Xử lý tro bay ở nhà máy nhiệt điện ô môn 1
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1014.64 KB, 67 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
UẬN V N T T NGHI P ĐẠI HỌC
XỬ Ý TRO BAY Ở NHÀ MÁY
NHI T ĐI N Ô MÔN 1
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HI N
Msc. Phan Thế Duy
Nguyễn Mai Thanh ộc
MSSV: 2072175
Ng nh: C ng Ngh H a Học – K33
Tháng 04/2011
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
----------------Cần Thơ, ngày 29 tháng 12 năm 2010
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI T T NGHI P CHO SINH VIÊN
Năm học 2010 – 2011
1. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
Msc. Phan Thế Duy
2. TÊN ĐỀ TÀI
“Xử lý tro bay ở nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1”.
3. ĐỊA ĐIỂM THỰC HI N ĐỀ TÀI
Phòng thí nghiệm hóa học hữu cơ – bộ môn Công nghệ hóa học – khoa Công
nghệ – trƣờng Đại học Cần Thơ.
4. S
ƢỢNG SINH VIÊN THỰC HI N
01 sinh viên.
5. HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN
Họ và tên: NGUYỄN MAI THANH LỘC
MSSV: 2072175
Ngành học: Công nghệ hóa học
Khóa học: 33
6. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Phân tích một số thành phần trong tro bay của nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 và
sử dụng nguồn chất thải nguy hại đó để sản xuất ra một số sản phẩm có ứng dụng và
mang lại hiệu quả kinh tế nhƣ: vanadium pentoxide và than hoạt tính.
7. CÁC NỘI DUNG CHÍNH VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
7.1 Các nội dung chính
Tổng quan
Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết quả và bàn luận
Kết luận và kiến nghị
7.2 Giới hạn của đề t i
Do thời gian thực hiện đề tài tƣơng đối ngắn nên chỉ có thể nghiên cứu trên
quy mô phòng thí nghiệm, chƣa thể áp dụng vào thực tiễn.
8. Yêu cầu hỗ trợ cho vi c thực hi n đề t i
Các hóa chất để thực hiện đề tài.
9. Kinh phí dự trù cho vi c thực hi n đề t i
10.000.000 VNĐ
DUYỆT CỦA BỘ MÔN
DUYỆT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
Msc. Phan Thế Duy
DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
c
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BI N
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Lời cám ơn
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
ỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phan Thế Duy đã hết lòng
chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báo giúp em hoàn thành tốt đề tài luận văn
này. Lúc đầu mới bắt đầu thực hiện luận văn em đã gặp nhiều khó khăn nhƣng nhờ
có Thầy đã giúp đỡ em, giao cho em đề tài rất thiết thực và giúp em rất nhiều trong
lúc thực hiện đề tài em mới có thể vƣợt qua những khó khăn và hoàn thành luận văn
tốt nghiệp. Một lần nữa em xin cám ơn Thầy rất nhiều!
Em cũng xin gửi lời cám ơn đến thầy Nguyễn Minh Nhựt đã giúp em vƣợt qua
những khó khăn ban đầu khi thực hiện luận văn, cũng nhƣ đã tận tình chỉ dạy em
trong những năm học vừa qua.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô trong bộ môn Công
Nghệ Hóa Học trƣờng đại học Cần Thơ. Những ngƣời đã tận tình chỉ dạy em trong
bốn năm qua.
Con xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến gia đình, những ngƣời
đã nuôi dạy, tạo điều kiện học tập và luôn ủng hộ và động viên con.
Mình xin cám ơn bạn Nguyễn Lê Huyền Trân đã giúp đỡ mình rất nhiều trong
bốn năm học vừa qua.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn lớp Công Nghệ Hóa Học khóa 33,
những ngƣời luôn bên cạnh và c ng tôi trải qua nhiều k niệm trong suốt thời gian
qua.
Em xin cảm ơn tất cả mọi ngƣời!
Cần Thơ, ngày 05 tháng 04 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Mai Thanh Lộc
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
vi
Lời mở đầu
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
ỜI MỞ ĐẦU
Song song với sự phát triển của nền khoa học và k thuật ngày nay thì có một
vấn đề cũng gia tăng kèm theo, đó chính là sự ngày càng gia tăng các nguồn phát
thải nguy hại vào môi trƣờng. Tro bay ở các nhà máy nhiệt điện, nhất là các nhà
máy nhiệt điện đốt dầu là một trong những nguồn phát thải nguy hại đó. Chính vì
thế ở đề tài luận văn này sẽ đi vào nghiên cứu tìm hiểu cũng nhƣ xử lý nguồn tro
bay của Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 nhằm làm giảm đi lƣợng phát thải cũng nhƣ
có thể sinh lợi thêm cho nhà máy từ việc xử lý lƣợng tro bay này.
