Đeơ xử lí khí và hơi các chât đoơc hái, người ta ứng dúng các phương pháp: hâp thú, hâp phú, xúc tác, nhieơt và ngưng tú.
Phương pháp hâp phú dựa tređn khạ naíng lođi cuôn các phađn tử khí, hơi bởi các chât raĩn xôp. Thực tê, người ta sử dúng than hốt tính, silicagen và zeolit làm chât hâp phú. Thời gian gaăn đađy, trong luyeơn kim màu, người ta sử dúng roơng rãi Al2O3 được nghieăn mịn đeơ làm chât hâp phú HF.
Xử lí baỉng phương pháp xúc tác dựa tređn sự biên đoơi hoá hĩc các câu tử đoơc hái thành khođng đoơc hái tređn beă maịt xúc tác raĩn. Phương pháp này được sử dúng đeơ xử lí NOx, SOx, COx và các táp chât hữu cơ.
Phương pháp nhieơt hay phương pháp đôt cháy trực tiêp được ứng dúng đeơ xử lí các chât đoơc deê bị ođxi hóa và các táp chât có mùi hođi. Phương pháp này dựa tređn sự cháy cụa các táp chât trong các lò hoaịc đèn xì.
Phương pháp đôt trực tiêp các chât hữu cơ cụa khí thại được ứng dúng trong các nhà máy hóa daău, nhà máy sạn xuât metanol…
Phương pháp ngưng tú dựa tređn hieơn tượng giạm áp suât bão hòa hơi khi giạm nhieơt đoơ. Phương pháp này dùng đeơ thu hoăi dung mođi hữu cơ. Đeơ quá trình ngưng tú xạy ra caăn phại làm lánh khí chứa dung mođi.
2.4.2.1 Phương pháp hâp thú
2.4.2.1.1 Quá trình hâp thú
Hâp thú là quá trình lođi cuôn khí và hoên hợp khí bởi chât lỏng (chât hâp thú). Hâp thú chia ra làm hâp thú vaơt lý – các chât hâp thú khođng tương tác hóa hĩc với chât được hâp thú, và hâp thú hóa hĩc – giữa chât hâp thú và chât được hâp thú xạy ra phạn ứng hóa hĩc táo thành hợp chât hóa hĩc khác. Trong thực tê người ta ứng dúng nước, các dung mođi hữu cơ, khođng tham gia phạn ứng với các khí và các dung dịch nước với các chât này đeơ hâp thú vaơt liù. Còn khi hâp thú hóa hĩc, người ta sử dúng dung dịch nước muôi và kieăm, các chât hữu cơ và huyeăn phù nước với các chât khác nhau làm chât hâp thú.
Do đoơ hòa tan cụa các khí trong chât lỏng khác nhau neđn có theơ tiên hành hâp thú chĩn lĩc moơt câu tử nào đó cụa hoên hợp khí, vì vaơy phương pháp này được ứng dúng roơng rãi khi tiên hành các quá trình cođng ngheơ.
Sự tách khí hòa tan từ chât hâp thú, nghĩa là quá trình ngược lái cụa hâp thú được gĩi là nhạ hâp.
Quá trình hâp thú được ứng dúng roơng rãi trong kỹ thuaơt đeơ thu hoăi câu tử có giá trị từ hoên hợp khí hoaịc đeơ xử lý các táp chât đoơc hái.
Thiêt bị hâp thú
Các dáng thiêt bị hâp thu thường gaịp là tháp đeơm, tháp mađm, tháp phun…
Thiêt bị hâp thu dáng đeơm là tháp đứng hình trú, chứa đaăy vaơt lieơu đeơm đứng yeđn, được giữ tređn lưới phađn phôi, còn khí được cho vào từ dưới lưới. Chât lỏng chạy vào thiêt bị qua cơ câu tưới và chuyeơn đoơng qua lớp đeơm ngược dòng với dòng khí. Nhieơm vú cụa đeơm: táo beă maịt tiêp xúc pha lớn và xoáy rôi các dòng.
Hình 30. Thiêt bị hâp thú dáng đeơm
Dung mođi hâp thu ra Khí ođ
nhieêm vào
Dung mođi hâp thu vào Khí ra
Vaơt lieơu đeơm phại thỏa mãn các yeđu caău cơ bạn sau:
¾ Beă maịt rieđng lớn
¾ Theơ tích tự do lớn.
