BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP- CÔNG NGHỆ SỬ LÝ KHÍ CO2

1

I. Các thông số cơ bản

1.Tính chất hóa lý SO
2
:

SO
2
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 hoà tan
trong nước tạo thành dung dịch sunfurơ và tồn tại ở 2 dạng : chủ yếu là SO
2
.nH
2
O
và phần nhỏ là H
2
SO
3
.
SO
2
có nhiệt độ nóng chảy ở – 75
0
C và nhiệt độ sôi ở – 10
0
C . Nguyên tử

S trong phân tử SO
2
có cặp electron hóa trị tự do linh động và ở trạng thái oxy
hóa trung gian (+4) nên SO
2
có thể tham gia phản ứng theo nhiều kiểu khác nhau:
- Cộng không thay đổi số ôxy hóa :
SO
2
+ H
2
O
=
H
2
SO
3

-Thực hiện phản ứng khử :

SO
2
+ 2CO
500

o
C

2CO
2

+ S



-Thực hiện phản ứng oxy hóa :
SO
2
+ O
2
= SO
3

SO
2
+ Cl
2
+ H
2
O = H
2
SO
4
+ HCl

Trong môi trường không khí , SO
2
dễ bị ôxy hóa và biến thành SO
3
trong
khí quyển . SO

3
tác dụng với H
2
O trong môi trường ẩm và biến thành acid hoặc
muối sunfat . Chúng sẽ nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống gây ô nhiểm
môi trường đất và môi trường nước .
2.Tác hại của khí SO
2


SO
2
trong khí thải công nghiệp là một thành phần gây ô nhiểm không
khí. Nồng độ cho phép khí SO
2
có trong môi trường xung quanh chúng ta là rất
nhỏ(<300mg/m
3
). 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 . . . .
Nếu hít phải SO
2
với nồng độ cao có thể gây tử vong.
- Đối với vật liệu và công trình xây dựng :

2

+ Khí SO
2
có khả năng biến thành acid sunfuric, là chất phản ứng mạnh.
Do đó chúng làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng 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 hóa học và điện hóa .
- Đối với thực vật :
+ Khí SO
2
xâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước để tạo thành
acid sunfurơ gây tổn thương màng tế bào và làm giảm khả năng quang hợp của cây .
Cây chậm lớn , vàng úa và chết .
+ Khí SO
2
làm cây cối chậm lớn, nhiều bệnh tật, chất lượng giảm hiệu
quả thu hoạch kém .
Mưa acid : khí SO
2
trong khí quyển khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động
của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển thành SO
3
nhờ O
2
có trong không khí. Khi
gặp H
2
O, SO

3
kết hợp với nước tạo thành H
2
SO
4
. 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 H
2
SO
4
có trong nước mưa
với nồng độ cao sẽ làm bỏng da người hay làm mục nát áo quần
3


CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ
S
O
2

SO
2

là loại chất ô nhiễm biến nhất trong sản xuất công nghiệp cũng như
trong sinh hoạt của con người. Nguồn phát thải SO
2

chủ yếu là từ các trung tâm
nhiệt điện, các loại lò nung, lò hơi khi đốt nhiên liệu than, dầu khí đốt có chứa S
hay các hợp chất chứa S. Ngoài ra một số công đoạn sản xuất trong công nghiệp
hoá chất, luyện kim cũng thải vào khí quyển lượng khí SO
2

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 S trong nhiên liệu trung bình chiếm 1% thì lượng khí SO
2

thải
vào khí quyển là 60 triệu tấn/năm.
Vấn đề ô nhiễm khí quyển bởi khí SO
2

từ lâu đã trở thành mối hiểm hoạ của
nhiều nước. Công nghệ xử lý SO
2

trong công nghiệp đã đuợc phát tiển từ rất
lâu. Ngoài tác dụng làm sạch khí quyển, bảo vệ môi trường, còn có ý nghĩa
kinh tế là thu hồi SO
2

là nguồn cung cấp nhiên liệu cho sản xuất H
2
SO
4

và lưu
huỳnh nguyên chất.
1. Hấp thụ khí SO
2

bằng
nư
ớ
c
Quá trình xử lý SO
2

bằng nước diễn ra theo phản ứng sau:
SO
2

+ H
2
O ↔ H
+
+ HSO
3
-

Sơ đồ hệ thống hấp thụ khí SO
2

bao gồm 2 giai đoạn sau:
•
Hấp thụ khí SO

2

bằng cách phun nước vào dòng khí hoặc cho khí SO
2
đi qua lớp
vật liệu đệm có tưới nước.
•
Giải thoát khí SO
2

ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO
2

và nước sạch.
Mức độ hòa tan của khí SO
2

trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao và
ngược lại để giải thoát khí SO
2

ra khỏi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Ở
100
o
C thì SO
2

bốc ra hoàn toàn và trong khí thoát ra có lẫn hơi nước. Bằng
phương pháp ngưng tụ người ta thu hồi được khí SO
2

với độ đậm đặc gần
100% để sản xuất acid sunfuric.
Để giải hấp thụ cần phải đun nóng một lượng nước rất lớn, đó là một khó khăn.
Ngoài ra, để sử dụng lại nước cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nước
xuống gần 10
o
C, tức phải cần đến nguồn cấp lạnh. Đó cũng là vấn đề không
đơn giản và tốn kém. Vì vậy, phương pháp này chỉ nên áp dụng khi:
-Nồng độ SO
2

trong khí thải tương đối cao
4


-Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ
-Có sẵn nguồn nước lạnh
Trong trường hợp khí thải giàu SO
2

như trong công đoạn nấu quặng sunfua
kim loại của công nghiệp luyện kim màu, nồng độ SO
2

trong khí thải có thể đạt 2-
12%, người ta có thể xử lý khí SO
2

bằng nước kết hợp với nước tạo thành acid

sunfuric.
Quá trình cũng được thực hiện thành 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất khí SO
2

kết
hợp với oxy nhờ sự có mặt của chất xúc tác Vanadi để biến thành anhiđrit sunfuric
và giai đoạn thứ hai là dùng nước tưới trong lớp vật liệu đệm để anhiđrit
sunfuric kết hợp với nước tạo thành acid H
2
SO
4
.
SO
2

+ O
2
= SO
3

SO
3

+ H
2
O H
2
SO
4

Trong giai đoạn thứ nhất, phản ứng oxy hoá khí SO
2

có toả nhiệt và phản ứng
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.


Hình 1 Sơ đồ hấp thụ khí SO
2
bằng
nước
1- Tháp hấp thụ 2- Tháp nhả hấp thụ khí SO
2

3- Thiết bị ngưng tụ 4,5- Thiết bị trao đổi nhiệt 6-Bơm
5

2. Xử lý SO
2

bằng đá vôi (CaCO
3
) hoặc vôi nung (
C
a
O
)
Xử lý SO
2

bằng vôi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong
công nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.
Các phản ứng:
CaCO
3

+ SO
2

= CaSO
3

+ CO
2

CaO + SO
2

= CaSO
3

2CaSO
3

+ O
2

= 2CaSO
4

Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ 1, trong đó xảy ra
quá trình hấp thụ khí SO
2

bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật
liệu rỗng. Nước chứa acid chảy ra từ scrubơ có chứa nhiều sunfit và
canxisunfat dưới dạng tinh thể CaSO
3
.0,5H
2
O, CaSO
4
.2H
2
O và một ít tro bụi
còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể nói trên bằng bộ phận
tách tinh thể 2. Thiết bị 2 là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại một thời
gian đủ để hình thành các tinh thể sunfit và sunfat canxi. Sau bộ phận tách tinh thể
2, dung dịch một phần đi vào tưới cho scurbơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân
không 3, ở đó các tinh thể được giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra
ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột rồi cho vào thùng 6 để pha
trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 cùng với lượng
nước bổ sung để hình thành dung dịch sữa vôi mới.
Cặn bùn từ hệ thống xử lý thải ra có thể sử dụng làm chất kết dính trong
xây dựng khi chuyển sunfit thành sunfat trong lò nung

Hình 2 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

bằng CaCO
3
,
CaO.

1- Tháp hấp thụ 2- Bộ phận tách tinh thể 3- Bộ lọc chân không 4,5- Bơm , 6- Thùng
trộn sữa vôi
6

3. Xử lý SO
2

bằng
a
m
o
n
i
a
c
Amoniac và khí SO
2

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 SO
2

và H
2

O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau:
SO
2

+ 2NH
3

+ H
2
O = (NH
4
)
2
SO
3

(NH
4
)
2
SO
3

+ SO
2

+ H
2
O = 2NH
4

HSO
3

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 SO
2
. Amoni
sunfit này lại có thể sử dụng tiếp để khử SO
2

2NH
4
HSO
3

(NH
4
)
2
SO
3
+SO
2
↑+H
2
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:
2NH
4
HSO