Theo một số tài liệu đã đƣợc công bố trƣớc đây, trong tro bay từ nhà máy
nhiệt điện đốt dầu có chứa một hàm lƣợng đáng kể kim loại vanadium và carbon
chƣa cháy hết trong quá trình đốt dầu, những chất này có khả năng sử dụng để tạo
ra những sản phẩm có lợi về mặt kinh tế nhƣ vanadium pentoxide và than hoạt tính.
Vì vậy mục tiêu đƣợc đặt ra là khảo sát thành phần tro bay của Nhà máy Nhiệt điện
Ô Môn 1 từ đó tìm cách để có thể áp dụng các ứng dụng trên vào lƣợng tro này một
cách kinh tế và đồng thời đem lại hiệu quả về mặt xử lý môi trƣờng.
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
vii
Mục lục
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
MỤC ỤC
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... vii
MỤC LỤC ............................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. xii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... xiv
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................1
1.1. Sơ lƣợc về Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 ........................................................1
1.1.1. Sơ lƣợc ngành công nghiệp nhiệt điện ở nƣớc ta ......................................1
1.1.2. Sơ lƣợc về Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1.................................................2
1.2. Phân biệt giữa tro bay ở nhà máy nhiệt điện đốt than và tro bay nhà máy
nhiệt điện đốt dầu ....................................................................................................4
1.2.1. Tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than (tro bay từ than) .........................4
1.2.2. Tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt dầu (tro bay từ dầu) ...........................6
1.3. Sơ lƣợc về vanadium ........................................................................................8
1.3.1.1. Tính chất.............................................................................................8
1.3.1.2. Phân bố ...............................................................................................9
1.3.1.3. Độc tính ..............................................................................................9
1.4. Một số quy trình trích vanadium từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu .......10
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
viii
Mục lục
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
1.4.1. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149 ......10
1.4.2. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 62 (2001) 145–150 ......11
1.4.3. Quy trình của R. Navarro et al. Waste Manage 27 (2007) 425–438 ......13
1.5. Sơ lƣợc về than từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu .................................14
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................15
2.1. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài ...................................................................15
2.1.1. Mục đích..................................................................................................15
2.1.2. Nhiệm vụ .................................................................................................15
2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................15
2.3. Hóa chất và thiết bị ........................................................................................16
2.3.1. Hóa chất ..................................................................................................16
2.3.2. Thiết bị ....................................................................................................17
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................17
2.4.1. Phân tích thành phần tro bay ...................................................................17
2.4.1.1. Phân tích ion SO42 theo phƣơng pháp đo độ đục .............................17
2.4.1.2. Phân tích hàm lƣợng một số kim loại bằng phƣơng pháp phân tích
phổ phát xạ nguyên tử (ICP – OES)..............................................................20
2.4.2. Thiết lập quy trình trích vanadium từ tro bay .........................................22
2.4.2.1. Khảo sát các phƣơng pháp trích vanadium đã đƣợc nghiên cứu trƣớc
đây .................................................................................................................22
2.4.2.2. Thiết lập quy trình trích vanadium mới ...........................................24
2.4.2.3. Tổng hợp than hoạt tính ...................................................................24
2.4.2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính ................................24
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN................................................................26
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
ix
Mục lục
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
3.1. Phân tích thành phần tro bay ..........................................................................26
3.1.1. Phân tích hàm lƣợng SO42 .....................................................................26
3.1.1.1. Lập đƣờng chuẩn phân tích hàm lƣợng SO42 ..................................26
3.1.1.2. Kết quả khảo sát ...............................................................................27
3.1.1.3. Nhận xét ...........................................................................................28
3.1.2. Phân tích hàm lƣợng kim loại .................................................................28
3.1.2.1. Kết quả khảo sát ...............................................................................28
3.1.2.2. Nhận xét ...........................................................................................31
3.2. Thiết lập quy trình trích vanadium từ tro bay ................................................31
3.2.1. Khảo sát các phƣơng pháp trích vanadium đã đƣợc nghiên cứu
trƣớc đây............................................................................................................31
3.2.1.1.
Quy
trình
của
S.
