- Zeolit Zeolit là cỏch ợp chất alumosilicat cú cấu trỳc tinh thể Trong m ạng lưới tinh thể của zeolit, một phần ion Si4+ được thay thể bởi cỏc ion Al 3+
4.4.2. CÁC LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ
(1) Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng. Màng chất lỏng trong thiết bị hỡnh thỏp được tạo thành khi cho chất lỏng chẩy thành màng theo cỏc ống, tấm tĩnh hay đĩa quay bố trớ hợp lý trong thỏp. Chất lỏng theo màng cú thể chuyển động từ trờn xuụng dưới và khớ đi từ dưới lờn trờn; rất ớt khi sử dụng chế độ chuyển động cựng chiều từ dưới lờn trờn (chế độ làm việc này chỉ sử dụng khi tốc độ của dũng khớ thải cao - trờn 15 - 20 m/s). Với thiết bị màng ống và màng tấm, người ta thường ỏp dụng cho khớ thải cú tốc độ trung bỡnh từ 4 đến 5 m/s.
Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng cú ưu điểm là tạo được diện tớch tiếp xỳc pha khỏ lớn và cú khả năng tỏch, thoỏt nhiệt tốt đồng thời với quỏ trỡnh hấp thụ.
Ngày nay người ta ớt cũn dựng cỏc thiết bị hấp thụ kiểu màng ống và màng tấm. Duy cũn phổ biến hơn cả tà trong trường hợp hấp thụ một số khớ hoà tan tốt, cú nồng độ cao từ hỗn hợp khớ đậm đặc đồng thời cú sự toả nhiệt mạnh như HCl, NH3.
(2) Thiết bị màng đĩa quay cú cấu tạo giống như thiết bị đĩa quay trong xử lý bụi và sol. Chất lỏng để hấp thụ được phõn bố đều trờn cỏc tầng đĩa, chuyển động từ trờn xuống và được quay trũn liờn tục trong suốt quỏ trỡnh xử lý. Thực nghiệm cho thấy tốc độ chuyển khối tăng khi tăng số vũng quay của đĩa. Trong thiết bị màng quay, sức cản thủy lực nhỏ và cú thể làm việc với mức tiờu hao chất hấp thụ thấp. Trong cụng nghiệp, thiết bị này vẫn được sử dụng thớ dụ như để hấp thụ HCl hay SO2 bằng Na2S trong sản xuất natrithiosunphat (Na2S2O3). Thiết bị cú 11 đĩa với đường kớnh 800 mm, tốc độ quay là 150 vũng/phỳt làm việc được với năng suất là 1.700 m3
/h.
(3) Thỏp hấp thụ đệm được dựng phổ biến nhất. Trong thỏp, người ta thường nhồi cỏc vật thể lồng cồng như ốc sành sứ, lũ so kim loại, vụn than cốc...để làm tăng diện tớch tiếp xỳc hai pha. Khi vận hành, khớ thải được đi từ dưới lờn trờn cũn chất lỏng thỡ đi từ trờn xuống dưới. Lưu lượng của hai pha luụn được tớnh toỏn trước để thiết bị đạt hiệu quả cao nhất. Khi chất lỏng chẩy trờn bề mặt cỏc vật thể làm đệm, về cơ bản chỳng cú đặc trưng của màng chất lỏng. Tuy nhiờn về bản chất của quỏ trỡnh vận hành, giữa thiết bị hấp thụ màng và thiết bị hấp thụ đệm cú sự khac nhau. Ơ thiết bị hấp thụ màng thỡ màng chất lỏng chuyển động liờn tục theo chiều cao của thỏp hấp thụ; cũn trong thiết bị hấp thụ đệm thỡ khi màng chất lỏng chuyển động từ đơn nguyờn của vật đệm này sang đơn nguyờn khỏc thỡ màng cư bị phỏ vỡ và màng mới ddược hỡnh thành. Quỏ trỡnh này được lặp đi lặp lại trong suốt chiều dài của thỏp. Thực tế trong thỏp hấp thụ đệm, cỏc màng chất lỏng khi chuyển từ đơn nguyờn đệm này sang đơn nguyờn đệm khỏc thường bị phỏ vỡ bởi sự chuyển động ngược chiều của dũng khớ. Do vậy mà thỏp đệm phần nào cũn mang tớnh chất như một thỏp hấp thụ sủi bọt.
