XỬ LÝ KHÍ SO2 BẰNG THAN HOẠT TÍNH CÓ TƯỚI NƯỚC

Trước đây người ta cho rằng xử lý khí SO2 theo phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính là ít hiệu quả. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, người ta thấy rằng phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy liệu kim và sản xuất axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đang kể đặc biệt đã áp dụng rộng rãi ở các nước Đức, Anh, Nhật Bản...

Sử dụng than hoạt tính để hấp phụ khí SO2 đơn giản và có thể áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có khí SO2 một cách liên tục hoặc gián đoạn. Ngoài ra, hệ thống xử lý cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 100 độ C).
Xử lý khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước để thu axit sunfuric được thể hiện như hình dưới đây:


Sơ đồ xử lý khí SO2


Nguyên lý hoạt động:
Theo phương pháp này, khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở nhiệt độ dưới 100 oC đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấp phụ. Khí SO2 bị giữ lại trong lớp 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 H2SO4 thu được trong thùng chứa với nồng độ 20- 25% được trích 1 phần để làm nguội và làm ẩm khí thải cần xử lý. Quá trình này được thực hiện trong scrubber venturi, trong đó axit loãng được dòng khí chuyển động rối với vận tốc xé nhỏ thành giọt mịn, nhiệt độ của khí giảm xuống nhờ có nước bốc hơi, còn axit loãng thì trở nên đậm đặc hơn. Sau tháp scrubber venturi, tro bụi và axit được tách ra khỏi dòng khí trong cyclone và chảy xuống bể chứa, còn dòng khí đi vào thiết bị hấp phụ. Để quá trình xử lý được liên tục cần lắp đặt ít nhất là hai bình hấp phụ luân phiên nhau hoạt động, cái này theo chu kỳ hấp phụ, cái kia theo chu kỳ hoàn nguyên.
 Thiết bị cyclone
Nguyên lý hoạt động của thiết bị cyclone

 thiết bị hấp phụ



Việc sử dụng axit sunfuric thu được từ quá trình phụ thuộc vào mức độ nhiễm bảo tro bụi và độ đậm đặc của nó khi xử lý khí thải đã được lọc sạch bụi, nồng độ axit thu được có thể đạt được 65-70%. Axit bị nhiễm bẩn nặng có thể phân giải theo các phương pháp thông dụng để thu khí SO2 dùng vào việc điều chế axit sunfuric sạch hoặc lưu huỳnh đơn chất.
Hệ thống đã được thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khói thải 1000-1500 m3/h. Nồng độ ban đầu của SO2 trong khói khi đốt nhiên liệu 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. 
  • Ưu điểm phương pháp: lọc sạch bụi, nồng độ axit thu được có thể đạt được 65-70% axit này có thể thu hồi, phù hợp với xử lý khí có nhiệt độ cao 
  • Nhược điểm phương pháp: này tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể làm tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được- khí SO2 có nồng độ thấp, lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được.
http://www.moitruongnhietdoi.com.vn/2013/08/thap-hap-phu-hap-phu-xu-ly-khi-thai.html

 tháp hấp phụ
Tháp hấp phụ công suất thấp
Tháp hấp phụ công suất lớn

TIN LIÊN QUAN




HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG NƯỚC

Trong công nghiệp, Khí NOx thường phát sinh từ các quá trình sản xuất axit HNO3, sản xuất axit oxalic, axit asenic, phẩm mày, sơn, phân bón, quá trình đốt nhiên liệu. Ngoài ra còn phát sinh trong cơ khí: quá trình hàn điện, hàn cắt kim loại, làm sạch mặt ngoài kim loại trước khi mạ.

