Đang tải... (xem toàn văn)
trình bày xử lý ô nhiễm trong khói thải lò hơi
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. KHÁI QUÁT - Lò hơi là nguồn cung cấp nhiệt khá phổ biến trong nhiều loại hình công nghệ, thường gặp trong các công đoạn sấy, gia nhiệt định hình, gia nhiệt cho các phản ứng hóa học, làm chín thực phẩm, khử trùng…Trong nhiều ngành sản xuất, lò hơi là thiết bị không thể không có. - Lò hơi có thể được cấp nhiệt từ nhiều nguồn khác nhau. Ở các lò hơi công suất nhỏ thường cấp nhiệt bằng điện, một số lò hiện đại dùng nhiên liệu là khí đốt hóa lỏng (gas-LPG) kèm theo là hệ thống điều chỉnh tự động. Với các lò hơi “sạch” như trên thường không có vấn đề về mặt khói bụi thải. Tuy nhiên, thường gặp trong các cơ sở tiểu thủ công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh là các lò hơi dùng nhiên liệu đốt lò chính là gỗ củi, than đá hoặc dầu F.O. Các sản phẩm cháy do việc đốt các nhiên liệu trên thải vào không khí thường là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường. II. ĐẶC ĐIỂM KHÓI THẢI TỪ LÒ HƠI - Đặc điểm khói thải của các loại lò hơi khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng. - SO 2 chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu bằng than đá hoặc dầu F.O. Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng than đá - Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang bụi, CO 2 , CO, SO 2 , SO 3 , NO x …do thành phần hóa chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên. - Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên trong khí thải có SO 2 với nồng độ khoảng 1333mg/m 3 . ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 6 Đặc điểm khói thải lò hơi đốt bằng dầu F.O - Khí thải của lò hơi đốt dầu F.O thường có các chất sau: CO 2 , CO, SO 2 , SO 3 , NO x , hơi nước… - Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng sol khí mà ta thường gọi là mồ hóng. Bảng: Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu F.O Chất gây ô nhiễm Nồng độ (mg/m 3 ) SO 2 và SO 3 5217 - 7000 CO 50 Tro bụi 280 Hơi dầu 0,4 NO x 428 ( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM ) Bảng: Các chất ô nhiễm trong khói thải lò hơi Loại lò hơi Chất ô nhiễm Lò hơi đốt bằng củi Khói + tro bụi + CO + CO 2 Lò hơi đốt bằng than đá Khói + tro bụi + CO + CO 2 + SO 2 + SO 3 + NO x Lò hơi đốt bằng dầu F.O Khói + tro bụi + CO + CO 2 + SO 2 + SO 3 + NO x ( Trích Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp – Xử lý khói lò hơi – Sở Khoa học, Công nghệ và môi trường Tp.HCM ) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 7 III. TÁC HẠI CỦA KHÍ SO 2 - Khí SO 2 là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay. Do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác, khí SO 2 dễ dàng bị oxy hóa và biến thành SO 3 trong khí quyển. - Khí SO 2 là loại khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Đối với sức khỏe con người - SO 2 là chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit. Bảng: Liều lượng gây độc mg SO 2 /m 3 Tác hại 20 - 30 Giới hạn gây độc tính 50 Kích thích đường hô hấp, ho 130 - 260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở (30 - 60 phút) 1000 - 1300 Liều gây chết nhanh (30 - 60 phút) - SO 2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Cuối cùng, chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. - Khi tiếp xúc với bụi, SO 2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có khả năng xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 μm. - SO 2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học. Kết quả là hàm lượng kiềm trong máu giảm, ammoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. - Trong máu, SO 2 tham gia nhiều phản ứng hóa học, gây rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydaza, tạo ra methemoglobine để chuyển Fe 2+ (hòa tan) thành Fe 3+ N MễN HC GVHD: Ths. PHAN XUN THNH SVTH: TRNH TH MINH CHU 8 (kt ta) gõy tc nghn mch mỏu cng nh lm gim kh nng vn chuyn oxy ca hng cu, gõy co hp dõy thanh qun, khú th. i vi thc vt - Cỏc loi thc vt nhy cm vi khớ SO 2 l rờu v a y. Bng: Nng gõy c Nng (ppm) Tỏc hi 0,03 nh hng n sinh trng ca rau qu 0,15 0,3 Gõy c kinh niờn 1 2 Chn thng lỏ cõy sau vi gi tip xỳc i vi mụi trng - SO 2 b oxy húa ngoi khụng khớ v phn ng vi nc ma to thnh axit sulfuric hay cỏc mui sulfate gõy hin tng ma axit, nh hng xu n mụi trng. Quỏ trỡnh hỡnh thnh ma axit ca SO 2 - Phn ng hoỏ hp gia lu hunh iụxớt v cỏc hp cht gc hirụxyl: SO 2 + OHã HOSO 2 ã - Phn ng gia hp cht gc HOSO 2 ã v O 2 s cho ra hp cht gc HO 2 ã v SO 3 : HOSO 2 ã + O 2 HO 2 ã + SO 3 - Lu hunh triụxớt SO 3 s phn ng vi nc v to ra H 2 SO 4 . õy chớnh l thnh phn ch yu ca ma axớt. SO 3 (k) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (l) Cỏc tỏc hi ca ma axit - Nc h b axit húa: ma axit ri trờn mt t s ra trụi cỏc cht dinh dng trờn mt t v mang cỏc kim loi c hi xung ao h, gõy ụ nhim ngun nc trong h, phỏ hng cỏc loi thc n, uy hip s sinh tn ca cỏc loi cỏ v cỏc sinh vt khỏc trong nc. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 9 Bảng: Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật pH<6,0 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (phù du…), đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá. pH<5,5 Cá không thể sinh sản được. Cá con khó sống sót. Cá lớn bị dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt. pH<5,0 Quần thể cá bị chết. pH<4,0 Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu. - Rừng bị hủy diệt và sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm tổn thương lá cây, gây trở ngại quá trình quang hợp, làm cho lá cây bị vàng và rơi rụng, làm giảm độ màu mỡ của đất và cản trở sự sinh trưởng của cây cối. - Làm tổn hại sức khỏe con người: các hạt sulfate, nitrate tạo thành trong khí quyển làm hạn chế tầm nhìn. Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích tụ trong cơ thể và gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người. - Gây ăn mòn vật liệu và phá hủy các công trình kiến trúc. IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SO 2 Hấp thụ khí SO 2 bằng nước - Là phương pháp đơn giản được áp dụng sớm nhất để loại bỏ khí SO 2 trong khí thải, nhất là trong khói từ các lò công nghiệp. - Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, hoàn nguyên được. SO 2 + H 2 O H + + HSO 3 - - Nhược điểm: do độ hòa tan của khí SO 2 trng nước quá thấp nên thường phải dùng một lượng nước rất lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 10 lớn, cồng kềnh. Để tách SO 2 khỏi dung dịch phải nung nóng lên đến 100 0 C nên tốn rất nhiều năng lượng, chi phí nhiệt lớn. ( Trang 93 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn ) Hấp thụ khí SO 2 bằng dung dịch sữa vôi - Là phương 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. CaCO 3 + SO 2 CaSO 3 + CO 2 CaO + SO 2 CaSO 3 2CaSO 3 + O 2 2CaSO 4 - Ưu điểm: công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, chi phí vận hành thấp, chất hấp thụ rẻ, dễ tìm, làm sạch khí mà không cần phải làm lạnh và tách bụi sơ bộ, 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. - Nhược điểm: đóng cặn ở thiết bị do tạo thành CaSO 4 và CaSO 3 , gây tắc nghẽn các đường ống và ăn mòn thiết bị. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 11 ( Trang 95 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn ) Xử lý khí khí SO 2 bằng ammoniac - Phương pháp này hấp thụ khí SO 2 bằng dung dịch ammoniac tạo muối amoni sunfit và 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 - Ưu điểm: hiệu quả rất cao, chất hấp thụ dễ kiếm và thu được muối amoni sunfit và amoni bisunfit là các sản phẩm cần thiết. - Nhược điểm: rất tốn kém, chi phí đầu tư và vận hành rất cao. (Trang 100 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 12 Xử lý khí SO 2 bằng magie oxit - Các phản ứng xảy ra như sau: MgO + SO 2 MgSO 3 MgSO 3 + SO 2 + H 2 O Mg(HSO 3 ) 2 Mg(HSO 3 ) 2 + MgO 2MgSO 3 + H 2 O - Ưu điểm: có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ. - Nhược điểm: quy trình công nghệ phức tạp, vận hành khó, chi phí cao, tổn hao MgO khá nhiều. (Trang 105 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) (Trang 106 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 13 Xử lý khí SO 2 bằng kẽm oxit - Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau: SO 2 + ZnO + 2,5 H 2 O ZnSO 3 . 2,5H 2 O ZnSO 3 . 2,5H 2 O => ZnO + SO 2 + 2,5H 2 O - Ưu điểm: có thể làm sạch khí ở nhiệt độ khá cao (200 - 250 0 C). - Nhược điểm: có thể hình thành ZnSO 4 làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chúng ra và bổ sung lượng ZnO tương đương. Xử lý SO 2 bằng kẽm oxit kết hợp natri sunfit - Phương pháp này dựa theo các phản ứng sau: Na 2 CO 3 + SO 2 Na 2 SO 3 + CO 2 Na 2 SO 3 + SO 2 +H 2 O 2NaHSO 3 2NaHSO 3 + ZnO ZnSO 3 + Na 2 SO 3 + H 2 O - Ưu điểm: không đòi hỏi làm nguội sơ bộ khói thải, hiệu quả xử lý cao. - Nhược điểm: hệ thống xử lý khá phức tạp và tiêu hao nhiều muối natri. (Trang 110 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths. PHAN XUÂN THẠNH SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 14 Xử lý khí SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ - Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lý khí thải từ các nhà máy luyện kim màu. - Chất hấp thụ chủ yếu được dùng là xyliđin và đimetylanilin. Quá trình sunfiđin - Chất hấp thụ được sử dụng là hỗn hợp xyliđin và nước theo tỉ lệ 1:1 2C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 2 + SO 2 2C 6 H 3 (CH 3 ) 2 NH 2 . SO 2 - Nếu khí thải có nồng độ SO 2 thấp thì quy trình này không kinh tế vì tổn hao xyliđin. (Trang 112 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) Quá trình khử SO 2 bằng đimetylanilin - Với khí thải có trên 35% (thể tích) khí SO 2 thì dùng đimetylanilin làm chất hấp thụ sẽ có hiệu quả hơn dùng xyliđin. (Trang 113 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) [...]... làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao) SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 15 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lí khí thải SO2 từ lò hơi bằng thiết bị tháp hấp thụ (tháp đệm) Nguồn khói thải từ lò hơi có các thông số sau - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2: 8000 mg/m3 - Nhiệt độ khói thải: 2500C... cho phép làm việc được với khí thải có nhiệt độ cao (trên 1000C) - Nhược điểm: tùy thuộc vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều axit sunfuric và tận dụng khó khăn, phải xử lý tiếp mới sử dụng được (Trang 116 – Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3 – Trần Ngọc Chấn) Hấp phụ khí SO2 bằng vôi, đá vôi, đolomit - Ưu điểm: hiệu suất... SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 17 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Ống khói Ống khói Khí ra Trao đổi nhiệt Van chặn Tháp hấp thụ Khí vào Quạt Bơm Cyclone Lò hơi NaOH H2O Van Thùng chứa Xử lí Nước sau lắng Bể lắng Cặn SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 18 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH Thuyết minh sơ đồ công nghệ - Vì nồng độ bụi tương đối cao... thụ khí SO2 có thể là nước, huyền phù sữa vôi (FGD), dung dịch soda Na2CO3, dung dịch NaOH… - Nồng độ SO2 trong khói thải lò hơi theo đề bài là 8000 mg/m3 Chuyển sang nồng độ Cppm Cppm = 8000 22,4 (273 + 55) = 3364( ppm) 64 273 - Ta thấy, nồng độ SO2 ban đầu là rất lớn (3364 ppm > 2000 ppm) nên không áp dụng phương pháp hấp thụ SO2 bằng huyền phù sữa vôi được - Đối với nồng độ cao, ta có thể áp...ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính - 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 axit sunfuric với hiệu quả kinh tế đáng kể - Ưu điểm: sơ đồ hệ thống đơn giản và vạn năng, có thể áp dụng được cho mọi quá trình công nghệ có thải khí SO2 một cách liên tục hay gián... chiều ngược với chiều của dòng khí đi trong tháp - Các phản ứng xảy ra trong tháp SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O Na2SO3 + SO2 + H2O 2NaHSO3 SO2 + NaHSO3 + Na2SO3 + H2O 3NaHSO3 - Khí sạch đi vào ống khói và thải ra môi trường có nồng độ SO2 đạt tiêu chuẩn cho phép Cmax (Theo QCVN 19: 2009/BTNMT) - Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều natri sunfit, natri bisunfit và khói bụi Một phần dung dịch được bơm... tưới cho vật liệu đệm nếu lượng dung dịch NaOH còn dư nhiều Phần dung dịch còn lại được đưa đến bể lắng để lắng các cặn bẩn Cặn sau lắng được đem chôn lấp còn nước sau lắng được đưa đi xử lí rồi mới thải ra môi trường SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 19 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH CHƯƠNG III: I TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HẤP THỤ CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Lưu lượng khí: 12000 m3/h - Nồng độ SO2 đầu vào: 8000... (Trích Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ) - Điều kiện làm việc của quá trình hấp thụ là ở 400C và áp suất 1atm Bảng: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO2 trong nước ở 400C và áp suất 1atm mgSO2/100mgH2O P*SO2(mmHg) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 0 60 120 181 245 311 378 447 518 588 661 SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 22 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN... ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH Vẽ đường cân bằng ĐƯỜNG CÂN BẰNG Nồng độ phần mol SO2 trong pha khí 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng - Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry, nên phương trình đường cân bằng có dạng : y* = Hx Trong đó: y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha... 0,785.2,6 2.1,16.10 −3.95 Hệ số khuếch tán của SO2 trong pha lỏng ở 200C: DL = 10 −6 1/ 2 ( 1 1 A.B.µ L V A / 3 + VB / 3 1 1 + 2 M A M B 1/ 2 ) Trong đó: DL: hệ số khuếch tán VA, VB: thể tích phân tử của dung chất và dung môi (cm3/mol) MA, MB: khối lượng phân tử của chất tan và dung môi (kg/kmol) SVTH: TRỊNH THỊ MINH CHÂU 34 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Ths PHAN XUÂN THẠNH µ L: độ nhớt động . có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ, thu được axit sunfuric như là sản phẩm của sự thu hồi, hiệu quả xử lý cao, MgO dễ kiếm và rẻ. -. C). - Nhược điểm: tùy thu c vào quá trình hoàn nguyên có thể là tiêu hao nhiều vật liệu hấp phụ hoặc sản phẩm thu hồi được có lẫn nhiều