Ưu đieơm cụa thiêt bị hâp thu dáng đeơm là: beă maịt rieđng lớn, kêt câu thiêt bị đơn giạn, có theơ làm vieơc trong mođi trường aín mòn, neđn được áp dúng rât roơng rãi.
Trong thiêt bị hâp thu dáng mađm chóp khí được cho vào ở dưới đáy thiêt bị roăi laăn lượt đi qua các mađm qua ông khí, được đaơy baỉng chóp ở tređn, phaăn rìa cụa chóp ngaơp trong chât lỏng. Mực chât lỏng được xác định bởi đoơ cao cụa ông chạy tràn tređn mađm. Đaău dưới cụa ông chạy tràn ngaơp trong chât lỏng ở mađm dưới đeơ táo trở lực thụy tĩnh. Đeơ taíng tiêp xúc giữa khí và lỏng tređn mađm thay chochóp lớn, người ta sử dúng nhieău chóp nhỏ đeơ taíng chu vi sụi bĩt và do đó taíng cường đoơ phađn tán khí trong chât lỏng.
Mađm là đĩa được khoan loê đeơ cho khí và chât lỏng đi qua. Mađm được laĩp tređn tháp trùng với trúc tháp. Phú thuoơc vào cơ câu thiêt bị sụi bĩt, mađm được chia ra: mađm chóp, mađm xuyeđn loê, mađm van.
Trong thiêt bị hâp thú dáng mađm xuyeđn loê, các mađm được khoan nhieău loê với đường kính 1 – 5 mm, phađn bô đeău tređn dieơn tích mađm. Khí súc vào chât lỏng qua các loê này ở dáng tia
và bĩt. Chât lỏng chạy ngang qua mađm nhờ cơ câu chạy tràn. Hieơu quạ mađm xuyeđn loê cao hơn mađm chóp do sự phađn tán nhuyeên bĩt khí và tia. Kêt câu mađm này đơn giạn hơn mađm chóp. Trở ngái cụa mađm này là sự nhieêm baơn các loê và aín mòn mađm cũng như đaịc tính cụa moơt sô chât lỏng táo thành bĩt oơn định.
Trong thiêt bị hâp thú bât kỳ dáng mađm nào cũng dieên ra sự xáo troơn mãnh lieơt chât lỏng do sút khí, làm đoăng nhât noăng đoơ câu tử phađn tán trong toàn boơ theơ tích pha lỏng. Đieău này ạnh hưởng xâu đên đoơng lực cụa quá trình bởi vì chât lỏng mới vào mađm bị bão hòa câu tử phađn tán do troơn lăn với chât lỏng đã hâp thú. Đeơ lối trừ nhược đieơm này, người ta táo chuyeơn đoơng định hướng cho chât lỏng tređn mađm. Đieău này đát được ví dú baỉng cách laĩp các vách ngaín tređn mađm. Tređn mađm có chóp dáng chữ S chuyeơn đoơng định hướng cụa chât lỏng đát được nhờ sự thoát khí moơt maịt dưới chóp
Trong thiêt bị dáng phun beă maịt tiêp xúc pha được hình thành nhờ phađn tán chât lỏng trong dòng khí. Trong tháp traăn sự phađn tán chât lỏng được thực hieơn nhờ vòi phun đaịt tređn đưnh tháp. Thiêt bị này đaịc trưng bởi beă maịt rieđng phaăn lớn. Đaịc bieơt quá trình tiên hành hieơu quạ khi giĩt lỏng va đaơp vào beă maịt thành hay thiêt bị. Hieơu quạ làm vieơc cụa thiêt bị xác định bởi kích thước gịot. Đường kính giĩt lỏng tôi ưu là 0,5 –1mm.
2.4.2.1.3 Ứng dúng phương pháp hâp thú
• Hâp thu khí SO2.
Chât hâp thu có theơ sử dúng là nước, dung dịch soda (Na2CO3), huyeăn phù CaCO3,
amoniac, oxit magieđ MgO, oxit kẽm, hoên hợp muôi nóng chạy (LiCO3 –32%, Na2CO3 – 33%,
K2CO3 – 35%), các amin thơm…. • Hâp thu khí H2S.
