Tài liệu Bài tập lớn xử lý khí so2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG  BÀI TẬP LỚN MÔN KĨ THUẬT XỬ LÍ KHÍ THẢI, THÔNG GIÓ, TIỀNG ỒN Tên đề tài: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Xử lí Khí Thải SO2 Từ Lò Hơi Bằng Thiết Bị Tháp Hấp Thụ (Tháp Đệm) Công Suất 1500 M3/Ngày Chuyên ngành: : Công nghệ môi trường Mã số : ĐHMT9ATT Người hướng dẫn : Th.S Bùi Thị Ngọc Phương Người thực hiện MSSV Võ Thị Thủy Tiên 13091411 Nguyễn Xuân Hợi Bùi Nguyễn Trâm Uyên Lê Thị Thủy Trúc Tp. Hồ chí minh, tháng 10 năm 2016 THÔNG TIN ĐỀ TÀI Họ và tên Chuyên ngành : Võ Thị Thủy Tiên Nguyễn Xuân Hợi Bùi Nguyễn trâm Uyên Lê Thị Thủy Trúc : CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Tên đề tài : Tính toán thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO 2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) công suất 1500 m3/ngày. Điện thoại : 0983275203 Email : [email protected] Người hướng dẫn : Th.S Bùi Thị Ngọc Phương Liên hệ :Viện Khoa Học Công Nghệ & Quản Lý Môi Trường – Trường Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Điện thoại : 0914010401 Email : [email protected] I. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Th.S Bùi Thị Ngọc Phương HỌC VIÊN Nhóm NỘI DUNG ĐỀ CƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1.1.1. Tính cấp thiết Hiện nay, sự phát triển của các ngành công nghiệp tạo ra các sản phẩm phục vụ con người, đồng thời cũng tạo ra một lượng chất thải vô cùng lớn làm phá vỡ cân bằng sinh thái mà các quá trình sinh thái không kịp xử lí nên gây ô nhiễm môi trường. Những tác nhân gây ô nhiễm gồm chất thải ở dạng rắn, lỏng khí và các dạng năng lượng như nhiệt độ, tiếng ồn. Trong môi trường tự nhiên luôn tồn tại những yếu tố này nhưng nếu nồng đồ vượt mức chịu đựng và khả năng làm sạch của môi trường sẽ gây ra tác động xấu đến con người, sinh vật thì nó trở thành chất ô nhiễm. Chất ô nhiễm không khí chủ yếu là oxit cacbon, oxit lưu huỳnh, oxit nitơ, hydrocacbon và bụi công nghiệp. Những nguồn phát sinh ô nhiễm chính là từ các hoạt động giao thông, một số ngành công nghiệp, và các nhà máy nhiệt điện. SO2 là chất ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như trong sản xuất của con người. Nguồn phát thải khí SO 2 chủ yếu từ các trung tâm nhiệt điện, các lò hơi, lò nung khí đốt nhiên liệu than dầu,và khí đốt chứa lưu huỳnh. Ngoài ra một số công nghiệp thải ra bầu khí quyển một lượng khí SO2 đáng kể. Vấn đề ô nhiễm bầu không khí bởi khí SO 2 từ lâu đã trở thành ô nhiễm của nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới,. vì những lí do trên công nghệ xử lí khí SO2 trong khí thải công nghiệp đã được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Với tầm quan trọng nêu trên vấn đề xử lí khí SO 2 vì thế phạm vi của đồ án môn học ô nhiễm không khí em sẽ tập trung giới thiệu về thiết kế thiết bị tháp đệm xử lí khí SO2 bằng phương pháp hấp thụ. Nhằm tìm hiểu quá trình xử lí có đạt hiệu quả và có thể đưa vào hệ thống xử lí khí thải trong các ngành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. 1.2. Mục đích nghiên cứu  Tính toán thiết kế xử lí khí SO2  Sau khi tìm hiểu và tính toán chúng ta đưa ra các thông số và các số liệu hợp lí để thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:  Thiết kế bản vẽ  Tính toán khí SO2 từ lò hơi bằng tháp hấp thu. 1.4. Nội dung nghiên cứu 1.4.1. Thiết kế tính toán xử lí khí SO2 từ lò hơi bằng tháp hấp thụ Tính toán đưa ra các thông số hợp lí để thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 1.5. Phương pháp nghiên cứu 1.5.1. Phương pháp luận Đề tài nghiên cứu được thực hiện dựa trên việc khảo sát, đánh giá và phân tích các thông tin thu thập được. Làm thí nghiệm, phân tích, các phương pháp xử lí khí SO2. Những số liệu có được từ việc thí nghiệm được dùng trong việc đánh giá đòi hỏi phải có độ chính xác cao và mang tính đại diện. Sử dụng những phương pháp phù hợp để xử lý các số liệu thu thập được để cho ra kết quả thực tế của vấn đề cần nghiên cứu. 1.5.2. Sơ đồ nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NỘI DUNG THỜI GIAN THỜI GIAN Xác định nguồn đầu vào -- Phương pháp pháp