Trong công nghiệp các loại khí thải có chứa oxit nito với nồng độ thấp thường được xử lý bởi phương pháp dùng nước để rửa khí trong các loại thiết bị như Scrubber, thiết bị sục khí sủi bọt, ống venturi. Hiệu quả khử NOx theo các phương pháp đạt khoảng 50%- 60%.
Bài viết dưới đây giới thiệu 2 loại thiết bị xử lý:  Tháp đĩa - tháp khí sủi bọt và scrubber venturi 
  1. Tháp đĩa - tháp khí sủi bọt 
Tháp đĩa - tháp khí sủi bọt gồm có tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền và tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền
Cấu tạo của tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền như hình dưới:
 Cấu tạo thiết bị hấp thụ dạng đĩa có ống chảy chuyền
Cấu tạo của tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền như hình dưới:
Nguyên lý hoạt động của thiết bị: 
Nước được cấp nhờ bơm vào thiết bị rồi vào đĩa vừa đủ để tạo 1 lớp nước có bề mặt thích hợp
Dòng khí đi từ dưới lên trên qua đĩa đục lỗ làm cho nước sủi bọt. Bụi và khí tiếp xúc với bề mặt của những bong bóng nước và giữ lại rồi theo nước chảy xuống thùng chứa. Các khí NOx có thể được khử bằng cách này. Khí thải đi vào hệ thống xử lý cần chứa đủ lượng oxy cần thiết để cung cấp cho quá trình oxy hóa nito và thúc đẩy quá trình xảy ra được nhanh chóng và triệt để.
Hiệu quả khử NOx của tháp sục khí giảm khi mực chất lỏng trên đĩa quá thấp hoặc bị cuốn theo dòng khí đi ra ngoài thiết bị.
Thiết bị này có khả năng lọc được bụi cỡ ≥ μm
Ưu điểm thiết bị: 
  • Cấu tạo đơn giản 
  • Công nghệ tiên tiến, hiệu quả làm việc cao
  • Tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí vận hành thấp
  • Chất hấp thụ có giá thành rẻ, dễ kiếm
  • Gia công nhanh chóng theo yêu cầu, thiết kế có sẵn
Hình ảnh thực tế đã lắp đặt 


2. Scrubber venturi 
Nước được phun cùng trục và cùng chiều với dòng khí chuyển động với vận tốc cao trong chỗ thắt của ống venturi, nước bị xé nhỏ thành các giọt mịn làm cho diện tích tiếp xúc giữ khí và nước tăng cao, nhờ đó quá trình hấp thụ NOx xảy ra rất mạnh. Nước cũng hấp thụ oxy và do đó phần lớn oxit nito bị oxy hóa ngay trong pha lỏng.
Hiệu quả khử NOx còn có thể được nâng cao khi có cho thêm hơi nước vào khí cần xử lý. Lúc đó áp suất riêng của hơi nước trong khí sẽ tăng và thức đẩy các phản ứng hóa học ngay trong pha khí, nhờ đó hiệu quả khử NOx trong khí thải sẽ được tăng cao. Khí thải thoát ra khỏi ống venturi có chứa 1 lượng đáng kể sương axit nitric và sương axit cần lọc sạch bằng xiclon hoặc thiết bị lọc khác trước khi thải khí ra khí quyển.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI HIỆN NAY

Môi trường nước ta đang chịu nhiều áp lực lớn từ các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội trong nước, sức ép cạnh tranh của quá trình hội nhập quốc tế cùng các tác động xuyên biên giới. Cùng với đó là các vấn đề bức xúc, cấp bách đang tạo ra những tác động tiêu cực ngày càng lớn gây tác động trực tiếp tới an toàn sức khỏe và sinh hoạt của người dân.
Cùng với ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí đang trở nên đáng báo động. Nhất là trong những năm gần đây, do nền kinh tế nước ta phát triển đi lên công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhiều đô thị và thành phố được hình thành thì tình hình ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng. Nếu không có những giải pháp chính sách và quản lý thì chất lượng môi trường đất của Việt Nam sẽ bị suy giảm đến mức báo động và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của cộng đồng. 

Các ngành sản xuất gây phát sinh lượng khí thải lớn ở Việt Nam như ngành sản xuất xi măng, khai khoáng và chế biến khoáng sản, các hoạt động sử dụng lò hơi, ngành sản xuất hóa chất... Một số quá trình phát thải chưa được kiểm soát khiến cho việc ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng và phức tạp.

Hiện nay, có 3 phương pháp xử lý khí thải là hấp thụ các chất khí độc hại bằng chất lỏng (nước, dung môi), hấp phụ trên bề mặt vật liệu rắn và thiêu đốt (biến đổi hóa học các chất ô nhiễm). Đặc biệt phương pháp hấp thụ là phương pháp được áp dụng phổ biến nhất trong thực tế.

