Ô nhiễm không khí từ quá trình đốt nhiên liệu và biện pháp xử lí

MỤC LỤC DANH BẢNG BIỂU MỤC 4 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 5 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 5 1.2. MỤC TIÊU 5 1.3. PHẠM VI. 5 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC QUÁ TRÌNH ĐỐT. 6 2.1. ĐỊNH NGHĨA NHIÊN LIỆU 6 2.2. PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU 6 2.2.1. Nhiên liệu lỏng: 6 2.2.2. Nhiên liệu rắn: 8 2.2.3. Nhiên liệu dạng khí: 9 2.2.4. Nhiên liệu sinh học: 9 2.3. THÀNH PHẦN NHIÊN LIỆU 10 CHƯƠNG 3 : Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO QUÁ TRÌNH ĐỐT NHIÊN LIỆU. 13 3.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM CHÍNH 13 3.1.1.Cacbon monoxit: 13 3.1.2.Các nitơ oxit (NOx): 14 3.1.3. Lưu huỳnh oxit (SOx): 16 3.1.4. Cacbondioxit (CO2): 18 3.2. TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT 18 3.2.1. Tải lượng ô nhiễm trong quá trình đốt nhiên liệu của các phương tiện vận chuyển: 18 3.2.2. Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp. 20 3.3. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM . 21 3.3.1. Nguyên tắc của các quá trình xử lý khí độc hại: 21 3.3.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp thụ: 22 3.3.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ: 24 3.3.4. Các phương pháp xử lý SO2: 25 3.3.5. Các phương pháp xử lý NOx: 28 3.3.5. Nhiệt 29 3.3.6. Phương pháp xử lý CO: 31 CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 33 4.1. KẾT LUẬN 33 4.2. KIẾN NGHỊ. 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 DANH BẢNG BIỂU MỤCBảng 2.2.1. Các thông số kỹ thuật của dầu Diesel 8 Bảng 2.3.1. Thành phần nhiên liệu, % KL 12 Bảng 2.3.2. Thành phần nhiên liệu theo mol 13 Bảng 3.2.1: Hệ số ô nhiễm của các phương tiện vận chuyển sử dụng dầu diesel 19 Bảng 3.2.2. Tải lượng bụi và khí thải từ phương tiện vận chuyển. 20 Bảng 3.2.4.Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp; 21 Bảng 3.2.5 : Hệ số ô nhiễm đốt vôi lò gạch(kg/tấn sản phẩm): 22 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU1.1. ĐẶT VẤN ĐỀNhiên liệu là một phần không thể thiếu trong hoạt động sống.Đặc biệt, nó đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp, giao thông vận tải của các quốc gia trên thế giới, nó tham gia vào hầu hết các quá trình sản xuất nhằm tạo ra của cải cải, phục vụ lợi ích cho mỗi quốc gia, mỗi khu vực. Vì vậy, vấn đề nhiên liệu luôn là vấn đề được quan tâm đặc biệt về khâu đầu vào ( đáp ứng đủ cho nhu cầu sản xuất, vận chuyển ), và khâu đầu ra ( tình trạng ô nhiễm không khí trong các khu đô thị, khu công nghiệp, khu chế xuất ).Từ đó, vấn đề bảo vệ môi trường không khí được quan tâm. Do vậy, việc nghiên cứu ô nhiễm không khí từ các quá trình đốt nhiên liệu và các biện pháp xử lí là một vấn đề mang tính cấp thiết và thực tế. 1.2. MỤC TIÊUTìm hiểu các loại nhiên liệu tham gia trong quá trình đốt. Các loại khí sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu. Đề xuât các biện pháp xử lí nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí do các quá trình đốt gây ra. 1.3. PHẠM VICác kết quả thu thập chủ yếu là trên mạng và sách chuyên đề về ô nhiễm không khí Các dữ liệu về các loại nhiên liệu tham gia các quá trình đốt. Chỉ tìm một số loại khí đặc trưng trong quá trình đốt. Tìm hiểu các biện pháp xử lí tiêu biểu. Thời gian thực hiện từ 26/02/2009- 10/03/2009. 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨUTìm hiểu các loại nhiên liệu về: Định nghĩa, phân loại và thành phần. Tìm hiểu các quá trình hình thành các chất ô nhiễm, tải lượng ô nhiễm. Đề xuất các biện pháp xử lí, giảm thiểu ô nhiễm.

