Tài liệu Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO2 ppt

Chuyên đề

Công nghệ xử lý khí SO2









Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
1
MỤC LỤC

Trang

1.1 Hấp thụ khí SO
2
bằng nước 1

1.2 Xử lý SO
2
bằng đá vôi (CaCO
3
) hoặc vôi nung (CaO) 3

1.3 Xử lý SO
2
bằng amoniac 5

1.3.1 Hệ thống xử lý SO
2
bằng amoniac theo chu trình 5
1.3.2 Xử lý SO
2
bằng amoniac có chưng áp 7
1.3.3 Xử lý SO
2
bằng amoniac và vôi 8

1.4 Xử lý SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ 9

1.5 Xử lý SO
2
bằng các chất hấp phụ thể rắn 11

1.5.1 Hấp phụ khí SO
2

bằng than hoạt tính 11
1.5.2 Xử lý khí SO
2
bằng than hoạt tính có tưới nước–quá trình LURGI 12
1.5.3 Xử lý SO
2
bằng nhôm oxit kiềm hóa 14
1.5.4 Xử lý SO
2
bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền 14



1.6 So sánh kinh tế – kỹ thuật của một số phương pháp xử lý SO2 16

PHỤ LỤC 17
Lọc không khí bằng lọc sinh học

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24
Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
2
CÔG GHỆ XỬ LÝ KHÍ SO
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.

1.1 Hấp thụ khí SO
2
bằng nước

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
0
C thì SO
2
bốc ra hòan 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
- Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) với giá rẻ
- Có sẵn nguồn nước lạnh

Chun đề: Cơng nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
3
Trong trường hợp khí thải giàu SO
2
như trong cơng đoạn nấu quặng sunfua
kim loại của cơng 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.

Q 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 hố khí SO
2
có toả nhiệt và phản ứng
xảy ra càng mạnh ở nhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện q trình này qua
nhiều tầng xúc tác, sau mỗi tầng đều được làm nguội.



1- Tháp hấp thụ 2- Tháp giải thoát khí SO
2

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

Hình 1 Sơ đồ hấp thụ khí SO
2
bằng nước

1.2 Xử lý SO
2
bằng đá vơi (CaCO
3
) hoặc vơi nung (CaO)

Xử lý SO
2
bằng vơi là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong cơng
nghiệp vì hiệu quả xử lý rất cao, ngun liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.

Khí sạch
thoát ra


6


SO
2



1

6

5

4

2

3

Hơi nước

Chất tải
lạnh

Xả

Khí vào

V
2
O
5

Chun đề: Cơng nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
4
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 q
trình hấp thụ khí SO
2
bằng dung dịch sữa vơi 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
khơng 3, ở đó các tinh thể được giữ lại dưới dạng cặn bùn và được thải ra
ngồi. Đá vơi được đập vụn và nghiền thành bột rồi cho vào thùng 6 để pha
trộn với dung dịch lỗng chảy ra từ bộ lọc chân khơng số 3 cùng với lượng
nước bổ sung để hình thành dung dịch sữa vơi 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- Máy bơm 6- Thùng trộn sữa vôi

Khí sạch
thoát ra

4

1

2

Nước

Khí vào

6

5

3

Vôi

Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
5
1.3 Xử lý SO
2
bằng amoniac

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
O



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.

1.3.1 Hệ thống xử lý SO
2
bằng amoniac theo chu trình

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 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
Nung nóng
Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
6
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.





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.

Hình 3 Sơ đồ hệ thống xử lý SO
2
bằng amoniac

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



Khí SO
2
thóat 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 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

Nung nóng
Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
7
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.

1.3.2 Xử lý SO
2
bằng amoniac có chưng áp




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 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
Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
8

chưng áp nguội dần, áp suất dư giảm xuống đến 3.5atm, lưu hùynh 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 sn phNm
cui cùng thu ưc ch yu gm amoni sunfat.

1.3.3 Xử lý SO
2
bằng amoniac và vôi

Phương pháp này ưc mt s hãng công nghip ca Pháp nghiên cu và áp
dng ti trung tâm công nghip Saint Ouen gn th ô Pari ca Pháp.