Vitolo
et
al.
Hydrometallurgy
57
(2000) 141–149 .............................................................................................31
3.2.1.2.
Quy
trình
của
R.
Navarro
et
al.
Waste
Manage
27
(2007) 425–438 .............................................................................................33
3.2.2. Thiết lập quy trình trích vanadium mới ..................................................34
3.2.2.1. Trích vanadium từ tro.......................................................................36
3.2.2.2. Oxi hóa vanadium ............................................................................38
3.2.2.3. Tủa vanadium dƣới dạng không tinh khiết (vanadium thô) .............40
3.2.2.4. Trích vanadium từ vanadium thô: ....................................................42
3.2.2.5. Kết tinh vanadium dƣới dạng muối ammonium metavanadate
(NH4VO3) ......................................................................................................43
3.2.2.6. Phân hủy muối NH4VO3 để tạo V2O5 ..............................................44
3.2.3. Đánh giá sơ bộ tính kinh tế của quy trình trích vanadium từ tro bay .....45
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
x
Mục lục
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
3.2.4. Tổng hợp than hoạt tính ..........................................................................48
3.2.4.1. Kết quả khảo sát ...............................................................................48
3.2.4.2. Nhận xét ...........................................................................................48
3.2.5. Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính .......................................48
3.2.5.1. Kết quả khảo sát ...............................................................................48
3.2.5.2. Nhận xét ...........................................................................................51
CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................52
4.1. Kết luận ..........................................................................................................52
4.2. Kiến nghị ........................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................53
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
xi
Danh mục hình
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ xử lý khí ở nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 ..........................................3
Hình 1.2: Sự thay đổi hình thái của vanadium theo pH và nồng độ ...........................9
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000)..............11
Hình 1.4: Sơ đồ quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 62 (2001)..............12
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình của R. Navarro et al. Waste Manage 27 (2007) ..............13
Hình 1.6: Ảnh chụp SEM của than sạch từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu ......14
Hình 2.1: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch phân tích ion SO42 trong tro bay ....................18
Hình 2.2: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch chuẩn chứa 0,5 ion SO42 ................................19
Hình 2.3: Sơ đồ phƣơng pháp phá mẫu tro để phân tích hàm lƣợng kim loại ..........21
Hình 3.1: Phƣơng trình đƣờng chuẩn độ hấp thu của ion SO42 ...............................26
Hình 3.2: Dung dịch nƣớc tro trích bằng acid...........................................................31
Hình 3.3: Dung dịch nƣớc trích bằng acid sau khi oxi hóa.......................................32
Hình 3.4: Dung dịch nƣớc tro trích bằng base ..........................................................33
Hình 3.5: Kết tủa ammoium vanadate thu đƣợc bằng phƣơng pháp base ................34
Hình 3.6: Sơ đồ tổng quát quy trình trích vanadium.................................................35
Hình 3.7: Sơ đồ công đoạn trích vanadium từ tro .....................................................36
Hình 3.8: Sơ đồ biểu diễn lƣợng vanadium trích đƣợc theo nồng độ acid ...............37
Hình 3.9: % vanadium trong nƣớc lọc và nƣớc rửa so với lƣợng vanadium tổng
cộng trích đƣợc bằng nƣớc ........................................................................................38
Hình 3.10: Sơ đồ công đoạn oxi hóa vanadium ........................................................38
Hình 3.11: Sơ đồ công đoạn tủa vanadium dƣới dạng thô ........................................40
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
xii
Danh mục hình
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Hình 3.12: Kết tủa vanadium thô ..............................................................................41