3

+ (NH
4
)
2
SO
3

= 2(NH
4
)
2
SO
4

+ S + H
2
O
Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình lại tác
dụng với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat:
(NH
4
)
2
SO
3

+ S = (NH
4

)
2
S
2
O
3

Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo ra lưu huỳnh đơn chất
nhiều gấp 2 lần
(NH
4
)
2
S
2
O
3

+ 2NH
4
HSO
3

= 2(NH
4
)
2
SO
4

+ 2S + H
2
O
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.
Hệ thống xử lý SO
2

bằng amoniac theo chu
t
r
ì
nh

Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

bằng amoniac theo chu trình được thể hiện ở hình 3.
Khói thải từ lò sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ 1 và được tưới nước
tuần hoàn. Khói được làm nguội đến 30
o
C, còn bụi cặn được thải ra ngoài. Trong
nước tuần hoàn dùng cho quá trình làm nguội khói trong scrubơ 1 có chứa bụi,
SO
2

và H
2
SO

4
. Lượng khí SO
2

khử được trong scrubơ 1 chiếm khoảng 10%
lượng SO
2

chung trong khói thải khi nồng độ ban đầu của SO
2

trong khói là 0,3%.
Nhiệt độ cuối của nước đạt gần 50
o
C. Để nước tuần hoàn được trong hệ thống nó
7

phải được làm nguội xuống khoảng 27
o
C trong thiết bị làm nguội (thiết bị trao đổi
nhiệt) số 2. Thiết bị 2 có thể là tháp làm mát, lúc đó không khí đi qua tháp phải được
thải ở độ cao thích hợp để đề phòng sự lan tỏa khí SO
2

từ nước thoát ra trong quá trình
làm nguội nước. Để ngăn chặn sự tích tụ bụi quá mức trong nước tuần hoàn cần phải
có bể lắng, một bộ phận nước sau khi lắng cặn sẽ thải ra ngoài sau khi trung hòa axit
và nước sạch được bổ sung vào. Từ scrubơ 1 khí đã được làm nguội đi vào tháp hấp
thụ số 3, tại đó quá trình hấp thụ SO
2

được thực hiện trên nhiều tầng, mỗi tầng hấp
thụ được tưới dung dịch theo chu trình kín, trong khi đó một phần dung dịch từ tầng
trên được đưa xuống tưới một cách liên tục cho tầng dưới. Tầng hấp thụ trên cùng được
tưới bằng nước sạch với mục đích ngăn cản sự thất thoát khí NH
3

đi theo khói thải ra
ngoài. Dung dịch đã hoàn nguyên được cấp vào tầng hấp thụ kề với tầng trên cùng.

Hình 3 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

bằng
amoniac

1.Tháp hấp thụ, 2,4.TB làm nguội, 3.tháp hấp thụ nhiều tầng, 5.hoàn nguyên, 6.tháp
bốc hơi, 7.thùng kết tinh, 8.máy vắt khô ly tâm, 9.nồi trưng áp.
Dung dịch đi ra ở tầng hấp thụ dưới cùng có chứa nhiều amoni bisunfit (NH
4
)
2
SO
3

được trích một phần để đưa vào tháp hoàn nguyên 5, trong đó được cấp nhiệt bằng
hơi nước bão hòa khô (đi trong dàn ống xoắn) để đun nóng dung dịch. Ở đây xảy
ra phản ứng
2NH
4

HSO
3

(NH
4
)
2
SO
3

+ SO
2

↑+ H
2
O
Nung nóng
Khí SO
2

thoát ra từ tháp hoàn nguyên 5 đạt nồng độ khoảng 94-97% và được
sử dụng để điều chế acid sunfuric. Dung dịch sau khi hoàn nguyên xong (chứa amoni
sunfit) được làm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt 4 và đưa vào chu trình tưới.
Như vậy dung dịch hấp thụ được tuần hoàn theo chu trình kín và do đó người ta gọi
8

là phương pháp theo chu trình. Một lượng amoniac NH
3

được bổ sung vào chu trình

tưới để bù lại lượng NH
3

đã tiêu hao để tạo thành amoni sunfit theo phản ứng
2NH
4
HSO
3

+ (NH
4
)
2
SO
3

= 2(NH
4
)
2
SO
4

+ S + H
2
O
Để tách amoni sunfat hình thành trong quá trình hấp thụ ra khỏi dung dịch, một
phần dung dịch sau khi hoàn nguyên được đưa sang thiết bị 6, tại đây người ta cấp
nhiệt cho nước bốc hơi, phần còn lại được làm nguội và kết tinh trong thùng 7.
Các tinh thể sunfat được vắt khô trong máy quay ly tâm 8 còn phần dung dịch thì

