ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THÁP ĐỆM HẤP THU SO2

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ SO2
I.1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ SO2:
I.1.1.Tình hình phát sinh chất ô nhiễm trong nhà máy phát điện:
Năm 1985, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 4000MW, trong đó nhiệt điện
21%. Năm 1994, tổng sản lượng của các nhà máy điện ước tính khoảng 12000GW, trong đó
sản lượng nhiệt điện 19%.Năm 2000, công suất của các nguồn điện của nước ta đạt tới 7100
MW. Trong đó nhiệt điện than-dầu 21,8%.
Các nhà máy nhiệt điện ở các cơ sở phía Bắc dùng than Hòn Gai với đặc điểm hàm lượng lưu
huỳnh thấp(0,5-0,8% khối lượng). Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 kWh điện từ
0,473 kg ( Phả Lại) đến 0,808 kg (Ninh Bình, trước năm 1995),mức trung bình của thế giới
nhỏ hơn 0,4 kg.
Năm 1993, lượng than sử dụng cho 3 nhà máy nhiệt điện ở phía Bắc là 479,520 tấn. Như vậy
sẽ thải ra khí quyển 6713 tấn khí SO 2, 2724 tấn NOX, 277,9.103 tấn CO2 và 1490,8 tấn bụi.
203,5.103 tấn xỉ.
Các cơ sở phía Nam sử dụng dầu FO, hàm lượng lưu huỳnh thường rất cao (2,5-3% khối
lượng). Gần đây khi vận chuyển được khí đốt vào bờ, một số cơ sở sẽ chuyển sang sử dụng
nhiên liệu khí đốt, tình hình môi trường ở xung quanh các cơ sở này có thể sẽ được cải thiện
hơn.
Nguồn thải ô nhiễm của nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình chủ yếu là bụi (TSP) và khí độc hại
(SO2, NO2, CO2, CO) do đốt nhiên liệu than gây ra, trong đó nguy hại nhất là bụi và SO2.
Hiện nay, vấn đề khử bụi và khí độc của các nhà máy nhiệt điện là rất cần thiết. Nếu không
có biện pháp khắc phục thì nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường không khí( bụi, SO 2, CO)
ở các khu dân cư xung quanh nhà máy phần lớn đều vượt quá trị số tiêu chuẩn cho phép.
Dưới đây xin đưa ra 2 trường hợp ô nhiễm không khí ở nhà máy Nhiệt điện thuộc tỉnh Đồng
Nai:
 Tải lượng ô nhiễm không khí thải ra từ nồi hơi đốt than của nhà máy Nhiệt điện đốt
than gồm 2 tổ máy phát công suất 150 MW thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa:
Chất ô
nhiễm

Hệ số ô Tải lượng ô nhiễm

nhiễm
Máy phát số 1
Máy phát số 2
(kg/tấn) Kg/h
g/s
Kg/h
g/s
Bụi
5A
361,0
100,0
361,0
100.0
SO2
19,5 S
1.567
453,3
1.567
453,3
NO2
10,5
757,4
210,0
757,4
210,0
CO
0,3
21,6
6,0
21,6

6,0
THC
0,055
4,0
1,1
4,0
1,1
Nguồn: Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường ,năm 2003.

Tổng
Kg/h
722,0
3.134
1.514,8
43,2
8,0

g/s
200,0
870.0
420,0
12,0
2,2

Nồng độ khí thải trong ống khói máy phát điện sau xử lý của nhà máy Nhiệt điện đốt than
thuộc tập đoàn Công nghiệp Formosa:
Chất ô nhiễm

Máy phát số 1
Nồng độ khí

thải có kiểm
soát(mg/Nm3)

Tiêu chuẩn khí
thải
TCVN
5939:1995
(Cột B)
-1-

Máy phát số 2
Nồng độ khí
thải có kiểm
soát (mg/Nm3)

Tiêu chuẩn khí
thải
TCVN
6991:2001


Bụi
50
400
50
SO2
143
500
143
NO2

410
1000
82
CO
40
500
40
THC
7
7
Nguồn : Trung tâm Công nghệ Môi trường ,tháng 03/2004.

400
150
300
150
705

Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thải của Nhà máy Nhiệt điện đốt than thuộc tập đoàn
Công nghiệp Formosa:

Nước nóng MgO
Khí thải/
Thu hồinhiệt

Bể chứa ,Mg(OH)2

Lọc bụi
tĩnh điện

Hệ thống khử lưu
huỳnh (FGD)

Ống
khói

Tro khô

Trạm xử lý nước
thải tập trung của
nhà máy điện

Sông
Thị Vải

Bánh bùn

_ Hệ thống lọc bụi tĩnh điện: khí thải ra trong quá trình đốt than ở nồi hơi được truyền
qua thiết bị lọc tĩnh điện để tách bụi. Bụi sẽ được làm lạnh và lưu giữ trong bồn chứa,sau đó
vận chuyển cho nhà máy ximăng để tái sử dụng như là nguyên liệu để sản xuất clinke hoặc
bán cho nhà máy bêtông trộn sẵn. Hiệu suất tách bụi:99,7%
_ Hệ thống khử lưu hùynh (FGD): Nhà máy sử dụng than có hàm lượng sulfur 1,3%
được sử dụng như là nhiên liệu chính đốt lò hơi. Nếu không có biện pháp kiểm soát ô
nhiễm,nồng độ khí SO2 sẽ vượt tiêu chuẩn cho phép. Do vậy hệ thống khử lưu hùynh trong
khí thải được lắp đặt để tách oxit lưu hùynh. Chất hấp thụ là Mg(OH) 2 được tạo ra bằng cách
hòa MgO vào nước nóng. Hiệu suất tách sulfua đạt khỏang 95%.
_ Kiểm soát khí thải:Hệ thống kiểm soát khí thải liên tục và tự động(CEMS) sẽ được
lắp đặt tại đỉnh ống khói để kiểm soát lượng khí thải ra. Hệ thống này sẽ báo động nếu thành
phần khí thải vượt quá tiêu chuẩn và tự động thông báo cho người vận hành giảm bớt năng
lượng thải hoặc sữa chữa thiết bị ngay để giảm thiểu ô nhiễm.

