Có hai phƣơng pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng mangan oxit là “quá trình mangan đƣợc nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và quá trình DAR mangan” do hãng Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất.
1. Quá trình mangan của Mỹ:
Chất hấp phụ đƣợc sử dụng là mangan oxit Mn2O3 dạng hạt đƣợc làm khô trong không khí và trong chân không ở nhiệt độ 300 ÷ 400o
C.
Khói thải ở nhiệt độ 130 ÷ 330oC đi vào thiết bị hấp phụ 1 trong đó SO2 bị hấp phụ bởi mangan oxit và oxy hoá thành SO3, sau đó kết hợp với độ ẩm mao dẫn trong chất hấp phụ tạo thành axit sunfuric. Axit sunfuric lại kết hợp với mangan oxit thành mangan sunfat. Trong phạm vi nhiệt độ của khói thải nêu trên khả năng khử
Khí vào Khí sạch thoát ra Tro Nƣớc O2 H2 - + NaOH H2SO4 1 2 3 4 5 6
Hình 3.23: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình “mangan”
1- Thiết bị hấp phụ ; 2- Máy sàng; 3- Thùng điện phân; 4÷Thùng phản ứng; 5- Máy lọc ly tâm; 6- Máy sấy
SO2 của chất hấp phụ đạt 25 ÷37% trọng lƣợng bản thân và khả năng hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng.
Chất hấp phụ no SO2 từ thiết bị hấp phụ đi ra đƣợc đƣa qua máy sàng 2 rồi đổ vào thùng phản ứng 4 có máy khuấy để kết hợp với dung dịch NaOH theo phản ứng: O H SO Na MnO NaOH MnSO42 2 4 2
Sau đó chất kết tủa đƣợc tách ra và giội nƣớc trong máy ly tâm 5, ở đó MnO oxy hoá thành Mn2O3. Sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ ẩm đƣợc đƣa qua máy sấy
6 để quay trở lại chu trình làm việc.
Dung dịch từ máy li tâm 5 chảy ra có chứa natri sunfat đƣợc đƣa vào thùng điện phân 3 để phân giải thành axit sunfuric loãng và dung dịch NaOH. Axit sunfuric loãng đƣợc làm bay hơi nƣớc, cô đặc và thành sản phẩm của hệ thống. Dung dịch NaOH đƣợc tuần hoàn trở lại thùng phản ứng 4 để tiếp tục chu trình hoàn nguyên chất hấp phụ.
2. Quá trình DAR ÷mangan của hãng Mitsubishi:
Chất hấp phụ sử dụng là hỗn hợp của một số oxit, gọi là oxit mangan hoạt tính Sơ đồ hệ thống:
Chất hấp phụ nghiền nhỏ đƣợc phun vào dòng khói thải cần xử lý và cùng với khói thải đi vào thiết bị hấp phụ 2, trong đó mangan oxit kết hợp với SO2, oxy và hơi nƣớc mao dẫn để tạo thành mangan sunfat.
Vận tốc khí trong tháp hấp phụ khoảng 13m/s. Lƣợng chất hấp phụ cần cấp cho 1m3 khí thải là 150 ÷ 250g. H2O NH3 Không khí Không khí Tro H2O Khí sạch thoát ra Khí vào (NH4)2SO4 Thải ra khí quyển 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.24: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 theo quá trình “DAR-mangan”
1- nạp chất hấp phụ ; 2- tháp hấp phụ ; 3- xiclon; 4÷Thiết bị lọc bụi bằng điện; 5- thùng chứa dung dịch; 6- Tháp hoàn nguyên amoniac; 7- tháp oxi hoá; 8,10- máy ly tâm; 9- thùng tuyển nổi
Mức độ khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ giữa lƣợng chất hấp phụ và lƣu lƣợng khí thải, nhiệt độ và thời gian lƣu của chất hấp phụ trong tháp. Trung bình mức độ khử SO2 theo quá trình này đạt 98%.
Từ tháp 2 đi ra, chất hấp phụ đƣợc tách ra khỏi khí thải trong xiclon 3 và tiếp theo khí thải đƣợc lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bụi bằng điện 4. Mức độ lọc bụi là 99.96% ÷ 99.98%
Hoàn nguyên:
Một phần chất hấp phụ thu đƣợc xiclon 3 quay về phễu nạp 1, phần còn lại cùng với bụi đi ra từ thiết bị lọc bụi tĩnh điện 4 đi vào bể chứa 5 để hoà trộn với nƣớc.
Chất cặn nhão trong bể 5 đƣợc đƣa sang tháp hoàn nguyên amoniac 6 rồi đi tiếp sang tháp oxy hoá 7, trong đó xảy ra phản ứng:
4 2 4 2 4 4 2NH OH Mn(OH) (NH ) SO MnSO
Tiếp theo là phản ứng oxi hoá hydrat bằng oxi trong không khí và hơi nƣớc:
O nH MnO O H n n iO OH Mn( )20.5 2 ( 1) 2 1i. 2 Trong đó: i=0.5÷0.8 và n=0.1÷1.0
Amoniac thừa trong tháp 7 theo không khí vào tháp 6 và đƣợc tách ra ở đó để quay lại tháp 7 tham gia vào các phản ứng nêu trên.
Các tinh thể mangan oxit hoàn nguyên đƣợc trong tháp 7 đƣợc tách ra ở máy lọc 8 và trở lại chu trình làm việc, còn dung dịch (NH4)2SO4 vắt ra từ máy lọc 8
đƣợc cho bốc hơi và đóng bánh làm phân bón, hoặc có thể xử lý với vôi để thu thạch cao CaSO4.
Bể tuyển nổi 9 đƣợc sử dụng để xử lý tro bụi bám trong hệ thống cùng với cặn bùn ở máy lọc ly tâm 8 để thu hồi mangan oxit trả trở lại hệ thống. Cần ghi chú rằng việc sử dụng dầu hoả ở bể tuyển nổi 8 không làm giảm khả năng khử SO2 của chất hấp phụ, dầu hoả sẽ bốc hơi hoàn toàn trong khí thải mà không thâm nhập vào amoni sunfat.