Hình 3.13: Nƣớc thải sau khi tủa vanadium dƣới dạng thô ......................................41
Hình 3.14: Sơ đồ công đoạn trích vanadium từ vanadium thô .................................42
Hình 3.15: Sơ đồ quá trình kết tinh vanadium dƣới dạng muối NH4VO3 ................43
Hình 3.16: Kết tủa NH4VO3 sạch ..............................................................................44
Hình 3.17: Sơ đồ quá trình phân hủy muối NH4VO3 để tạo V2O5............................44
Hình 3.18: V2O5 thu đƣợc .........................................................................................45
Hình 3.19: Sơ đồ tóm tắt chi phí hóa chất cho quy trình trích vanadium .................47
Hình 3.20: Kết quả đƣờng chuẩn methylene blue .....................................................49
Hình 3.21: Kết quả lƣợng methylene xanh hấp thụ theo thời gian ...........................50
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
xiii
Danh mục bảng
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Cơ cấu hệ thống điện năm 2007 .................................................................1
Bảng 1.2: Thành phần thƣờng gặp của tro bay từ than ...............................................5
Bảng 1.3: Thành phần thƣờng gặp của tro bay từ dầu ................................................6
Bảng 1.4: So sánh giữa tro bay từ than và tro bay từ dầu ...........................................7
Bảng 1.5: Bảng tóm tắt các dạng của vanadium ở những điều kiện khác nhau .........8
Bảng 2.1: Các hóa chất đƣợc sử dụng trong quá trình nghiên cứu ...........................16
Bảng 2.2: Hàm lƣợng pha dãy mẫu chuẩn và mẫu để xác định ion SO42 ...............20
Bảng 3.1: Độ hấp thu của dãy đƣờng chuẩn ion SO42 .............................................26
Bảng 3.2: Kết quả đo độ hấp thu của ion SO42 trong mẫu tro bay ..........................27
Bảng 3.3: Thống kê kết quả phân tích hàm lƣợng ion SO42 ....................................27
Bảng 3.4: Thống kê kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại ......................................28
Bảng 3.5: Giá một số hóa chất bán lẻ đƣợc sử dụng .................................................46
Bảng 3.6: Kết quả nung yếm khí than .......................................................................48
Bảng 3.7: Kết quả đƣờng chuẩn methylene blue ......................................................48
Bảng 3.8: Kết quả lƣợng methylene xanh hấp thụ theo thời gian .............................49
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát độ hấp thụ methyl blue của than ...................................50
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
xiv
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Sơ lƣợc về Nhà máy Nhi t đi n Ô M n 1
1.1.1. Sơ lƣợc ng nh c ng nghi p nhi t đi n ở nƣớc ta[1]
Hiện nay, nền kinh tế nƣớc nhà đang tăng trƣởng một cách mạnh mẽ với mức
GDP tăng khoảng 8,5 - 9%/năm và còn cao hơn trong thời gian 2006 – 2015, yêu
cầu tiêu thụ điện đƣợc dự báo tăng 17%/năm (dự báo cơ bản) và 20%/năm (dự báo
mức cao) trong giai đoạn 2006 – 2015. Do đó việc tập trung phát triển ngành công
nghiệp điện là yêu cầu hàng đầu trong quá trình phát triển kinh tế.
Bảng 1.1: Cơ cấu h thống đi n năm 2007
C ng suất đặt
MW
To n h thống
%
13.512
C ng suất phát đi n
GWh
%
68.699
Thuộc EVN
9.386
69,46
50.616
73,68
- Nhà máy thủy điện
4.393
32,51
21.480
31,27
- Nhà máy nhiệt điện đốt than
1.545
11,43
8.973
13,06
- Nhà máy nhiệt điện đốt khí
3.248
24,04
18.880
27,48
- Nhà máy nhiệt điện đốt dầu
200
1,48
740
1,08
Trạm phát điện Diesel và thủy điện nhỏ
454
3,36
42
0,06
3.675
27,18
18.041
26,26
Ngoài EVN
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Dựa vào bảng số liệu trên ta thấy nguồn nhiệt điện chiếm một phần lớn (trên
65%) trong tổng công suất phát điện của các nhà máy điện ở nƣớc ta. Nhiều tài liệu
nghiên cứu cho thấy, nhà máy nhiệt điện đốt than sẽ cho ra từ 4 – 5 tấn tro
bay/MW/ngày, lƣợng tro bay này sẽ ít hơn đối với nhà máy nhiệt điện đốt dầu. Nhƣ
vậy lƣợng tro bay từ ngành công nghiệp nhiệt điện là rất lớn, khoảng vài triệu
tấn/năm, nếu lƣợng tro bay này không đƣợc tận dụng một cách hợp lý thì sẽ chiếm
một diện tích tồn trữ rất lớn, gây nhiều khó khăn cho quá trình phát triển của ngành
công nghiệp nhiệt điện và là tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng. Do đó chúng ta cần
có các biện pháp thích hợp để giải quyết vấn đề về tro bay ở nhà máy nhiệt điện.
Đặc biệt là tro bay của nhà máy nhiệt điện đốt dầu tuy chiếm một phần nhỏ nhƣng
do có hàm lƣợng kim loại nguy hại cao nên khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng cũng
nhƣ ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời là cao hơn so với tro bay của nhà máy nhiệt
điện đốt than.