quay về chu trình tưới.
Ngoài amoni sunfat, trong dd ra khỏi tháp hấp thụ 3 còn có thể có thiosunfat.
Do đó một phần dd ra khỏi tháp hấp thụ 3 được đưa sang xử lý ở nồi chưng áp 9. Ở
đây dưới áp suất và nhiệt độ =140
o
C sunfit, bisunfit và thiosunfat amoni phân hủy
thành amonisunfat và lưu hùynh đơn chất theo phản ứng
(NH
4
)
2
S
2
O
3

+ 2NH
4
HSO
3
= 2(NH
4
)
2
SO
4

+ 2S + H
2
O

Dung dịch amoni sunfat được tách khỏi lưu hùynh bằng phương pháp lắng và
đi vào tháp bốc hơi 6, còn lưu hùynh đơn chất được đổ ra khuôn.
4.Xử lý SO
2
bằng amoniac có chưng
á
p


Hình 4 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

bằng amoniac có chưng
áp

Khí thải sau khi được lọc sạch bụi đi vào tháp hấp thụ 1, ở đó dung dịch hấp
thụ được tưới theo chu trình tuần hòan. Nồng độ muối amoni trong dd hấp thụ đạt
khỏang 45%. Người ta bổ sung vào dd tưới một lượng dd nước – amoniac đậm đặc
(30%). Một phần dd tưới tương đương với lượng dd mới bổ sung vào luôn luôn được
tách ra sau tháp hấp thụ để đưa vào bộ lọc ép 2, sau đó đi vào thung chưng áp 3. Ở đây
người ta cho một lượng nhỏ axit sunfuric vào dd và đun nóng đến nhiệt độ 180
o
C với
9

áp suất dư 14 atm. Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất nêu trên quá trình oxy hóa tự
động xảy ra để tạo thành amoni sunfat và lưu hùynh đơn chất. Sau khi hòan thành phản
ứng oxyhóa, các chất trong thùng chưng áp nguội dần, áp suất dư giảm xuống đến
3.5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra đổ thành khuôn. Phần dd nổi
bên trên được đưa sang thiết bị bốc hơi chân không 4 rồi đi qua máy lọc ly tâm 5 để

tách amoni sunfat. Đặc điểm của phương pháp xử lý SO
2

bằng amoni có chưng áp
là sản ph
N
m cuối cùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat.
5.Xử lý SO
2

bằng amoniac và vôi
Phương pháp này được một số hãng công nghiệp của Pháp nghiên cứu và áp
dụng tại trung tâm công nghiệp Saint Ouen gần thủ đô Pari của Pháp.
Hỗn hợp hơi nước và amoniac được phun trực tiếp vào khói thải trên đường
ống dẫn vào hệ thống hai scrubơ lắp nối tiếp 1 và 2. Khí SO
2

trong khói thải kết
hợp với amoniac tạo thành sunfit và bisunfit amoni. Trong scrubơ 1 phần lớn tro bụi
và các sản phẩm sunfit, bisunfit được lọai ra khỏi dòng khí và theo dung dịch tưới
chảy xuống thùng chứa 7. Tại đây nhiệt độ khí cũng hạ xuống còn khỏang 60
o
C.
Tiếp theo khí đi vào scrubơ 2 và các sản ph
N
m tạo thành từ SO
2

và amoniac còn sót
lại tiếp tục bị tách ra khỏi dòng khí và theo dung dịch chảy xuống thùng chứa 8. Một

phần dung dịch tưới từ scrubơ 2 chảy xuống thùng chứa 8 được đưa sang tưới cho
scrubơ 1 và một lượng dung dịch mới được bổ sung vào thùng 8.

