BÀI THẢO LUẬN MÔN : KỸ THUẬT XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Chủ đề : Xử lý ô nhiễm không khí trong quá trình luyện cốc. Danh sách thành viên nhóm 6 : 1, Hồ Thị Luyến 2, Doãn Thị Loan 3, Nguyễn Trường Luých 4, Hoàng Thu Mai 5, Nguyễn Văn Mạnh 6, Đoàn Ngọc Minh 7,Nguyễn Thị Trà My MỤC LỤC I, Giới thiệu chung I.1 Than cốc I.1, Tính chất vật lý I.2, Tính chất hóa học I.3, Ứng dụng II, Các khí sinh ra trong quá trình luyện than cốc III, Các phương pháp xử lý khí thải trong luyện cốc III.1 Xử lý khí SO 2 III.2 Khí CO IV, Các biện pháp quản lý ngăn ngừa ô nhiễm : V , Kết luận I. Giới thiệu chung về than cốc : Than cốc là sản phẩm tạo thành từ than mỡ, là loại than chứa ít lưu huỳnh và ít tro nhiều chất bốc nhờ quy trình luyện than mỡ thành than cốc ở điều kiện yếm khí trên 1000°С. I.1, Tính chất vật lý -Than cốc là sản phẩm cứng và xốp có màu xám, thu được nhờ quá trình luyện cốc của than mỡ (loại than có thể tự tạo ra chất kết dính khi được nung ở môi trường yếm khí). - Than cốc chứa khoảng 96-98% С, phần còn lại là H, S, N, O. - Độ xốp đạt 49-53%, tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95 g/cm³, tỷ trọng biểu kiến khoảng 1 g/cm³, còn tỷ trọng khi ở dạng rời là khoảng 400-500 kg/m³, độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất dễ bay hơi khoảng 1%. - Độ ẩm tương đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khối lượng. - Giới hạn sức bền khi bị nén là 15-25 MPa, khi bị cắt (đặc trưng cho tính bền vững đối với sự cắt) 6-12 MPa, năng suất tỏa nhiệt 29-30 MJ/kg. I.2, Tính chất hóa học Trên 900°С, than cốc dễ dàng phục hồi khí cacbonic (СО 2 ) theo phản ứng sau: С + СО 2 = 2СО Ở nhiệt độ khoảng 1000°С, tốc độ của phản ứng (khả năng phản ứng tiêu chuẩn của than cốc) tính trên 1g than cốc là 0,1-0,2 ml СО 2 trên 1 giây, năng lượng tỏa ra là 140-200 kJ/mol. Tốc độ phản ứng với О 2 (tức phản ứng cháy của than cốc) theo phương trình: С + О 2 = СО 2 là cao hơn một cách đáng kể so với phản ứng cùng СО 2 , và ở mức khoảng 500°С thì gần 0,1 ml(О 2 )/s, năng suất tỏa nhiệt khoảng 100-140 kJ/mol. Cấu trúc và tính chất của than cốc phụ thuộc vào thành phần của mẻ than đá cũng như nhiệt độ và tốc độ đốt nóng mẻ than. I.3, Ứng dụng Than cốc được sử dụng để nung chảy gang(cốc lò cao) cũng như làm nhiên liệu không khói chất lượng cao, làm chất khử trong các công nghệ luyện kim từ quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu. Than cốc cũng được sử dụng như là nhiên liệu trong sản xuất gang đúc hay các mục đích sử dụng thông thường, trong các công nghiệp hóa chất và luyện các hợp kim của sắt (các dạng cốc đặc biệt. Trong mọi loại hình sản xuất than cốc thì loại nguyên liệu được ưa chuộng là các loại than có độ xốp cao, ít tro và chứa ít lưu huỳnh và chứa không nhiều các thành phần