-2-


Vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển bởi khí SO 2 từ lâu đã trở thành mối hiểm họa của nhiều quốc
gia, nhất là các nược phát triển trên thế giới. Vì những lý do nêu trên, công nghệ xử lý khí
SO2 còn có ý nghĩa kinh tế to lớn của nó bởi vì SO 2 thu hồi được từ khí thải là nguồn cung
cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất axit sunfuric(H2SO4) và lưu huỳnh nguyên chất.
I.1.2.Tổng quan về khí SO2:
I.1.2.1.Tính chất của khí SO2.
Anhydritsunphurơ là loại thể khí không màu, có mùi chua sốc và có tính kích thích khá
mạnh. SO2 có phân tử lượng là 64, nặng hơn không khí, tỷ trọng bằng 2,26 dễ hoà tan trong
nước, nhất là trong dung dịch rượu mêtylic (CH3OH) rượu êtylic (C2H5OH) và các loại este.
Ơ 200C, một thể tích nước có thể hoà tan 40 thể tích khí SO 2, khi hoà tan trong nước
một phần khí này sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit sunphurơ.
SO2 + H2O ------> H2SO4
Anhydritsunphuơ
axitsunphurơ
Cũng ở nhiệt độ 200C và áp suất 3 atm, khí SO 2 sẽ ngưng tụ thành chất lỏng trong suốt
không màu, sôi ở -100C. SO2 lỏng khi bay hơi thu nhiệt rất mạnh và làm nhiệt độ môi trường
xuống rất thấp (có thể hạ tới -500C).
I.1.2.2.Ảnh hưởng sinh lý của SO2.
Khi tiếp xúc với những nơi ẩm ướt trên cơ thể người, trước hết khí SO 2 chuyển thành
axit sunphurơ (H2SO3) rồi sau đó biến thành axit sunphuric (H2SO4). Như ta đã biết, khí SO2
rất dễ hoà tan trong nướcnên chủ yếu SO2 sẽ tác dụng tưói đường hô hấp trên và niêm mạc
mắt. Khi hít phải khí SO2 niêm mạc khí quản sẽ bị kích thích sinh ho ; có khi thanh đới bị co
rút làm người bị nạn không nói được. Tuy vậy, nếu đứng lâu ở nơi không khí nhiễm nhẹ khí
SO2 ta sẽ cảm thấy “quen” dần.
I.1.2.3.Các triệu chứng nhiễm độc SO2.
Người bị nhiễm độc khí SO 2 thoạt đầu sẽ thấy trào nước mắt, chảy nước mũi, nhức
đầu, lợm giọng, chân tay bải hoại, dạ dầynh ách khó chịu, đau bụng, ỉa chảy, thở gấp, tức

ngực và kém cảm giác với lạnh. Nếu bị nhiễm độc mãn tính sẽ dẫn tới viêm da, viêm khí
quản, viêm phổi biến chứng thành mọng nước phổi, phản ứng của vị giác và khứu giác giảm
sút, mắt đỏ, sưng húp.
Nếu để SO2 lỏng bắn vào mắt sẽ làm cho con người bị cứng hoá.
I.1.2.4.Phạm vi gây nhiễm độc của SO2
Sau đây là phạm vi nồng độ gây độc và các triệu chứng biểu hiện khi nhiễm độc
SO2.
Nồng độ SO2 trong không
khí (mg/l)
0,0008 – 0,013
0,020 – 0,030
0,05

Tác hại gây độc
Có thể ngửi thấy mùi.
Có kích thích đối với cổ họng.
Kích thích mạnh đối với cổ họng, gây
ho.

0,130 – 0,260

Chịu đựng đước trong khoảng 0,5 đến
1 giờ.

1,000 – 1,200

Trong thời gian ngắn có thể nhiễm
độc nặng.

-3-

I.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ:
I.2.1. Sơ lược về phương pháp hấp thụ ( Absorption method):
Hấp thụ là phương pháp làm sạch khí thải độc hại ( chất bị hấp thụ ) vào trong môi
trường lỏng ( dung môi hấp thụ). Khi tiếp xúc với khí thải,chất độc hại sẽ tác dụng với các
chất trong môi trường mỏng và được giữ lại theo 2 cách hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học.

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.

-4-

I.2.2. Sơ lược về phương pháp hấp phụ( Absorption method) :
Khác với quá trình hấp thụ, trong quá trình hấp phụ người ta dùng chất rắn xốp để hút
các chất khí độc có trong khí thải trên bề mặt chất rắn được gọi là chất hấp phụ (adsorbent)
và các cấu tử khí được hút vào bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate).
Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các cấu tử quí để sử dụng lại
trong công nghiệp hóa chất.
Trong kĩ 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 thải ra của các nhà máy sản xuất thực
phẩm,thuộc da,nhuộm,chế biến khí tự nhiên,công nghệ tổng hợp hữu cơ….
Căn cứ vào bản chất liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phân thành 2 loại:
 Hấp phụ vật lý: là hấp phụ đa phân tử ( hấp phụ nhiều lớp),lực liên kết là lực hút giữa
các phân tử( Vanderwaals),không tạo thành hợp chất bề mặt.
 Hấp phụ hóa học: là hấp phụ đơn phân tử (hấp phụ một lớp). Lực liên kết là lực liên kết
bề mặt tạo nên hợp chất bề mặt.

I.2.3. Đại cương về phương pháp đốt (Incineration Method):
Nhiều ngành công nghiệp sinh ra các dòng khí thải không có giá trị thu hồi nên các
phương pháp hấp thụ ,hấp phụ không mang tính khả thi. Phương pháp đốt (thiêu hủy) được
sử dụng cho các loại khí này và cả những dòng khí thải mà việc thu hồi rất khó thực
hiện,chúng có thể cháy được nhưng sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp không độc hại hay ít độc hại
hơn. Các chất khí thải được sử 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 bao gồm cửa lò đốt,bộ mồi lửa đốt bằng
nhiên liệu và khí thải (chất hữu cơ),buồng đốt tạo đủ thời gian oxy hóa.
Theo cách thực hiện quá trình đốt ,thiết bị đốt có thể chia làm 3 nhóm chính như sau:

 Đốt cháy trực tiếp ( Direct Combustion).
 Thiêu nhiệt (Thermal Incineration).
 Oxy hóa xúc tác ( Catalytic Oxidization).
Để lựa chọn phương pháp xử lí ta phải phân tích phạm vi ứng dụng, ưu ,nhược
điểm của các phương pháp xử lí khí thải đã nêu trên để làm cơ sở lựa chọn phương
pháp thích hợp:
 Phương pháp hấp thụ:

Ưu điểm:
 Rẻ tiền ,nhất là khi sử dụng H2O làm dung môi hấp thụ,các khí độc hại như SO 2, H2S,
NH3, HF,... có thể được xử lí rất tốt với phương pháp này với dung môi nước và các
dung môi thích hợp.
 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, hệ số làm sạch giảm khi nhiệt độ dòng khí cao nên
không thể dùng xử lí các dòng khí thải có nhiệt độ cao, quá trình hấp thụ là quá trình
-5-


tỏa nhiệt nên khi thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thiết bị hấp thụ xử lí khí thải
nhiều trường hợp ta phải lắp đặt thêm thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp hấp thụ để làm
nguội thiết bị, tăng hiệu quả của quá trình xử lí. Như vậy ,thiết bị sẽ trở nên cồng
kềnh, vận hành phức tạp.
 Khi làm việc, hiện tượng “sặc” rất dễ xảy ra khi ta khống chế, điều chỉnh mật độ tưới
của pha lỏng không tốt, đặc biệt khi dòng khí thải có hàm lượng bụi lớn.
 Việc lựa chọn dung môi thích hợp sẽ rất khó khăn, khi chất khí cần xử lí không có khả
năng hòa tan trong nước. Lựa chọn dung môi hữu cơ sẽ nảy sinh vấn đề: các dung môi
này có độc hại cho người sử dụng và môi trường hay không? Việc lựa chọn dung môi

thích hợp là bài toán hóc búa mang tính kinh tế và kĩ thuật, giá thành dung moi quyết
định lớn đến giá thành xử lý và hiệu quả xử lý.
 Phải tái sinh dung môi (dòng chất thải thứ cấp ) khi xử dụng dung môi đắt tiền. Chất
thải gây ô nhiễm nguồn nước hệ thống càng trở nên cồng kềnh phức tạp.
 Phương pháp hấp phụ:
 Ưu điểm:
 Làm sạch và thu hồi được khá nhiều chất ô nhiễm thể hơi hay khí. Nếu các chất này
có giá trị kinh tế cao thì sau khi hoàn nguyên chất hấp phụ, chúng sẽ được tái sử dụng trong
công nghệ sản xuất mà vẫn giảm được tác hại gây ô nhiễm.
 Chất hấp phụ cũng khá dễ kiếm và rẻ tiền. Thông dụng nhất là than hoạt tính ( hấp
phụ được nhiều chất hữu cơ).
 Nhược điểm:
 Khi hoàn nguyên chất hấp phụ sẽ sinh ra các trường hợp ô nhiễm thứ cấp ( nếu
chất ô nhiễm hoàn toàn là chất độc hại nguy hiểm cần thải bỏ hay có giá trị kinh tế không
cao không cần tái sử dụng). Trường hợp chất hấp phụ có giá thành rẻ, dễ kiếm có thể bỏ nó
đi.
 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).
 Hiệu quả hấp phụ kém nếu nhiệt độ khí thải cao.
 Với các chất khí bị hấp phụ có khả năng bắt cháy cao việc tiến hành nhả hấp
bằng dòng khí có nhiệt độ cao cũng sẽ vấp phải nguy cơ cháy tháp hấp phụ.
 Phương pháp đốt:
 Ưu điểm:
 Những khí có khả năng bắt cháy cao và nhiệt trị cao có thể được xử lí bằng
phương pháp đốt. Thông thường những hợp chất hữu cơ, nhất là nhũng hợp chất chưa no là
những chất có khả năng bắt cháy cao khi đốt.
 Phương pháp đốt trực tiếp là giải pháp thỏa đáng khi xử lý khí thải không chứa
nhiều chất ô nhiễm vô cơ như S, Cl, F…
 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.
 Có thể tận dụng nhiệt năng trong quá trình xử lý vào mục đích khác.
 Nhược điểm :

Phải có hệ thống thiết bị đốt thích hợp không sinh ra khói và các chất ô
nhiễm thứ cấp gây độc hại. Nên trong khi nghiên cứu, thiết kế triển khai phải chú ý tốt đến tất
cả các điều kiện duy trì phản ứng cháy, để có được một thiết bị đốt cho hiệu quả cao.
-6-


Như vậy việc lựa chọn phương pháp hấp thụ làm đối tượng nghiên cứu , áp dụng cho xử lý
khí SO2 của nhà máy Nhiệt điện sẽ là một hướng đi phù hợp,và hiệu quả.

I.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Quá trình hấp thụ được thực hiện trong nhiều loại tháp khác nhau. Sau đây là một số tháp
thường dùng:
 Tháp phun rỗng
 Tháp rửa khí có đệm
 Tháp rửa khí theo kiểu sủi bọt.
I.3.1. Tháp phun rỗng
Là một dạng tháp được chế tạo bằng kim loại hoặc bê tông. Tiết diện tháp có thể
hình tròn hay hình chữ nhật. Dòng khí và dịch trong tháp có thể chuyển động cùng
chiều,ngược chiều hoặc cắt nhau. Các mũi phun có thể bố trí một tầng hoặc nhiều tầng
hoặc đặt dọc trục thiết bị. Dòng khí thải chứa chất ô nhiễm khi tiếp xúc với dịch phun
trong tháp sẽ cuốn theo dịch phun.
Hiệu quả hoạt động của tháp còn phụ thuộc vào tính chất của dòng khí thải, dung
dịch phun và các thông số động lực học đi trong tháp.
I.3.2. Tháp rửa khí có đệm