Sự chuyển động thuận dũng trong thỏp đệm đụi khi cũng được sử dụng. Đú là những trường hợp khi tốc độ khớ thải khỏ lớn (khoảng 10m/s), khụng hoặc khú thưc hiện được đối với kiểu ngược dũng. Sự bố trớ thuận dũng sẽ làm tăng quỏ trỡnh trao đổi chất, giảm trở lực thủy động và giảm kớch thước của thiết bị.
Trong trường hợp sự hấp thụ đi kốm với cỏc phản ứng thủy phõn hoặc tạo kết tủa thỡ người ta thường dựng loại thỏp hấp thụ đệm nổi. Cỏc lớp đệm nổi (những mảnh bọt xốp polyme hay cỏc quả cầu rỗng làm bằng chất dẻo) được “treo” lơ lửng bởi dũng khớ trong thỏp và bởi cỏc tấm lưới đỡ. Giữa cỏc lớp đệm là những khoảng trống để đảm bảo cho cỏc kết tủa khụng làm tắc nghẽn sự lưu thụng của dũng khớ qua cỏc lớp đệm. Tất nhiờn ở đõy chất hấp thụ lỏng cũng được chuyển động từ trờn đi xuống.
Cỏc nghiờn cứu thủy động học và chuyển khối trong cỏc thiết bị hấp thụ đệm nổi cho thấy, thỏp hấp thụ kiểu này cú thể làm việc với tốc độ dũng khớ lớn mà khụng bị tắc nghẽn. Nhược điểm của thỏp hấp thụ đệm nổi là khú
thoỏt nhiệt trong quỏ trỡnh hấp thụ. Muốn tỏch nhiệt, người ta thường phải sử dụng làm lạnh tuần hoàn.
Trong cụng nghiệp sản xuất axit phosphoric từ quặng người ta đó sử dụng kiểu thỏp hấp thụ đệm nổi để hấp thụ khớ SiF4 hay SiCl4 vào nước; vỡ chỳng tạo thành axit silicic khụng tan trong nước. Hay dựng huyền phự vụi để hấp thụ cỏc khớ như CO2, SO2...
(4) Thỏp hấp thụ sủi bọt (giống như thỏp sủi bọt trong xử lý bụi) thường được sử dụng trong trường hợp tải lượng cao, ỏp suất khớ thải lớn và quỏ trỡnh hấp thụ cú sự toả nhiệt, cần được làm lạnh.
Cỏc kiểu thỏp hấp thụ sủi bọt chớnh gồm (1) sủi bọt qua lưới (hay vật xốp), (2) sủi bọt qua cỏc đĩa chụp xen kẽ và (3) trộn cơ học khớ và chất lỏng.
Hấp thụ kiểu sủi bọt cú nhược điểm lớn nhất là luụn cú lớp bọt chiếm thể tớch khỏ lớn trong thiết bị. Việc chuyển động của chất lỏng gặp phải trở lực lớn. Cỏc nhà thiết kế đó cú nhiều cụng trỡnh làm giảm bớt những nhược điểm trờn để cú thể sử dụng kiờủ hấp thụ này trong cụng nghiệp vỡ nú cú hệ số chuyển khối rất cao.
Chiều cao lớp chất lỏng tăng sẽ làm tăng khả năng hấp thụ song đồng thời cũng tăng trở lực của thiết bị. Thụng thường người ta khụng tăng lớp chất lỏng quỏ 50 mm.
(5) Thỏp hấp thụ kiểu đĩa chụp tạo ra sự chuyển động đối dũng của khớ và chất lỏng qua từng bậc một. Chất lỏng đi từ phớa trờn đĩa xuống đỏy, rơi vào đỏy của đĩa phiỏ dưới rồi tiếp tục chảy xuống phớa trờn của đĩa tiếp theo. Cũn khớ thỡ len lỏi cũng theo con đường ấy nhưng ngược chiều với chất lỏng. Sự minh hoạ đơn giản cú thể tham khảo trờn cỏc hỡnh trong phần phụ lục.
(6) Thỏp phun là loại thiết bị hấp thụ đơn giản. Trong thỏp phun, chất lỏng được phun thành bụi (sương) từ phớa trờn xuống, khớ thường đi từ dưới lờn nhằm làm tăng diện tớch tiếp xỳc và để nồng độ thực tế chất cần hấp thụ trong pha khớ giảm dần theo chiều từ dưới đi lờn và nồng độ chất bị hấp thụ trong pha lỏng được tăng dần theo chiều từ trờn đi xuống. Quỏ trỡnh này rất cú lợi cho việc tăng hiệu quả xử lý.