tạo cốc cục nhỏ. II.2 Các khí sinh ra trong quá trình luyện cốc: - Khí lò cốc hình thành khi luyện than cốc do kết quả của sự phân hóa nhiệt liên tiếp khi tăng nhiệt độ khoảng từ 1350 ÷ 1370 0 C . - Lượng khí cốc thoát ra dao động trong khoảng 300 ÷ 350 m 3 /tấn phối liệu khô hoặc ≈ 400 ÷ 450 m 3 / tấn sản phẩm cốc. - Khí thải từ quá trình luyện cốc có thể là gián đoạn và liên tục, liên quan đến các hoạt động đốt, nạp, đẩy, tôi, chuyển vận sàng. + Công đoạn nạp và vận chuyển sản sinh ra một lượng bụi lớn. + Công đoạn đốt sinh ra khí : SO 2 và CO do thời gian có thể tồn tại trong buồng đốt là quá ngắn và cũng có thể là do không đủ lượng ôxy cần thiết. + Công đoạn tôi phát sinh chủ yếu là khí NOx. - Khí thải có thể xuất hiện ở nhiều nguồn như cửa lò, nắp lò, ống khói Mối quan hệ giữa nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra và chất thải được thể hiện một cách định lượng . - Khí thải của công đoạn này là một hỗn hợp phức tạp gồm hydro, methane, CO, CO 2 , NOx, hơi nước, oxy, nitơ, H 2 S, cyanua, ammoni, benzen, dầu nhẹ, hyđro cacbon và các hạt ngưng tụ. - Ngoài ra khí thải của công đoạn sản xuất này còn có mùi khó chịu của khí H 2 S và metan. III, Các phương pháp xử lý khí thải trong luyện cốc : Sơ đồ làm sạch khí lò cốc : Thuyết minh sơ đồ : Khí thải từ các buồng đơn nguyên được đư vào buồng góp khí, tại đây khí lò cốc được làm nguội từ nhiệt độ 700 ÷ 800 0 C đến nhiệt độ 90 ÷ 95 0 C. Sau đó hỗn hợp khí và nước đi vào buồng phân ly để tách khí và nước( có chứa bụi bẩn ), nước được đưa vào bể lắng để tách nước và bùn. Còn khí từ buồng phân ly đi vào thiết bị làm nguội để tiếp tục giảm nhiệt độ xuống khoảng từ 25 ÷ 49 0 C và đưa qua máy hút khí và thu được khí sạch. Một số phương pháp xử lý khí thải phát sinh trong quả trình luyện cốc: III.1 Xử lý khí SO 2 : a, Xử lý trước quá trình đốt : - Xử lý nguyên nhiên liệu đầu vào - Thay thế nguyên nhiên liệu đầu vào: than  dầu  gas  điện  năng lượng mặt trời… - Tăng hiệu suất nguyên nhiên liệu - Tăng cường sử dụng các phương tiện giao thông công cộng hoặc giao thông ít ô nhiễm - Sử dụng nguyên liệu tái tạo. b.Xử lý trong quá trình đốt - Trộn đá vôi với than đá đã được nghiền mịn trước khi đem đốt. SO 2 tạo thành trong quá trình đốt ( 600 – 1000 0 C) sẽ phản ứng với đá vôi tạo thành CaSO 4 SO 2 + CaCO 3 + ½ O 2  CaSO 4 + CO 2 - Ưu điểm : + Hiệu suất tách SO 2 có thể đạt tới 90% + Có thể giảm được NO x dô nhiệt độ tương đối thấp - Nhược điểm: + Có thể phát sinh ra một lượng chất thải rắn tương đối lớn. c.Xử lý sau quá trình đốt Xử lý bằng phương pháp hấp thụ : * Hấp thụ SO 2 bằng nước -Nội dung : gồm 2 giai đoạn : Hấp thụ SO 2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải qua lớp vật liệu đệm có tưới nước . giải thoát SO 2 để thu hồi SO 2 và nước sạch. - Ưu điểm : + Dung dịch hấp thụ là nước rất rẻ + Có thể hấp thụ cả khí khác và cả bụi - Nhược điểm : + Cần nguồn cung cấp nhiệt công xuất lớn nên tốn kém + Cần nguồn cấp lạnh nên tốn kém + Thiết bị dẽ bị ăn mòn * Hấp thụ SO 2 bằng sữa vôi -Nội dung : khí SO 2 đưa vào tháp có chứa lớp đệm bằng vật liệu rỗng có tưới dung dịch sữa vôi sẽ xảy ra phản ứng hóa học để tạo CaSO 3 và CaSO 4 .Dung dịch sữa vôi sau khi được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới và được chuyển vào bể lắng để tách phần CaSO 3 hoặc CaSO 4, SO 2 sẽ phản ứng với sữa vôi để tạo thành CaSO 3 và CaSO 4 . Phần dung dịch còn lại sau khi bổ sung CaO sẽ được đưa trở lại tháp hấp thụ . Có thể xảy ra các phản ứng sau : CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 Ca(HCO 3 ) 2 + SO 2 + H 2 O = CaCO 3 .2H 2 O + 2CO 2 CaCO 3 .2H 2 O + 0.5 O 2 = CaSO 4 . 2H 2 O - Ưu điểm : + Thiết bị đơn giản , rẻ tiền + Sức cản khí động nhỏ + Hiệu quả cao, tới 98 % - Nhược điểm : + Tạo ra chất thải rắn . + Dễ bị đóng cặn trong thiết bị . + Thiết bị dễ bị ăn mòn. * Hấp thụ SO 2 bằng MgO hoặc Mg(OH) 2 - Nội dung: về cơ bản giống với quá trình hấp thụ bằng sữa vôi , điểm khác biệt duy nhất là , trong phương pháp này MgO được tái sinh khi nung kết tủa có thêm than cốc hoặc chất khử sunphat. Sản phẩm của việc tái sinh là MgO và SO 2 . MgO tái sinh sẽ được quay trở lại tháp hấp thụ còn SO 2 được dùng để sản suất axit sunphuric. Các phản ứng hóa học xảy ra như sau : MgO + H 2 O → Mg(OH) 2 Mg(OH) 2 + SO 2 → MgSO 3 + H 2 O MgSO 3 → MgO + SO 2 - Ưu điểm : + Khắc phục được vấn đề chất thải rắn do MgO tái sinh có thể tận dụng SO 2 được dùng để sản suất axit sunphuric . - Nhược điểm : + Tiêu tốn năng lượng cho quá trình nung để tái sinh MgO. Chú ý: MgO có thể được tái sinh tại chỗ hoặc tại cơ sở tái sinh trung tâm. Nếu có đủ thị trường cho toàn bộ lượng H 2 SO 4 * Hấp thụ SO 2 bằng sữa vôi kết hợp với MgSO 4 - Nội dung : + Qúa trình hấp thụ bằng dung dịch MgSO 3 , tiếp đó MgSO 3 được tái sinh nhờ kết tủa canxisunphat. + Hấp thụ : SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 H 2 SO 3 + MgSO 3 = Mg 2+ + 2H 2 SO 3 + Tái sinh ( ngoài tháp hấp thụ , khi thêm canxi carbonat ): Mg 2+ + 2H 2 SO 3 + CaCO 3 = MgSO 3 + CaCO 3 + H 2 O + CO 2 + Phản ứng tổng cộng : Ca 2+ + SO 3 + H 2 O = CaSO 3 .0,5H 2 O Một phần sunphit bị oxy hóa thành sunphat . Vì vậy trong kết tủa còn có cả CaSO 4 . 