Đây là một dạng cải tiến từ các tháp rửa khí rỗng vừa trình bày ở trên. Trong phần
không gian của tháp người ta đặt các khâu đệm chế tạo từ các vật liệu như gốm, sứ,
gỗ…. Các khâu đệm này có hình dạng hình trụ, vành khuyên… có thể xếp ngẫu nhiên
hay theo thứ tự.
Toàn bộ số vật chêm được đặt trên bộ phận đỡ vật chêm cũng là bộ phận phân phối
khí. Dung dịch hấp thụ được phân phối ở đỉnh tháp qua bộ phận phân phối lỏng sao cho
các chất lỏng phải thấm ướt được toàn bộ vật chêm.
Dòng khí chuyển động ngược dòng với dòng dung dịch phun theo phương thẳng
đứng. Loại thiết bị này có trở lực lớn hơn nhiều so với tháp rửa rỗng nhưng hiệu quả
hấp thụ cao.
Thiết bị rửa khí có lớp đệm không những hấp thụ thành phần khí độc hại mà còn làm
lạnh khí và lọc bụi ướt có trong khí thải.
I.3.3. Thiết bị lọc bụi kiểu sủi bọt
Thân tháp hình trụ thẳng đứng trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau. Trên đó
pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau. Chất lỏng đi vào ở đỉnh hoặc tại một mâm
thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyền. Pha
khí đi từ dưới lên qua mỗi mâmbằng các khe hở trên mâm do cấu tạo khác nhau của
mâm tạo nên. Quá trình tiếp xúc pha sẽ tạo nên sự hấp thụ khí.
Tháp hoạt động đạt hiệu quả cao khí mức chất lỏng trên mâm và vận tốc khí phải lớn
và tháp bị ngập lụt. Thường loại tháp này rất khó thiết kế vì đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật và
các thông số tính toán phải thật dung hòa và chính xác cao.
Qua mô tả ba loại thiết bị trên nhận thấy có thể áp dụng các thiết bị trên cho quá trình
hấp thụ rửa khí đều được, tuy nhiên việc ứng dụng loại thiết bị nào còn tùy thuộc vào
mức độ ô nhiễm và điều kiện hiện hữu.

-7-


Trong các loại thiết bị này, chúng ta sẽ nghiên cứu thiết bị rửa khí có đệm vì
những lí do sau:

_ Hiệu quả hấp thu tốt.
_ Dễ chế tạo
_ Dễ vận hành
_ Giá thành chế tạo không cao
_ Xử lý được với các khoảng dao động nồng độ rộng.
_ Xử lý được với loại nồng độ cao
_ Xử lý được với nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải.
I.4.
THỤ:

MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP

I.4.1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước:
Qúa trình hấp thụ SO2 bằng nước:
SO2 + H2O
H+ + HSO3Hấp thụ khí SO2 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 khí SO2 bằng nước bao gồm 2 giai đoạn:

Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải
đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước –scrubơ;

Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO 2 (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 cấp vào hệ thông hấp thụ khí SO 2 phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO 2 khỏi
nước thì nhiệt độ của nước phải cao.
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 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 (hơi nước ) công suất lớn .đó là một khó khăn .ngoài ra, để sử dụng lại nước
cho quá trình hấp thụ phải làm nguội nnước xuống gần 10 oC tức phải cần đến nguồn cấp
lạnh. Đó cũng là vấn đề không đơn giản và khá tốn kém.
Từ những nhược điểm nói trên, phương pháp hấp thụ khí SO 2 bằng chỉ áp dụng
được khi:
-Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao
-Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơii nước )với giá rẻ
-Có sẵn nguồn nước lạnh
-Có thể xả
được nước có
chứa ít axit ra
sông ngòi
Trên hình
I.1 là sơ đồ hệ
thống hấp thụ
khí SO2 bằng
nước :
Hình I.1. Sơ
-8-


đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước
1-tháp hấp thụ;
2-tháp giải thoát khí SO2 ; 3-thiết bị ngưng tụ ;
4,5- thiết bị trao đổi nhiệt ; 6-bơm.

Hình I.2. Sơ đồ hệ
thống xử lý khí SO2 bằng
nước kết hợp với oxy hóa
bằng xúc tác

1-xiclon
2-tháp oxy hóa nhiều
tầng xúc tác
3-thiết bị làm nguội
4-scrubơ rửa khí
I.4.2. Xử lý khí SO2
bằng sữa vôi ( Ca(OH)2 ):
Xử lý khí SO2 bằng vôi là phường pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp
vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi.
Khí SO2 được thu hồi trong tháp rửa bằng sữa vôi, sữa vôi tác dụng với SO 2 theo
phản ứng:
SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O
(1)

Trên hình I.3 là sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải bằng sữa vôi .
Hình I.3. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi
1- srubơ
2- bộ phận
tách tinh thể
3- bộ lọc
chân không
4,5- máy bơm
6-thùng hòa
trộn dung dịch
hấp thụ( sữa vôi
– dạng huyền
-9-


phù)

7- máy đập
8- máy nghiền đá vôi
Khói thải sau khi thu được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ, trong đó xảy ra quá trình
hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới lên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Nước chua
(chứa acid ) chảy ra từ scrubơ có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể:
CaSO3.0.5H2O, CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần
tách các tinh thể nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2. Thiết bị sấy số
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 dịcg một phần đi vào tưới
cho scrubơ, phần còn lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới
dạng cặn bùn và được thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột ở các
thiết bị 7,8 rồi cho vào thùng 6 để pha trộn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân
không số 3 cùng với một lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới.
Để thực hiện quá trình làm sạch khí trong tháp rửa có ô đệm thì cần phun dịch thể
vào tháp với lượng lớn để loại trừ sự tắc bẩn trong lớp ô đệm do phản ứng CaSO 3 và
thạch cao (CaSO4.2H2O). Vì vậy, dùng phương pháp tuần hoàn bùn nhão nhiều lần.
Khi nồng độ khí SO2 thay đổi thì lượng dịch thể cấp vào tháp tỷ lệ thuận với sự thay
đổi nồng độ SO2 trong khí.
Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống không
vượt quá 20 mm cột nước.
Đôi khi thay thế sữa vôi bằng bột vôi, khi đó làm giảm đáng kể mức làm sạch khí.
Để tăng mức làm sạch khí và giảm lượng vôi thì kích thước của nó phải nhỏ.
Trường hợp này phản ứng:
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2
(2)
Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống
xử lý ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit
thành sunfat trong lò nung.
Một dạng khác của hệ thống hấp thụ khí SO 2 bằng sữa vôi được áp dụng ở nhà máy
nhiệt điện Battersea ở Anh là người ta dùng nước sông Thame có độ kiềm lớn và hòa

trộn thêm dung dịch đá phấn. Sơ đồ hệ thống được thể hiện ở hình I.4:
Khí thải từ lò hơi có nhiệt độ 120oC đi vào scrubơ 1 được tưới nước sông Thame có
hòa thêm sữa đá phấn. Dung dịch đi ra từ phía dưới của scrubơ 1 được cho vào bể lắng
3 và sau đó qua bộ phận thông khí (aerato ) 4, tại đây không khí được thổi vào để cấp
oxy cho quá trình oxy hóa các muối trung gian thành muối sunfat rồi xả ta sông. Để
thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta hòa vào trong nước dung dịch chất xúc tác mangan
sunfat (MnSO4) hoặc sắt sunfat (FeSO4).
Hình I.4. Sơ đồ hệ thống xử lý
khí SO2 trong khói thải của nhà
máy nhiệt điện Battersea (Anh)
1- scrubơ ( tháp hấp thụ)
2- bộ phận lọc cặn hình trống
3- bể lắng
4- bộ phận thông khí (aerato)

