Đề tài Xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CNSH & KTMT  MÔN: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI & TIẾNG ỒN Đề tài: Xử lý khí thải bằng phương pháp nhiệt Giảng viên: Trần Đức Thảo Lớp: 03DHMT2- Thứ 2, tiết 10-12 Nhóm 4 1. Nguyễn Ngọc Kiều Anh 2009120152 2. Lê Thị Thúy An 2009120177 3. Ngô Thu Trang 2009120130 4. Nguyễn Hoàng Khánh Trang 2009120164 5. Đoàn Thị Thu Hằng 2009120116 6. Lê Thị Tuyết Linh 2009120140 TP. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 10 năm 2014 Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 2 PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC STT MSSV HỌ & TÊN CÔNG VIỆC 1 2009120152 Nguyễn Ngọc Kiều Anh Buồng đốt, tổng hợp TL, làm powerpoint, word 2 2009120130 Ngô Thu Trang Buồng đốt, hình ảnh 3 2009120177 Lê Thị Thúy An Khái niệm, làm powerpoint, hình ảnh 4 2009120164 Nguyễn Hoàng Khánh Trang Thiêu đốt trực tiếp, hình ảnh 5 2009120116 Đoàn Thị Thu Hằng Thiêu đốt có xúc tác, hình ảnh 6 2009120140 Lê Thị Tuyết Linh Thiêu đốt có xúc tác, hình ảnh DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Đầu đốt của hệ thống thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp. Hình 2: Buồng đốt hình trụ đứng với ống cấp khí thải theo phương tiếp tuyến Hình3: Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt ứng với các mức độ oxy hóa khác nhau của chất ô nhiễm Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có hâm nóng Hình 5: Sơ đồ CT buồn đốt có xúc tác Hình 6: sơ đồ lắp đặt buồng đốt có xúc tác đề xử lý khói thải từ lò công nghiệp Hình 7: Biểu đồ hiệu quả oxi hóa phụ thuộc vào nhiệt độ của chất xúc tác Pt/Al2O3 đối với một số chất ô nhiễm phổ biến DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Giới hạn cháy của một số chất khí & hơi trong hỗn hợp với không khí tính theo% Bảng 2: Nhiệt độ làm việc cảu buồng đốt đối với một số chất ô nhiễm thường gặp. Bảng 3: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác đối với một số chất ô nhiễm phổ biến trong công nghiệp Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 3 MỤC LỤC NỘI DUNG ĐỀ TÀI ...................................................................................................................4 1. Khái niệm...............................................................................................................................4 2. Bản chất của quá trình............................................................................................................4 3. Phân loại.................................................................................................................................4 3.1.Thiêu đốt không có xúc tác ..................................................................................................5 a. Quá trình thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp: ......................................................................5 b. Thiêu đốt có buồng đốt ..........................................................................................................8 3.2.Thiêu đốt có xúc tác ............................................................................................................11 4. Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt trong xử lý khí thải ...............................................14 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................15 Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1. Khái niệm Xử lý khí thải bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là đốt cháy sau được áp dụng khá phổ biến trong các trường hợp sau:  Dùng trong trường hợp lưu lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm lại rất bé mà các phương pháp khác thực hiện không hiệu quả.  Các chất ô nhiễm có mùi như H2S , NH3 , các hơi dung môi.  