2H 2 O - Ưu điểm : + Tránh được cặn lắng đọng. + Tăng hiệu suất tách SO 2 : có thể lên tới 84 - 94 % * Hấp thụ bằng dung dịch kiềm hoặc AMONI -Nội dung : dung dịch hấp thụ là Na + ( NaOH hoặc NaSO3)dung dịch này đều hấp thụ SO 2 rất tốt . Các phản ứng cụ thể là : 2NaOH + SO 2 = Na 2 SO 3 + H 2 O SO 2 + Na 2 SO 3 + H 2 O = NaHSO 3 Giải hấp thụ hoàn nguyên NaHSO 3 = Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O - Ưu điểm : + Có thể hạn chế được vấn đề chất thải rắn nếu chất hấp thụ được tái sinh và có thể tận dụng SO 2 để sản xuất H 2 SO 4 - Nhược điểm : + Khí thải được xử lý bụi trước khi đi vào tháp hấp thụ + Tạo ra sản phẩm không mong muốn là Na 2 SO 4 tạo ra hơi khói nếu hấp thụ bằng dung dịch NH 4 → Trong thực tế hiện nay phương pháp hấp thụ SO 2 bằng sữa vôi được áp dụng rộng rãi nhất . Sơ đồ xử lý SO 2 bằng sữa vôi : Thuyết minh sơ đồ: Khí thải được đưa vào thiết bị lọc bụi,tại đây bụi bị giữ lại và được thu gom để xử lý. Dòng khí tiếp tục đi vào tháp có chứa lớp đệm bằng vật liệu rỗng có tưới dung dịch sữa vôi sẽ xảy ra phản ứng hóa học để tạo CaSO 3 và CaSO 4 . Dung dịch sữa vôi sau khi được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới và được chuyển vào bể lắng để tách phần CaSO 3 hoặc CaSO 4 , SO 2 sẽ phản ứng với sữa vôi để tạo thành CaSO 3 và CaSO 4 . Phần dung dịch còn lại sau khi bổ sung CaO sẽ được đưa trở lại tháp hấp thụ . Có thể xảy ra các phản ứng sau : CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 Ca(HCO 3 ) 2 + SO 2 + H 2 O = CaSO 3 .2H 2 O + 2CO 2 CaCO 3 .2H 2 O + 0.5 O 2 = CaSO 4 . 2H 2 O Các chất rắn CaSOx được lắng nhờ hệ thống lắng ly tâm được đặt trong bể chứa dung dịch. Cặn lắng được bơm vào bể chứa bùn và đem đi xử lý, dung dịch hấp phụ được bơm tuần hoàn trở lại tháp. Xử lý bằng phương pháp hấp phụ: * Hấp phụ SO 2 bằng than hoạt tính: Nội dung : Phương pháp này có thể áp dụng rất tốt để xử lý khói thải từ các nhà máy nhiệt điện , nhà máy luyện kim và sản xuất acid sùnủic với hiệu quả kinh tế cao - Ưu điểm : + Phương pháp này có sơ đồ hệ thống đơ giản có thể áp dung cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO 2 một cách liên tục hay gián đoạn. Ngoài ra hệ thống còn xử lý cho phép người làm việc được với khí thải ở nhiệt độ cao trên 100 0 C - Nhược điểm : + Tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệu hấp thụ hoặc là sản phẩm thu hồi được * Hấp phụ SO 2 bằng than hoạt tính có tưới nước – quá trình LURGI : Xử lý SO 2 bằng phương pháp than hoạt tính có tưới nước để thu acid sunfuric do công ty LURGI theo phương pháp này khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở nhiệt độ dưới 100 0 C đi qua lớp than hoạt tính có tưới nước làm ẩm trong thiết bị hấp phụ 3 khí SO 2 giử lại trong than hoạt tính và oxi hoa thành SO 3 nhờ có oxi hoá trong khí thải. Tiếp theo SO 3 kết hợp với H 2 O biến thành acid sunfuric và theo nước chảy vào thùng chứa . Acid sunfuric trong thùng với nông độ 20-25% dược trích một phần để làm nguội và làm ẩm khí thải cần xử lý. III.2 Khí CO : a, Phương pháp đốt : - nguyên tắc : CO + ½ O 2  CO 2 + phản ứng xảy ra ở gần 1000 0 C có thể tận dụng nhiệt do phản ứng sinh ra . + Phản ứng có xúc tác chứa Cu và các kim loại