Hn hp hơi nưc và amoniac ưc phun trc tip vào khói thi trên ưng
ng dn vào h thng hai scrubơ lp ni tip 1 và 2. Khí SO
2
trong khói thi
kt hp vi amoniac to thành sunfit và bisunfit amoni. Trong scrubơ 1 phn
ln tro bi và các sn phNm sunfit, bisunfit ưc lai ra khi dòng khí và theo
dung dch tưi chy xung thùng cha 7. Ti ây nhit  khí cũng h xung
còn khang 60
o
C. Tip theo khí i vào scrubơ 2 và các sn phNm to thành t
SO
2
và amoniac còn sót li tip tc b tách ra khi dòng khí và theo dung dch
chy xung thùng cha 8. Mt phn dung dch tưi t scrubơ 2 chy xung
thùng cha 8 ưc ưa sang tưi cho scrubơ 1 và mt lưng dung dch mi

ưc b sung vào thùng 8.




1,2.tháp hp th, 3.thùng phn ng, 4.làm ngui, 5.máy lc ly tâm,
6.thùng pha ch sa vôi, 7,8.thùng cha dung dch tưi

Hình 5 Sơ  h thng x lý SO
2
bng amoniac và vôi

Dung dch ã bão hòa  thùng cha 7 ưc ưa sang thùng phn ng 3, ti ó
sa vôi và hơi nưc ưc cp vào  kt hp vi sunfit và bisunfit amoni to
thành sunfit và sunnfat canxi theo các phn ng sau:
Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO
2
– ThS. Đinh Hải Hà
9
(N H
4
)
2
SO
4
+ Ca(OH)
2
= CaSO
4
+ 2N H

3
+ 2H
2
O
N H
4
HSO
3
+ Ca(OH)
2
= CaSO
3
+ N H
3
+ 2H
2
O
(N H
4
)
2
SO
3
+ Ca(OH)
2
= CaSO
3
+ 2N H
3
+ 2H

2
O

Amoniac và hơi nưc bc lên t thùng phn ng 3 ưc hút và phun vào
ưng ng dn khói thi, còn bùn nhão lng  áy ưc ưa sang làm ngui
trong thit b trao i nhit 4, sau ó cn ưc tách ra  máy lc ly tâm 5
không cha canxi bisunfit có tính cht hòa tan nên có th lai b hoc ưc s
dng như vt liu san lp, làm nn ưng…

Hiu qu kh SO
2
ca phương pháp amoniac – vôi có th t 95%, nng 
N H
3
theo khí sch thóat ra khang 0.001%.

Ưu im ca phương pháp này so vi phương pháp amoniac ơn thun là rt ít
tn amoniac và có th áp dng  kh SO
2
trong khói thi có cha nhiu bi và
 nhit  cao. H thng có th làm vic vi lưu lưng khói thi rt ln.

N hưc im ch yu ca phương pháp này là lưng ph thi nhiu.

1.4 Xử lý SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ

Quá trình x lý khí SO
2

trong khí thi bng các cht hp th hu cơ ưc áp
dng nhiu trong công nghip luyn kim màu. Cht hp th khí SO
2
ưc ph
bin là các amin thơm như anilin C
6
H
5
N H
2
, toluiin CH
3
C
6
H
4
N H
2
, xyliin
(CH
3
)
2
C
6
H
3
N H
2
và imetyl-anilin C

6
H
5
N (CH
3
)
2


Thc t cho thy dung dch xyliin trong nưc có nhiu ưu im khi s dng
 kh SO
2
trong khói thi vi nng  thp, còn khi nng  SO
2
trong khói
thi tương i cao (trên 2%) thì imetyl-anilin có ưu th hơn.

Quá trình sunfidin

Quá trình này ưc các hãng công nghip hóa cht và luyn kim ca c
nghiên cu và áp dng  nhà máy Luyn Kim Hamburg  kh khí SO
2
trong
khói thi ca lò thi luyn ng. N ng  khí SO
2
trong khói thi dao ng
trong phm vi 0,5-8%, trung bình là 3,6%. Cht hp th ưc s dng là hn
hp xyliin và nưc t l = 1:1

Khí thi sơ b ưc làm ngui và lc sch bi trong thit b lc bng in, sau

ó cho qua các tháp hp th 2 và 3 t ni tip nhau. Các tháp hp th ưc
tưi hn hp xyliin-nưc theo sơ  chuyn ng ngưc chiu ca dòng khí
và dung dch hp th. Trong quá trình hp th SO
2
bng xiliin có ta ra mt
lưngnhit áng k, do ó cn làm ngui bng các thit b trao i nhit 1. Khí
sch i ra khi tháp hp th có cha hơi xyliin cn cho qua srcubơ 4  thu
hi xyliin bng acid sunfuric loãng.