Khả năng sử dụng MgO để khử SO2 trong khí thải được biết từ lâu nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu là công nghệ của Liên Xô.
Phương pháp này dựa trên các phản ứng: MgO + SO2 = MgSO3
MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2 2MgSO3 + O2 = 2MgSO4
Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxi hóa sunfit là không mong muốn. Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việc đạt 120-160 g/l thì quá trình oxi hóa sunfit sẽ ngừng lại không tiếp tục xảy ra nữa.
Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O
Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế nên MgSO3 sẽ kết tủa thành MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC tinh thể này biến thành MgSO3.3H2O.
Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý ở nhiệt độ 800-900oC để thu hồi MgO và SO2
MgO được quay trở lại chu trình làm việc còn SO2 đậm đặc được đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất.
a/ Phương pháp MgO kết tinh theo chu trình:
Khí thải cần xử lý SO2 đưa vào scrubo 1 trong đó được tưới dung dịch huyền phù MgSO3.6H2O và MgO. Khí SO2 trong khí thải sẽ bị khử theo phản ứng:
MgO + SO2 = MgSO3 và MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2, khí sạch thoát ra ngoài. Sau khi ra khỏi scrubo 1, một phần dung dịch đã bị oxi hóa chảy vào bể chứa 3, tại đây có bộ phận đo liều lượng 4, MgO được bổ sung vào bể chứa. Lượng MgO bổ sung phụ thuộc vào lượng SO2 khử được. Từ bể chứa 3 dung dịch với tỉ lệ rắn-lỏng ≈ 0,1 được đưa lên tưới cho scrubo sau khi đã được lọc các hạt cứng ở bộ lọc 2. Một phần dung dịch ra khỏi scrubo 1 được đưa sang xiclon thủy lực 5 và 6. Phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ chảy xuống máy lọc chân không có băng tải số 8 để tác các tinh thể MgSO3.6H2O. Phần nổi bên trên các xiclo cũng còn lẫn nhiều cặn bùn được đưa sang máy lọc ép 7 để loại bỏ cặn bùn, phần dung dịch còn lại ở các bộ lọc 7 và 8 chảy trở về bể chứa 3 để chuẩn bị dung dịch tưới lên.
Độ pH của dung dịch tưới ở chỗ vào scrubo nằm trong khoảng 6,7-7,2 và từ scrubo chảy ra là 5,5-5,8. Cường độ tưới dung dịch trong scrubo là 18-20 m3/m2.h.
b/ Phương pháp magie oxit “ không kết tinh”:
Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubo bị đóng cặn nhanh chóng bởi các tinh thể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử magie oxit không kết tinh. Thực chất của phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tưới được tách ra trong thiết bị riêng biệt – gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theo dung dịch scrubo chảy ra kết hợp với MgO: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O, nhờ đó lượng magie sunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2-3% và thiết bị hoạt động được nhẹ nhàng hơn.
Khí cần lọc sạch SO2 được đưa vào scrubo 1, ở đó được tưới dung dịch hấp thụ từ thùng áp lực 2. Sau khi hấp thụ SO2 trong khí thải, dung dịch có nồng độ magie bisunfit 50 -70 g/l từ scrubo chảy vào bể chứa 3.Từ đó một phần dung dịch đưa về thùng áp lực 2 để tưới trở lại cho scrubo, phần còn lại đi vào thùng trung hòa 4 để tách các tinh thể MgSO3.6H2O. Một lượng MgO thu được từ quá trình hoàn nguyên được cấp vào thùng trung hòa 4. Để các phản ứng xảy ra một cách triệt để, thùng trung hòa 4 cần có dung tích đủ lớn, đảm bảo được 30-35 phút hoạt động của hệ thống và phải được khuấy liên tục 50- 60 vg/ph. Quá trình tách và nung magie sunfit lấy ra từ bể trung hòa 4 cũng được thực hiện để thu MgO và SO2. Dung dịch loãng và nước từ máy ép 7 chảy về bể chứa 10 có khuấy, tại đây người ta cũng bổ sung một lượng nước để bù hao hụt và một nữa lượng MgO thu được sau quá trình hoàn nguyên ở lò nung 8. Dung dịch mới từ bể chứa 10 được đưa bổ sung vào thùng áp lực 2 để tham gia vào chu trình tưới cho srubo.