khác. +Khi hàm lượng CO thấp O 2 cao khí được đốt trong buồng đốt nồi hơi. + Khi có xúc tác ở nhiệt độ gần 500 0 C phản ứng giữa CO và nước như sau: CO + H 2 O  CO 2 + H 2 Có thể sử dụng xúc tác là hỗn hợp các oxít của sắt và Crom(87 % Fe 2 O 3 và 65 % Cr 2 O 3 ) với các chất MgO và K 2 O có chức năng kích thích phản ứng. - Ưu điểm : + Có thể tận dụng nhiệt do phản ứng sinh ra. - Nhược điểm : + Trong dòng khí thải thường có nhiều khí khác có thể là chất độc xúc tác  làm quá trình xử lý hiệu quả không cao. b, Phương pháp hấp thụ: - Sử dụng phương pháp hấp thụ, sử dụng một trong các dung dịch hấp thụ. + Nitơ lỏng. + Dung dịch [Cu(NH 3 ) m (H 2 O) n ] + . + Dung dịch Clorua đồng nhôm CuAlCl 4 . 1, Hấp thụ bằng dung dịch[Cu(NH 3 ) m (H 2 O) n ] + : [Cu(NH 3 ) m (H 2 O) n ] + + xNH 3 + YCO  [Cu(NH 3 ) m+n (CO) y (H 2 O) n ] + + Q - Tuỳ theo từng nồng độ của phức, tăng áp suất của CO, giảm nhiệt độ, thì khả năng hấp thụ tăng. - Ưu điểm : + Hấp thụ hóa học  Vận tốc hấp thụ nhanh. - Nhược điểm : [...]... nhiễm thứ cấp + Khí phải được sấy khô trước khi cho v o xử lý + hấp thụ hoá học  Khó nhả hấp thụ 3 Hấp thụ bằng Nitơ lỏng : - Trong công nghiệp nitơ được sản xu t bằng cách chưng cất phân o n không khí lỏng Trong khí quyển nitơ chiếm 78% theo thể tích (hay 75.5% theo trọng lượng ) của không khí - Ưu điểm : + Có hiệu suất cao đặc biệt với các khí có khả năng hoà tan tốt + Có thể xử lý khí có nhiệt độ... khói đen v o tiêu chuẩn khen thưởng + Không sơn ống khói bằng những màu gây kích thích thị giác như màu đen, đỏ + Phát thải gián o n… Trong công nghệ luyện cốc, những công o n phát sinh ô nhiễm bụi và các chất khí độc hại cần sử dụng các thiết bị lọc bụi ống tay o, thiết bị lọc bụi túi, lọc bụi tĩnh điện Đối với nồng độ của các chất độc hại như SO2, NO2, CO, VOC thải v o môi trường xung quanh có... thiết bị hấp phụ và thiết bị hoàn nguyên nối song song + Cần có thiết bị lọc bụi trước khi v o hệ thống hấp phụ IV, Các biện pháp quản lý ngăn ngừa ô nhiễm : * Trong công nghiệp: + Áp dụng sản xu t sạch hơn + Ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn thải + Ban hành các chính sách quy định về phí phát thải * Đối với các hoạt động đốt nhiên liệu + Thay thế nguyên nhiên liệu đầu v o: than  dầu  gas  điện ... thứ cấp + hấp thụ hoá học  khó nhả hấp thụ 2 Hấp thụ bằng clorua đồng nhôm CuAlCl4 (20 ÷ 50 %) và (80 ÷ 90 %) toluen : CuCl + AlCl3 +2C6H5Cl3  (CuAlCl4)(C6H5CH3)2 Sau đó : (CuAlCl4)(C6H5CH3)2 + 2CO  (CuAlCl4).2CO + 2C6H5CH3 - Các khí CO2 , O2 , N2 , H2 không tham gia phản ứng với phức CuAlCl4 nhưng hơi nước lại phản ứng: CuAlCl4 + H 2O  2HCl + CuCl + CuAlCl4.CuOCl Vì vậy, trước khi hấp thụ khí phải... đệm hoặc dạng đĩa V Kết luận : Do đặc thù là sản xu t than cốc nên nguy cơ gây ô nhiễm rất lớn nên : - Cần tiến hành lập b