1.1.2. Sơ lƣợc về Nhà máy Nhi t đi n Ô M n 1
Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 thuộc Trung tâm Điện lực Ô Môn (bao gồm các
nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1, 2, 3 và 4 với tổng công suất 2800 MW) đƣợc xây
dựng vào ngày 26/02/2006 tại phƣờng Phƣớc Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần
Thơ.
Nhà máy do Tập đoàn Điện lực Việt Nam – EVN làm chủ đầu tƣ, Công ty
Nhiệt điện Cần Thơ làm đại diện, Công ty Tƣ vấn điện lực Tokyo (TEPSCO) tƣ vấn
thiết kế, Liên danh Mitsubishi Heavy Industries và Mitsubishi Coporation trúng
thầu xây dựng, với tổng vốn đầu tƣ 6.666 tỷ đồng (85% vốn do Ngân hàng Hợp tác
Quốc tế Nhật Bản tài trợ thông qua nguồn vốn vay ƣu đãi ODA của Chính phủ Nhật
Bản). Nhà máy gồm 2 tổ máy với công suất mỗi tổ máy là 330 MW.
Nhà máy đƣợc đƣa vào vận hành tổ máy số 1 vào ngày 09/10/2008. Tổ máy số
2 của nhà máy sẽ sớm đƣợc xây dựng để đƣa hòa vào mạng lƣới điện quốc gia.
Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 sử dụng dầu FO để đốt lò hơi, hơi sinh ra đƣợc
đƣa vào để quay tuabin phát điện, các tro bụi sinh ra do quá trình đốt cháy không
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
2
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
hoàn toàn đƣợc cuống hết ra theo dòng khí thải đi ra khỏi lò hơi, đƣợc xử lý theo
quy trình sau:
Dung dịch
ammonia
Khí ra
SO3, SO2,
CO2, CO
Không khí
Lọc bụi tĩnh
điện (EP)
Khí ra
SO2, CO2, CO
Hấp thụ bằng
CaCO3
Khí ra
CO2, CO
Ống khói
Gypsum
CaSO4.2H2O
Tro bay
Hình 1.1: Sơ đồ xử lý khí ở nh máy nhi t đi n Ô M n 1
Dòng khí đi ra khỏi lò đốt chứa các khí cần xử lý nhƣ SO3, SO2, CO2, CO…
các khí này cần đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng, nhất là khí SO3 và SO2 vì
hai khí này sẽ tạo thành acid gây ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trƣờng nhiều
hơn so với khí CO2, CO. Vì vậy đầu tiên dòng khí ra sẽ đƣợc đƣa qua thiết bị lọc
bụi tĩnh điện, tại đây dung dịch ammonia sẽ đƣợc phun vào để kết hợp với SO3 tạo
thành muối ammonium sulfate (NH4)2SO4, khí SO3 đƣợc loại gần nhƣ hoàn toàn tại
đây. Muối ammonium sulfate c ng các tro bụi khác đƣợc thiết bị lọc bụi tĩnh điện
giữ lại, gọi là tro bay. Phần tro bay chính là đối tƣợng xử lý của đề tài này.
Dòng khí sau khi qua thiết bị lọc bụi tĩnh điện vẫn còn khí SO2 cần đƣợc xử
lý, khí này đƣợc cho hấp thụ bằng vữa đá vôi CaCO3 để tạo thành gypsum theo
phƣơng trình phản ứng sau:
CaCO3 + SO2 CaSO3 + CO2
CaSO3 + ½O2 + 2H2O CaSO4.2H2O
Dòng khí sau khi đƣợc hấp thụ SO2 chỉ còn khí CO2, CO, hơi nƣớc, một ít tro
bụi… đƣợc thải ra qua ống khói cao 140 mét tại nhà máy để giữ cho nồng độ các
khí thải tại môi trƣờng xung quanh nhà máy ở mức độ cho phép.
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
3
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Dựa vào quy trình trên ta thấy hệ thống xử lý khí thải của nhà máy rất hiện
đại, đặc biệt là quá trình khử khí SO2 rất kinh tế vì gypsum tạo thành có thể bán đi
để làm phụ gia cho ngành công nghiệp xi măng, giảm thiểu đƣợc một phần lớn
lƣợng khí SO2 phát tán ra môi trƣờng. Ở những nhà máy nhiệt điện cũ thì lƣợng khí
SO2 này thƣờng đƣợc thải ra theo ống khói nên ống khói thƣờng phải xây cao đến
300 đến 400 mét nhƣng theo quy trình trên thì ống khói chỉ cao có 140 mét.