doc34 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 15/01/2013 | Lượt xem: 5014 | Lượt tải: 32download
Tóm tắt tài liệu Ô nhiễm không khí từ quá trình đốt nhiên liệu và biện pháp xử lí, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC DANH BẢNG BIỂU MỤC 4 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 5 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 5 1.2. MỤC TIÊU 5 1.3. PHẠM VI 5 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC QUÁ TRÌNH ĐỐT 6 2.1. ĐỊNH NGHĨA NHIÊN LIỆU 6 2.2. PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU 6 2.2.1. Nhiên liệu lỏng: 6 2.2.2. Nhiên liệu rắn: 8 2.2.3. Nhiên liệu dạng khí: 9 2.2.4. Nhiên liệu sinh học: 9 2.3. THÀNH PHẦN NHIÊN LIỆU 10 CHƯƠNG 3 : Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO QUÁ TRÌNH ĐỐT NHIÊN LIỆU. 13 3.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM CHÍNH 13 3.1.1.Cacbon monoxit: 13 3.1.2.Các nitơ oxit (NOx): 14 3.1.3. Lưu huỳnh oxit (SOx): 16 3.1.4. Cacbondioxit (CO2): 18 3.2. TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT 18 3.2.1. Tải lượng ô nhiễm trong quá trình đốt nhiên liệu của các phương tiện vận chuyển: 18 3.2.2. Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp 20 3.3. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM 21 3.3.1. Nguyên tắc của các quá trình xử lý khí độc hại: 21 3.3.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp thụ: 22 3.3.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ: 24 3.3.4. Các phương pháp xử lý SO2: 25 3.3.5. Các phương pháp xử lý NOx: 28 3.3.5. Nhiệt 29 3.3.6. Phương pháp xử lý CO: 31 CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 4.1. KẾT LUẬN 33 4.2. KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 DANH BẢNG BIỂU MỤC Bảng 2.2.1. Các thông số kỹ thuật của dầu Diesel 8 Bảng 2.3.1. Thành phần nhiên liệu, % KL 12 Bảng 2.3.2. Thành phần nhiên liệu theo mol 13 Bảng 3.2.1: Hệ số ô nhiễm của các phương tiện vận chuyển sử dụng dầu diesel 19 Bảng 3.2.2. Tải lượng bụi và khí thải từ phương tiện vận chuyển 20 Bảng 3.2.4.Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp; 21 Bảng 3.2.5 : Hệ số ô nhiễm đốt vôi lò gạch(kg/tấn sản phẩm): 22 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiên liệu là một phần không thể thiếu trong hoạt động sống.Đặc biệt, nó đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp, giao thông vận tải của các quốc gia trên thế giới, nó tham gia vào hầu hết các quá trình sản xuất nhằm tạo ra của cải cải, phục vụ lợi ích cho mỗi quốc gia, mỗi khu vực. Vì vậy, vấn đề nhiên liệu luôn là vấn đề được quan tâm đặc biệt về khâu đầu vào ( đáp ứng đủ cho nhu cầu sản xuất, vận chuyển ), và khâu đầu ra ( tình trạng ô nhiễm không khí trong các khu đô thị, khu công nghiệp, khu chế xuất…).Từ đó, vấn đề bảo vệ môi trường không khí được quan tâm. Do vậy, việc nghiên cứu ô nhiễm không khí từ các quá trình đốt nhiên liệu và các biện pháp xử lí là một vấn đề mang tính cấp thiết và thực tế. 1.2. MỤC TIÊU Tìm hiểu các loại nhiên liệu tham gia trong quá trình đốt. Các loại khí sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu. Đề xuât các biện pháp xử lí nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí do các quá trình đốt gây ra. 1.3. PHẠM VI Các kết quả thu thập chủ yếu là trên mạng và sách chuyên đề về ô nhiễm không khí Các dữ liệu về các loại nhiên liệu tham gia các quá trình đốt. Chỉ tìm một số loại khí đặc trưng trong quá trình đốt. Tìm hiểu các biện pháp xử lí tiêu biểu. Thời gian thực hiện từ 26/02/2009- 10/03/2009. 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Tìm hiểu các loại nhiên liệu về: Định nghĩa, phân loại và thành phần. Tìm hiểu các quá trình hình thành các chất ô nhiễm, tải lượng ô nhiễm. Đề xuất các biện pháp xử lí, giảm thiểu ô nhiễm. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC QUÁ TRÌNH ĐỐT 2.1. ĐỊNH NGHĨA NHIÊN LIỆU Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật lý hoặc hóa học bị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thông qua quá trình hóa học như cháy hoặc quá trình vật lý, ví dụ : phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch. Tính năng quan trọng của nhiên liệu đó là năng lượng có thể được giải phóng khi cần thiết và sự giải phóng năng lượng được kiểm soát để phục vụ mục đích của con người. 