Các loại sol khí hữu cơ có khói nhìn thấy được, ví dụ: như khói từ lò rang cà phê, lò sản xuất thịt hun khói, lò nung men sứ,  Một số hơi, khí hữu cơ nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây hiện tượng khói quang hóa.  Khí thải từ công nghệ khai thác và lọc dầu. 2. Bản chất của quá trình Bản chất của phương pháp là quá trình oxi hóa. Dưới tác dụng của nhiệt độ và oxi trong không khí các chất ô nhiễm trong khí thải như H2S, CO, C6H6 , các chất hữu cơ dễ bay hơi, các chất gây mùi,sẽ được chuyển thành các dạng không độc hoặc ít độc hơn so với bản thân chúng.  Phản ứng cháy của một số chất ô nhiễm: CO + ½ O2 → CO2 C6H6 + 15/2 O2 → 6CO2 + 3H2O H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O  Tác hại của một số khí thải khi chưa được xử lý CO: kết hợp với Hemoglobin → chiếm chỗ của oxi trong máu. C6H6 : tạo sương khói, có thể gây ung thư H2S: gây mùi ở nồng độ rất thấp 0,0005ppm ~ 0,0007mg/m3 ( so với SO2 : nhận biết mùi ở 0,5 ppm ) 3. Phân loại Gồm có: thiêu đốt có xúc tác và thiêu đốt không có xúc tác Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 5 3.1.Thiêu đốt không có xúc tác a. Quá trình thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp: - Là biện pháp làm cho khí ô nhiễm cháy trực tiếp trong không khí mà không cần các nhiên liệu bổ sung ,trường hợp chung chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa và để điều chỉnh khi cần thiết . - Một hỗn hợp giữa chất cháy với không khí ở một giới hạn nồng độ nào đó sẽ gây nổ. Nếu thành phần nhiên liệu giảm thấp hơn hoặc tăng cao hơn giới hạn nồng độ gây nổ đó thì cường độ cháy của hỗn hợp đều sẽ giảm . - Nồng độ thấp nhất và cao nhất mà tại đó ngọn lửa vẫn có khả năng cháy được gọi là giới hạn dưới là giới hạn trên của quá trình cháy . Bảng 1. Giới hạn cháy của một số chất khí & hơi trong hỗn hợp với không khí tính theo% Thứ tự Chất CTHH Giới hạn dưới Giới hạn trên 1 Amoniac NH3 15,5 27,0 2 Axeton CH3COCH3 1,6 13,0 3 Axetylen C2H2 1,53 82,0 4 Benzen C6H6 1,3 9,5 5 Butan C4H10 1,55 8,5 6 Cacbon đisunfua CS2 1,0 50,0 7 Cacbon oxit CO 12,5 74,0 8 Dầu hoả - 1,1 7,0 9 Etan C2H6 2,5 15,0 10 Etylen CH2 = CH2 2,75 35,0 11 Gasolin - 1,4 7,6 12 Hyđro H2 4,0 75,0 Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 6 13 Dihydro sunfua H2S 4,3 44,5 14 Khí đốt thiên nhiên - 4,8 13,5 15 Metan CH4 2,5 15,4 16 Propan C3H8 2,0 9,5 17 xăng - 1,9 ÷ 2,4 4,9 ÷ 51  Căn cứ vào giới hạn cháy có thể chia khí thải chứa các chất ô nhiễm cháy được thành 3 nhóm: • Nhóm 1: Thành phần nhiên liệu trong khí thải thấp hơn giới hạn dưới của quá trình cháy khoảng 25%. • Nhóm 2: Thành phần nhiên liệu trong khí thải nằm trong phạm vi từ giới hạn dưới đến giới hạn trên của quá trình cháy. • Nhóm 3: Thành phần nhiên liệu trong khí thải cao hơn giới hạn trên của quá trình cháy. - Khí thải thuộc nhóm 1 thường được xử lí bằng thiêu đốt trong buồng đốt. - Khí thải thuộc nhóm 2 không an toàn ( vì nằm trong giới hạn nồng đồ gây nổ ). Cần được điều chỉnh để đưa về thành nhóm 1 hoặc nhóm 3. - Khí thải nhóm 3 thường được xử lí bằng ngọn lửa trực tiếp hoặc có thể làm nhiên liệu bổ sung cho lò đốt, lò nung. Ví dụ: cho phương pháp thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp là các ngọn đuốc ở các mỏ dầu khí , nàh máy lọc dầu. Ngọn đuốc được thiết kế như một ống dẫn khí thẳng đứng đến một độ cao thích hợp , trên tận cùng ngọn đuốc có lắp đầu đốt gồm bộ phận phun hơi và mồi lửa, đảm bảo cho ngọn đuốc cháy liên tục và không có khói mặc dù lượng khí thải , nồng độ chất cháy trong khí thải cũng như vận tốc gió có thể thay đổi trong phạm vi rộng. Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 7 Hình 1: Đầu đốt của hệ thống thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp. 1.Ống góp dẫn khí thải 2.Vòng khống chế vận tốc khí thải 3.