các phương pháp hấp thụ SO2 và NOX

CÁC PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
SO2 VÀ NOX
1
Nội dung
I.Các phương pháp hấp thụ SO2
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
2.Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi
3. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch NaOH
4. Hấp thụ SO2 bằng amoniac
5.Hấp thụ SO2 bằng MgO
6.Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxyt ZnO
7.Xử lý SO2 bằng chất hấp thụ hữu cơ
II.Các phương pháp hấp thụ NOx
1.Hấp thụ N0x bằng nước
2. Hấp thụ N0x bằng dung dịch amoni cacbonat
III.Tài liệu tham khảo

2
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
Tính chất của SO2 trong nước
•
Độ tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao ->
nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. Khí
SO2 bay hơi trở lại không khí khi nhiệt độ nước tăng.
•
Khi SO2 tan trong nước, phần lớn SO2 hoà vào nước ở dạng hidrat
hoá SO2.7H2O.
3
I.Các phương pháp hấp thụ SO2
Sơ đồ hấp thụ SO2 bằng nước
Gồm 2 giai đoạn:

•
Hấp thụ: phun nước vào
dòng khí hoặc cho khí đi
qua lớp vật liệu đệm rỗng
có tưới nước.
•
Giải thoát khí SO2 ra khỏi
chất hấp thụ để thu hồi
SO2 và nước sạch
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
4
•
Bảng: Lượng nước lý thuyết cần để hấp thụ 1 tấn khí SO2 trong khí thải đến giới
hạn bão hoà ứng với nhiệt độ & nồng độ ban đầu của SO2
•
Nếu phun nước lọc SO2 trong khói lò đốt nhiệt độ cao (180 ~ 200 OC) phải làm
nguội khí + nước phun ở nhiệt độ khoảng 25~30OC.
•
Sau quá trình, nhiệt độ nước tăng cao, gây nguy cơ dung dịch phun nhả khí SO2 đã
hấp thu được vào khí thải.
•
Muốn lấy lại khí SO2 phải tăng nhiệt độ của nước trong thiết bị thu hồi .
•
Ngưng tụ để thu được khí SO2 với độ đậm đặc ≈ 100% để dùng sản xuất H2SO4.
5
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
Ưu điểm
•
Rẻ tiền
•

Dễ tìm,
•
Hoàn nguyên được.
•
SO2 + H2O = H++ HSO3
Nhược điểm
•
Độ tan của khí SO2 trong nước quá
thấp nên phải dùng lượng nước lớn
& thiết bị hấp thụ phải có thể tích
lớn, cồng kềnh.
•
Tốn kém cho việc giải thoát SO2 và
tái sử dụng nước:
-
Để hấp thụ cần phải đun nóng một
lượng nước rất lớn.
-
Để tái sử dụng nước cho quá trình hấp
thụ phải làm nguội nước đến 10oC phải
có nguồn cấp lạnh.
Phương pháp áp dụng khi:
-
Nồng độ SO2 trong khí thải tương đối cao
-
Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ
-
Có sẵn nguồn nước lạnh
6
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước

Hấp thụ SO2 bằng nước kết hợp với quá trình oxi
hoá bằng chất xúc tác
Gồm 2 giai đoạn:
•
Giai đoạn 1: SO2 + O2 -> SO3
(xúc tác Vanadi)
-> Toả nhiệt & xảy ra càng mạnh ở
nhiệt độ càng thấp -> phải qua nhiều
tầng xúc tác, sau mỗi tầng đều được
làm nguội.
•
Giai đoạn 2: dùng nước tưới
trong tháp đệm có lớp vật liệu
rỗng để SO3 + H2O ->H2SO4.
Áp dụng
Khí thải giàu SO2: nồng độ có
thể đạt 2 ÷12%.
7
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
Sơ đồ hệ thống
2.Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi
-
Thành phần rắn : lỏng = 1 : 10
-
Kích thước hạt CaCO3 : 0,1mm
8
Các giai đoạn:
CaCO3+ SO2 = CaSO3 + CO2
CaO + SO2 = CaSO3
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4

•
Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ mỗi khí giảm.
•
Khi hấp thụ hóa học trong tháp chảy màng hay tháp đệm xuất
hiện đối lưu trên bề mặt: bề mặt phân chia pha sinh dòng đối lưu
cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối.
9
2. Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi
Tháp hấp thụ
•
Quá trình hấp thụ được thực hiện trong nhiều tháp khác nhau : tháp đệm, tháp chảy
màng, tháp đĩa, tháp phun, tháp sủi bọt và tháp tầng sôi
•
Tháp hấp thụ yêu cầu: hiệu quả & cho khí đi qua, trở lực thấp (< 3.000 Pa), kết cấu
đơn giản & vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, ít tắc nghẽn bởi cặn.
•
Tháp đệm dùng khi năng suất nhỏ, MT ăn mòn, lỏng/khí lớn, khí không có bụi &
không tạo cặn.
•
Tháp đĩa cho vận tốc khí lớn (giảm đường kính) dùng khi năng suất lớn, lưu lượng
lỏng nhỏ & MT không ăn mòn. Phổ biến: tháp đĩa & tháp đĩa lỗ.
•
Tháp phun (phun = cơ học or áp suất) dùng khi trở lực bé & khí chứa hạt rắn.
10
2. Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi
Hiệu quả
•
Hiệu quả đạt 98% & phụ thuộc vào vận tốc khí + pH của dung dịch sữa vôi
tưới lên lớp đệm.
•