Hình 5 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

bằng amoniac và
vôi

1,2.tháp hấp thụ, 3.thùng phản ứng, 4.làm nguội, 5.máy lọc ly tâm,
. 6.thùng pha chế sữa vôi, 7,8.thùng chứa dung dịch tưới
Dung dịch đã bão hòa ở thùng chứa 7 được đưa sang thùng phản ứng 3, tại đó sữa vôi và
10

hơi nước được cấp vào để kết hợp với sunfit và bisunfit amoni tạo thành sunfit và sunnfat
canxi theo các phản ứng sau:
(NH
4
)
2
SO
4

+ Ca(OH)
2

= CaSO
4

+ 2NH

3

+ 2H
2
O
NH
4
HSO
3

+ Ca(OH)
2

= CaSO
3

+NH
3

+ 2H
2
O
(NH
4
)
2
SO
3

+ Ca(OH)

2

= CaSO
3

+ 2NH
3

+ 2H
2
O
Amoniac và hơi nước bốc lên từ thùng phản ứng 3 được hút và phun vào
đường ống dẫn khói thải, còn bùn nhão lắng ở đáy được đưa sang làm nguội trong
thiệt bị trao đổi nhiệt 4, sau đó cặn được tách ra ở máy lọc ly tâm 5 không chứa
canxi bisunfit có tính chất hòa tan nên có thể lọai bỏ hoặc được sử dụng như vật liệu
san lấp, làm nền đường…
Hiệu quả khử SO
2

của phương pháp amoniac – vôi có thể đạt 95%, nồng độ
NH
3

theo khí sạch thóat ra khỏang 0.001%.
Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp amoniac đơn thuần là rất ít
tốn amoniac và có thể áp dụng để khử SO
2

trong khói thải có chứa nhiều bụi và ở nhiệt
độ cao. Hệ thống có thể làm việc với lưu lượng khói thải rất lớn.

Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là lượng phế thải nhiều.
6.Xử lý SO
2

bằng các chất hấp thụ hữu c
ơ

Quá trình xử lý khí SO
2

trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp
dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO
2

được phổ biến
là các amin thơm như anilin C
6
H
5
NH
2
, toluiđin CH
3
C
6
H
4
NH
2
, xyliđin

(CH
3
)
2
C
6
H
3
NH
2

và đimetyl-anilin C
6
H
5
N(CH
3
)
2

Thực tế cho thấy dung dịch xyliđin trong nước có nhiều ưu điểm khi sử dụng
để khử SO
2

trong khói thải với nồng độ thấp, còn khi nồng độ SO
2

trong khói thải
tương đối cao (trên 2%) thì đimetyl-anilin có ưu thế hơn.
7.Quá

trình
s
un
fi
d
i
n

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 khí SO
2

trong khói
thải của lò thổi luyện đồng. Nồng độ khí SO
2

trong khói thải dao động trong phạm
vi 0,5-8%, trung bình là 3,6%. Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và
nước tỷ lệ = 1:1
Khí thải sơ bộ được làm nguội và lọc sạch bụi trong thiết bị lọc bằng điện, sau
đó cho qua các tháp hấp thụ 2 và 3 đặt nối tiếp nhau. Các tháp hấp thụ được tưới
11

hỗn hợp xyliđin-nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung
dịch hấp thụ. Trong quá trình hấp thụ SO
2

bằng xiliđin có tỏa ra một lượng nhiệt
đáng kể, do đó cần làm nguội bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1. Khí sạch đi ra khỏi
tháp hấp thụ có chứa hơi xyliđin cần cho qua srcubơ 4 để thu hồi xyliđin bằng acid

sunfuric loãng.
Dung dịch hấp thụ đã bão hòa từ tháp hấp thụ đầu tiên (số 2) đi ra với nồng độ
SO
2

130-180g/l được đưa vào tháp bốc hơi 5. Nhiệt độ ở phần dưới của tháp bốc
hơi được giữ ở mức 45-100
o
C bằng chất mang nhiệt là hơi nước đi bên trong ống
xoắn. Các loại khí, hơi (gồm SO
2
, xyliđin và hơi nước) bốc lên trong tháp bốc hơi
được ngưng tụ ở thiết bị trao đổi nhiệt 1 rồi đi tiếp vàp srcubơ 7 tưới bằng nước để
làm giảm nồng độ xyliđin trong khí SO
2
. Từ đây khí SO
2

được sử dụng cho các
công đoạn chế biến acid sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất. Dung dịch loãng xyliđin
– SO
2

cùng với nước ngưng từ thiết bị ngưng tụ 1 lại quay lên tưới vào tháp bốc hơi
5. Dung dịch hấp thụ đã được hoàn nguyên ở phần dưới của tháp bốc hơi chảy vào bể
lắng 6, ở đó nước thừa được thải đi và hỗn hợp xyliđin-nước theo tỷ lệ thích hợp
được bơm qua thiết bị làm nguội rồi tưới cho tháp hấp thụ số 3.