- 10 -


Một loại hệ thống xử lý khí SO 2 bằng sữa vôi hiện đại hơn được áp dụng ở Nhật Bản.
Trong hệ thống này sản phẩm cuối cùng thu được là thạch cao thương phẩm. Sơ đồ hệ
thống được trình bày ở hình I.5.
Hình I.5. Hệ thống
xử lí khí SO2 với sản
phẩm thu được là
thạch cao thương
phẩm
1,3,4- scrubơ
2- thiết bị làm sạch
5- thùng chứa
6- thùng cô đặc

7- thùng pha chế
sữa vôi mới
8- thùng chứa trung
gian có khuấy
9- thùng oxy hóa
( sục không khí)
10- máy vắt khô ly
tâm
Khói thải được đưa vào tháp làm nguội và làm sạch bụi trong scrubơ 1 sau khi đã
qua cấp lọc thô bằng xiclon ở công đoạn trước.
Khói được làm nguội đến nhiệt độ t=60oC, sau đó một phần lớn đi vào tháp hấp thụ 4
được tưới dung dịch bisunfit-sufnat canxi mà dung dịch này luôn được bổ sung sữa vôi
mới. Phần khói còn lại đi vào thiết bị làm nguội 2 để hạ nhiệt độ xuống 40 oC và đi vào
scrubơ 3 được tưới dung dịch bisunfit-sunfat lấy từ scrubơ 4. Dung dịch tưới cho các
scrubơ 1; 3 và 4 đều lấy từ các bể chứa 5.
Nước từ trong thùng cô đặc 6 được đưa sang bể số 7 để chuẩn bị sữa vôi mới. Từ
thùng chứa 8 sữa cô đặc được đưa sang thùng oxy hóa 9, ở đó quá trình oxy hóa diễn ra
bằng không khí thổi có áp.
Kết quả là các tinh thể thạch cao được hình thành. Tiếp theo, thạch cao loãng trong
thùng 9 được đưa sang máy vắt khô ly tâm 10 để lọc ra thạch cao tinh chất
CaSO4.0,5H2O.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp xử lý khí SO 2 bằng sữa vôi là 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.
I.4.3. Xử lý khí SO2 bằng amoniac
Hình I.6. Sơ đồ hệ thống xử lí SO2 bằng amoniac.
1- scrubơ
2,4- thiết bị làm
nguội
3- tháp hấp thụ

nhiều tầng
5tháp
hoàn
nguyên
6- tháp bốc hơi
7- tháp kết tinh
8- máy vắt khô ly
- 11 -


tâm
9- nồi chưng áp
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 30oC, còn bụi cần được thải ra ngoài. Trong nước tuần
hoàn dùng cho quá trình làm nguội khói trong scrubơ 1 có chứa bụi, SO 2 và H2SO4.
lượng khí SO2 khử được trong scrubơ 1 chiếm khoảng 10% lượng SO 2 chung trong
khóithải khi nồng độ ban đầu của SO 2 trong khói là 0.3%. Nhiệt độ cuối của nước đạt
khoảng 50oC. Để nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuống
khoảng 27oC 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 SO2 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 liên tục
vào vòng tuần hoàn. Từ scrubơ 1 khí đã được làm nguội đi vào tháp hấp thụ số 3, tại đó
quá trình hấp thụ SO2 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. Thành phần
dung dịch tưới ở mỗi tầng hấp thụ được giữ không đổi. Dung dịch đã hoàn nguyên được
cấp vào tần hấp thụ kề với tầng trên cùng.

I.4.3.1. Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp
Hình I.7. Sơ đồ
hệ thống xử lí khí
SO2
bằng
amoniac
có
chưng áp
1- tháp hấp thụ
2- máy lọc ép
3- nồi chưng áp
4- thiết bị bốc
hơi chân không
5- máy lọc ly
tâm
6- máy sấy khô
Khí thải sau khi được lọc sạch bụi đi vào tháp hấp thụ đạt khoảng 45%. Người ta bổ
sung vào dung dịch tưới một lương dung dịch nước –amoniac đậm đặc (30%). Một
phần dung dịch tưới tương đương với lượng dung dịch mới bổ sung vào luôn luôn được
tách ra sau tháp hấp thụ để đưa vào bộ lọc ép 2, sau đó đi vào thùng chưng áp 3. Sau khi
hoàn thành phản ứng oxy hóa, các chất trong thùng chưng áp nguội dần, áp suất dư
giảm xuống đếm 3.5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra đổ thành
khuôn. Phần dung dịch 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 amoniac có chưng áp là sản phẩm
cuốicùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat.
I.4.3.2. Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi

- 12 -

Hình I.8. Sơ
đồ hệ thống xử
lý khí SO2 bằng
amoniac
kết
hợp với vôi.
1,2- scrubơ
3- thùng phản
ứng
4- thiết bị trao
đổi
nhiệt(làm
nguội)
5- máy lọc ly
tâm
6- thùng pha
chế sữa vôi
7,8- thùng chứa dung dịch mới

Hiệu quả khử SO2 của phương pháp amoniac- voi có thể đạt 95%; nồng độ NH 3 theo
khí sạch thoát ra ngoài khoảng 0.001%.
Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp amoniac đơn thuần là rất ít tốn
amoniac và có thể áp fụng 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.
I.4.4. Xử lý khí SO2 bằng magie oxit (MgO)
Phương pháp này dựa trên các phản ứng sau:
MgO + SO2 = MgSO3
(3)

Magie sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 để cho bisunfit:
MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2
(4)
Một phần Magie sunfit tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat:
2MgSO3 + O2 = MgSO4
(5)
Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO 2 do đó phản ứng oxy hóa sunfit (5) 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 sùnit sẽ ngừng 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 (6)
Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế, do đó MgSO 3 sẽ kết tủa thành
tinh thể hexahydrat MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC hexahydrat biến thành trihydrat
MgSO3.3H2O.
Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử ký nhiệt ở nhiệt
độ 800 ÷ 900oC để thu hồi MgO và SO2.
900 0 C
MgSO3
SO2 + MgO 800
÷
→
(7)
Magie oxit được quay trở lại chu trình làm việc, còn SO 2 đậm đặc có thể đưa sang
công đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất.