Vôi được sử dụng hoàn toàn, cặn bùn thải ra sử dụng làm chất kết dính
trong xây dựng.
•
Nguyên liệu là đá vôi or vôi nung. Đá vôi rẻ hơn nhưng hiệu quả kém hơn
so với vôi nung.
Ưu điểm
•
Quy trình công nghệ đơn giản
•
Chi phí hoạt động thấp
•
Chất hấp thụ dễ tìm và rẻ
•
Xử lý khí mà không cần làm
nguội và xử lý bụi sơ bộ.
•
Hiệu quả xử lý cao.
Nhược điểm
•
Đóng cặn ở thiết bị do CaSO4
và CaSO3, gây tắc đường ống
và ăn mòn.
11
2. Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi
3. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch NaOH
Sơ đồ hệ thống
12
•
Dung dịch xút 0,5~ 1% vs hệ số phun μ ≈ 3kg/kg -> Hạ được nồng độ
SO2 trong khí thải lò đốt dầu F.O khoảng 85 ~ 90%.

NaOH + SO2 =NaHSO3
NaOH + NaHSO3 = Na2SO3 +H2O
•
Phản ứng phụ của xút với CO2:
NaOH + H2CO3 = NaHCO3 + H2O
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 +CO2
NaHCO3 + SO2 = NaHSO3 + CO2
Na2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3
13
3. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch NaOH
Ưu điểm
•
Dung dịch này tránh được nhược
điểm của dùng vôi là ít bị nghẹt
hệ thống phun dung dịch và chỉ
hấp thu SO2.
Nhược điểm
•
Tiêu tốn nhiều xút
•
Đòi hỏi khí thải phải được làm
nguội trước khi xử lý
•
Thực tế nước thải đã không được
xử lý khi thải bỏ
•
Hệ thống này cần làm bằng vật
liệu chịu được môi trường kiềm
cao như INOX; COMPOSITE

•
Giá thành hệ thống rất cao
14
3. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch NaOH
4. Hấp thụ SO2 bằng amoniac
Quá trình
•
SO2+ 2NH3+ H2O = (NH4)2SO3
(NH4)2SO3 + SO2+ H2O = 2NH4HSO3
•
2NH4HSO3 = (NH4)2SO3 + SO2↑+ H2O
•
2NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O
•
(NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3
•
(NH4)2S2O3 + 2NH4HSO3= 2(NH4)2SO4 + 2S + H2O
15
16
4. Hấp thụ khí SO2 bằng Amoniac
Ưu điểm
•
Hiệu quả rất cao,
•
Chất hấp thụ dễ kiếm
•
Thu được muối amoni
sunfit và amoni bisunfit là
các sản phẩm cần thiết.
Nhược điểm

•
Rất tốn kém,
•
Chi phí đầu tư và vận hành
rất cao.
17
4. Hấp thụ khí SO2 bằng Amoniac
Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp
18
4. Hấp thụ khí SO2 bằng Amoniac
Xử lý SO2 bằng amoniac và vôi
•
Hiệu quả đạt 95%, nồng độ NH3
theo khí sạch thóat ra 0.001%.
•
Ưu điểm so với amoniac đơn
thuần:
-
Tốn ít amoniac
-
Dùng để khử SO2 trong khí thải
có nhiều bụi, nhiệt độ cao.
-
Hệ thống có thể làm việc với lưu
lượng khói thải rất lớn.
•
Nhược điểm: phế thải nhiều.
19
4. Hấp thụ khí SO2 bằng Amoniac
5.Hấp thụ SO2 bằng MgO

•
Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:
MgO + SO2 = MgSO3
MgO + H2O = Mg(OH)2
MgSO3 + SO2+ H2O=Mg(HSO3)2
Mg(OH)2+ Mg(HSO3)2=2 MgSO3↓+2 H2O
•
Độ tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng
MgSO3.6 H2O và MgSO3.3 H2O rơi xuống thành cặn lắng.
20
•
Tỉ lệ rắn/ lỏng trong huyền phù là 1:10; độ pH đầu vào 6,8-7,5; đầu ra là 5,5-6,0.
Sunfat magiê tạo ra do oxit hóa sunfit magiê:
MgSO3 + O2=MgSO4
MgSO4 cản trở tái sinh MgO (nhiệt độ phân hủy MgSO4 là 1.200-11.300oC) -> hạn
chế MgSO4: giảm thời gian tiếp xúc giữa pha khí và lỏng or dùng chất giảm tính oxi
hóa.
•
Tái sinh Magiê được thực hiện trong lò nung ở to = 900oC và cho thêm than cốc, khí
SO2 thoát ra là 7-15%.
•
Khí được làm nguội , tách bụi và sương mù axit sunfuric rồi đưa đi sản suất axit
sunfuaric.
21
5. Hấp thụ khí SO2 bằng MgO
Ưu điểm
•
Có thể làm sạch khí nóng
mà không cần làm lạnh sơ
bộ, thu

•
được axit sunfuric như là
sản phẩm của sự thu hồi,
hiệu quả xử lý cao,
•
MgO dễ kiếm và rẻ.
Nhược điểm
•
Quy trình công nghệ phức
tạp, vận hành khó, chi phí
cao,
•
Tổn hao MgO khá nhiều
22
5. Hấp thụ khí SO2 bằng MgO
Có thể xử lí theo các phương pháp:
–
Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình
–
Magiê oxit không kết tinh
–
Magiê sủi bọt
–
Magiê oxit kết hợp với potos ( kali cacbonat )
23
5. Hấp thụ khí SO2 bằng MgO
Phương pháp magie oxyt “kết tinh” theo chu trình
24
5. Hấp thụ khí SO2 bằng MgO
Phương pháp Magie oxyt không kết tinh

25
5. Hấp thụ khí SO2 bằng MgO