Ống góp phân phối hơi 4.Các điểm phun hơi 5.Bộ phận mồi lửa Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 8 b. Thiêu đốt có buồng đốt - Được áp dụng rộng rãi đối với khí thải chứa chất ô nhiễm dạng khí, hơi, sol khí cháy được, nồng độ tương đối thấp. - Ví dụ: Khí thải từ Lò rang cafe, lò sx thịt hun khói, thiết bị phun nhựa đường, lò nấu vecni  Các bộ phận chính và quan trọng của hệ thống thiêu đốt này là:  Buồng đốt  Vòi đốt  Bộ phận điều chỉnh quá trình cháy  Dụng cụ chỉ thị nhiệt độ. Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 9 Hình 2: Buồng đốt hình trụ đứng với ống cấp khí thải theo phương tiếp tuyến 1. ống cấp khí thải 2. các cửa vòi đốt 3. vòng thắt bằng vật liệu chịu lửa; 4. ống cấp nhiên liệu cho vòi đốt; 5. vỏ thép có ốp vật liệu chịu lửa; 6. ống khói thải khí sạch - Buồng đốt : thường có dạng hình trụ & được xây dựng bằng vỏ thép có ốp gạch chịu lửa. - Nhiệt độ trong buồng đốt khoảng 900 oC -1500 oC. - Vận tốc khí : 5 – 8 m/s - Thời gian lưu của khí thải khoảng 0,2s – 0,5s. - Nhiệt độ và thời gian lưu của khí thải là hai thông số quyết định cho quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hay không. - Nồng độ chất ô nhiễm cũng ảnh hưởng nhiều đến quá trình cháy, nó quyết định lượng nhiên liệu bổ sung. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng oxy hóa tăng theo cho đến khi phản ứng oxy hóa tự duy trì được, lúc đó có thể giảm dần lượng nhiên liệu bổ sung đến một giới hạn nhất đinh để đảm bảo quá trình cháy được ổn định. Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 10 → Ví dụ: khi thời gian lưu là 0,01s, nếu tăng nhiệt độ từ 1200 oF lên 1400 oF thì mức độ phân hủy chất ô nhiễm tăng từ ≈ 40% lên ≈ 100%. Hình3: Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt ứng với các mức độ oxy hóa khác nhau của chất ô nhiễm. - Khi nồng độ chất cháy quá thấp hay nhiệt lượng không đủ để duy trì sự cháy người ta thường dùng biện pháp hâm nóng khí thải trước khi đưa vào buồng đốt. Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của buồng đốt có hâm nóng 1. Khí thải đi vào thiết bị thiêu đốt 2. Bề mặt trao đổi nhiệt sấy nóng khí thải 3. Nhiên liệu; 4. Vòi đốt; 5. Khí sạch ra. Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 11 - Một số vấn đề khác cần lưu ý là mức độ hòa trộn giữa khí thải với nhiên liệu bổ sung. Thông thường chỉ một phần khí thải (khoảng 50%) được hòa trộn tốt với nhiên liệu bổ sung ngay tại vòi đốt. Phần còn lại của khí thải cần được hòa trộn với sản phẩm cháy ở nhiệt độ cao sau ngọn lửa để đảm bảo ngọn lửa không bị dập tắt và quá trình cháy diễn ra hoàn toàn. - Nhiệt độ làm việc trong buồng đốt thay đổi tùy thuộc vào bản chất của chất ô nhiễm trong khí thải. Bảng 2: Nhiệt độ làm việc cảu buồng đốt đối với một số chất ô nhiễm thường gặp. Chất Giới hạn nhiệt độ trung bình oC oK Hydrocacbon Cacbon oxit Xử lý mùi bằng oxi hóa 500 – 760 680 – 800 500 – 700 770 – 1033 950 – 1070 770 – 970 3.2 .Thiêu đốt có xúc tác - Thiêu đốt có xúc tác là một bước phát triển tiếp theo của công nghệ xử lý khí thải trong không gian kín - buồng đốt. - Uu điểm nổi bật của thiêu đốt có xúc tác là quá trình oxy hóa chất ô nhiễm xáy ra trên bề mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với thiêu đốt không có xúc tác. - Một ưu điểm đáng kể nữa của thiêu đốt có xúc tác là phản ứng oxy hóa xảy ra trên bề mặt chất xúc tác rất mạnh và nhanh nên thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt chỉ bằng 1/20 – 1/50 thời gian lưu ở trương hợp thiêu đốt bằng buồng đốt thong thường. Bảng 3: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt có xúc tác đối với một số chất ô nhiễm phổ biến trong công nghiệp. Chất Giới hạn nhiệt độ oxy hóa có xúc tác K 0C Các chất dung môi: toluol, metyl etyl keton, xylol 530 - 730 260 - 460 Các chất béo nguồn gốc động thực vật. 530 - 640 260 - 370 Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 12 Các chất thải trong công nghiệp hóa chất như: cacbon oxit, etylen, oxit etylen. 