Chât hâp thú có theơ sử dúng là Na2CO3 hoaịc K2CO3, dung dịch chứa 40–50% photphat Kali (K3PO4), dung dịch kieăm – Asen, dung dịch sođda – saĩt, dung dịch kieăm – hydroquinon, dung dịch etanolamin.
• Hâp thu oxit nitơ (NOx)
Chât hâp thú là nước được boơ sung oxi già, dung dịch kieăm…
Hâp thú chĩn lĩc NO dùng chât hâp thu là dung dịch FeSO4, FeCl2.
• Hâp thu HF và SiF4
Chât hâp thu là nước, dung dịch muôi amođn, cacbonat kali…
• Hâp thu Cl2 và HCl
Clo được hâp thu baỉng dung dịch kieăm.
• Hâp thu oxit ccbon (COx)
Hâp thú baỉng [Cu(NH3)m(H2O)n]+, dung dịch clorua đoăng nhođm
• Xử lí dioxit cacbon
2.4.2.2 Phương pháp hâp phú
2.4.2.2.1 Quá trình hâp phú
Hâp phú là quá trình lođi cuôn khí và hơi từ hoên hợp khí bởi chât raĩn xôp (chât hâp phú). Hâp phú được ứng dúng đeơ lối trừ trừ táp chât và đaịc bieơt được ứng dúng hieơu quạ trong xử lý khí thại khỏi các táp chât đoơc hái cũng như đeơ thu hoăi các chât có giá trị.
Hâp phú được chia ra làm hâp phú vaơt lý và hâp phú hoá hĩc. 2.4.2.2.2 Đaịc tính chât hâp phú
Chât hâp phú được sử dúng là chât raĩn, xôp có beă maịt rieđng lớn. Chât hâp phú được đaịc trưng bởi khạ naíng hâp phú cụa mình, xác định baỉng noăng đoơ chât bị hâp phú trong moơt đơn vị khôi lượng hoaịc moơt đơn vị theơ tích cụa chât hâp phú. Khạ naíng hâp phú lớn nhât có theơ cụa chât hâp phú gĩi là hốt tính cađn baỉng.
Trong cođng ngheơ, chât hâp phú được sử dúng là than hốt tính, các khoáng chât như silicat, keo nhođm, zeolid, các nhựa toơng hợp trao đoơi ion (anion, cation).
2.4.2.2.3 Thiêt bị hâp phú
Thiêt bị hâp phú được phađn lối theo các dâu hieơu sau
¾ Theo tính chât làm vieơc: có các lối lieđn túc và gián đốn.
¾ Theo tráng thái lớp hâp phú: có các lối chuyeơn đoơng, đứng yeđn và taăng sođi.
¾ Theo kêt câu có các lối thiêt bị dáng tháp
Tháp hâp phú với lớp chât hâp phú đứng yeđn chư cho phép tiên hành quá trình hâp phú gián đốn.
Thiêt bị goăm moơt vỏ hình trú đứng, trong đó có lưới phađn phôi khí và lớp chât hâp phú được bô trí tređn đó. Khí (hơi) được cho vào qua ông trung tađm, đi qua lớp chât hâp phú và đi ra khỏi thiêt bị qua cửa. Khi chât hâp phú bão hoà thì tieđn hành qu1 trình nhạ hâp.
Dòng khí nhạ hâp được cho vào tháp qua ông khoan loê. Khí nhạ hâp có theơ là hơi nước, khođng khí nóng hoaịc nước. Dòng khí nhạ hâp cũng thoát ra ở cửa. Khi sây dòng khí nóng cũng được cho qua ông, còn khi làm mát thì cho dòng khođng khí lánh vào. Cửa dùng đeơ thay chât hâp phú.
Lớp chât hâp phú trong thiêt bị kieơu này có theơ được bô trí naỉm ngang hoaịc ở dáng vòng gaăn ông khoan loê trung tađm. Ưu đieơm chính cụa thiêt bị này là kêt câu đơn giạn và chât hâp phú khođng bị vỡ. Vì vaơy, chúng được áp dúng cho khi naíng suât nhỏ và vừa .