1. Phương pháp hấp thụ - adsorption

Khái niệm: là quá trình hòa tan chất khí vào trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau
Cơ chế hấp thụ gồm 3 bước:

Bước 1: Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ

Bước 2: Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt chất hấp thụ

Bước 3: Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng.
Điều kiện lựa chọn dung dịch hấp thụ:

  • Độ hòa tan chọn lọc
  • Độ bay hơi tương đối thấp
  • Tính ăn mòn của dung môi thấp
  • Dễ kiếm, chi phí thấp
Chất hấp thụ phổ biến: Nước, Dung dịch bazo: NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3...
Ưu điểm của phương pháp hấp thụ gồm: 
  • Công nghệ tiên tiến, hiệu quả làm việc cao
  • Tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí vận hành thấp
  • Chất hấp thụ có giá thành rẻ, dễ kiếm
  • Gia công nhanh chóng theo yêu cầu, thiết kế có sẵn
Tháp hấp thụ hiện nay có 3 kiểu chính: tháp kiểu đệm, tháp kiểu rỗng và tháp đĩa. Mỗi loại sẽ có cấu tạo khác nhau:
a. Tháp đệm
Tháp đệm có cấu tạo cơ bản gồm ống dẫn khí vào- ra, đỉnh- thân- đáy thiết bị, vật liệu hấp thụ và ống phân phối chất hấp thụ.

Tháp đệm hấp thụ thường sử dụng trong trường hợp: Dòng khí thải hỗn hợp, có nhiệt độ cao, 
b. Tháp rỗng 
Tháp rỗng có cấu tạo cơ bản gồm ống dẫn khí vào- ra, đỉnh- thân- đáy thiết bị, vòi phun phân phối chất hấp thụ.
b. Tháp đĩa
Tháp đĩa có cấu tạo cơ bản gồm ống dẫn khí vào - ra, đỉnh - thân - đáy thiết bị, đĩa.
2. Phương pháp hấp phụ 
Khái niệm: 

Hấp phụ là quá trình phân ly khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với 1 số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và khí thải nói riêng, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm sẽ được giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn.

Quá trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp cho những trường hợp sau:

  • Chất khí ô nhiễm không chất hoặc khó cháy
  • Chất khí có giá trị và cần thu hồi
  • Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng được
Phân loại quá trình hấp phụ gồm:
Hấp phụ vật lý:
  • Hấp phụ vật lý là quá trình các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phân tử (lực Vander Waals)
  • Nhiệt lượng tỏa ra: Khoảng 2-20 kJ/g.mol 
  • Quá trình thuận nghịch/ không thuận nghịch 
Hấp phụ hóa học: 
  • Hấp phụ hóa học là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ
  • Nhiệt lượng tỏa ra: Khoảng 20- 400 kJ/g.mol
  • Quá trình thuận nghịch nên hạ thấp áp suất riêng phần của chất khí cần hấp phụ trong hỗn hợp khí hoặc thay đổi nhiệt độ thì quá trình hấp phụ tăng
  • Quá trình không thuận nghịch
Cấu tạo thiết bị hấp thụ thường dùng gồm các bộ phận: giá đỡ chứa than hoạt tính, của khí vào và khí ra, thân thiết bị, giá đỡ thiết bị
Hiện nay, vật liệu hấp phụ thường là các loại vật liệu dạng hạt từ 6-10 mm xuống cỡ 200 μm có độ rỗng lớn được hình thành do những mạch mao quản li ti nằm trong khối vật liệu.
  1. Có khả năng hấp phụ cao
  2.  Phạm vi tác dụng rộng- khử được nhiều loại khí khác nhau
  3. Có độ bền cơ học cần thiết
  4. Có khả năng hoàn nguyên dễ dàng
  5. Giá thành rẻ
Ưu điểm của phương pháp hấp phụ: 
  • Loại bỏ mùi hôi và hiệu suất xử lý có thể đạt tới 95%
  • Công nghệ tiên tiến, hiệu quả làm việc cao
  • Thiết bị đơn giản, sản xuất nhanh chóng, dễ vận hành,
  • Tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí vận hành thấp
  • Chất hấp phụ dễ kiếm, rẻ
3. Phương pháp thiêu đốt
Khái niệm

Thiêu đốt là quá trình xử lý khí ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt, áp dụng với các trường hợp lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm cháy được lại rất bé, đặc biệt là các chất ô nhiễm có mùi khó chịu.
Ưu điểm/ nhược điểm
Ưu điểm: Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được khi thiết bị thiêu đốt được thiết kế và vận hành đúng quy cách. Khả năng thích ứng của thiết bị đối với sự thay đổi vừa phải của lưu lượng khí thải cũng như nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải Có khả năng thu hồi, tận dụng được nhiệt thải ra từ quá trình thiêu đốt.