nghiên cứu cụ thể định nguồn đầu vào Xác 1.5.3. Phương xử lý số Phương pháp xử lý số liệu liệu Nguyên liệu khí thải vs hiệu quả xử lí khí  Phương pháp thu thập tàiNguyên liệu khí thải vs hiệu quả xử lí khí liệu SO2 Tài liệu được thu thập SO2 trang báo điện tử, tạp chí khoa học quốc tế uy tín, các sách, giáo trình như  Phương pháp xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Excel: Thiết kế tính toán xử lí khí SO2 từ lò Thiết kế tính toán xử lí khí SO2 từ lò số liệu -- PhươngNhập các lý số thu thập được. bằng tháp hấp thụ hơi bằng tháp hấp thụ Phương pháp xử lý số pháp xử hơi liệu - Thống kê dữ liệu. liệu Tính toán các thông số hợp lí để thiết kế Tính toán các thông số hợp lí để thiết kế -- Phương pháp so sánh Phương pháp so sánh - Đánh giá kết quả dữ liệulí khí theo các yêu cầu của nội dung nghiên cứu. xử lí khí SO2 xử dựa SO2  Phương pháp thí nghiệm và phân tích kết quả Thực hiện thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, đưa ra các phương án thực hiện và phân tích kết quả thí nghiệm thu được. Viết bài Viết bài CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Nhà máy nhiệt điện Phả Lại ( nay là công ty nhiệt điện Phả Lại) được khởi công xây dựng ngày 17/5/1980 do Liên Xô thiết kế trên mặt băng 1000 ha thuộc địa phận thị trấn Phả Lại huyện Chí Linh tỉnh Hải Dương. Nhà máy đặt cạnh con sông Lục Đầu Giang là nơi hội tụ của 6 con sông: Sông Thái Bình, sông Kinh Thầy, sông Thương, sông Đuống, sông Cầu, sông Lục Nam trong đó nhánh sông chảy qua nhà máy là nhánh sông thuộc sông Thái Bình. Nhà máy đặt cách thủ đô Hà Nội 56km về phía đông bắc trên quốc lộ 18. Nhà máy 1 được thiết kế với bốn tổ máy theo kiểu khối 2 lò một tua bin, công suất đặt của mỗi máy là 120MW, công suất phát ra là 110Mw do công suất mỗi lò là 55Mw. Những năm 1989 đến năm1993 khi thuỷ điện Hoà Bình đang xây dựng và mới đưa vào vận hành 2 tổ máy, nhà máy nhiệt điện Phả Lại phải gánh một tỉ trọng rất lớn về sản lượng điện cho lưới điện miền bắc, đóng góp một phần không nhỏ cho nền kinh tế quốc dân. Sau đó với việc đưa vào vận hành các tổ máy còn lại của thuỷ điện Hoà. Bình và hoà vào lưới điện quốc gia, nhà máy nhiệt điện Phả Lại phát công suất hạn chế để tập trung khai thác tối đa công suất của nhà máy thuỷ điện Hoà bình theo chỉ đạo của tổng công ty điện lực Việt Nam và bộ công nghiệp. Năm 1994 khi xây dựng đường dây 500kV Bắc – Nam thống nhất hệ thống điện trong cả nước, nhà máy nhiệt điện phát công suất cao và ổn định đóng vai trò quan trọng thứ hai sau nhà máy thuỷ điện Hoà Bình. Để đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống, đảm bảo sản suất an toàn, liên tục và kinh tế nhà máy nhiệt điện Phải Lại trong quá trình vận hành đã luôn luôn tiến hành đổi mới các trang thiết bị với mục tiêu sau: - Đổi mới các thiết bị không tin cậy hoặc kém tin cậy có nhiều khiếm khuyết trong vận hành bằng các thiết bị tin cậy hơn và tốt hơn. - Hoàn thiện các mạch bảo vệ điều khiển tự động, trang bị thêm các thiết bị còn thiếu - Tập trung hoá việc đo lường, điều khiển hệ thống bằng máy vi tính. - Trang bị thêm thiết bị, các mạch tự động để phù hợp với việc vận hành hệ thống điện Bắc – Nam thống nhất. Nhà máy có hơn 2500 công nhân với các phân xưởng chính sau: - Phân xưởng vận hành điện – kiểm nhiệt: Quản lý và vận hành toàn bộ thiết bị điện, kiểm nhiệt của dây chuyền I. - Phân xưởmg sửa chữa điện – kiểm nhiệt: Sửa chữa, đại tu và thí nghiệm toàn bộ thiết bị điện – kiểm nhiệt của nhà máy. - Phân xưởng vận hành I: Quản lý và vận hành toàn bộ thiết bị lò máy và thuỷ lực của dây chuyền I. - Phân xưởng vận hànhII: Quản lý và vận hành toàn bộ thiết bị lò máy và thuỷ lực của dây chuyền II. - Phân xưởng hoá: Kiểm tra, lấy mẫu toàn bộ các chất có sử dụng để phục vụ trong dây chuyền sản xuất điện của nhà máy như: CO2, H2 than dầu, nước. Điều chế bổ sung nước sạch phục vụ cho vận hành lò hơi. - Phân xưởng đại tu cơ nhiệt: Sửa chửa, đại tu toàn bộ thiết bị cơ, nhiệt của lò và máy trong nhà máy. - Phân xưởng cơ khí: Sửa chữa gia công các thiết bị cơ khí vừa và nhỏ phục vụ trong nhà máy. - Phân xưởng cung cấp nhiên liệu: Quản lý, vận hành