Nhực đieơm cụa thiêt bị này là phại sử dúng nhieău thiêt bị và thời gian làm vieơc chư chiêm 1/3 hoaị ¼ chu kỳ làm vieơc chung. Heơ thông đóng mở các giai đốn phức táp gađy khó khaín cho người vaơn hành, đieău kieơn làm vieơc torng tháp ở các giai đốn đeău khác nhau; nhieơt đoơ, áp suât. Hieơu quạ làm vieơc cụa thiêt bị khođng cao bởi vì vaơn tôc khí qua thiêt bị nhỏ (khoạng 0,15-0,35m/s)
Khi chuyeơn đoơng ngược dòng với chât hâp phú theo hướng từ dưới leđn tređn, chư qua moơt vùng ở giữa (vùng hâp phú). Các giai đốn cụa qua trình goăm làm nguoơi chât hâp phú, hâp phú và nhạ hâp dieên ra đoăng thời trong các phaăn khác nhau cụa thiêt bị theo đường đi cụa chât hâp phú. Chât hâp phú được tuaăn hoàn vào thiêt bị hâp phú. Lưu lượng chât hâp phú
được đieău chưnh baỉng vaơn tôc quay cụa cơ câu tháo lieơu. Nhạ hâp được thực hieơn baíng cách đun baỉng hơi quá nhieơt và thu hoăi sạn phaơm nhạ hâp.
Ưu đieơm cụa thiêt bị kieơu này là đieău chưnh quá trình tinh vi hơn, có theơ sử dúng kêt câu tôi ưu và kích thước tôi ưu cho từng đốn cụa thiêt bị, quá trình thực hieơn lie6nt úc.
Nhược đieơm cụa thiêt bị này là kêt câu phức táp, chât hâp phú bị mài mòn neđn phại xử lý búi, cường đoơ hâp phú thâp do vaơn tôc khí nhỏ và khođng có sự xáo troơn mãnh lieơt than.
• Thiêt bị hâp phú với lớp giạ lỏng .
Thiêt bị có kêt câu đơn giạn và khođng có phaăn chuyeơn đoơng beđn trong. Trong vỏ hình trú đứng, tređn lưới phađn bô khí có lớp vaơt lieơu kích thước nhỏ ở tráng thái giạ lỏng (sođi) nhờ dòng khí thoơi đi leđn tư dưới lưới. Chieău cao lớp hâp phú và thời gian lưu trung bình cụa hát trong thiêt bị được điêu chưnh baỉng cách thay đoơi lưu lượng chât hâp phú vào và ra. Khi làm vieơc, do sự mài mòn chât hâp phú sẽ sinh ra búi, búi này được thu hoăi torng boơ phaơn li tađm và quay trở lái lớp hâp phú.
Thiêt bị này có ưu đieơm là
¾ Cường đoơ hâp phú cao do hát có kích thước nhỏ và được xáo troơn mãnh lieơt trong lớp
giạ lỏng.
¾ Giại nhieơt được thực hieơn deê dàng baỉng dòng khí caăn xử lý.
Nhược đieơm có tính nguyeđn taĩc cụa taăng sođi là có khuây troơn mãnh lieơt, làm giạm đoơng lực quá trình hâp phú. Vì vaơy caăn phại sử dúng thiêt bị nhieău baơc dáng tháp ngược dòng.