- 13 -


I.4.4.1. Phương pháp magie oxit “kết tinh” theo chu trình
Hình I.9. Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng magie oxit kết tinh theo chu trình

1srubơ
2bộ lọc
3bể chứa
4bộ phận khống
chế liều lượng
5,6- xiclon thủy lực
7- máy lọc ép
8- máy lọc chân không
có băng tải
9- lò nhiều tầng
Khói thải cần xử lý SO 2
được đưa vào scrubơ 1
trong đó được tưới dung
dịch huyền phù MgSO3.6H2O và MgO. Khí SO2 trong khói thải sẽ bị khử theo phản ứng
(3)và (4), khí sạch thoát ra ngoài. Sau khi ra khỏi scrubơ 1, một phần dung dịch đã bị
oxy hóa chảy vào bể chứa 3, tại đây nhờ có bộ phận đo liều lượng 4, MgO được bổ sung
vào bể chứa. Lượng MgO bổ sung pụ thuộc vào lượng SO 2 khử được. Từ bể chứa 3
dung dịch với tỷ lệ rắn-lỏng ≈ 0.1 được đưa lên tưới cho scrubơ sau khi đã được lọc các
hạt cứng ở bộ lọc 2. Một phần dung dịch ra khỏi scrubơ 1 được đưa sang xiclon thủy lực
5 và 6. phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ chảy xuống máylọc chân không có băng tải số
8 để tách tinh thể MgSO3.6H2O. phần nổi bên trên xiclon cũng còn lẫn nhiều cặn bùn
được đưa sang máy lọc éP 7 để loại bở cắn bùn, phần dung dịch còn lại ở các bộ lọc 7
và 8 chảy trở về bể chứa 3 để chuẩn bị dung dịch tưới mới.
Các tinh thể MgSO3.6H2O thu được ở bộ lọc băng tải được đưa sang lò nung 9, ở đó
dưới tác dụng của nhiệt độ cao (800÷900oC) do đốt nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí đốt,
phản ứng (7) sẽ xảy ra, khí SO2 thoát ra với độ đặm đặc khoảng 18÷20% dùng cung cấp
cho công đoạn sản xuất axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất, còn magie oxit được
hoàn nguyên và đưa về bể 3 để pha chế dung dịch mới.

tháp bị bám nhiều tinh thể magie sunfit.

I.4.4.2. Phương pháp magie oxit “không kết tinh”
Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubơ bị đóng cắn nhanh chóng bởi các tinh
thể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử SO 2 bằng magie oxit “không kết
tinh”. Thực chất của phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tưới
được tách ra trong thiết bị riêng biệt- gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theo
dung dịch từ scrubơ chảy ra kết hợp với MgO theo phản ứng (9), nhờ đó lượng magie
sunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2 ÷ 3% và thiết bị hoạt
động được nhẹ nhàng hơn.
Hình I.10. Sơ đồ hệ
thống xử lý SO2 bằng
MgO không kết tinh
1scrubơ
2thùng áp lực
3bể chứa
4thùng trung hòa
5,6,7,8,9- như trong sơ
- 14 -


đồ 9
10- thùng chuẩn bị dung dịch mới

I.4.4.3.

Phương pháp magie oxit sủi bọt
Hình I.11. Sơ đồ hệ
thống xử lí khí SO2 bằng
MgO sủi bọt
1thiết bị hấp thụ
kết hợp với thùng kết tinh

2máy khuấy
3bộ phận tách
giọt nước
4thùng chứa và
pha chế dung dịch mới
5,6,7,8,9- như trong các
sơ đồ hình 9,10

Ưu điểm nổi bật của hệ
thông “sủi bọt” là tháp hấp thụ không cần lớp đệm băng vật liệu rỗng. Do đó vấn đề
đóng cắn bẩn gây tắc lớp đệm là không xảy ra. Tuy nhiên do dòng khí thải sục qua lớp
dung dịch nên sức cản khí hộng của hệ thống tương đối cao và vì vậy vận tốc dòng khí
đi qua tiết diện ngang của thiết bị hấp thụ phải hạn chế ở mức thấp.
I.4.4.4. Phương pháp magie oxit kết hợp với potas (kali cacbonat)
Nhược điểm của phương pháp khử SO 2 bằng magie oxit là hệ thống thường bị đóng
cắn bởi các tinh thể không hòa tan. Vì thế người ta tìm kiếm các biện pháp để tận dụng
được ưu điểm của phương pháp tuần hoàn magie oxit mà tránh đựơc nhược điểm vừa
nêu trên đây. Điều này có thể đạt được nhờ phương pháp magie oxit – potas, trong đó
không dùng các muối magie dạng sữa huyền phù để tưới cho tháp hấp thụ mà dùng
dung dịch kali cacbonat và kali sunfat la những chất hoàn toàn hòa tan trong nước
Hình I.12- Sơ đồ hệ thống
xử lí khí SO2 theo phương
pháp magie oxit-potas
1scrubơ
2bể tuần hoàn
3bình lọc
4thùng phản ứng
5xiclon thủy lực
6máy lọc chân không
có băng tải

7lò nung
Hiệu quả khử SO2 của hệ thống đạt 95 ÷ 99% khi nồng độ ban đầu của SO 2 trong
khói thải đi vào hệ thống nằm trong khoảng 0.15 ÷ 0.6% theo thể tích. Đây là phương
pháp có tuần hoàn theo chu trình đối với cả K 2SO3 lẫn MgO, áp dụng được cho trường
hợp khói thải có nhiệt độ cao và chứa nhiều bụi mà không cần phải làm nguội và lọc bụi
trước khi đi vào hệ thống xử lý SO2 .
Nhược điểm chủ yếu của các phương pháp nêu trên so với phương pháp oxit magie
đơn thuần là dung dịch hấp thụ SO 2 của dung dịch làm việc không cao băng dung dịch
- 15 -