Hình 6 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2

theo quá
trình
s
un
fi
đ
i
n

1.Thiết bị trao đổi nhiệt (làm nguội), 2.3. Tháp hấp thụ, 7. Scrubơ,
5. Tháp bốc hơi, 6. Bể lắng
Trong quá trình hấp thụ, một phần sunfit xyliđin bị oxy hóa. Để hạn chế sự tích
tụ sunfat xyliđin trong dung dịch hấp thụ, người ta cho natri cacbonat
(Na
2
CO
3
) vào dung dịch tưới ở tháp hấp thụ 3. Natri cacbonat tác dụng với sunfat
12

xyliđin tạo thành natri sunfat (Na
2
SO
4
) và cacbonic. Khí CO
2

cùng với khí thải đã
được khử SO

2

thoát ra khí quyển, còn natri sunfat tương ứng với lượng natri
cacbonat đã sử dụng sẽ được thải ra ngoài ở bể lắng 6 dưới dạng dung dịch trong
nước thải.
8.Xử lý SO
2

bằng các chất hấp phụ thể
r
ắ
n

Các quá trình xử lý SO
2

bằng các chất hấp thụ theo phương pháp ướt có nhược
điểm là nhiệt độ của khí thải bị hạ thấp, độ ẩm lại tăng cao gây hoen rỉ các loại máy
móc, hệ thống cồng kềnh và chi phí đầu tư lớn. Với những lý do trên thì xử lý khí
thải bằng phương pháp khô rất có triển vọng, đặc biệt trong công nghiệp năng lượng và
luyện kim màu.
Kinh phí đầu tư cho việc xây dựng lắp đặt hệ thống xử lý khí thải theo phương
pháp khô thấp hơn so với phương pháp ướt, còn chi phí sử dụng vận hành thì theo
phương pháp khô đôi lúc lại cao hơn so với phương pháp ướt.
Do nhu cầu hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và làm sạch khí thải khỏi bụi của vật
liệu hấp phụ, vấn đề kết hợp giữa quá trình khô và ướt ngày càng trở nên thiết thực.
9.Hấp phụ khí SO
2

bằng than hoạt

t
í
nh

Trước đây người ta cho rằng xử lý khí SO
2

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 luyện kim và sản xuất acid sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể.
Sử dụng than hoạt tính để hấp phụ khí SO
2

có sơ đồ hệ thống đơn giản có thể
áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO
2

một cách liên tục hay
gián đoạn. Ngoài ra, hệ thống xử lý cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ
cao, trên 100
o
C.
Nhược điểm của phương pháp này tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể
là tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc là sản phẩm thu hồi được – khí SO
2

có nồng
độ thấp, có lẫn nhiều acid sunfuric và tận dụng kho khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng
được.

13

Hình 7 Sơ đồ hệ thống xử lý
SO
2
bằng PP hấp
phụ than hoạt
tính.

1.phễu chứa vật liệu hấp phụ.
2.TB định lượng. 3.Tháp hấp phụ nhiều tầng.
4.Xiclon 5.Bunke 6.Tháp giải hấp phụ 7.TB cấp
nhiệt 8.Quạt 9.Máy sàng




Theo sơ đồ trên, khói thải đi vào tháp hấp phụ 3 gồm nhiều tầng, khí SO
2

bị
giữ lại trong lớp than hoạt tính của các tầng hấp phụ, sau đó khí đi qua xiclon 4 để lọc
sạch tro, bụi trước khi thải ra khí quyển.
Than hoạt tính sau khi được hoàn nguyên cùng với một lượng than mới bổ
sung được chuyển lên phễu chứa 1 để cấp vào tháp hấp phụ qua một bộ phận khống
chế liều lượng 2. Than rơi từ tầng trên xuống tầng dưới của tháp nhờ hệ thống cào -
đảo. Sau khi bão hòa khí SO