Thỏp hấp thụ phun cú thể chia ra làm ba kiểu khỏc nhau: (1) thiết bị hấp thụ phun kiểu thựng rỗng, (2) thiết bị hấp thụ phun thuận dũng tốc độ cao và (3) thiết bị hấp thụ phun sương kiểu cơ khớ.
Đối với kiểu thựng rỗng, vũi phun sương thường được đặt ở phớa trờn phun xuống. Trong trường hợp thỏp hấp thụ cú chiều cao lớn, người ta thường đặt cỏc vũi phun chia ra ở cỏc tầng khỏc nhau. Nhược điểm của thiết bị thựng rỗng là khớ thường phõn bố khụng đều trong toàn bộ thỏp dẫn đến làm giảm hiệu suất xử lý. Tuy nhiờn để khớ phõn bố đều người ta đó tạo ra cỏc bộ phận phõn phối khớ như phõn phối khớ qua miệng thắt, phõn phối khớ thụng qua màng phõn phối xốp hay phõn phối khớ theo dũng xoỏy kiểu cyclon...
Thiết bị hấp thụ thựng rỗng cú ưu điểm là đơn giản, đầu tư thấp, lực cản thủy động nhỏ và cú thể sử dụng đối với khớ thải cú độ nhiễm bẩn cao; chất lỏng dựng để hấp thụ cú thể quay vũng cho tới khi hấp thụ no mới thải cho nờn tiết kiệm được chất hấp thụ.
Nhược điểm chủ yếu của loại thiết bị kiểu này là hiệu quả xử lý khụng cao do hệ số chuyển khối thấp và tốc độ dũng khớ khụng được quỏ lớn (nhỏ hơn 1 m/s) để trỏnh hiện tượng chất lỏng bị cuốn theo khớ ra ngoài.
Thiết bị phun thuận dũng tốc độ cao. Thiết bị kiểu này phự hợp với dũng khớ thải cú vận tốc lớn (khoảng từ 20 - 30 m/s); khi vận hành chất lỏng bị cuốn theo cựng dũng khớ, sau đú được tỏch ra bởi một thiết bị kốm theo. Thiết bị phun thuận dũng tốc độ cao cú dạng như kiểu thiết bị Venturi (giống như trong xử lý bụi). Khớ thải với tốc độ cao đi qua ống thắt, cuốn theo chất lỏng từ cửa chờ dưới dạng bụi sương và cựng đi vào vựng khuếch tỏn rồi tới bộ phõnj tỏch chất lỏng. Trong vựng khuếch tan, động năng của dũng khớ chuyển thành ỏp lực với mức hao hụt là cực tiểu. Thiết bị Venturi được sử dụng khỏ phổ biến trong xử lý khớ thải.
(7) Thiết bị phun sương kiểu cơ khớ ớt được sử dụng, nú chỉ phự hợp trong những trường hợp đặc biệt.
CHƯƠNG V. CễNG NGHỆ XỬ Lí MỘT SỐ KHÍ THẢI
CễNG NGHIỆP [26,27,28,2931] 5.1. XỬ Lí KHÍ LƯU HUỲNH ĐIOXIT (SO2)
Khớ lưu huỳnh đioxit cú những tớnh chất húa học rất đặc trưng thuận lợi cho việc xử lý. SO2 hợp nước sẽ tạo thành một axit mạnh dễ thực hiện phản ứng trung hũa với cỏc dung dịch kiềm hay cỏc oxit kim loại mang tớnh kiềm. Một đặc trưng thuận lợi nữa của khớ SO2 là khi hợp nước, nú chuyển thành dạng SO32- dễ dàng bị oxi khụng khớ oxi húa thành SO42-ngay trong điều kiện nhiệt độ và ỏp suất thường; mặc dự trong mụi trường khụng khớ khụ, SO2 gần như khụng phản ứng với oxi. Cỏc muối sunphit và sunphỏt của cỏc kim loại kiềm và amụni đều tan tốt trong nước; nhưng ngược lại, muối của chỳng với cỏc kim loại kiềm thổ thỡ lại rất ớt tan. Đõy cũng là một đặc trưng mà đụi khi là thuận lợi nhưng đụi khi lại là bất lợi cho quỏ trỡnh lựa chọn quy trỡnh xử lý.