2.4.2.2.4 Ứng dúng phương pháp hâp phú
• Hâp phú các khí oxit nitơ (NOx) baỉng than hốt tính
• Hâp phú khí SO2 baỉng đá vođi, đolomit (CaCO3.MgCO3) hoaịc vođi, oxit mangan, than hốt tính
• Hâp phú hợp chât flo baỉng đá vođi
• Hâp phú clo và clorua hydro dùng oxiclorua saĩt và clorua oxit đoăng trong hoên hợp với
oxit magieđ, sunfat và photphat đoăng, chì, cadmi, • Hâp phú H2S: dùng hydroxit saĩt, than hốt tính, zeolit…
• Hâp phú các hợp chât hữu cơ chứa lưu huỳnh với các oxit kẽm, saĩt, đoăng và vài kim lối
khác, than hốt tính và zeolit toơng hợp
• Hâp phú hơi thụy ngađn baỉng than hốt tính
• Khử mùi baỉng phương pháp hâp phú baỉng than hốt tính
2.4.2.3 Phương pháp xúc tác
Bạn chât cụa quá trình xúc tác đeơ làm sách khí là thực hieơn các tương tác hóa hĩc, nhaỉm chuyeơn hóa táp chât đoơc thành sạn phaơm khác với sự có maịt cụa chât xúc tác đaịc bieơt. Vai trò cụa chúng là taíng vaơn tôc (phạn ứng) tương tác hóa hĩc. Tương tác xúc tác trong xúc tác dị theơ dieên ra tređn beă maịt phađn chia pha khí và xúc tác. Xúc tác bạo đạm sự tương tác cụa các chât chuyeơn hóa tređn beă maịt cụa mình, với sự hình thành các phức hốt hóa ở dáng các lieđn kêt beă maịt trung gian cụa xúc tác và tác chât, sau đó sạn phaơm cụa xúc tác hình thành
Hốt tính cụa xúc tác thường được xác định baỉng taơp hợp các tính chât hóa lí cụa xúc tác và cụa khí caăn chuyeơn hóa. Nó phú thuoơc nhieău vào nhieơt đoơ chuyeơn hóa có xúc tác, câu trúc xúc tác, hàm lượng chât taíng hốt tính xúc tác, áp suât, lưu lượng theơ tích, noăng đoơ và khôi lượng phađn tử cụa tác chât và sạn phaơm trong pha khí.
Các yeđu caău cho xúc tác cođng nghieơp: đoơ hốt hóa cao và dăn nhieơt tôt, beăn cơ và beăn nhieơt, ngoài ra xúc tác phại rẹ, có nhieơt đoơ cháy thâp và các hát có hình dáng sao cho trở lực thâp.
Vieơc chĩn xúc tác hieơu quạ cho quá trình làm sách khí được tiên hành baỉng thực nghieơm. Chât xúc tác trong xử lí khí thại cođng nghieơp là các chât tiêp xúc tređn cơ sở các kim lối quý (platin, paladi, bác…), các oxit mangan, đoăng, coban…
2.4.2.3.1 Thiêt bị phạn ứng xúc tác
Thiêt bị phạn ứng có kêt câu tương tự như thiêt bị hâp phú goăm các dáng đeơm cô định, taăng sođi…
2.4.2.3.2 Ứng dúng phương pháp xúc tác.
• Khử nitơ oxit baỉng xúc tác và nhieơt đoơ cao.
Chât xúc tác là kim lối nhóm Platin ( Pd, Ru, Pt …) hoaịc Ni, Cr, Cu, Zn, V….Còn chât khử là CH4, CO, H2 , NH3…
• Xử lý SO2 xúc tác là oxit Vanadi
• Xử lý CO lớp xúc tác là oxit, saĩt, đoăng, crođm
• Xử lý chât hữu cơ khi có xúc tác là kim lối nhóm platin
2.4.2.4 Phương pháp nhieơt
Bạn chât cụa phương pháp đôt cháy trực tiêp là oxi hóa các câu tử đoơc hái baỉng oxi, ở nhieơt đoơ cao (450-1.2000C). Phương pháp này được ứng dúng đeơ lối bỏ bât kì khí và hơi nào mà sạn phaơm cháy cụa chúng ít đoơc hơn. Ưu đieơm cụa phương pháp đôt cháy trực tiêp là thiêt bị đơn giạn và có khạ naíng ứng dúng roơng rãi, vì thành phaăn khí thại ít ạnh hưởng đên hốt đoơng cụa thiêt bị đôt. Phương pháp này được ứng dúng roơng rãi trong sạn xuât sơn, trong quá trình đieău chê moơt sô sạn phaơm hóa, đieơn hóa và đieơn tử, trong cođng nghieơp hóa daău, sạn xuât metanol đeơ xử lí khí thại.
Sơ đoă nguyeđn lí cụa thiêt bị đôt khí thại được trình bày tređn hình.
Khí ođ nhieêm b Khí ođ nhieêm Vào khí quyeơn Nhieđn lieơu a Vào khí quyeơn Nhieđn lieơu
Hình 31. Sơ đoă thiêt bị xử lí khí thại cođng nghieơp baỉng nhieơt
Kêt câu và theơ tích cụa lò đôt phại bạo đạm thời gian lưu caăn thiêt đeơ đôt cháy khí hoàn toàn hoaịc đát hieơu quạ xử lí cho trước.