2.2. PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU Có 3 dạng nhiên liệu chủ yếu được sử dụng trong quá trình đốt 2.2.1. Nhiên liệu lỏng: gồm có xăng, dầu hỏa, dầu DO, FO. Xăng: là hỗn hợp phức tạp của các hydrocacbon nhẹ có nhiệt độ sôi trong khoảng từ 30 đến 250 oC. Xăng được sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ, khí dầu mỏ, than đá, than nâu, đá phiến nhiên liệu và nhựa than đá. Trị số octan càng cao thì khả năng chống kích nổ càng lớn. Để có trị số ốc tan trong xăng, người ta pha hợp chất của chì vào xăng. Dầu hỏa: là sản phẩm của phân đoạn chưng cất dầu mỏ có nhiệt độ sôi từ 200 - 300 oC. Dầu hỏa có hàm lượng lưu huỳnh nhỏ (0,05%); lượng cacbua hydro thơm thấp. Daàu diezen: một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ, laø saûn phaån cuûa quaù trình chöng caát tröïc tieáp. Trò soá xeâtan ñaùnh giaù khaû naêng töï boác chaùy cuûa daàu. Thöôøng ta theâm vaøo daàu moät löôïng khoâng quaù 1% izopropylnitrat ñeå taêng trò soá xeâtan tôùi möùc qui ñònh. Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 370 độ C. Các nhiên liệu Diesel nặng hơn, với nhiệt độ bốc hơi 315 đến 425 độ C còn gọi là dầu Mazut (Fuel oil). Bảng 2.2.1. Các thông số kỹ thuật của dầu Diesel   Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel  Loại nhiên liệu Diesel  Phương pháp thử    DO 0,5% S  DO 1,0% S    1.  Chỉ số cetan  ≥ 50  ≥ 45  ASTM D 976   2.  Thành phần chưng cất, t °C    50% được chưng cất ở  280 °C  280 °C  TCVN    90% được chưng cất ở  370 °C  370 °C  2693–95   3.  Độ nhớt động học ở 20 °C (đơn vị cSt: xenti-Stock)  1,8 ÷ 5,0  1,8 ÷ 5,0  ASTM D 445   4.  Hàm lượng S (%)  ≤ 0,5  ≤ 1,0  ASTM D 2622   5.  Độ tro (% kl)  ≤ 0,01  ≤ 0,01  TCVN 2690–95   6.  Độ kết cốc (%)  ≤ 0,3  ≤ 0,3  TCVN6 324–97   7.  Hàm lượng nước, tạp chất cơ học (% V)  ≤ 0,05  ≤ 0,05  TCVN 2693–95   9.  Ăn mòn mảnh đồng ở 50 °C trong 3 giờ  N0 1  N0 1  TCVN 2694–95   10.  Nhiệt độ đông đặc, t °C  ≤ 5  ≤ 5  TCVN 3753–95   11.  Tỷ số A/F  14,4  14,4    Dầu mazut: là phần cặn của quá trình chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường. Dầu mazut có nhiều loại chủ yếu khác nhau ở độ nhớt, nhiệt độ nóng chảy, hàm lượng lưu huỳnh và nhiệt độ đông đặc. Dầu mazut được dùng để đốt nồi hơi trong các lò công nghiệp nhà máy dệt, đường, rượu bia, nhiệt điện, v.v..; Ở nước ta đang sử dụng 3 loại dầu mazut của các nước thuộc khối Liên Xô cũ có ký hiệu M-40; M-100; M-200; ngoài ra còn sử dụng dầu FO của các nước khác có đặc tính tương tự dầu M-40 và M-100. 2.2.2. Nhiên liệu rắn: Gỗ: có thành phần hóa học và nhiệt trị thấp ; độ ẩm cao; độ tro thấp, nhiều chất bốc (80 -90%) nên dễ cháy. Than bùn: có độ ẩm cao tới 90%; chất bốc chiếm khoảng 70%. Than nâu: sự phân hóa địa chất già hơn than bùn; độ ẩm 20 - 60%; độ tro từ 15 - 50%; chất bốc từ 30 - 50%. Than đá: (tên tiếng Anh là anthracite) là một loại nhiên liện hóa thạch được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị ô xi hóa và phân hủy bởi sinh vật (biodegradation). Than đá, là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được. Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớn nhất thế giới, cũng như là nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, được xem là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu. Than đá được khai thác từ các mỏ than lộ thiên hoặc dưới lòng đất (hầm lò) có tuổi hình thành địa chất cao hơn than nâu, hàm lượng cacbon lớn chất bốc thay đổi trong phạm vi lớn (từ 15 - 50%). Than cốc: là sản phẩm tạo thành từ than đá, là loại than chứa ít lưu huỳnh và ít tro nhờ quy trình luyện than đá thành than cốc ở điều kiện yếm khí trên 1000°С. Các thành phần dễ bay hơi như nước, khí than và tro than đã bị loại bỏ gần như hoàn toàn. Cacbon và các phần tro còn lại bị hòa tan lẫn vào nhau. Một phần cacbon bị chuyển sang dạng giống như than chì (hay graphít). 