magie oxit.
I.4.5. Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit ZnO
Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit (ZnO) cũng tương tự như phương pháp oxit magie tức
là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó dùng
nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO.
Ưu điểm chính của phương pháp này là quá trình phân lý kẽm sunfit ZnSO 3 thành
SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối
với MgSO3. Ap suất bão hòa của SO 2 trên MgSO3 bằng 1 atm ở nhiệt độ 650 oC, trong
lúc đó đối với ZnSO3 áp suất bão hòa như trên có ở nhiệt độ chỉ bằng 260 oC. Điều đó
cho phép tiến thành phân ly ZnSO 3 trong lò múp và thu hồi SO 2 với nồng độ ≈ 100%,
trong lúc MgSO3 được phân ly trongdòng sản phẩm cháy của nhiên liệu nung và chỉ đạt
nồng độ không quá 15 ÷20%.
I.4.5.1. Phương pháp kẽm oxit đơn thuần
Theo phương pháp này khí thải sau khi được lọc bụi và không làm nguội sơ bộ đi
vào scrubơ, trong đó tưới dung dịch huyền phù ZnO. Phản ứng xảy ra trong scrubơ như
sau:
ZnO + SO2 = ZnSO3 (8)
Kẽm sunfit hình thành từ phản ứng trên là loại muối kém hòa tan trong nước và kết
tủa dưới dạng các tinh thể ZnSO3.5H2O trong bể tuần hoàn có khuấy. Tinh thể kẽm

sunfit được tách ra khỏi dung dịch bằng máy lọc hoặc máy ly tâm. Dung dịch loãng sau
máy lọc được quay về để chuẩn bị sữa kẽm oxit mới, còn tinh thể kẽm sunfit thì được
sấy khô và đưa vào lo nung để hoàn nguyên kẽm oxit và thu hồi SO 2 nồng độ cao
(≈100%). Khí SO2 thu hồi được có thể được hóa lỏng hoặc chế biến thành axit sunfuric
hoặc lưu huỳnh đơn chất.
Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi phải lọc sạch tro bụi trong khí thải trước
khi đưa vào hệ thống xử lý SO 2 và tiêu hao nhiều kẽm oxit do có hiện tượng oxy hóa
kẽm sunfit thành sunfat. Ngoài ra, nếu trong khí thải có chứa các chất ô nhiễm khác như
hydroclorua và oxit nitơ thì lượng tiêu hao kẽm oxit sẽ nhiều hơn do hình thành các
clorit và nitrat hòa tan.
I.4.5.2. Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit
Hình I.13. Sơ đồ hệ thống
xử lí SO2 bằng kẽm oxit kết
hợp với natri sunfit
1- srubơ
2,5- bể lắng
3,4,7- thùng phản ứng
6,8- thiết bị lọc chân không
9- máy sấy hình trống
10- lò nung hoàn nguyên
ZnO và thu hồi SO2
Phương pháp này cũng như
phương pháp kẽm oxit đơn
thuần không đòi hỏi làm nguội
sơ bộ khói thải, hiệu quả khử SO 2 đạt 96 ÷ 98%. Nhưng nhược điểm chủ yếu là hệ
thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri.
I.4.6. Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ:

- 16 -

Quá trình xử lý khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng
nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là
các amin thơm như anilin C6H5NH2 , toluiđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2 và
đimetyl-anilin C6H5N(CH3)2.
Hình I.14. Sơ đồ hệ
thống xử lí khí SO2 theo
quá trình sunfiđin
1- thiết bị trao đổi
nhiệt( làm nguội)
2,3- tháp hấp thụ
4,7- scrubơ
5- tháp bốc hơi
6- bể lắng
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 hỗn
hợp xylidin-nước theo sơ đồ chuyển động ngược chiều của dòng khí và dung dịch hấp
thụ. Trong quá trình hấp thụ SO 2 bằng xilidin có tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể, do đó
cần làm nguội dung dịch bằng các thiết bị trao đổi nhiệt 1. khí sạch đi ra khỏi tháp hấp
thụ có chứa hơi xylidin cần cho qua scrubơ 4 để thu hồi hơi xylidin bằng axit sunfuric
loãng.

Chương II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
II.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ:
Thiết kế tháp đệm sử dụng dung dịch Ca(OH)2 hấp thu khí thải SO2 từ nhà máy phát điện.
- Lưu lượng khí thải: 6000 m3/h.
- Nồng độ SO2 ban đầu 1413 ppm.
- Nhiệt độ khí thải là 57oC

- Áp suất là P=1 at.
II.2.

ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ:

- 17 -


Công nghệ lựa chọn:


Hấp thụ khí SO2 bằng sữa vôi

Dung môi sử dụng là dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 vì:
o Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao CaSO 4 không gây ô nhiễm thứ cấp
cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn.
o Là loại dung dịch rẻ tiền, dễ kiếm.
o Tính ăn mòn thiết bị yếu ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý.
o Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ các acid SO2, CO2, ... còn có tác dụng làm nguội
khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói.
o Theo yêu cầu của đồ án.


Vật liệu chế tạo tháp hấp thu:

Do phải chịu tác dụng hoá học với khí thải và dung dịch có tính ăn mòn cao nên vật liệu
chế tạo tháp hấp thu và các đường ống dẫn khí được chọn là loại thép hợp kim đặc biệt
thuộc nhóm thép không gỉ, chúng có tính chống ăn mòn cao trong điều kiện làm việc
của thiết bị.
Thiết bị xử ly: tháp hấp thu làm bằng vật liệu thép không gỉ với lớp đệm vòng sứ do:

o Có khả năng chịu đựng môi trường hoá chất và nhiệt độ cao.
o Lớp đệm có tác dụng tăng diện tích và thời gian tiếp xúc giữa 2 pha khí - lỏng để quá
trình hấp thu xảy ra triệt để hơn. Bố trí chuyển động ngược chiều: khí chuyển động từ
dưới lên, dung dịch từ trên xuống.
o Ngoài ra lớp đệm vòng sứ còn có tác dụng va đập, kết dính bụi và kim loại nặng trong
khí thải vào dung dịch hấp thu sau đo được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng.
o Có tấm thép chống gỉ đục lỗ để đỡ và phân phối đều khí qua tiết diện ngang của tháp.
Nhược điểm chính là phát sinh một lượng nước thải. Nhược điểm này có thể khắc phục
bằng cách sử dụng tuần hoàn dung dịch xử lý nhằm triệt để lượng hoá chất trong dung dịch và
giảm lượng nước thải ra ngoài. Theo phương pháp này, dung dịch xử lý được sử dụng tuần
hoàn theo một chu trình kín, chỉ thải bỏ một lượng nhỏ khi tháo cặn bùn từ bể lắng.
Sơ đồ quy trình công nghệ:


Quy trình xử lý khí thải được lựa chọn:

Khí thải

Bộ lọc bụi bằng
Cyclon
- 18 -

Tháp giải nhiệt


Tháp hấp thu xử lý SO2

Thiết bị lọc bụi tĩnh
điện

Khí thải ra môi
trường

II.3. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ:
Vì nồng độ bụi tương đối cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (theo TCVN 5939 – 1995: tiêu
chuẩn B là 500 mg/m3) nên ta phải xử lý bụi. Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô, cho
khói thải đi qua Xyclon thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm. Sau đó được đưa qua thiết
bị giải nhiệt để làm hạ nhiệt độ xuống.
Khí thải một phần đã được làm sạch, dùng quạt thổi khí vào tháp đệm từ dưới lên. Dung dịch
hấp thu được hệ thống ống dẫn bơm lên phần trên thân trụ và được đĩa phân phối tưới đều lên
lớp vật liệu đệm. Dòng khí đi từ dưới lên, dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm, cả hai tiếp
xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ. Dung dịch SO 2 lắng xuống đáy tháp và được đưa đến bể
xử lý. Khí ra ở đỉnh tháp được quạt hút đưa ra thiết bị lọc bụi tĩnh điện để loại bỏ lượng bụi
còn sót lại,sau đó được đưa ra môi trường ngoài thông qua ống khói cao để phát tán.
Khí sạch được thải ra ngoài môi trường có nồng độ SO 2 đạt tiêu chuẩn cho phép (theo
TCVN 5939 – 1995 cột B).
Xử lý sơ bộ dung dịch xử lý:
Dung dịch xử lý khí thải được sử dụng tuần hoàn, khi tiếp xúc với khí thải các phản ứng
hoá học xảy ra giữa dòng khí có tính acid và dung dịch kiềm, đó là phản ứng trung hoà. Dung
dịch cũng lôi cuốn theo tro bụi trong khí thải. Theo thời gian, dung dịch sẽ giảm dần pH và
chứa nhiều cặn. Khi bổ sung dung dịch mới, một lượng dung dịch cũ được thải bỏ. Vì vậy, bể
lắng cặn ngoài tác dụng làm trong dung dịch tuần hoàn còn có tác dụng xử lý sơ bộ nước thải
trước khi thải ra ngoài.

- 19 -


Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THU SO2
III.1. TÍNH TOÁN CÁC DÒNG VẬT CHẤT - ĐƯỜNG CÂN BẰNG PHA

Gtr = Gd × (1 − y d )
III.1.1.Xác định các dòng vật chất:

Gc, Yc

Lđ,
Xđ

Gđ, Gc : suất lượng hỗn hợp khí đầu vào – ra (kmol/h)
Lđ, Lc : suất lượng Ca(OH)2 đầu vào – ra (kmol/h)
Yđ,Yc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha khí
(kmol/kmol trơ)
Xđ,Xc : Nồng độ đầu và cuối của SO2 trong pha lỏng
(kmol/kmol lỏng)

G ,Y

Đầuđvào:đ

Lc, Xc

Nếu ta gọi yd là nồng độ phần mol của hỗn hợp khí ban đầu thì ta sẽ tính được lượng
khí trơ như sau:

- 20 -


ρ hh = ρ SO2 + ρ tr =

M SO2 .PSO2 .T0

22,4.T .P0

+

[

M tr .Ptr .T0
T0
=
M SO2 PSO2 + M tr Ptr
22,4.T .P0 22,4.T .P0

Gd = V × ρ hh
Mà trong đó
V: thể tích hỗn hợp khí: 6000 m3/h
ρhh: khối lượng riêng hỗn hợp khí
Ta có:
Trong đó:

T0 là nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn = 2730K

T là nhiệt độ pha khí trong điều kiện ta đang xét = 57 + 273 = 3300K

M SO2 , M tr
phân tử gam của SO2 và không khí

- 21 -

]

3
22
,
4
3,34 g / m
n SO =
= .
= 0,052
(mol))
n
.(
57
+
273
M SO SO2
64
273
PSO2 =
1000

Cy

d

2

PSO2
2

áp suất riêng phần của SO2 trong 1m3 hỗn hợp khí.
với

- 22 -


[ SO ]
µ
[ SO
⇒2 ] d

22,4
(57 + 273)
273
= 1,408 × 10 −3 (at ) = 1,07 mmHg
1000

1413
.1000
.M
1413
.1000
.64
SO2
1 P
57
+
273
T
O

1
2222
,4.,4.. .
1 P12273
TOd

PSO2 =

0,052.

Với là nồng độ SO2 ban đầu :

=1413ppmĐổi
ra g/m3: === 3.34g/m3
Suy ra

- 23 -


→

ρ hh =

273
22,4.(57 + 273).760

[ 64 × 1,07 + 29 × 758,93] = 1,0728 (kg / m 3 )

p
1

Ck =
=
= 0,0369 mol = 36,9 mol 3
l
m
RT 0,082 × (273 + 57)

6000
Ptrd = V
P0×−ρPhhSO=
=
760
−
1
,
07
=
758
,
93
mmHg
G
×
1
.
0728
=
1
.
788

(kg / s )
2
3600
Ptr: áp suất riêng phần của khí trơ
P0: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn = 760 mmHg

→ Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào:

Nồng độ khí ban đầu:

- 24 -


mol
[ SO2 ] 3d
m

−3
y yc d
0,21172
.
10
Y
= = 0,001413−3 =
= 00,,21176
.10(=3mol
(molSO
SO
/ molkhí))
Ycd ==

001415
2/ molkhí
2
11−−y cy 1 −10−,21172
.10
0,001413

d
00,0078125
,
05217
molSO2 2
molSO
y cd ==
00021172
)
== 00,001413
((
molhhkhí
molhhkhí
36,,99
36

0,5
3
,
34
[ SO ] = = 0= ,0052
,0078125
(mol / m )

mol
64
3
m
64
2 c

Nồng độ SO2 theo :=

Nồng độ phần mol hay phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

Xd : phần mol SO2 trong pha lỏng.
Giả sử ban đầu dung dịch là dung dịch sạch nên Xd = 0
Đầu ra: SO2 đầu ra yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại B (0,5 g/m3)
Nồng độ mol của SO2 đầu ra:
Nồng độ phần mol hay phần thể tích của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:

Tỉ số mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào:

- 25 -

3