o c o đánh giá tác động môi trường, cam kết b o vệ môi trường, đầu tư thiết bị, công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường - Các nhà máy phải có những cam kết, những biện pháp xử lý khí trước khi thải ra môi trường theo tiêu chuẩn cho phép - Các cơ quan có thẩm quyền về vấn đề b o vệ... hoàn nguyên + Một số sản phẩm của quá trình hấp thụ có thể được sử dụng + Có thể kết hợp xử lý khí với việc tách bụi và làm lạnh - Nhược điểm : + Chi phí hoàn nguyên dung môi hấp thụ cao + Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích + Tốn năng lượng c, Hấp phụ bằng than hoạt tính : - Dòng khí thải được dẫn v o ở đáy tháp, đi qua lớp vật liệu hấp phụ bằng than hoạt tính, chất ô nhiễm CO được giữ lại trong. .. chất ô nhiễm CO được giữ lại trong các khe rỗng của than và trên bề mặt than Còn không khí sạch thoát ra ngoài đỉnh tháp Khi than đã b o hoà, người ta nhả hấp phụ để thu hồi chất ô nhiễm và để than có thể hấp phụ trở lại - Ưu điểm : +Có thể xử lý khí ô nhiễm có nồng độ nhỏ và lưu lượng lớn + Hiệu xu t xử lý cao >80 % + Chất hấp phụ rẻ dễ kiếm + Vận hành đơn giản ít tốn năng lượng + Làm việc ổn định - Nhược... nghiệp + Hệ thống thông gió hút hoặc thổi cục bộ + Hệ thống thông gió chung, hệ thống lọc bụi và xử lý khí thải + Quản lí các ống khói công nghiệp, đưa ra các tiêu chuẩn, quy chuẩn phát thải ô nhiễm tùy thuộc v o từng ngành từng quy mô sản xu t + Nâng cao ống khói + Không bố trí ống khói ở các vị trí bất lợi như ở phía trên gió đối với cửa sổ của các nhà cao + Bố trí cửa mái hoặc hệ thống gương phản chiếu... với các hoạt động đốt nhiên liệu + Thay thế nguyên nhiên liệu đầu v o: than  dầu  gas  điện  năng lượng mặt trời… + Hạn chế sử dụng các loại nhiên liệu xấu làm phát sinh nhiều bụi và hơi khí * Đối với các nguồn thải tĩnh + Thay thế nguyên nhiên liệu đầu v o : than –dầu – ga - điện – năng lượng mặt trời + Bố trí lại khu công nghiệp hợp lý, cách xa khu dân cư, quanh khu công nghiệp có vành đai... Các nhà máy phải có những cam kết, những biện pháp xử lý khí trước khi thải ra môi trường theo tiêu chuẩn cho phép - Các cơ quan có thẩm quyền về vấn đề b o vệ môi trường cần phải thường xuyên kiểm tra việc thực hiện theo tiêu chuẩn xử lý khí của các nhà máy . CO 2 = CaCO 3 + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 Ca(HCO 3 ) 2 + SO 2 + H 2 O = CaSO 3 .2H 2 O + 2CO 2 CaCO 3 .2H 2 O + 0.5 O 2 = CaSO 4 . 2H 2 O Các chất rắn CaSOx được lắng. ẩm trong thiết bị hấp phụ 3 khí SO 2 giử lại trong than hoạt tính và oxi hoa thành SO 3 nhờ có oxi hoá trong khí thải. Tiếp theo SO 3 kết hợp với H 2 O biến thành acid sunfuric và theo nước. Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 Ca(HCO 3 ) 2 + SO 2 + H 2 O = CaCO 3 .2H 2 O + 2CO 2 CaCO 3 .2H 2 O + 0.5 O 2 = CaSO 4 . 2H 2 O - Ưu điểm : + Thiết bị