Tuy nhiên phần tro bay của nhà máy hiện đang là vấn đề chƣa giải quyết đƣợc
vì lƣợng tro bay này tuy ít (khoảng 10 tấn/ngày) nhƣng do chứa hàm lƣợng kim loại
nặng cao vƣợt quá ngƣỡng cho phép (chủ yếu là V và Ni) nên hiện lƣợng tro bay
đƣợc xếp vào loại chất thải nguy hại. Hiện nhà máy đang phải tốn một phần chi phí
cho việc xử lý tro bay này với giá 7000 VND/kg. Nhƣ vậy việc nghiên cứu tìm cách
tận dụng lƣợng tro bay này là một vấn đề cần đƣợc quan tâm vì với sự phát triển của
ngành công nghiệp dầu khí nƣớc ta thì ngày sẽ có nhiều hơn những nhà máy nhiệt
điện đốt dầu và lƣợng tro bay thải ra này sẽ ảnh hƣởng rất lớn đến môi trƣờng.
1.2. Phân bi t giữa tro bay ở nh máy nhi t đi n đốt than v tro bay nh
máy nhi t đi n đốt dầu
1.2.1. Tro bay từ nh máy nhi t đi n đốt than (tro bay từ than)[2]
Lƣợng tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm đa số trong tổng lƣợng tro
bay phát thải toàn cầu. T y theo nguồn gốc của nguyên liệu khác nhau mà tro bay
có thành phần khác nhau, bảng sau đây trình bày thành phần phần trăm của một số
nguyên tố thƣờng gặp trong tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than:
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
4
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Bảng 1.2: Th nh phần thƣờng gặp của tro bay từ than
Than bitum
Than á bitum
Than non
Th nh phần (wt %)
(Bituminous coal) (Sub-bituminous coal)
(Lignite)
SiO2
20–60
40–60
15–45
Al2O3
5–35
20–30
10–25
Fe2O3
10–40
4–10
4–15
CaO
1–12
5–30
15–40
MgO
0–5
1–6
3–10
SO3
0–4
0–2
0–10
Na2O
0–4
0–2
0–6
K2 O
0–3
0–4
0–4
Mất khi nung (LOI)
0–15
0–3
0–5
Dựa vào bảng thành phần trên ta thấy tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than
có thành phần chính là SiO2, Al2O3, Fe2O3, ngoài ra còn một số oxide khác chiếm
một lƣợng nhỏ hơn. Lƣợng tro bay này tuy hằng ngày đƣợc nhà máy nhiệt điện phát
thải rất nhiều nhƣng do thành phần không chứa hoặc chứa rất ít các chất thải nguy
hại (nhƣ kim loại nặng…) nên ít gây nguy hại đến môi trƣờng và sức khỏe con
ngƣời. Ngoài ra tro bay này có tính chất gần giống với phụ gia puzzolan nên đƣợc
ứng dụng rất rộng rãi trong ngành công nghiệp xi măng, hơn thế nữa nó còn là
nguồn nguyên liệu để tạo thành zeolite do có chứa nhiều SiO2 và Al2O3.
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
5
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
1.2.2. Tro bay từ nh máy nhi t đi n đốt dầu (tro bay từ dầu)[3]
Bên cạnh đó, một lƣợng nhỏ tro bay phát thải là do các nhà máy nhiệt điện đốt
dầu, vì nhiên liệu dầu FO là nhiên liệu lỏng nên khả năng cháy tốt hơn so với những
nhiên liệu rắn nhƣ than nên lƣợng tro bay phát thải cũng ít hơn. Tuy nhiên, do
nguyên liệu đốt là dầu FO nên tro bay này có thành phần khác xa so với tro bay của
nhà máy nhiệt điện đốt than. Bảng sau đây trình bày một số thành phần thƣờng gặp
của tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt dầu:
Bảng 1.3: Th nh phần thƣờng gặp của tro bay từ dầu
Th nh phần (wt %) Dầu FO
C
10–80
NH4
0,5–20
SO4
20–60
V
1–5
Ni
0,3–2
Fe
0,3–2
Mg
0,1–8
SiO2
~0,1
Theo bảng trên, ta thấy thành phần của tro bay từ nhà máy đốt dầu có chứa các
kim loại nặng nhƣ V, Ni với hàm lƣợng lớn, do đó sẽ gây ảnh hƣởng nhiều đến môi
trƣờng cũng nhƣ sức khỏe con ngƣời nếu không đƣợc xử lý thích hợp. Loại tro này
cũng không thích hợp cho những ứng dụng của tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt
than vì có thành phần chủ yếu là C và muối sulfate. Loại tro này vì lƣợng phát thải
ít, và có ít khả năng ứng dụng nên hiện chƣa có nhiều công trình nghiên cứu nhƣ tro
bay ở nhà máy nhiệt điện đốt than. Tuy nhiên mức độ nguy hiểm của loại tro này thì
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
6
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
cao hơn hẳn nên việc nghiên cứu tìm ra ứng dụng của nó, đáp ứng đƣợc mục đích
kinh tế cũng nhƣ mục tiêu bảo vệ môi trƣờng là việc cần thiết.
