 34 2.4.3 Thiết bị lọc bụi loại tháp đĩa 2.5 Thiết bị lọc bụi theo phương pháp điện trường 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 phương pháp phân tích sử dụng nghiên cứu 43 1.1 Phương pháp xác định độ phân cấp cỡ hạt bụi 43 1.1.1 Phân tích cỡ hạt bụi phương pháp rây 43 Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan 1.1.2 Phân tích cỡ hạt bụi phương pháp lắng chìm 44 1.2 Phương pháp xác định thành phần hóa học bụi 48 1.3 Phương pháp xác định thành phần hóa học khí 49 1.3.1 Xác định hàm lượng SO2 49 1.3.2 Xác định hàm lượng CO 50 Nghiên cứu phương 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 Phương pháp thu gom khí thải để xử lý 53 2.3 Phương pháp xử lý chất khí độc hại khí thải 54 2.4 Phương pháp xử lý bụi khí thải 56 Phần - KếT QUả Và THảO LUậN Thành phần nguyên liệu 57 Phân tích thành phần hàm lượng chất khí thải 58 Thành phần khí thải sau qua công đoạn xử lý 60 3.1 Xư lý khÝ CO 60 3.2 Thu bơi bng l¾ng 61 3.3 Thu bơi Xyclon 64 Đề xuất phương án xử lý 4.1 Phương 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 Phương ¸n 70 4.2.1 Chän c¸c th«ng sè cđa th¸p sủi bọt 71 4.2.2 Tính suất tháp sủi bọt 72 Thải khí môi trường 75 Xử lý bụi thu 77 KếT LUậN 78 TàI LIệU THAM KHảO 80 Tóm tắt luận văn 83 Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -1- Mở ĐầU Trong trình thực công nghiệp hóa đại hóa đất nước, vấn đề ô nhiễm môi trường 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 trường tác động trực tiếp đến sức khỏe người mà ảnh hưởng đến hệ thống cân sinh thái xung quanh Trước thực trạng đó, yêu cầu khắc khe xử lý bảo vệ môi trường cho doanh nghiệp ngày đòi hỏi cao Nhiều giải pháp đồng xử lý rác thải, nước thải, khí thải bảo vệ môi trường nhà máy, xí nghiệp đà đặt Trong trình luyện xỉ titan tạo lượng khí thải lớn Trong khí thải mang lượng bụi xỉ đáng kể gây thất thoát kinh tế ô nhiễm môi trường 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 lượng lớn xỉ titan, mặc khác giảm ô nhiễm môi trường Với đề tài Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan cần thiết với nội dung: Tìm hiểu công nghệ luyện xỉ titan nói chung nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan nói riêng Khảo sát công nghệ luyện xỉ titan có Việt Nam Xác định thành phần khí bụi chứa khí thải công nghệ luyện xỉ titan, từ đưa phương pháp xử lý thích hợp ứng dụng để xử lý khí thải cho lò luyện xỉ titan nhà máy luyện xỉ titan Bình Định Nghiên cứu phương 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 phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -3- DANH MụC BảNG Và HìNH Vẽ Bảng 1.1 Phân cấp lưới 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 thước 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 thước hạt bụi thu buồng lắng Bảng 3.10 Thành phần bụi khí thải khỏi buồng lắng Bảng 3.11 Độ phân tán kích thước 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 thước hạt bụi thu xyclon Bảng 3.15 Thành phần bụi khí thải khỏi xyclon Bảng 3.16 Độ phân tán kích thước 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 thước hạt tháp sủi bọt Bảng 3.21 Thành phần khí thải lò hồ quang sau tháp sủi bọt Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -4- Bảng 3.22 Thành phần khí thải lò hồ quang sau đà xử lý (phương án 1) Bảng 3.23 Thành phần khí thải lò hồ quang sau đà xử lý (phương 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 ngược 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 lưới lọc kiểu Hình 1.9 Lắp ghép lưới lọc kiểu Hình 1.10 Buồng phun thùng rữa khí rỗng Hình 1.11 Tháp rửa khí scrubơ Hình 1.12 Thiết bị phun nước có lớp đệm kiểu nằm ngang Hình 1.13 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt Hình 1.14 Thiết bị lọc bụi kiểu ướt 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 ướt M 134 Hình 2.1 Cấu tạo rây máy Hình 2.2 Dụng cụ phân tích cỡ hạt theo phương pháp lắng chìm Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị AAS Hình 2.4 Phương 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 phương 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 (Phương án 1) Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý trình làm khí thải lò luyện xỉ titan (Phương án 2) Hình 3.4 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt loại chảy tràn Hình 3.5 Đồ thị xác định hiệu suất riêng phần tháp sủi bọt ®èi víi bơi Èm ρ b d T2 > bụi khô b dT2 > 43,5 Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan -6- Phần TổNG QUAN Chương CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ LUYệN XØ TITAN Giíi thiƯu C«ng nghƯ lun xØ 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 trường sản phẩm sử dụng, phế liệu Vì vậy, công nghệ luyện xỉ titan ngày phát triển Việt Nam có trữ lượng quặng titan lớn, năm gần đà khai thác với quy mô công nghiệp sản phẩm bán thị trường chủ yếu quặng thô, chưa qua chế biến nên giá thành thấp, gây thất thoát kinh tế Do đó, việc nghiên cứu đưa 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 lượng cấp B + C1 quặng titan đà thăm dò tính đến cuối tháng 12 năm 2004 nước 7.538.300 Trữ lượng cấp C2 đà tính 6.491.600 Tài nguyên dự báo cấp P1 đà xác định 7.293.000 Tiềm quặng titan ước 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 đà hình thành 17 năm, năm gần phát triển nhanh Ngoài công ty khai thác, chế biến quặng titan lục địa thái nguyên, nước 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 phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 70 Gr = Gv ⋅ 100 − yv 100 − 0,043 = 14898 ⋅ = 14893,4 Kg/h 100 − yr 100 0,0124 Lượng bụi thu thiết bị: Gb = Gv – Gr = 14898 – 14893,4 = 4,6 Kg/h Bụi giữ lại túi vải chủ yếu muội cacbon, TiO2 Fe2O3 có kích thước hạt bé Hàm lượng bụi bị giữ lại túi vải chiếm khoảng 8,5% tổng lượng bụi khí thải ban đầu Bảng 3.18 Thành phần khí thải lò hồ quang sau thiết bị lọc bụi túi vải Hàm lượng (mg/m3) Hàm lượng (%) 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 thiết kế khí thải sau qua thiết bị lọc bụi túi vải có thành phần đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam 4.2 Phương 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 Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 71 - (Phương án 2) – lß hå quang; – chơp hót; – bng l¾ng bơi; – xyclon; – tháp sủi bọt; quạt hút; ống khói Đặc điểm khí thải trước vào tháp sủi bọt: - Lưu lượng khí: Q = 13000 m3/h = 3,61 m/s; - NhiƯt ®é khÝ bơi: tb = 700 - 8000C; - Nång ®é bơi: 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 nước phía lưới (thiết bị kiểu C TU) Các thông số thiết bị: Bảng 3.19 Các thông số tháp sủi bọt tầng Lưu Lưu lượng lượng khí H2 O (m3/h) (m3/h) 13000 2,3 Tèc ®é khÝ (m/s) 2,6 Trë lùc ChiỊu Bề Chiều Đường Chiều cao lớp mặt cao chảy kính cao ngăn bọt lưới tràn (mmH2O) (mm) (m2) (mm) (mm) (mm) 44 105 1,4 55 1300 2920 thiÕt bị thiết bị Mục đích lựa chọn tháp sủi bọt: - Thu hồi bụi có kích thước hạt < 20 àm mà xyclon thu hồi được; - Có thể hấp thụ phần khí độc hại có khí thải (SO2 CO2); Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 72 - KhÝ N­íc Khí vào Cắn bùn Hình 3.4 Thiết bị lọc bụi có đĩa chứa nước sủi bọt loại chảy tràn vỏ thiết bị; đĩa đục lỗ; hộp chứa nước cấp vào; chắn chảy tràn; hộp xả nước tràn 4.2.2 Tính suất tháp sủi bọt Hiệu suất làm thiết bị tính toán qua hiệu suất riêng phần theo công thức: = n ∑ (η rpi Φ i ) 100 i =1 Trong ®ã: i – sè thø tù tõng phÇn; ηrpi – Hiệu suất riêng phần, %; Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 73 - i hàm lượng phần, % Khi tính toán chế độ làm việc thiết bị sủi bọt đà tiêu chuẩn hóa ( = m/s; H = 90 mm) ta cã thĨ x¸c định hiệu suất riêng phần xác theo đồ thị phụ thuộc hiệu suất riêng phần vào tính chất bụi, đường kính hạt dt khối lượng riêng chúng b (Hình 3.5) Hình 3.5 Đồ thị xác định hiệu suất riêng phần tháp sủi bọt bơi Èm ρ b d T2 > vµ ®èi víi bơi kh« ρ b dT2 > 43,5 [10] Theo đồ thị hình 3.5, với k = 1,146 kg/m3 ta xác định hiệu suất riêng phần theo kích thước hạt sau: Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải công nghệ luyện xỉ titan - 74 - Bảng 3.20 Hiệu suất riêng phần theo kích thước hạt tháp sủi bọt Kích thước hạt Hàm lượng i Hiệu suất riêng phần (àm) (% theo khối lương) rpi (%) > 30 30 ữ 15 6,79 93 ÷ 98 15 ÷ 37,20 85 ÷ 93 1÷5 38,73 75 ÷ 85