toàn bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu như băng chuyền tải than cả đường sắt, đường sông, khoang lật toa, đẩy toa và gác ghi đường sắt thử ga cổ thành vào nhà máy. Trong nhà máy nhiệt điện người ta dùng nhiên liệu là than đá, dầu hoặc khí đốt, trong đó than đá được sử dụng rộng rãi nhất. Để quay máy phát điện, trong nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi nước, máy hơi nước (lô cô mô bin), động cơ đốt trong và tuabin khí, tuanbin hơi nước có khả năng cho công suất cao và vận hành kinh tế nên được sử dụng rộng rãi nhất . - Ưu điểm: Có thể xây dựng gần khu công nghiệp và nguồn cung cấp nhiên liệu để giảm chi phí xây dựng đường dây tải điện và chuyên chở nhiên liệu. Thời gian xây dựng ngắn (3 ÷ 4) năm. Có thể sử dụng được các nhiên liệu rẻ tiền như than cám, than bìa ở các khu khai thác than, dầu nặng của các nhà máy lọc dầu, trấu của các nhà máy xay lúa … - Nhược điểm: Cần nhiên liệu trong quá trình sản xuất do đó giá thành điện năng cao. Khói thải làm ô nhiễm môi trường. Khởi động chậm từ 6 ÷ 8 giờ mới đạt công suất tối đa, điều chỉnh công suất khó, khi giảm đột ngột công suất phải thải hơi nước ra ngoài vừa mất năng lượng vừa mất nước. Hiệu suất thấp: η = 30 ÷ 40 % (NĐN) ; η = 60 ÷ 70 % ( NĐR). 1.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN. Hình 1.1 sơ đồ quy trình hoạt động nhà máy nhiệt điện 10. Quạt gió. . 11. Quạt khói. 1. Kho nhiên liệu. 12. Bộ sấy không khí. 2. Hệ thống cấp nhiên liệu 13. Bộ hâm nước. 3. Lò hơi 14. Bình gia nhiệt hạ áp. 4. Tuabin. 15. Bộ khử khí. 5. Bình ngưng 16. Bình gia nhiệt cao áp. 6. Bơm tuần hoàn. 17. Sông, ao, hồ. 7. Bơm ngưng tụ. 18. Ống khói. 8. Bơm cấp nước. 19. Máy phát điện. 9. Vòi đốt Thuyết minh sơ đồ công nghệ Từ kho nhiên liệu 1 (than, dầu), qua hệ thống cấp nhiên liệu 2, nhiên liệu được đưa vào lò 3.Nhiên liệu được sấy khô bằng không khí nóng từ quạt gió 10, qua bộ sấy không khí 12. Nước đã được xử lý hóa học, qua bộ hâm nước 13 đưa vào nồi hơi của lò. Trong lò xảy ra phản ứng cháy: hóa năng biến thành nhiệt năng. Khói, sau khi qua bộ hâm nước 13 và bộ sấy không khí 12 để tận dụng nhiệt, thoát ra ngoài qua ống khói nhờ quạt khói 11.Nước trong nồi hơi nhận nhiệt năng, biến thành hơi có thông số cao (áp suất P = 130 ÷ 240 kG / cm2, nhiệt độ t = 540 ÷ 565° C) và được dẫn đến tuabin 4. Tại đây, áp suất và nhiệt độ của hơi nước giảm cùng với quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng để quay tuabin. Tuabin quay làm quay máy phát: cơ năng biến thành điện năng. Hơi nước sau khi ra khỏi tuabin có thông số thấp (áp suất P = 0, 03 – 0, 04 kG /cm2; nhiệt độ t = 40° C) đi vào bình ngưng 5. Trong bình ngưng, hơi nước đọng thành nước nhờ hệ thống làm lạnh tuần hoàn. Nước làm lạnh ( 5 ÷ 25° C) có thể lấy từ sông, hồ bằng bơm tuần hoàn 6. Để loại trừ không khí lọt vào bình ngưng, bơm tuần hoàn chọn loại chân không. Từ bình ngưng 5, nước ngưng tụ được đưa qua bình gia nhiệt hạ áp 14 và đến bộ khử khí 15 nhờ bơm ngưng tụ 7. Để bù lượng nước thiếu hụt trong quá trình làm việc, thường xuyên có lượng nước bổ sung cho nước cấp được đưa qua bộ khử khí 15. Để tránh ăn mòn đường ống và các thiết bị làm việc với nước ở nhiệt độ cao, trước khi đưa vào lò, nước cấp phải được xử lý (chủ yếu khử O2, CO2) tại bộ khử khí 15. Nước ngưng tụ và nước bổ sung sau khi được xử lý, nhờ bơm cấp nước 8 được qua bình gia nhiệt cao áp 16, bộ hâm nước 13 rồi trở về nồi hơi của lò 3 ta cũng trích một phần hơi nước ở một số tầng của tuabin để cung cấp cho các binh gia nhiệt hạ áp 14, cao áp 16 và bộ khử khí 15. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ SO2 2.1 KHÁT QUÁT SO2 2.1.1 TÍNH CHẤT HÓA LÝ SO2 SO2 là chất khí không màu, mùi kích thích mạnh, dễ hóa lỏng, dễ hòa tan trong nước (ở điều kiện bình thường 1 thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO 2). Khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng: chủ yếu là SO 2.nH2O và phần nhỏ là H2SO3. SO2 có nhiệt độ nóng chảy ở -75oC và nhiệt độ sôi ở -10oC. Nguyên tử S trong phân tử SO 2 có cặp electron hóa trị tự do linh động ở trạng thái oxy hóa trung gian (+4) nên SO2 có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau: - Cộng không thay đổi số oxy hóa: - Thực hiện phản ứng khử: - Thực hiện phản ứng oxy hóa: Trong môi trường không khí, SO 2 dễ bị oxy hóa và biến thành SO 3 trong khí quyển. SO3 tác dụng với H2O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc muối sunfat. Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiễm môi trường đất và môi trường nước. 2.1.2 TÁC HẠI CỦA KHÍ SO2 SO2 trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiễm không khí. Nồng độ cho phép khí SO2 có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất thấp (<300 mg/m3). Nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe, các hoạt động của con người, cũng như động vật, thực vật và bầu khí quyển. Đối với con người và động vật: khi hít phải khí SO 2 có thể gây ra các bệnh về đường hô hấp như: viêm phế quản, viêm phổi, giản phổi, suy tim, hen xuyển, ... Đối với vật liệu và các công trình xây dựng: - Khí SO2 có khả năng biến thành acid sunfuric, là chất phản ứng mạnh. Do đó chúng làm hư hỏng, làm thay đổi tính tính chất vật lý hay thay đổi màu sắc các vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch, ... cũng như phá hoại các sản phẩm điêu khắc, các tượng đài. - Sắt, thép, các kim loại khác, các công trình xây dựng cũng dễ dàng bị gỉ, bị ăn mòn và điện hóa. Đối với thực vật: - Khí SO2 xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo thành acid sunfurơ gây tổn thương màn tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của cây. Cây chậm lớn, vàng úa và chết. - Khí SO2 làm cây cối chậm lớn, nhiều bệnh tật, chất lượng giảm, hiệu quả thu hoạch kém. Mưa acid tạo thành do SO 2 trong không khí khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác dụng của nhiệt độ, ánh sáng chúng biến đổi thành SO 3 nhờ O2 có trong không khí. Khi gặp nước, SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4. Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mà thiệt hại của mưa acid gây ra là rất lớn. Mưa acid làm tăng tính acid của trái đất, hủy diệt rừng và mùa màng, gây nguy hại đối với sinh vật nước, đối với động vật và cả con người. Ngoài ra, còn phá hủy các nhà cửa, công trình kiến trúc bằng kim loại bị ăn mòn... Nếu H2SO4 có trong nước mưa với nồng độ cao sẽ làm bỏng da người, hay làm mục nát áo quần. 2.1.3 CÁC NGUỒN TẠO RA SO2 Khí SO2 tạo ra là do sự đốt cháy các hợp chất chứa lưu huỳnh hay nguyên tử lưu huỳnh. Ví dụ: các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong than, dầu mỏ, quạng Pirit (FS 2), hơi đốt chứa nhiều khí H2S, các quặng sunfua... Khí SO2 là loại chất gây ô nhiễm phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp và sinh hoạt. Nguồn thải SO2 chủ yếu là từ: - Các nhà máy nhiệt điện. - Các lò nung, nồi hơi đốt bằng nhiên liệu than đá, khí đốt, dầu hỏa và khí đốt có chứa lưu huỳnh. - SO2 sinh ra từ các ngành sản xuất công nghiệp: nhà máy lọc dầu, nhà máy luyện kim, lò đúc, nhà máy sản xuất H2SO4 ... - Khí thải giao thông. 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ THẢI 2.2.1 PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Hấp thụ là quá trình xảy ra khi một cấu tử của pha khí khuếch tán vào pha lỏng do sự tiếp xúc giữa hai pha khí và lỏng. Nếu quá trình xảy ra ngược lại, nghĩa là cần sự truyền vật chất từ pha lỏng vào pha khí, ta có quá trình nhả khí. Nguyên lý của cả hai quá trình là giống nhau. Quá trình hấp thụ tách bỏ một hay nhiều chất ô nhiễm ra khỏi dòng khí thải (pha khí) bằng cách xử lý với chất lỏng (pha lỏng). Khi này hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch cấu tử trong chất lỏng. Khí được hấp thụ gọi là chất bị hấp thụ Chất lỏng dùng để hấp thụ gọi là dung môi (chất hấp thụ) Khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ Hấp thụ vật lý: về thực chất chỉ là sự hòa tan các chất bị hấp thụ vào trong dung môi hấp thụ, chất khí hòa tan không tạo ra hợp chất hóa học với dung môi, nó chỉ thay đổi trạng thái vật lý từ thể khí biến thành dung dịch lỏng (quá trình hòa tan đơn thuần của chất khí trong chất lỏng). Hấp thụ hóa học: trong quá trình này chất bị hấp thụ sẽ tham gia vào một số phản ứng hóa học với dung môi hấp thụ. Chất khí độc hại sẽ biến đổi về bản chất hóa học và trở thành chất khác. Cơ cấu của quá trình này có thể chia thành ba bước:  Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ.  Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ  Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ. Quá trình hấp thụ mạnh hay yếu là tùy thuộc vào bản chất hóa học của dung môi và các chất ô nhiễm trong khí thải. Như vậy, để hấp thụ được một số chất nào đó ta phải dựa vào độ hòa tan chọn lọc của chất khí trong dung môi để chọn lọc dung môi cho thích hợp hoặc chọn dung dịch thích hợp (trong trường hợp hấp thụ hóa học). Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay xấu phần lớn là do tính chất dung môi quyết định. Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc và các yếu tố sau: - Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách và không hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là điều kiện quan trọng nhất. - Độ nhớt của dung môi càng bé thì trở lực thuỷ học càng nhỏ và có lợi cho quá trình chuyển khối. - Nhiệt dung riêng bé sẽ tốn ít nhiệt khi hoàn nguyên dung môi. - Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh tắc thiết bị và thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn. - Ít bay hơi, rẻ tiền, dễ kiếm và không độc hại với người và không ăn mòn kim loại. Ưu và nhược điểm của phương pháp hấp thụ Ưu điểm: - Rẻ, dễ ứng dụng, có thể sử dụng dung môi là nước để hấp thụ các khí độc hại như SO2, H2S... rất hiệu quả. - Có thể sử dụng kết hợp khi cần rửa khí làm sạch bụi, khi trong khí thải có chứa cả bụi lẫn các khí độc hại mà các chất khí có khả năng hòa tan tốt trong nước rửa. Nhược điểm: - Hiệu suất làm sạch không cao, không dùng để xử lý dòng khí có nhiệt độ cao. - Quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt nên khi thiết kế nhiều trường hợp cần phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm nguội tăng hiệu quả quá trình xử lý như vậy thiết bị sẽ trở nên cồng kềnh, vận hành phức tạp. - Việc lưc chọn dung môi thích hợp để xứ lý rất kho khăn khi chất khí không có khả năng hoà tan trong nước. - Phải tiến hành tái sinh dung môi khi dung môi đắt tiền để giảm giá thành xử lý mà công việc này là rất khó khăn. 2.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỐT Áp dụng khi lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm cháy được lại rất bé đặc biệt là những chất có mùi khó chịu. Các chất khí được xử lý theo phương pháp đốt thường là các hợp chất hydrocacbon, các dung môi hữu cơ… Việc xử lý khí thải theo phương pháp này được sử dụng trong trường hợp khí thải có nồng độ chất độc cao vượt quá giới hạn bắt cháy và có chứa hàm lượng oxygen đủ lớn. Quá trình đốt được thực hiện trong hệ thống gồm những thiết bị liên kết đơn giản có khả năng đạt hiệu suất phân hủy cao. Hệ thống đốt gồm cửa lò, bộ mồi lửa đốt bằng nhiên liệu và khí thải. Có 2 phương pháp đốt: - Đốt bằng ngọn lửa trực tiếp (phương pháp oxy hóa nhiệt): Làm cho chất ô nhiễm cháy trực tiếp trong không khí mà không cần bổ sung thêm nhiên liệu, chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa và điều chỉnh. - Thiêu đốt có xúc tác (phương pháp oxy hóa xúc tác): Quá trình oxy hóa chất ô nhiễm trên bề mặt chất xúc tác. Để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp cần phân tích phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm của các phương pháp nêu trên tạo cơ sở cho việc lựa chọn. Ưu và nhược điểm của phương pháp đốt Ưu điểm: - Phân hủy hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được. Thích ứng với sự thay đổi lưu lượng và tải lượng chất ô nhiễm trong khí thải. Có thể tận dụng nhiệt năng trong quá trình xử lý vào mục đích khác. - Hiệu quả cao với những chất khó xử lý bằng phương pháp khác. Có thể thu hồi nhiệt thải ra trong quá trình đốt. Trong những trường hợp khí thải có nhiệt độ cao có thể không cần phải gia nhiệt trước khi đưa vào đốt. - Phương pháp đốt hoàn toàn phù hợp với việc xử lý các khí thải độc hại không cần thu hồi hay khả năng thu hồi thấp, khí thu hồi không có giá trị kinh tế cao. Nhược điểm: - Chi phí đầu tư