2
, than hoạt tính từ tầng dưới cùng của tháp chảy xuống
bunke 5 để đi vào thiết bị giải hấp phụ (hoàn nguyên) 6. Tại đây một lượng nhiệt
được cấp từ bên ngoài để nâng nhiệt độ của than lên 400- 450
o
C nhờ thiết bị cấp nhiệt
7 và quạt 8. Để thúc đẩy quá trình hoàn nguyên người ta còn thổi khí trơ nóng
hoặc hơi nước vào thiết bị hoàn nguyên. Khí SO
2

thoát ra từ quá trình hoàn nguyên
có nồng độ 40-50% và đạt khoảng 96- 97% lượng khí SO
2

có trong khói thải trước
khi đi vào hệ thống lọc.
Sau khi hoàn nguyên, than hoạt tính được sàng chọn lại qua máy sàng 9 để loại
bỏ phần than quá vụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên phễu 1.
10. Xử lý khí SO
2

bằng than hoạt tính có tưới nước – quá
trình
L
U
RG
I

Xử lý khí SO
2

bằng than hoạt tính có tưới để thu acid sunfuric do công ty Lurgi
của Đức ngiên cứu áp dụng. Theo phương pháp này, khí thải được làm cho bão hòa hơi
nước ở nhiệt độ dưới 100
o
C đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết
bị hấp phụ 3. Khí SO
2

được giữ lại trong lớp than hoạt tính và oxy hóa thành SO
3

nhờ có oxy trong khí thải. Tiếp theo SO
3

kết hợp với H
2
O
14

biến thành acid sunfuric và theo nước chảy vào thùng chứa 4. Acid sunfuric trong
thùng 4 với nồng độ 20-25% được trích một phần để làm nguội và làm
N
m khí thải
cần xử lý. Quá trình này được thực hiện trong một scrubơ Venturi 1, trong đó acid
loãng được dòng khí chuyển động rối với vận tốc lớn xé nhỏ thành giọt mịn, nhiệt độ
của khí giảm xuống nhờ có nước bốc hơi, còn acid loãng thì trở nên đậm đặc hơn.
Sau srcubơ Venturi, tro bụi và acid được tách ra khỏi dòng khí trong xiclon 2 và chảy
xuống bể chứa 4, còn khí đi tiếp 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 để hoạt động, cái này theo chu kỳ hấp phụ, cái kia theo chu kỳ hoàn nguyên.
Việc sử dụng acid thu được từ quá trình phụ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn tro bụi và
độ đậm đặc của nó khi xử lý khí thải đã được lọc sạch bụi, nồng độ acid thu được có
thể đạt 65-70%. Acid bị nhiễm bẩn nặng có thể được phân giải theo các phương
pháp thông dụng để thu khí SO
2

dùng vào việc điều chế acid sunfuric sạch hoặc lưu
huỳnh đơn chất.
Hệ thống thử nghiệm ban đầu với lưu lượng khói thải 1000-1500m
3
/h. Nồng độ ban
đầu của SO
2

trong khói khi đốt nhiên liệu mazút là 0,1-0,15%. Hiệu quả khử SO
2

đạt 98-99%. Chất hấp phụ làm việc trong hơn 3 năm liên tục mà hoạt tính không bị
giảm sút.

Hình 8 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO
2

bằng than hoạt tính có tưới
nước
(quá trình
LURGI)

1.Scrubơ venturi - 2.Xiclon - 3.Tb hấp phụ - 4.bể chứa axit sunfuric - 5.Bơm - 6.Than

hoạt tính.
11.Xử lý SO
2

bằng nhôm oxit kiềm
h
ó
a

Quá trính xử lý SO
2

bằng nhôm oxit kiềm hóa được dưa trên tính chất hấp phụ
15

của hỗn hợp Al
2
O
3

và Na
2
O với thành phần natri oxit chiếm 20% khối lượng của
hỗn hợp. Trong quá trình hấp phụ, khí SO
2

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 600-650
o

C.
Khói thải sau khi được sơ bộ lọc sạch bụi trong xiclon 1 đi vào tháp hấp phụ 2
theo chiều từ dưới lên trên.Chất hấp phụ dạng hạt được cấp vào từ đỉnh tháp và rơi tự
do xuống dưới. Trong quá trình rơi trong dòng khí chuyển động ngược chiều, chất hấp
phụ khử khí SO
2

trong khói thải. Bụi và các hạt chất hấp phụ có kích thước bé bị dòng
khí mang theo sẽ được tách ra trong xiclon 3 và khí sạch được thải ra khí quyển.
Một phần chất hấp phụ sau khi ra khỏi tháp 2 được tuần hoàn trở lại cho đến
khi đạt mức bão hòa nhất định, phần còn lại qua bộ phận khống chế liều lượng 5 để đi
qua thiết bị hoàn nguyên 6. Sau khi hoàn nguyên sẽ được làm nguội tại buồng làm
nguội 7 và được cấp vào phễu nạp 4 cùng với một lượng chất hấp phụ mới bổ sung
để lặp lại chu trình làm việc.