Nhược điểm: Chi phí đầu tư thiết bị và vận hành tương đối lớn. Có khả năng làm phức tạp vấn đề ô nhiễm không khí ( tạo ra thêm 1 số khí độc hại).

HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ AMONIAC TRONG KHÍ THẢI NHÀ MÁY PHÂN ĐẠM

Phân bón là một chất được thêm vào đất để cải thiện sự tăng trưởng và năng suất của thực vật. Phân bón tổng hợp hiện đại bao gồm chủ yếu là các hợp chất nitơ, phốt pho và kali với các chất dinh dưỡng thứ cấp được bổ sung. Việc sử dụng phân bón tổng hợp đã cải thiện đáng kể chất lượng và số lượng thực phẩm hiện có, mặc dù việc sử dụng lâu dài của họ được các nhà môi trường tranh luận.
Trong quá trình sản xuất phân đạm, khí amoniac là 1 trong các thành phần quan trọng nhất. 
Khoảng 80% amoniac được sản xuất bởi công nghiệp được sử dụng trong nông nghiệp làm phân bón. Amoniac cũng được sử dụng như một chất khí làm lạnh, để làm sạch nguồn cung cấp nước, và trong sản xuất nhựa, chất nổ, dệt may, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm và các hóa chất khác. Nó được tìm thấy trong nhiều giải pháp làm sạch gia dụng và công nghiệp. Các giải pháp làm sạch amoniac hộ gia đình được sản xuất bằng cách thêm khí amoniac vào nước và có thể từ 5 đến 10% amoniac. Dung dịch amoniac dùng trong công nghiệp có thể có nồng độ 25% hoặc cao hơn và có tính ăn mòn.

1. Đặc điểm của khí amoniac

Tính chất vật lý:
  • Khí không màu, mùi khai và xốc, 
  • Nhẹ hơn không khí, tan nhiều trong nước
  • Tính chất hóa học: 
  • Tính chất bazo: có khả năng tác dụng với axit HCl
  • Tác dụng với oxi: Đốt amoniac trong oxi sẽ cháy với ngọn lửa màu vàng tươi tạo ra sản phẩm N2 và H2O
  • Tác dụng với khí Clo: dẫn khí NH3 vào bình Clo, hỗn hợp khí tự bốc cháy tạo ngọn lửa có khói màu trắng.

2. Phương pháp xử lý khí amoniac

Đặc điểm của khí amoniac là dễ tan trong nước, vì vậy phương pháp hấp thụ là phương pháp để xử lý khí thải hiệu quả nhất. 
Nguyên tắc chung của phương pháp hấp thụ
Phương pháp hấp thụ là quá trình hòa tan chất khí vào trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau
Cơ chế gồm 3 bước:
Ưu điểm: quá trình vận hành đơn giản, hiệu suất xử lý cao đối với chất khí có khả năng hòa tan tốt, xử lý khí có nhiệt độ thấp và lưu lượng lớn, dung dịch hấp thụ dễ kiếm và rẻ (như nước), có thể kết hợp xử lý bụi và làm lạnh

