Xử lý khí thải - docview1.tlvnimg.comdocview1.tlvnimg.com/tailieu/2011/20110301/lehanhspk/do_an_hap_thu... · 2 bằng ZnO:..... 14 1.6.6. Xử lý SO 2 bằng các chất hấp

ĐỒ ÁN XỬ LÝ KHÍ THẢI GVHD: ThS. VÕ THỊ THU NHƯ

XỬ LÝ KHÍ SO2 BẰNG NƯỚC 1

Đồ án

Xử lý khí thải



MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................... 5

1.1. Giới thiệu: ............................................................................................... 5

1.2. Tính chất: ................................................................................................ 5

1.3. Tác hại: ................................................................................................... 6

1.3.1. Đối với con người: ........................................................................... 6

1.3.2. Đối với thực vật: ............................................................................... 7

1.3.3. Đối với các công trình kiến trúc: ....................................................... 7

1.4. Ứng dụng: ............................................................................................... 8

1.5. Ý nghĩa môi trường: ................................................................................ 9

1.6. Các phương pháp hấp thụ SO2: ............................................................... 9

1.6.1. Hấp thụ SO2 bằng nước: ................................................................... 9

1.6.2.Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO3), vôi nung CaO hoặc vôi sữa (Ca(OH)2): .. 10

1.6.3. Hấp thụ SO2 bằng NH3: .................................................................. 12

1.6.4. Hấp thụ SO2 bằng MgO: ................................................................. 13

1.6.5. Hấp thụ SO2 bằng ZnO: .................................................................. 14

1.6.6. Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: ........................................ 15

1.6.7. Xử lý SO2 bằng natri cacbonat: ....................................................... 15

1.6.8. Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn: ....................................... 16

1.7. Các loại thiết bị hấp thụ: ....................................................................... 18

1.7.1. Tháp rỗng: ...................................................................................... 18

1.7.2. Tháp đệm: ...................................................................................... 19

1.7.3. Tháp mâm: ..................................................................................... 21



1.7.4. Tháp màng: .................................................................................... 23

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ................................................................ 26

2.1. Sơ đồ công nghệ.................................................................................... 26

2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: .............................................................. 27

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ ............................... 28

3.1 Nồng độ của SO2:.................................................................................. 29

3.1.1 Nồng độ đầu vào của SO2 ............................................................... 29

3.1.2 Nồng độ đầu ra của SO2 ................................................................. 30

3.1.3 Hiệu suất hấp thụ ............................................................................ 30

3.2 Lập phương trình đường cân bằng: ........................................................ 30

3.3 Lập phương trình đường làm việc: ........................................................ 31

3.4 Tính toán tháp hấp thụ: ......................................................................... 32

3.4.1 Đường kính tháp hấp thụ: ............................................................... 32

3.4.2 Chiều cao tháp hấp thụ: .................................................................. 35

3.5 Tính toán trở lực: .................................................................................. 39

3.5.1 Trở lực đệm khô: ............................................................................ 39

3.5.2 Trở lực đệm ướt:............................................................................. 40

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ .......... 41

4.1. Tính toán các thiết bị phụ trợ: ............................................................... 41

4.1.1. Ống dẫn khí vào tháp: ..................................................................... 41

4.1.2. Ống dẫn khí ra tháp: ....................................................................... 41

4.1.3. Ống dẫn dung môi vào tháp: ........................................................... 41

4.1.4. Tính toán ống khói: ........................................................................ 42



4.1.5. Vòi phun: ....................................................................................... 43

4.1.6. Bơm: .............................................................................................. 44

4.1.7. Quạt: .............................................................................................. 45

4.2. Tính cơ khí thiết bị: ............................................................................... 45

4.2.1 Tính thân thiết bị: ........................................................................... 45

4.2.2 Tính chiều dài đáy và nắp thiết bị (dạng elip có gờ): ....................... 47

4.2.3 Mặt bích: ........................................................................................ 49

4.2.4 Chân đỡ và tai treo: ........................................................................ 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: .............................................................................. 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 53



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu:

Sunfua dioxit là một hợp

chất hóa học có công thức SO2. Chất khí

quan trọng này là sản phẩm chính của sự

đốt cháy hợp chất lưu huỳnh và nó là một

mối lo môi trường đáng kể. SO2 thường

được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh bị

đốt cháy". Nó là sản phẩm tạo thành

trong quá trình núi lửa hoạt động và một

số hoạt động công nghiệp khác nhau.