thiết bị, vận hành lớn. - Có thể làm phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí sau đốt có chlorine, N, S. Có thể cần cấp thêm nhiên liệu bổ sung, xúc tác gây trở ngại cho việc vận hành. 2.2.3 PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ Hấp phụ là hiện tượng tăng nồng độ chất tan (chất bị hấp phụ) trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ). Chất đã bị hấp phụ chỉ tồn tại trên bề mặt chất rắn, không phân bố đều khắp trong toàn bộ thể tích chất hấp phụ (còn gọi là quá trình phân bố 2 chiều). Trong kỹ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi và sử dụng lại hơi của các chất hữu cơ, khử mùi các nhà máy sản xuất thực phẩm, thuộc da, nhuộm… Có thể phân loại phương pháp hấp phụ như sau: - Dựa vào bản chất quá trình hấp phụ: o Hấp phụ vật lý: Là hấp phụ đa phân tử, lực liên kết là lực hút giữa các phân tử (Lực Vanderwaals) không tạo thành hợp chất bề mặt. o Hấp phụ hóa học: Là hấp phụ đơn phân tử, lực liên kết là lực liên kểt bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt. - Dựa theo điều kiện hấp phụ: Trong điều kiện động và trong điều kiện tĩnh. o Hấp phụ chọn lọc: Dựa vào ái lực khác nhau giữa chất ô nhiễm và bề mặt chất rắn, phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. o Hấp phụ trao đổi: Dựa vào cường độ hoặc ái lực của các ion chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Quá trình hấp phụ có thể được tiến hành trong lớp chất hấp phụ đứng yên, tầng sôi hoặc chuyển động Tuy nhiên trên thực tế phổ biến nhất là thiết bị với lớp chất hấp phụ không chuyển động được bố trí trong tháp đứng, tháp nằm hoặc tháp vòng. Tháp đứng được sử dụng khi cần xử lý lưu lượng nhỏ. Ưu và nhược điểm của phương pháp hấp phụ Ưu điểm: - Điều chỉnh quá trình tinh vi hơn. Quá trình thực hiện liên tục nên hiệu suất cao. - Có thể sử dụng kết cấu tối ưu và kích thước tối ưu cho từng đoạn của thiết bị. Tiết kiệm được chất hấp phụ, sử dụng tối đa năng suất hấp phụ. - Chất hấp phụ dễ kiếm và khá rẻ tiền, thường dùng nhất là than hoạt tính hấp phụ được nhiều chất hữu cơ. Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp. Chất hấp phụ bị mài mòn nên phải xử lý bụi. - Cường độ hấp phụ thấp do vận tốc dòng khí thấp do vận tốc khí nhỏ và không có sự xáo trộn mãnh liệt than. Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải cao. - Không hiệu quả khi dòng khí ô nhiễm chứa cả bụi lẫn chất ô nhiễm thể hơi hay khí vì bụi dễ gây nên tắc thiết bị và làm giảm hoạt tính hấp phụ của chất hấp phụ (lúc này nếu muốn sử dụng ta phải lọc bụi trước khi cho dòng khí vào thiết bị hấp phụ). 2.2.4 PHƯƠNG PHÁP KHÁC Phương pháp xử lý bụi bằng thiết bị tĩnh điện: Các bản điện cực sẽ được bố trí theo phương vuông góc với phương dịch chuyển của hỗn hợp khí. Các điện cực trong cùng một hàng nằm so le với nhau theo phương chuyển động của dòng khí. Giữa các bản cực tại mỗi hàng có khoảng trống để hỗn hợp khí đi qua được dễ dàng, giúp cho các hạt bụi chứa điện tích tương đối nhỏ có thể đi đến các bản cực theo lực quán tính. Bản cực điện có cấu tạo dạng thanh, có 2 rãnh để thoát bụi (thường là hình tròn, tam giác có đỉnh được tạo dáng cong sao cho gần với dạng khí động học) tại 2 mép 2 bên. Phương pháp sử dụng vật liệu, hóa chất phản ứng: Sử dụng các loại hoá chất để phản ứng để tạo ra CO2 và hơi nước. Phương pháp này áp dụng đối với nhà máy thải ra dung môi hữư cơ. Sử dụng chất xúc tác tạo phản ứng với không khí: Phương pháp này áp dụng để xử lý khí thải có hiệu quả. Hiện nay các chất xúc tác được sử dụng rộng rãi là nano TiO2, sắt từ,… Ngoài ra, xử lý khí thải có thể áp dụng nhiều phương pháp cả hoá và lý. 2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO2 2.3.1. HẤP THỤ BẰNG NƯỚC Quá trình xảy ra theo sơ đồ phản ứng: SO2+ H2↔H++ HSO3 Thu bằng nước là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các loại lò công nghiệp. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn: Hấp thụ SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc chokhí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng). Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thụ hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch. Mức độ hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cất vào hệ thống hấp thụ khí SO 2 phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO 2 khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là 1000C thì SO 2 bốc ra một cách hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn cả hơi nước. Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thụ được khí SO 2với độ đậm đặc ≈100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfuric. Lượng nước thực tế phải lớn hơn một ít so với lượng nước lý thuyết vì nước sau khi ra khỏi thiết bị hấp thụ không thể đạt tới mức bão hòa khí SO2. Để giải hấp thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn tức phải có một nguồn cấp nhiệt công suất lớn. 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. Đây là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.Từ những vấn đề trên phương pháp hấp thụ 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 nước lạnh Hình 2.1: sơ đồ xử lý khí SO2 bằng nước 1- Tháp hấp thu; 2- tháp giải thoát khí SO2 ; 3- thiết bị ngưng tụ (Trang 93 – ô nhiễm không khí và xử lí khí thải, tập 3- Trần Ngọc Chấn) Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được Nhược điểm: Do độ hòa tan của khí SO2 vào trong nước quá thấp nên phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh. Để tách SO2 khỏi dung dịch phải nung nóng đến 1000C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn. 2.3.2. HẤP THỤ BẰNG DUNG DỊCH VÔI SỮA Xử lý SO2 bằng sữa vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi. Khí SO2 được thụ hồi trong tháp rữa bằng sữa vôi, sữa vôi có tác dụngvới SO2 theo phản ứng: SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3+ H2O 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. Nhược điểm: Đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO 4 và CaSO3, gây tắc nghẽn đường ống. Hình 2.2 sơ đồ xử lý SO2 bằng vôi sữa 1.scrubơ, 2.bộ phận tách tinh thể, 3. Bộ lọc chân không, 4.5.máy bơm, 6. Thùng hòa trộn dung dịch hấp thu ( sữa vôi- dạng huyền thù), 7. Máy đập, 8. Máy nghiền đá vôi ( Trang 95 – ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) 2.3.3. XỬ LÝ SO2 BẰNG AMONIAC Phương pháp này hấp thu khí SO 2 bằng dung dịch amoniac tạo muối amoni sunfit và amoni bisunfit theo phản ứng sau: SO2 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + SO2 + H2O → 2NH4HSO3 Ưu điểm : Hiệu quả rất cao, chất hấp thu dễ tìm và thu được muối sunfit và bisunfit là các sản phẩm cần thiết. Nhược điểm : Tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao. Hình 2.3 Sơ đồ xử lý SO2 bằng ammoniac 1.scrubo, 2,4. Thiết bị làm nguội, 3. Tháp thụ nhiều tầng lớp, 5. Tháp hoàn nguyên, 6. Tháp bốc hơi, 7. Thùng kết tinh, 8. Máy vắt khô ly tâm, 9. Nồi chưng áp (Trang 100 – ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3- Trần Ngọc Chấn) 2.3.4. XỬ LÝ SO2 BẰNG MAGIEOXIT Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau: MgO + SO2 → MgSO3 Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit: MgSO3+ SO2+ H2O → Mg(HSO3)2 Một phần magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat: 2MgSO3+ O2 → 2MgSO4 Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxy 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 oxy hóa sunfit trong nước sẽ ngưng lại không tiếp tục xảy ra nữa.Magie bisunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới: Mg(HSO3)2+ MgO → 2MgSO3.+ H2O Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO3 sẽ kết tủa thành tinh thể hexahydrat MgSO 3.6H2O và ở nhiệt độ 500C hexahydrat biến thành trihydrat MgSO3.3H2O. Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý nhiệt ở nhiệt độ 800÷9000C để thu hồi MgO và SO2 Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO2 đậm đặc có thể đưa sang công đoạn chế biến axit sunfuaric hoặc lưu huỳnh đơn chất. Ưu điểm: Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm sạch sơ bộ, thu được axitsunfuric như là 1 sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dể kiếm và rẻ. Nhược điểm: Quy trình công nghệ khá phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO quá nhiều. Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng magie oxit 1.scrubo, 2. Bộ lọc, 3. Bể chứa, 4. Bộ phận khống chế liều lượng, 5,6. Xiclon thủy lực, 7. Máy lọc ép, 8. Máy lọc chân không có bông tải, 9. Lò nhiều tầng (hoàn nguyên MgO). ( Trang 105 – ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3) 2.3.5. XỬ LÝ SO2 BẰNG KẼM OXIT Phương pháp này dựa trên phản ứng sau: SO2 + ZnO + 2,5 H20 → ZnSO3.2,5 H2O ZnSO3.2,5H2O → ZnO + SO2 + 2,5H2O Ưu điểm: Có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 – 2500C). Nhược điểm: Có thể hình thành ZnSO4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên thường xuyên tránh tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương. 2.3.6. XỬ LÝ SO2 BẰNG CÁC CHẤT HẤP THỤ HỮU CƠ Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thu SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như: aniline C6H5NH2, toluidin CH3C6H4 NH2, xylidin (CH3)2C6H3 NH2 và dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2. Thực tế cho thấy dung dịch xylidin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng để khử SO2 trong khói thảivới nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO2 trong khói thải tương đối cao (trên 2%) thì dimetyl- aniline có ưu thế hơn. Quá trình sunfidin: Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau đó cho qua các tháp hấp thu đặt nối tiếp nhau. Các tháp hấp thu được tưới hỗn hợp xylidin- nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp thu. Trong quá trình hấp thu SO2 bằng xylidin cótỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt. Khí sạch đi ra khỏi tháp hấp thụ có chứa hơi xylidincần cho qua scrubơ để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric loãng. Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – quá trình ASARCO Khí thải sau khi được lọc sạch bụi và các giọt sương axit sunfuric bằng bộ lọc điện và sucrubơ được đưa vào tháp hấp thụ trong đó xảy ra ba quá trình sau: Hấp thụ khí SO2 bằng dimetyl – aniline khan Khử SO2 còn lại trong khí bằng dung dịch natri cacbonat loãng để thu sunfit và bisunfit natri dùng cho các giai đoạn tiếp theo Hấp thụ hơi dimetyl aniline bằng axit sunfuric loãng và thu được sunfat dimetyl – anilin. 2.3.7. HẤP THỤ SO2 BẰNG THAN HOẠT TÍNH Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim với hiệu quả kinh tế đáng kể. Ưu điểm: Sơ đồ hệ thống đơn giản, có thể áp dụng cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián đoạn, cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C). Nhược điểm: Tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên, có thể tiêu hao nhiều vật liệu hấp thụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được. Hình 2.5 sơ đồ hệ thống xử lí khí SO2 theo phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính 1.Phễu chứa vật liệu hấp phụ (than hoạt tính), 2. Đo điều lượng, 3. Tháp hấp phụ nhiều tầng, 4. Xiclon, 5. Bunke, 6. Tháp giải hấp phụ, 7. Thiết bị cấp nhiệt, 8. Quạt, 9. Máy sàn ( Trang 116 – ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) 2.4. THIẾT BỊ HẤP THỤ SO2 Tháp đệm. Tháp sủi bọt Thùng rửa khí rỗng (tháp phun) (thiết bị sử dụng trong công nghệ xử lý). Tháp phun có dạng trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng dựa trên nguyên tắc tạo ra sự tiếp xúc trực tiếp giữa các chất ô nhiễm và các hạt dung dịch hấp thụ được phun ra dưới dạng các hạt nhỏ và mật độ lớn. Dung dịch hấp thụ được phun ngược chiều với dòng khí bốc lên, tạo ra một sự hỗn loạn trong dòng khí. Thiết bị có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành thấp, hiệu suất ổn định. Đặc tính của tháp phun Tiết diện tháp có thể tròn hay hình chữ nhật. Dòng khí và dịch thể trong tháp có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt nhau. Các mũi phun có thể bố trí một tầng hay nhiều tầng, hoặc đặt dọc trục thiết bị. Các tháp rửa khí rỗng hoạt động có hiệu quả khi bụi có kích thước > 10mm và kém hiệu quả khi kích thước bụi < 5mm.  Cấu tạo: Hình trụ tròn, rỗng bên trong có chứa hệ thống ống dẫn phân phối khí thải và dung môi hấp thụ.  Vật liệu: Vỏ tháp được làm bằng thép không gỉ: inox 201, inox 304 hoặc thép CT3 phủ sơn cách nhiệt.