Dựa vào cỏc tớnh chất đặc trưng trờn, trong cụng nghiệp, thường sử dụng hai cỏch xử lý là xử lý theo đường ướt và xử lý theo đường khụ.
5.1.1. XỬ Lí SO2THEO ĐƯỜNG ƯỚT (Fuel gas desulfurization - FGD)
Theo cỏch này, SO2 thường được hấp thụ vào dung dịch kiềm như NaOH, NH4OH, Ca(OH)2 hay Mg(OH)2. Cỏc kiểu thiết bị hấp thụ được sử dụng ở đõy thụng dụng nhất là thiết bị dàn mưa, thỏp đệm và thỏp sủi bọt. Việc lựa chọn chất kiềm nào cho quỏ trỡnh xử lý thường phụ thuộc vào hai yếu tố là yếu tố kinh tế và tớnh khả thi của cỏc giải phỏp cụng nghệ. Thớ dụ: Ca(OH)2 cú giỏ bỏn trờn thị trường là rẻ nhất trong bốn chất kiềm nờu ra ở trờn, cho nờn về mặt kinh tế nú cú ưu thế nhất. Nhưng sản phẩm của quỏ trỡnh xử lý là CaSO3 hay CaSO4 đều là cỏc chất ớt tan nờn khụng thể sử dụng cỏc thiết bị cú hiệu quả cao như thỏp đệm hay thỏp sủi bọt được, do kết tủa bỏm trờn vật liệu đệm hay trờn cỏc lỗ tạo bọt khớ mà chỉ cú thể dựng thiết bị dàn mưa.
Cỏc phản ứng húa học xẩy ra trong quỏ trỡnh xử lý lần lượt như sau: - Quỏ trỡnh hợp nước của SO2để tạo ra axit sunphurơ,
SO2 + H2O <==> H2SO3 <==> 2H+ + SO3 2-
- Quỏ trỡnh trung hũa bằng kiềm và oxi húa thành sunphỏt cú thể xẩy ra tuần tự hoặc đồng thời.
H2SO3 + 2NaOH + 1/2O2 = Na2SO4 + 2H2O H2SO3 + Ca(OH)2 = CaSO3↓ + 2H2O
CaSO3 + 1/2O2 = CaSO4
H2SO3 + MgSO3 = Mg2+ + SO3 2-
SO3 2-
+ 1/2O2 = SO4 2-
Sơ đồ cụng nghệ của quỏ trỡnh xử lý SO2 theo con đường ướt được mụ tả như trờn hỡnh 6.1. và cú thể túm tắt như sau: SO2 từ nguồn thải (thường là cỏc lũ đốt sau quỏ trỡnh trao đổi nhiệt tận dụng tiếp) trước hết được làm nguội bằng nước lạnh vừa để hạ nhiệt độ của luồng khớ thải vừa để làm ẩm khớ SO2. Sau đú khớ thải được dẫn qua thỏp hấp thụ. Khớ sạch qua hệ thống chặn sol rồi được thải ra ngoài. Kết tủa được qua hệ thống lắng lọc, oxi húa rồi đem tỏi sử dụng hoặc thải an toàn.
5.1.2. XỬ Lí SO2THEO DƯỜNG KHễ
Nguyờn lý của cụng nghệ xử lý là dựa vào phản ứng giữa SO2 ẩm với Ca(OH)2 khan hay CaO để tạo thành muối canxi sunphit hay sunphat dưới dạng bụi và tỏch chỳng ra khỏi dũng khớ bằng cỏc thiết bị lọc màng hay lọc tỳi, kết hợp cựng xử lý bụi. Cỏc phản ứng húa học xẩy ra cũng giống như ở phần trờn, nhưng chỉ khỏc là chỳng xẩy ra trong pha khớ chứ khụng phải trong dung dịch.
SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O SO2 + H2O = H2SO3
H2SO3 + CaO = CaSO3 + H2O
Xử lý SO2 bằng đường khụ cú thể thực hiện theo hai cỏch. Cỏch thứ nhất là xử lý sau lũ đốt và cỏch thứ hai là xử lý trong lũ đốt.