Hình 9 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO
2

bằng nhôm oxít kiềm
hóa

1,3.xiclon 2.Tháp hấp thụ 4.phếu nạp than 5.Tb định lượng
6.Tb giải hấp phụ 7.buồng làm nguội 8.bề mặt trao đổi nhiệt
Lượng chất hấp phụ lưu thông trong hệ thống khoảng 48-50kg cho 1000m
3

khí thải cần
xử lý với nồng độ ban đầu của SO
2

là 0,3%. Vận tốc chuyển động của khí trong tháp
hấp phụ là 2-2,5m/s. Hiệu quả khử SO
2

trong khí thải đạt trên 90%.
16

12.Xử lý SO
2

bằng vôi và dolomit
trộn
vào than
n
g
h
iề
n

Từ lâu người ta đã biết các kim loại kiềm có phản ứng với SO
2

để tạo ra các
muối sunfat. Tuy nhiên quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộn bột vôi và đolomit
để khử khí SO
2

thì 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 CaCO

3
.MgCO
3

với SO
2

:
2CaO + 2SO
2

+ O
2

=2CaSO
4

2CaCO
3
.MgCO
3

+ 2SO
2

+ O
2

= 2CaSO
4

+ 2MgO + 4CO
2

Phản ứng giữa vôi và SO
2

xảy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760-1040
o
C, còn phản
ứng giữa dolomit và SO
2

ở nhiệt độ 600-1200
o
C.
Có thể nói phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình
khử khí SO
2

thành một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi
phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị phụ trợ khác.
Than nghiền với cỡ hạt kích thước trên 6mm được trộn cùng với bột kích thước
1,6-6mm đổ thành lớp dầy bên trên đĩa phân phối khí 1. Không khí được thổi từ
dưới lên với vận tốc 0,6-4,6m/s. Không khí xuyên qua lớp than cháy ở nhiệt độ 760-
1040
o
C làm cho các hạt nhiên liệu và vôi chuyển động, những hạt to và nặng bốc lên
rồi rơi xuống, còn các hạt mịn bay theo sản phẩm cháy. Lớp than trong buồng đốt sôi
động và do đó người ta gọi là quá trình đốt than “giả hóa lỏng” hoặc “giả sôi”. Buồng

đốt được bao quanh bằng các vách ống 2 để hấp thu nhiệt bức xạ, trong đó lưu thông
nước và hơi. Ngoài ra, trong lớp than “giả hóa lỏng” còn có thể bố trí các dãy ống
xoắn 3 để nhận nhiệt trực tiếp từ lớp than cháy. Bên trên lớp than còn được bốt trí
dãy ống nằm ngang 4 để vừa nhận nhiệt, vừa để cản trở không cho các hạt than bốc
lên cao và theo khói ra ngoài. Trên đường khói có bố trí các dàn ống nhận nhiệt đối lưu
5 và dàn ống 6 tận dụng nhiệt trong khói thải để hâm nóng nước trước khi cấp vào dàn
ống chính. Khói thải đi ra khỏi lò có chứa tro, các hạt vôi hoặc đolomit và than
được lọc bụi cấp thô trong xiclon 7 để thu hồi than chưa cháy hết, tiếp theo được
lọc tinh ở bộ lọc 8 rồi thải ra khí quyển.
Lớp than nổi bên trên phần lớn là tro, các chất trơ, vôi và sunfat có lẫn một ít
than chưa cháy hết sẽ được thải ra ngoài và nhiên liệu cùng chất hấp phụ SO
2

đuợc bổ
sung vào buồng đốt qua đĩa phân phối khí hoặc qua cửa cấp than trên vách lò.


17

TÀI LIỆU THAM
KH
Ả
O

1.Đinh Xuân Thắng, Ô Nhiễm Không Khí, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP
HCM, 2003.
2.Đinh Xuân Thắng và cộng sự, Kỹ Thuật Môi Trường Đại Cương, Nhà xuất
bản Giáo Dục, 2000.
3.Hendrik Harssema, Nguyễn Đình Tuấn, Phạm Thị Anh, Giám sát và mô hình
hóa chất lượng không khí, Centerma center.

4.Trần Ngọc Chấn, Ô Nhiễm Không Khí Và Xử Lý Khí Thải, Nhà xuất bản
Khoa Học Và Kỹ Thuật,2004.
5.Bài viết của tác giả Lê Hoàng Việt và Lê Hoa.
6.Stanley E. Manahan, Environmental chemistry, Lewis publis