Bảng 1.4: So sánh giữa tro bay từ than v tro bay từ dầu
Tro bay từ than
Tro bay từ dầu
Chứa kim loại nặng ít, không phải là
chất thải nguy hại.
Chứa kim loại nặng nhiều, là chất thải
nguy hại.
Hầu nhƣ không bị nƣớc hòa tan.
Bị nƣớc hòa tan một phần lớn.
Chiếm đa số trong tổng lƣợng tro bay
phát thải toàn cầu.
Chiếm phần ít trong tổng lƣợng tro bay
phát thải toàn cầu.
Đã có tiêu chuẩn, phân loại của ASTM.
Chƣa có tiêu chuẩn, phân loại.
Đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng:
Có ít nghiên cứu, ứng dụng:
-
Làm phụ gia xi măng.
-
Làm chất hấp phụ.
-
Làm zeolite.
-
Làm than hoạt tính.
-
Làm xúc tác.
-
Thu hồi các kim loại quý (V,
Ni…)
-
Làm than hoạt tính.
Dựa vào bảng so sánh trên có thể dễ dàng thấy đƣợc sự khác nhau của hai loại
tro này và tìm ra đƣợc mục tiêu để có thể xử lý một cách kinh tế tro bay của nhà
máy nhiệt điện đốt dầu. Đó chính là trích những kim loại quý (nhƣng là kim loại
nặng, nguy hại) nhƣ V, Ni để có thể sử dụng những kim loại này, phần chất rắn còn
lại không chứa những kim loại này là than sạch có thể đi làm than hoạt tính. Những
ứng dụng này sẽ đƣợc tìm hiểu k hơn trong những phần sau.
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
7
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
1.3. Sơ lƣợc về vanadium[4][5]
1.3.1.1. Tính chất
Vanadium (số hiệu nguyên tử 23, nguyên tử khối 50,942) là nguyên tố thuộc
chu kỳ 4, nhóm VB trong bảng hệ thống tuần hoàn, là kim loại chuyển tiếp có cấu
trúc lập phƣơng tâm khối, màu xám. Khi ở độ tinh khiết rất cao, vanadium rất mềm
và dễ khéo sợi. Bởi vì nhiệt độ nóng chảy rất cao nên vanadium đƣợc d ng làm kim
loại chịu lửa nhƣ
niobium, tantalum, chromium, molybdenum, và tungsten.
Vanadium đƣợc d ng chủ yếu (trên 90%) trong việc tạo thành hợp kim thép cƣờng
độ cao (high strength steels), và với một hàm lƣợng vanadium thấp hơn để tạo thành
thép công cụ (tool steels). Vanadium cũng là một thành phần quan trọng trong hợp
kim với titanium, hợp chấp V3Ga đƣợc đƣợc d ng nhƣ chất siêu dẫn.
Vanadium là kim loại lƣỡng tính, có tính acid mạnh, vanadium có nhiều hóa
trị (II, III, IV, V), ứng với mỗi hóa trị, dung dịch chứa vanadium sẽ có một màu sắc
riêng biệt. Màu sắc này chẳng những phụ thuộc vào pH của dung dịch mà còn phụ
thuộc vào nồng độ vanadium trong dung dịch, hay nói khác đi vanadium (nhất là ở
dạng hóa trị V) sẽ tồn tại ở những hình thái khác nhau phụ thuộc vào pH và nồng độ
vanadium trong dung dịch.