Xử lý sau lũ đốt
Cụng nghệ xử lý SO2 sau lũ đốt cú thể túm tắt như sau: Khớ thải đi ra từ lũ đốt được dẫn đi qua thỏp làm nguội bằng nước lạnh. Tại đõy khớ thải đồng thời được làm ẩm để chuyờn húa SO2 thành H2SO3tương ứng. Nếu trong điều kiện cú oxi, H2SO3 cú thể được chuyển thành H2SO4. Khớ ẩm tiếp tuch được
Thiết bị làm nguội Khí thải vào Nước lạnh Tháp hấp thụ Khí sạch ra Lắng, lọc Nước lọc Nước thải Sấy oxi hóa Không khí Sản phẩm CaSO4/MgSO4
Hỡnh 5.1. Sơ đồ cụng nghệ xử lý khớ thải chứa SO2theo đường ướt(FGD)
đi vào thỏp phản ứng. Tại đõy, Ca(OH) 2 bột khan hay CaO dạng bột được phun vào và trộn đều nhằm tạo điều kiện cho phản ứng trung hũa xẩy ra hoàn toàn. Tiếp theo, khớ và bụi được chuyển qua buồng lọc tỳi. Ở đõy bụi và bụi muối được giữ lại, khớ sạch được thải ra ngoài. Bụi muối được tinh chế để sử dụng hoặc dựng làm phụ gia cho xi măng. Sơ đồ cụng nghệ xử lý sau lũ đốt được mụ tả trờn hỡnh 6.2.
Xử lý trong lũ đốt
Đõy là một cụng nghệ đề xuất khỏ tỏo bạo và đó thu được kết quả tương đối tốt. Theo cụng nghệ này, bột CaCO3 được phun thẳng vào lũ đốt. Ở nhiệt độ cao trờn 1000o
C CaCO3 sẽ chuyển thành CaO. Khi bụi CaO đi ra khỏi lũ cựng với SO2 và hơi nước, chỳng sẽ phản ứng với nhau tạo thành muối đi ra cựng bụi và khớ thải. Trong cụng nghệ này, kớch thước hạt của CaCO3 và sự phõn bố đồng đều trong khụng gian lũ đúng vai trũ quyết định hiệu suất xử lý. Cụng đoạn lọc tỳi để loại bụi và bụi muối giống như cụng nghệ xử lý sau lũ đốt. Hỡnh 6.3. mụ tả lưu trỡnh xử lý trong lũ.
Tháp làm
nguội / ẩm Tháp phản ứng Buồng lọc túi
Nước CN Ca(OH)2/CaO
Bụi lớn Bụi, muối
Khí sạch
Khí thải
Hỡnh 5.2. Sơ đồ cụng nghệ xử lý SO2theo đường khụ sau lũ đốt
Lò đốt Bột CaCO3 Nhiên liệu đốt lò Nước CN Xyclon loại bui sơ bộ Tháp làm nguội Buồng lọc túi Khí sạch
Bui, bụi muối Bụi lớn
5.2. XỬ Lí KHÍ NITƠ OXIT (NOX)
Khớ NOx (chủ yếu là NO2) vừa cú tớnh chất của một oxit axit để cú thể chuyển húa thành muối nitrat bằng phản ứng trung hũa, vừa cú tớnh oxi húa để tham gia những phản ứng oxi húa khử. Như trong phần tớnh chất của cỏc khớ thải đó trỡnh bày, nếu cú mặt của chất khử là NH3 hay ure, NO2 hoặc hỗn hợp của NO và NO2 sẽ phản ứng để chuyển thành N2 và nước ở nhiệt độ trờn 9000C hoặc trờn 2000
C nếu cú mặt của chất xỳc tỏc. Dựa trờn những tớnh chất này hai hướng cụng nghệ xử lý đó được hỡnh thành. Đú là cụng nghệ xử lý bằng phương phỏp trung hũa với sự cú mặt của oxi khụng khớ để chuyển hoàn toàn NO và NO2 thành muối nitrat. Thứ hai là cụng nghệ xử lý bằng phương phỏp oxi húa khử khụng xỳc tỏc và cú sử dụng xỳc tỏc.
5.2.1. XỬ Lí TRUNG HềA NOX BẰNG ĐƯỜNG ƯỚT
NO2 tỏc dụng với dung dịch kiềm mạnh tạo thành đồng thời hai muối nitrat và nitrit theo phương trỡnh phản ứng:
2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O
nhưng trong dung dịch kiềm loóng hay trong nước, NO2 chỉ tạo thành muối nitrat hay axit nitric và khớ NO. NO là một khớ khụng bền, nú dễ dàng tỏc dụng với oxi khụng khớ để oxi húa thành khớ NO2.