3. Hệ thống xử lý khí amoniac trong khí thải nhà máy phân đạm

Quy trình công nghệ xử lý
Khí thải chứa NH3 từ các quá trình sản xuất sẽ đi vào các chụp hút nhờ lực hút của quạt. 
Sau đó, dòng khí thải đi về tháp hấp thụ số 1 và qua tháp hấp thụ số 2. 
Tháp hấp thụ sử dụng là tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền với dung dịch hấp thụ là nước.
Tháp hấp thụ dạng đĩa có ống chảy chuyền
Nguyên lý làm việc của tháp hấp thụ dạng đĩa có ống chảy chuyền: Dòng khí thải chứa NH3 sẽ đi vào thiết bị theo chiều từ dưới lên qua các lỗ trên bề mặt đĩa. Chất hấp thụ là nước đi vào thiết bị theo chiều từ trên xuống, chảy trên bề mặt đĩa. Ống chảy chuyền nhằm mục đích giữ 1 phần nhất định chất lỏng hấp thụ trên bề mặt đĩa để hiệu quả hấp thụ là lớn nhất
 Quá trình hấp thụ diễn ra trên bề mặt đĩa, NH3 tan vào trong nước và dòng khí đi ra từ đỉnh của thiết bị hấp thụ số 1 rồi vào luôn thiết bị hấp thụ số 2. Quá trình hấp thụ diễn ra tương tự ở thiết bị số 2. 
Khí trơ sẽ đi ra thiết bị số 2 và ra ngoài môi trường.
Dung dịch sau hấp thụ sẽ được tuần hoàn nhằm tận dụng xử lý và sau đó sẽ được dẫn về hệ thống xử lý nước thải (xử lý đạt QCVN 40:2011 -Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) trước khi thải ra môi trường.
Chú ý: Tùy từng lưu lượng mà điều chỉnh vận tốc dòng khí thải đi vào sao cho phù hợp, một số trường hợp có thể xảy ra như sau:
- Vận tốc dòng khí quá lớn, sẽ cuốn dòng chất hấp thụ theo khiến hiệu quả hấp thụ bị giảm
- Vận tốc dòng khí quá nhỏ, chất lỏng hấp thụ sẽ chảy xuống lỗ trên bề mặt đĩa và khí sẽ không đi lên làm quá trình hấp thụ bị giảm

Hệ thống xử lý khí hydro sulfua bằng dung dịch amoiac

Đặc điểm của khí H2S
Hydro sulfua (công thức hóa học: H2S) là hợp chất khí ở điều kiện nhiệt độ thường, có mùi trứng thối, rất độc.
Trong tự nhiên H2S có thể phát sinh từ các hiện tượng thiên nhiên như núi lửa phun trào nham thạch hay các quá trình phân hủy thực vật và động vật., trong khí núi lửa...
Nguồn ô nhiễm nhân tạo: khí H2S thường phát sinh từ khu chăn nuôi, ngành sản xuất hóa chất, luyện kim, sản xuất vật liệu xây dựng...

Phương pháp xử lý
Hiện nay, xử lý khí H2S thường được xử lý bởi phương pháp hấp thụ với dung môi là NH3, quá trình xử lý khá đơn giản. 
Với phản ứng xảy là là H2S + 2 NH3 = (NH4)2S
Sơ đồ công nghệ được thể hiện như hình sau:
Công nghệ xử lý gồm 2 thiết bị chính là tháp hấp thụ và tháp cất khí H2S. Tháp hấp thụ sử dụng là tháp chóp.
Thuyết minh công nghệ:
Dòng khí thải đi vào đáy tháp hấp thụ dạng chóp nhờ quạt. 
Đồng thời dòng NH3 dạng lỏng được bơm lên hệ thống phân phối phía gần đỉnh tháp. 
Quá trình hấp thụ xảy ra tại chóp như sau: Dung dịch NH3 được phân phối trên các đĩa, nằm trên địa 1 mực chất lỏng nhất định như hình và chảy xuống đĩa khác nhờ ống chảy chuyền, một phần chảy qua lỗ của các đĩa. Khí đi từ dưới lên qua các chóp và tiếp xúc với dung dịch NH3 trên đĩa và thực hiện quá trình hấp thụ.

Quá trình hấp thụ diễn ra trong tháp chóp
Quá trình hấp thụ kết thúc, khí trơ ra khỏi từ đỉnh tháp. Còn dung dịch thải sẽ đưa về thùng chứa, nhờ bơm đưa sang tháp cấp khí H2S. 
Tại tháp cất khí H2S thì hơi nước sẽ được đưa vào đáy tháp. Dung dịch sau hấp thụ cấp vào đỉnh tháp và một phần được trao đổi nhiệt đưa vào giữa tháp. Dung dịch sau cất khí được tuần hoàn lại cho tới khi đạt yêu cầu, Khí H2S đi ra từ đỉnh tháp và được thu hồi lại.
Lưu ý: Trong một số trường hợp thì hơi NH3 có lể bị cuốn theo dòng khí sạch đi ra ngoài. Trong trường hợp này nên có thể thiết kế thêm 1 vòi phun nước phía trên vòi phun nước (do khí NH3 rất dễ tan trong nước) để hòa tan lại khí NH3 và NH3 sẽ được loại bỏ.
Vận chuyển và lắp đặt tháp hấp thụ 

Tháp hấp thụ lắp đặt hoàn thiện