phương pháp gọi là magie oxit sủi bọt, tháp hấp thụ được kết hợp với thùng kết tinh thành một khối thống nhất. Khí thải cần lọc sạch SO2 đi vào khoang trống bên trên của thiết bị hấp thụ 1 gồm nhiều ống hình trụ thẳng đứng, đầu dưới của các ống hình trụ nhúng ngập 8-10 cm vào dung dịch hấp thụ chứa ở phần dưới của thiết bị hấp thụ. Khí thải theo các ống hình trụ sục qua lớp dung dịch hấp thụ, làm sủi bọt , rồi qua bộ phận tách giọt nước 3 để thoát ra ngoài. Khi đi qua lớp dung dịch sủi bọt, khí SO2 trong khí thải cho phản ứng với dung dịch hấp thụ và bị giữ lại trong dung dịch dưới dạng các chất sunfit và bisunfit theo các phản ứng: MgO + SO2 = MgSO3 và MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2
Tháp hấp thụ kết hợp với thùng kết tinh luôn luôn được bổ sung dung dịch mới được pha chế ở bể chứa 4. Bộ phận khuấy của thùng kết tinh luôn luôn hoạt động và chất bùn nhão lắng xuống đáy thùng. Sau đó chất bùn nhão được đưa sang các công đoạn lọc bằng xiclon thủy lực và máy ép có băng tải rroiof đưa sang lò nung để hoàn nguyên MgO.
Ưu điểm của hệ thống này là tháp hấp thụ không cần lớp đệm bằng vật liệu rỗng, do đó vấn đề cặn bẩn gây tắc lớp đệm không xảy ra. Tuy nhiên do dòng khí phải sục qua lớp dung dịch nên sức cản khí động của hệ thống tương đối cao và vì vậy vận tốc dòng khí đi qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ phải hạn chế ở mức thấp nhất.
d/Phương pháp magie oxit kết hợp với potas (kalicacbonat):
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp khử SO2 bằng MgO là hệ thống thường bị đóng cặn các tinh thể không hòa tan. Vì thế, người ta tìm ra phương pháp mới khắc phục nhược điểm này là phương pháp magie oxit-potas. Phương pháp này dùng dung dịch kalicacbonat và kalisunfat tưới cho tháp hấp thụ . Các phản ứng xảy ra:
K2CO3 + SO2 = K2SO3 + CO2 K2SO3 + SO2 + H2O = 2KHSO3 K2SO3 + O2 = 2K2SO4
tinh thể hexahydrat magie sunfit kết tủa và giải phóng kalisunfit để tham gia trở lại vào chu trình khử SO2: 2K2SO3 + MgO +6H2O = MgSO3.6H2O + K2SO3 + H2O
Tiếp theo, quá trình tách lọc magiesunfit và nung để hoàn nguyên MgO, thu hồi SO2.
Sơ đồ làm việc:
Hình 4.7: Sơ đồ xử lý SO2 bằng magioxit sủi bọt
Khí thải có nồng độ SO2 từ 0,15-0,6% đi vào scrubo1 với lớp đệm bằng vật liệu rỗng xoắn, vận tốc khí đi qua tiết diện ngang của scrubo có thể đạt 15m/s, tổn thất cột áp tương đối nhỏ tương đương 14mm H2O cho 1m chiều cao của lớp đệm. Tháp hấp thụ được tưới dung dịch kalibisunfit nồng độ 15-18%, cường độ tưới 8-10m3/m2.h. Dung dịch ra khỏi scrubo có chứa 150-300g/l, kalibisunfat thành sunfat bằng cách cho thêm chất parafenylendiamin 0,01- 0,005% theo khối lượng. Lúc đó nồng đọ kalisunfat có thể giảm xuống 15-20g/l.
vào bình lọc 3 để tách các chất rắn, sau đó đi vào thùng phản ứng 4 để trung hòa bisunfit. Hiệu quả khử SO2 của hệ thống đạt từ 95-99% khi nồng độ ban đầu của SO2 trong khí thải đi vào hệ thống từ 0,15-0,6% theo thể tích. Đây là phương pháp có tuần hoàn theo chu trình đối với cả K2SO3 lẫn MgO, áp dụng cho cả khí thải có nhiệt độ cao và chứa nhiều bụi mà không cần làm nguội hay lọc bụi trước khi vào hệ thống.