Bảng 1.5: Bảng t m tắt các dạng của vanadium ở những điều ki n khác nhau
vanadium
M u sắc
Hình thái
H a trị của
Trong acid
Trong base
Hóa trị V
VO2
VO34
Vàng nhạt
Không màu
Hóa trị IV
VO2
V2O52
Xanh lam
Nâu đỏ
Hóa trị III
V 3
Xanh lục
Hóa trị II
V 2
Tím
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
Trong acid
Trong base
8
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Hình 1.2: Sự thay đổi hình thái của vanadium theo pH v nồng độ
1.3.1.2. Phân bố
Vanadium là nguyên tố phổ biến thứ 22 trong tổ số nguyên tố trên trái đất,
chiếm 0,07% khối lƣợng vỏ trái đất. Nhƣng vì là nguyên tố phân tán nên không có
những mỏ vanadium hàm lƣợng cao, những nơi giàu vanadium thì hàm lƣợng
vanadium cũng chỉ chiếm khoảng vài phần trăm. Vanadium thƣờng nằm trong cái
khoáng vật chứa uranium. Ngoài ra cũng đƣợc tìm thấy ở các mỏ khoáng có lẫn
đồng, chì, kẽm ở châu Phi và ở một số đá phosphate ở miền tây Hoa Kỳ. Ở các
nƣớc Nga, Phần Lan, Trung Quốc và Öc cũng có những mỏ vanadium trữ lƣợng
lớn. Vanadium cũng chiếm một hàm lƣợng đáng kể trong dầu mỏ, đặc biệt là dầu
mỏ của Venezuela.
1.3.1.3. Độc tính
Vanadium là kim loại độc nhƣng độc tính của nó chỉ ở mức trung bình, có thể
gây nguy hiểm cho đƣờng hô hấp nếu hít phải bụi có lẫn vanadium hay oxide của
nó, nếu hàm lƣợng nhiều có thể gây tử vong. Nhƣng những biến chứng do
vanadium gây ra chỉ là cấp tính, không có những ảnh hƣởng mãn tính, không gây
ung thƣ, đột biến, quái thai… Ngƣỡng giới hạn cho phép của V2O5 trong không khí
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
9
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
nơi làm việc đƣợc ban hành bởi OHSA (Occupational Safety and Health
Administration - Cơ Quan Quản Lý An Toàn và Sức Khoẻ Nghề Nghiệp – Hoa Kỳ)
là 0,5 mg V/m3 cho bụi và 0,05 mg V/m3 cho khói.
1.4. Một số quy trình trích vanadium từ tro bay nh máy nhi t đi n đốt
dầu
Vì vanadium là nguyên tố phân tán nên hàm lƣợng của nó trong tro bay nhà
máy nhiệt điện đốt dầu tuy chỉ vài phần trăm nhƣng cũng có thể so sánh với các mỏ
vanadium nên việc trích vanadium từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu có lợi ích
lẫn về mặt kinh tế và mặt môi trƣờng, sau đây một số quy trình trích vanadium đã
công bố sẽ đƣợc giới thiệu sơ lƣợc:
1.4.1. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149[6]
Quy trình này chủ dựa vào tích chất tan trong acid của vanadium. Quy trình
d ng một dung dịch acid mạnh để trích vanadium ra khỏi tro bay, sau đó rửa lƣợng
tro bay thu đƣợc sau khi trích 3 lần, nƣớc trích và nƣớc rửa lần 1 đƣợc đem đi sử
dụng, nƣớc rửa 2 lần còn lại đƣợc đem đi thải bỏ. Sau đó dùng NaClO3 để oxi hóa
vanadium hóa trị IV chứa trong dung dịch nƣớc trích và nƣớc rửa lần 1 lên
vanadium hóa trị V, trong quá trình oxi hóa thì cho thêm Na2CO3 vào để giữ pH ~
2,1, và sau đó thêm Na2CO3 cho đến pH ~ 3 sẽ thu đƣợc kết tủa V2O5. V2O5 thu
đƣợc có lẫn tạp chất nhƣ sắt hydroxide nên rửa tủa 3 lần bằng dung dịch H2SO4
pH~2. Quy trình này đƣợc tóm tắt theo sơ đồ sau:
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
10
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
H2SO4 1M
Tro bay
Trích
Nƣớc
Rửa lần 1
NaClO3
Na2CO3
Tủa V2O5
H2SO4 pH~2
Nƣớc
Rửa lần 2
Nƣớc
Rửa lần 3
Rửa lần 1
Rửa lần 2
Nƣớc thải
Rửa lần 3
Nƣớc thải
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000)
1.4.2. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 62 (2001) 145–150[7]
Quy trình đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
11