480 – 670 200 – 400 Hình 5: Sơ đồ CT buồng đốt có xúc tác 1. lớp đệm bằng vật liệu xuc tác 2. bề mặt trao đổi nhiệt 3.khí vào 4.khí sạch ra 5.cấp nhiên liệu 6.cấp không khí 7.vòi đốt 8. đường dẫn khí thải đã hâm nóng a) Thu hồi nhiệt trực tiếp. b) Thu hồi nhiệt gián tiếp. Hình 6: sơ đồ lắp đặt buồng đốt có xúc tác đề xử lý khói thải từ lò công nghiệp: 1.Lò 2. Vòi đốt hâm nóng khí thải 3. Tấm đục lỗ phân bố dòng khí 4. Lớp đệm bằng vật liệu xúc tác 5. Bề mặt trao đổi nhiệt hâm nòng khí thải 6. Thải khí sạch ra khí quyển 7. Tận dụng nhiệt của khói nóng đưa về lò 8. Tận dụng nhiệt của khói nóng vào mục đích khác. Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 13  Nguyên tắc: - Oxy hóa các chất khí ô nhiễm trên bề mặt chất xúc tác không phát ra ngọn lửa nhưng vẫn nóng đỏ. - Thực hiện tương tác hóa học nhằm chuyển các khí độc thành các khí không độc hoặc ít độc hại hơn nhờ các chất xúc tác đặc biệt. - Nhiệt độ làm việc nằm trong khoảng từ 200 – 4600C và cũng tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm cần oxy hóa. - Một số phương trình: H2S + 3/2 O2 = H2O+ SO2 C6H6 + 7/2 O2 = 3H2O + 6CO2 CH3SH + 6O2 = H2O + SO2 + CO2  Vật liệu xúc tác:  Chế biến vật liệu xúc tác: dạng dài mỏng, hạt mịn , viên trònđể tạo lớp đệm rỗng và cho khí cần oxi hóa đi qua. - Hiệu quả xử lí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ làm việc, bụi bám, một số chất lẫn trong khí thải Hình 7: Biểu đồ hiệu quả oxi hóa phụ thuộc vào nhiệt độ của chất xúc tác Pt/Al2O3 đối với một số chất ô nhiễm phổ biến Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 14 Ưu và nhược điểm khi thiêu đốt có xúc tác:  Ưu điểm: - Hiệu quả oxy hóa đạt từ 95 – 98% cao hơn khi đốt không có xúc tác do khí thải thoát ra chủ yếu là CO2 , hơi nước, khí nitơ. - Quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ bắt lửa, tiết kiệm nhiên liệu bổ sung từ 40 – 50% so với buồng đốt thông thường, giảm được chi phí đầu tư. - Thời gian lưu khí thải trong buồng đốt chỉ bằng 1/20 – 1/50 so với buồng đốt thông thường,→ kết cấu gọn nhẹ. - Nhiệt độ của quá trình thấp nên an toàn hơn cho người vận hành.  Nhược điểm: - Vật liệu xúc tác làm bằng kim loại quý nên tốn nhiều chi phí. - Bị hạn chế bởi bụi có trong khí thải ( cần phải lọc bụi trước khi đưa vào xử lý). - Khó thu hồi sản phẩm sau khi xử lý. - Sản phẩm chủ yếu là CO2 nên cũng góp phần tăng khả năng hiệu ứng nhà kính. 4. Ưu nhược điểm của phương pháp nhiệt trong xử lý khí thải  Ưu điểm - Hiệu quả xử lý cao đối với những chất ô nhiễm đặc biệt mà các phương pháp khác xử lý không có hiệu quả hoặc hiệu quả thấp. - Phân hủy được hoàn toàn các chất ô nhiễm cháy được khi thiết bị thiêu đốt được thiết kế và vận hành dung kỹ thuật. - Khả năng thích ứng của thiết bị đối với sự thay đổi vừa phải của lưu lượng khí thải cũng như nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải. - Không có sự suy giảm đáng kể về mặt chất lượng hoạt động của thiết bị, không cần hoàn nguyên như trong các phương pháp hấp thụ và hấp phụ. - Có thể thu hồi, tận dụng lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình thiêu đốt để đốt chất thải rắn  Nhược điểm - Chi phí đầu tư và vận hành thiết bị tương đối cao Xử Lý Khí Thải Bằng Phương Pháp Nhiệt Page 15 - Có khả năng phức tạp thêm vấn đề ô nhiễm không khí khi trong các chất ô nhiễm hydrocacbon cần thiêu đốt ngoài các nguyên tố C, H, O còn chứa cả những hợp chất clorine, nito, lưu huỳnh - Trong các quá trình thiêu đốt có cấp thêm nhiên liệu bổ sung có khả năng gây trở ngại cho quá trình vận hành thiết bị. --HẾT-- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS TS Trần Ngọc Chấn, Ô Nhiễm Không Khí Và Xử Lý Khí Thải (Tập 3), NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, năm 2001.