SO2 là loại chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp

cũng như trong sinh hoạt của con người. Nguồn phát thải SO2 chủ yếu là từ Các

trung tâm nhiệt điện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu và khí đốt

có chứa lưu huỳnh hoặc các hợp chất lưu huỳnh.

Ngoài ra, một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp hóa chất,

luyện kim, cũng thải vào bầu khí quyển một lương SO2 đáng kể. Trên thế giới hàng

năm tiêu thụ gần 2 tỷ tấn than đá các loại và gần 1 tỷ tấn dầu mỏ. Khi thành phần

lưu huỳnh trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng khí SO2 thải vào khí

quyển là 60 triệu tấn/năm. Đó là chưa kể lượng SO2 thải ra từ các ngành công

nghiệp khác.

1.2. Tính chất:

SO2 là một khí vô cơ không màu, mùi kích thích mạnh, không cháy,

có vị hăng cay dễ hóa lỏng, dể hòa tan trong nước với nồng độ thấp.

SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở –750C và nhiệt độ sôi ở –100C.

SO2 rất bền nhiệt (H0tt = - 296,9 kJ/mol).

SO2 oxy hóa chậm trong không khí sạch, do quá trình quang hoá hay

do sự xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxy hoá biến thành SO3 trong khí quyển và hòa tan

trong nước tạo thành axit H2SO4.



Nó có khả năng làm mất màu dung dịch Brom và làm mất màu cánh

hoa hồng.

SO2 tan trong nước tạo thành axit yếu

SO2 + H2O H2SO3

SO2 là chất khử khi tác dụng một chất oxi hóa mạnh

SO2 + Br2 + 2H2O 2HBr + H2SO4

SO2 + 2KMnO4 + 2H2O K2SO4 + 2MnSO4 + 2 H2SO4

SO2 là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh hơn

SO2 + 2H2S 3S + 2H2O

SO2 + 2Mg S + 2MgO

SO2 tác dụng với nước tạo thành H2SO3 nhưng H2SO3 là axit yếu

SO2 + H2O H2SO3

1.3. Tác hại:

Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx, là những khí thuộc loại độc hại không chỉ

đối với sức khoẻ con người, động thực vật, mà còn tác động lên các vật liệu xây

dựng, các công trình kiến trúc, là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường.

Trong khí quyển, khí SO2 khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ,

ánh sáng chúng chuyển thành SO3 nhờ oxy có trong không khí. Khi gặp H2O, SO3

kết hợp với nước tạo thành H2SO4. Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa

acid mưa axit ăn mòn các công trình, làm cho thực vật, động vật bị chết hoặc chậm

phát triển, biến đất đai thành vùng hoang mạc . Khí SO2 gây ra các bệnh viêm phổi,

mắt, da. Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao làm bỏng da người hay làm

mục nát quần áo.

1.3.1. Đối với con người:

SO2 và hợp chất của SO2 là những chất có tính kích thích, ở nồng độ

nhất định có thể gây co giật cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng

tiết dịch niêm mạc đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thành

axit.



SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp

hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Và cuối cùng chúng

có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạt

axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng

nhỏ hơn 2-3 µm.

SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các

chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị

thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. Hầu hết dân cư sống

quanh khu vực nhà máy có nồng độ SO2, SO3 cao đều mắc bệnh đường hô hấp. Nếu

hít phải SO2 ở nồng độ cao có thể gây tử vong.

Độc tính của SO2:

Triệu chứng Theo Henderson – Haggard

mg/m3 ppm

Chết nhanh trong 30’ – 1h

Nguy hiểm sau khi hít thở 30’ – 1h

Kích ứng đường hô hấp, ho

Giới hạn độc tính

Giới hạn ngửi thấy mùi

1.300 – 1.000

260 – 130

50

30 – 20

13 – 8

500 – 400

100 – 50

20

12 – 8

5 – 3

1.3.2. Đối với thực vật:

SOx bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit

sulfuric là tác nhân chính gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển

thực vật. Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1 - 2ppm trong vài

giờ có thể gây tổn thương lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa

y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp.

1.3.3. Đối với các công trình kiến trúc:

Sự có mặt của SOx trong không khí ẩm tạo thành axit là tác nhân gây ăn mòn

kim loại, bê-tông và các công trình kiến trúc. SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tính

năng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm

thạch; phá hoại các tác phẩm điêu khắc, tượng đài. Sắt, thép và các kim loại khác ở



trong môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SOx thì bị han gỉ rất nhanh. SOx cũng

làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và

giấy...

1.4. Ứng dụng:

Sản xuất axit sunfuric

Làm chất bảo quản:

- Khí SO2 được sử dụng làm chất bảo quản cho hoa quả khô, do đặc

tính kháng khuẩn của nó . Nó duy trì sự tươi sông và ngăn ngừa mục nát, tuy nhiên

sử dụng chất bảo quản này cũng làm cho các loại hoa quả có hương vị khác.

- Khí SO2 được sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến rượu

vang. Tuy tỷ lệ rất ít, đóng vai trò như một chất kháng khuẩn và chống oxy hóa.

Tùy từng quốc gia, có thể cho phép nồng độ SO2 trong rượu ở một mức độ nhất

định. Ở Mỹ là 350 ppm, EU là 160 ppm và 210 ppm đối với rượu vang đỏ và trắng,

hồng. Ở nồng độ thấp dưới 50 ppm SO2 không ảnh hưởng đén mùi vị của rượu,

nhưng nếu nồng độ cao hơn, nó cũng tạo ra một hương vị khác.

- SO2 còn được dùng trong quá trình vệ sinh thiết bị trong các nhà

máy sản xuất rượu .

- Chống nấm mốc.

Làm tác nhân khử: Điôxít lưu huỳnh cũng là một chất khử Trong

nước, sulfur dioxide có thể lam phai màu. Cho nên nó thường được sử dụng để làm

chất tẩy quần áo, tẩy trắng giấy, bột giấy. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xử lý

nước thải.

Làm thuốc thử và dung môi trong các phòng thí nghiệm: Lưu huỳnh

dioxit là một dung môi trơ đa năng đã được sử dụng rộng rãi cho các muối hòa tan

oxy hóa cao. Nó cũng đôi khi được sử dụng như là một nguồn của nhóm sulfonyl

trong tổng hợp hữu cơ.



1.5. Ý nghĩa môi trường:

Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO2 từ lâu đã trở thành mối

hiểm họa của nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới. Vì những lý

do nêu trên, công nghệ xử lý khí SO2 trong khí thải công nghiệp đã được nghiên

cứu rất sớm và phát triển mạnh mẽ.

Ngoài tác dụng làm sạch bầu khí quyển, bảo vệ môi trường, xử lý khí

SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO2 thu hồi được từ khí thải là

nguồn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit Sunfuric (H2SO4) và lưu

huỳnh nguyên chất.

1.6. Các phương pháp hấp thụ SO2:

1.6.1. Hấp thụ SO2 bằng nước:

Hấp thụ SO2 bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm

nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải.

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 băng nước bao gồm 2 giai đoạn:

• Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí

thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng ) có tưới nước – scrubo;

• Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nếu cần và

nước sạch.

Quá trình diễn ra theo phản ứng sau:

SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3-

Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng

cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. Còn để

giải thoát khí SO2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là ở nhiệt độ

1000C thì SO2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong không khí thoát ra có lẫn cả hơi

nước. Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được SO2 với độ đậm đặc

khoảng 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric.

Để giải hấp cần thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức

phải có một nguồn cấp nhiệt (hơi nước) công suất lớn. Đó là một khó khăn. Ngoài

ra để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước xuống gần 100C –



tức phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn

kém.

Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp khí SO2 bằng nước chỉ

áp dụng được khi:

- Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao.

- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ.

- Có sẵn nguồn cấp lạnh.

- Có thể xả được nước có ít nhiều axit ra sông ngòi.

Trường hợp khí thải giàu SO2 như trong công đoạn nấu quặng sunfua

kim loại của công nghiệp luyện kim (nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2 ÷

12%). Người ta có thể xử lý bằng nước kết hợp vơi quá trình oxy hóa SO2 bằng chất

xúc tác vanadi (V).

Quá trình cũng được thực hiện thành hai giai đoạn:

• Khí SO2 kết hợp với oxy nhờ sự có mặt của chất xúc tác vanadi để

biến thành anhidrit sunfuric (SO3), phản ứng này có tỏa nhiệt và xảy ra càng mạnh ở

nhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện quá trình này qua nhiều tầng xúc tác, sau

mỗi tầng đều được làm nguội.

• Dùng nước tưới trong scruber để anhidrit sunfuric kết hợp với

nước tạo thành axit sunfuric (H2SO4).

1.6.2. Hấp thụ bằng đá vôi (CaCO3), vôi nung CaO hoặc vôi sữa

(Ca(OH)2):

Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong

công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:

CaCO3 + SO2 CaCO3 + CO2

CaO + SO2 CaSO3

2CaSO3 + O2 2CaSO4



1-tháp hấp thu, 2- bộ phận tách tinh thể, 3-bộ lọc chân không,

4,5- máy bơm, 6-thùng trộn sữa vôi

Hình 1: sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng CaCO3 và CaO

Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubo 1,trong đó xảy ra

quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu

rỗng. Nước chứa acid chảy ra từ scrubo có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới

dạng tinh thể: CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc

tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh

thể 2. Thiết bị số 2 là 1 bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại 1 thời gian đủ để hình

thành các tinh thể sunfit và sunfat canxi. Sau bộ phận tách tinbh thể 2, dung dịch 1

phần đi vào tưới cho Scruber, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các

tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và

nghiền thành bột và cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ

lọc chân không số 3 cùng với 1 lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới.

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ

thống không vượt quá 20 mm H2O.



Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn

từ hệ thống xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau

khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung.

Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế

tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không

chiếm nhiều diện tích xây dựng.

1.6.3. Hấp thụ SO2 bằng NH3:

Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và

tạo ra muối trung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với

SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3

Lượng bisunfit tích tụ dần trong dung dịch có thể hoàn nguyên bằng

cách nung nóng trong chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2. Amoni

sunfit này lại có thể sử dụng tiếp để khử SO2

2NH4HSO3 (NH4)2SO3 + SO2↑ + H2O

Ngoài ra trong dung dịch còn có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và

bisunfit amoni thành sunfat amoni và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau:

2NH4HSO3+ (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O

Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình

lại tác dụng với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat:

(NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3

Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh

đơn chất nhiều gấp 2 lần:

(NH4)2S2O3+ 2NH4HSO3 = 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O

nung nóng



Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit. Cứ như vậy tốc độ phản

ứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến

thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.

Có các phương pháp xử lý sau:

- Hệ thống xử lý SO2 bằng NH3 theo chu trình.

- Hệ thống xử lý SO2 bằng NH3 có chưng áp.

- Hệ thống xử lý SO2 bằng NH3 và vôi.

1.6.4. Hấp thụ SO2 bằng MgO:

Về khả năng sử dụng sữa MgO để khử SO2 khói thải đã được biết từ

lâu, nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ

yếu là do các nhà khoa học – công nghệ của Liên Xô cũ.

SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm

nước sunfit magiê. Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:

MgO + SO2 = MgSO3

MgO + H2O = Mg(OH)2

MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2

Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3 + 2H2O

Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở

dạng MgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng.

Tỉ lệ rắn: lỏng trong huyền phù là 1:10.

Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0.

Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê.

MgSO3 + O2 MgSO4

Tái sinh oxit magie trong lò nung:

MgSO3 MgO + SO2

SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit

sunfuric dùng để sản xuất axit sunfuric.

Than cốc

t0=9000C



Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình.

- Phương pháp magie oxit “không kết tinh”.

- Phương pháp magie oxit “sủi bọt”.

- Phương pháp magie oxit kết hợp với Potas (kali cacbonat).

Ưu điểm:

- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ.

- Thu được axit sunfuric.

- Hiệu quả làm sạch cao.

Nhược điểm:

- Quy trình công nghệ phức tạp.

- Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung.

- Tổn hao MgO khá nhiều.

1.6.5. Hấp thụ SO2 bằng ZnO:

Xử lí khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp

oxit magiê tức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và

bisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO.

Trong phương pháp này, chất hấp thụ là kẽm oxit. Phản ứng hấp thụ

như sau:

SO2 + ZnO + 2,5H2O ZnSO3.2,5H2O

Khi nồng độ SO2 lớn:

2SO2 + ZnO + H2O Zn(HSO3)2

Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xyclone

ướt và sấy khô.Tái sinh ZnO bằng cách nung sunfit ở 350oC.

ZnSO3.2,5H2O SO2 + ZnO + 2,5H2O

SO2 được chế biến tiếp tục, còn ZnO quay lại hấp thụ.

Có các phương pháp hấp thụ sau:

- Phương pháp kẽm oxit đơn thuần.

- Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit.



Ưu điểm:

- Quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO3 thành SO2 và ZnO xảy ra ở

nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO3.

- Có khả năng xử kí khí ở nhiệt độ cao (200 – 250oC).

Nhược điểm:

Có khả năng hình thành sunfit kẽm (MgSO4) làm cho việc tái sinh ZnO bất

lợi về kinh tế nên phải tách chúng ra và bổ sung ZnO.

1.6.6. Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ:

Xử lí khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp

dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng

phổ biến là các amin thơm như anilin C6H5NH2, toluđin CH3C6H4NH2, xyliđin

(CH3)2C6H3NH2, và đimety-anilin C6H5N(CH3)2.

Quá trình xử lí theo phương pháp trên là:

- Quá trình sunfidin: Quá trình này được các hãng công nghiệp hóa

chất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg

để khử SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng. Nồng độ của khí trong khói thải

dao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp

xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1.

- Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: quá

trình này được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim.

1.6.7. Xử lý SO2 bằng natri cacbonat:

Nguyên tắc:

Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2

Na2SO3 + SO2 + H2O 2NaHSO3

Cho ZnO vào dung dịch tạo thành

NaHCO3 + ZnO ZnSO3 + NaOH

Nung ZnSO3 để thu khí SO2 và ZnO dùng lại



Ưu điểm:

- Dùng chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh.

- Dùng được cho các khí với nồng độ SO2 bất kỳ.

Nhược điểm:

- Giá thành cao nên chỉ chỉ thích hợp cho hệ thống nhỏ.

1.6.8. Xử lý SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn:

1.6.8.1. Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính:

Khói thải đi vào tháp hấp thụ gồm nhiều tầng, khí SO2 được giữ lại

trong lớp than hoạt tính của các tầng hấp thụ, sau đó khói đi qua cyclone để lọc sạch

tro bụi trước khi thải ra khí quyển.

Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên 400-

450oC. Khí SO2 thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50% và đạt

khoảng 96-97% lượng khí SO2 có trong khói thải.

Sau khi hoàn nguyên than hoạt tính được sàn chọn lại để loại bỏ phần

than quá vụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại.

Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO2 còn có một số loại

khí khác như: H2S là 2-4%, lưu huỳnh là 0,1-0,3%.

1.6.8.2. Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước – quá

trình LURGI:

Theo phương pháp này khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở

nhiệt độ dưới 100oC đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấp

phụ. Khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hóa thành SO3 nhờ có oxy

trong khí thải. Tiếp theo, SO3 kết hợp với nước biến thành axit sunfuric H2SO4 và

theo nước chảy vào thùng chứa. Axit sunfuric thu được trong thùng chứa với nồng

độ 20-25%.

Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khỏi thải 1000-1500

m3/h. Nồng độ ban đầu của SO2 trong khói khi đốt nhiên liêu mazut là 0,1-0,15%.

Hiệu quả khử SO2 đạt 98-99%. Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà

hoạt tính của nó không hề bị giảm sút.



1.6.8.3. Xử lý SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa:

Quá trình xử lý khí SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa được dựa trên tính chất

hấp phụ của hỗn hợp nhôm oxit (Al2O3) và natri oxit (Na2O)với thành phần natri

oxit chiếm 20% khối lượng hỗn hợp. Trong quá trình hấp phụ, khí SO2 bị oxy hóa,

sau đó tác dụng với các oxit kim loại để biến thành sunfat. Chất hấp phụ đã bão hòa

được hoàn nguyên bằng khí trơ ở nhiệt độ 600-650oC.

1.6.8.4. Xử lý SO2 bằng Mangan oxit:

Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO2 bằng Mangan

oxit là “quá trình Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá trình DAR

Mangan” do hãng Mitsubishi của Nhật Bản đề xuất.

Trong quá trình Mangan của Mỹ, chất hấp phụ được sử dụng là

Mangan oxit (Mn2O3) dạng hạt được làm khô trong không khí và trong chân không

ở nhiệt độ 300-400oC.

Quá trình DAR-Mangan của hãng Mitsubishi sử dụng chất hấp phụ là

hỗn hợp của một số oxit được gọi là oxit Mangan hoạt tính. Chất hấp phụ thu được

bằng cách dùng amoniac để xử lý Mangan sunfat và tiếp theo là oxy hóa hydrat

bằng oxy trong không khí và hơi nước:

MnSO4 + 2NH4OH Mn(OH)2 + (NH4)2SO4

Mn(OH)2 + 0,5iO2 + n(n-1)H2O MnO1+i.nH2O

Trong đó: i = 0,5-0,8 và n = 0,1-1,0

1.6.8.5. Xử lý SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộng bột vôi và dolomit để

khử khí SO2 mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay vẫn đang

được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện.

Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra

như sau:

2CaO + 2 SO2 +O2 2CaSO4

2CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2 2[CaSO4 + MgO] + 4CO2



Phản ứng giữa vôi và SO2 xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760-1040oC,

còn phản ứng giữa dolomit và SO2 ở nhiệt độ 600-1200oC.

Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử

khí SO2 thành 1 quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải

lắp đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ khác.

Trong một số trường hợp khác, người ta còn dùng vôi dưới dạng vữa

(30% chất rắn trong nước theo khối lượng) và phun vào dòng khói thải trong thiết bị

gọi là buồng sấy khô kiểu phun đặt trên đường khói của lò. Khí SO2 trong khói thải

kết hợp với Ca(OH)2 theo phản ứng:

SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2O

CaSO3 bị oxy hóa rất nhanh bằng oxy có mặt trong khói thải và tạo

thành CaSO4:

CaSO3 + ½ O2 CaSO4

Cả canxi sunfit và canxi sunfat đều rất ít hòa tan trong nước. Khi các

giọt vữa được làm khô bằng nhiệt của khói thải, chúng sẽ trở thành những hạt rắn có

nhiều lỗ rỗng và được tách Ra khỏi khói thải trong thiết bị lọc bụi. Người ta gọi đó

là phương pháp rửa khí ướt-khô hỗn hợp bằng đá vôi.

1.7. Các loại thiết bị hấp thụ:

1.7.1. Tháp rỗng:

Là tháp có cơ cấu phun chất

lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất

trong đó chất lỏng được phun thành

những giọt nhỏ trong thể tích rỗng

của thiết bị và cho dòng khí đi qua.

Tháp phun đươc sử dụng khi yêu

cầu trở lực bé và khí có chứa hạt

rắn.



1.7.2. Tháp đệm:

1.7.2.1. Sơ đồ cấu tạo:

Cấu tạo gồm:

thân tháp rỗng bên trong đổ

đầy đệm làm từ vật liệu

khác nhau (gỗ, nhựa, kim

loại, gốm,...) với những

hình dạng khác nhau (trụ,

cầu, tấm, yên ngựa, lò

xo,...); lưới đỡ đệm, ống dẫn

khí và lỏng vào ra.

Để phân phối đều chất lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta

dùng bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống;

lỏng và khí đi trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán

cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ) ...



Các phần tử đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề

dày δ. Đối với đệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích.

Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a

(m2/m3); thể tích tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d (tđ) = 4r(thủy lực) =

4.S/n = 4 ε/a; tiết diện tự do S (m2/m3) .

Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích

tự do và và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi

ε và S lớn; khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ

tiền, dễ kiếm... Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng

riêng nhỏ.

1.7.2.2. Nguyên lý hoạt động:

Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp

xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm.

Tháp đệm làm việc ngược chiều có các chế độ thủy động lực sau:

• Chế độ màng OA: khi mật độ tưới không lớn, tốc độ khí nhỏ, chất

lỏng chảy thành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng.

• Chế độ hãm AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát của

dòngkhí với bề mặt lỏng và kìm hãm sự chảy của màng lỏng, lượng lỏng giữ lại

trong đệm tăng.

• Khi tăng tốc độ khí làm tăng xoáy đảo màng lỏng trên đệm nên

tăng cường quá trình truyền khối.

• Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền

2 pha liên tục-gián đoạn của khí-lỏng đổi vai trò cho nhau liên tục, làm tăng bề mặt

tiếp xúc pha và cường độ truyền khối lên cực đại, đồng thời trở lực thủy lực cũng

tăng nhanh; chế độ này duy trì rất khó mặc dù cường độ truyền khối lớn.

• Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộ

chất lỏng sẽ bị giữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dòng khí.

Documents

Xử lý khí thải - docview1.tlvnimg.comdocview1.tlvnimg.com/tailieu/2011/20110301/lehanhspk/do_an_hap_thu... · 2 bằng ZnO:..... 14 1.6.6. Xử lý SO 2 bằng các chất hấp