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). 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. 2.2.3. Nhiên liệu dạng khí: Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần lớn là các hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon và hyđrô). Khí thiên nhiên có thể chứa đến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và cũng có chứa số lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác. Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới. Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào cho ngành chế biến hóa chất. Là một nhiên liệu gia dụng, nó được đốt trong các bếp ga, lò ga để nấu nướng, sấy khô. Là một nhiên liệu công nghiệp, khí thiên nhiên được đốt trong các lò gạch, gốm và lò cao sản xuất xi măng. Khí thiên nhiên còn được sử dụng để đốt các lò đốt các tua-bin nhiệt điện để phát điện cũng như các lò nấu thủy tinh, lò luyện kim loại và chế biến thực phẩm Thành phần khí đốt của Việt Nam hiện nay tính theo tỷ lệ % vol như sau: CO2 : 1,07% N2 : 2,45% Methane : 80,8% Ethane : 14,3% Propane : 1,11% i-Butane : 0,11% n-Butane : 0,08% Khí khác : 0,08% 2.2.4. Nhiên liệu sinh học: Nhiên liệu sinh học: (tiếng Pháp là biocarburant) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học). Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ...), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương...), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ...), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải...), ... Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá...): tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống. Tuy nhiên hiện nay vấn đề sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống. Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh học có khả năng là nhiên liệu thay thế. 2.3. THÀNH PHẦN NHIÊN LIỆU Đối với thành phần nhiên liệu thường được biểu diễn dưới các dạng: - Thành phần hữu cơ Ch + Hh + Oh + Nh = 100% - Thành phần cháy Cc + Hc + Oc + Nc + Sc = 100% - Thành phần khô Ck + Hk + Ok + Nk + Sk + Ak = 100% - Thành phần sử dụng Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad + Wd = 100% Ví dụ: Cacbon (C) là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu. 1kg cacbon khi cháy tỏa ra khoảng 8.000 kCal. Nhiên liệu rắn chứa nhiều cacbon hơn nhiên liệu lỏng và khí, nhưng thành phần chất bốc (chất trợ cháy) ít hơn. Than, gỗ càng già thì hàm lượng cacbon càng cao, chất bốc trong nhiên liệu càng thấp càng khó cháy. Hydro (H) là thành phần cháy thứ hai của nhiên liệu. 1kg hydro khi cháy tỏa ra nhiệt lượng lớn gấp bốn lần 1kg than. Than càng non thì lượng hydro càng nhiều, nên càng dễ bắt lửa. Nhiên liệu lỏng và khí có nhiều hydro hơn nhiên liệu rắn. Lưu huỳnh (S) cũng là thành phần cháy song phần lưu huỳnh cháy được tỏa nhiệt ít, còn phần không cháy được sẽ tạo thành tro. Sản phẩm cháy của lưu huỳnh tạo thành khí SOx, gặp hơi nước có khả năng tạo thành axít gây ăn mòn các thiết bị. Khí SOx là dạng khí độc, lưu huỳnh là nguyên tố có hại trong nhiên liệu. Ôxy và nitơ là chất vô ích. Nó làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu. Nhiên liệu càng non, ôxy càng nhiều. Độ tro (A) cũng là yếu tố tiêu cực cho nhiên liệu. Độ tro cao làm giảm thành phần chất cháy, gây khả năng đóng kết ở các trung tâm buồng đốt và đáy lò, tro dễ phủ lên bề mặt tiếp nhiệt của buồng lửa gây giảm hiệu quả đốt. Độ ẩm của nhiên liệu (W) thể hiện mức độ chứa nước trong nhiên liệu. Độ ẩm lớn, thành phần chất cháy giảm làm nhiệt trị sẽ giảm và khi đốt nhiên liệu, nhiệt bị hao phí một phần để làm bay hơi nước. Bảng 2.3.1. Thành phần nhiên liệu, % KL Các chất  Gỗ  Than bùn  Than non (than nâu)  Than bitum  Than antraxit  Dầu  Khí   Các bon  52,3  57  55  75,8  82,1  86  75   Hydro  6,3  5,5  4,4  5,0  2,3  10  24   Oxy  40,5  31  13  7,4  2,0     Nitơ  0,1  1,5  1,0  1,5  2,8  0.6  1   Lưu huỳnh  < 0,1  0,2  1,7  1,6  0,6  3  vết   Tro  0,8  4,8  24,9  8,7  12,2  0.4  -   Bảng 2.3.2. Thành phần nhiên liệu theo mol Thành phần nhiên liệu  Thành phần sử dụng các chất trong 100 kg nhiên liệu (kg)  Khối lượng phân tử  Số lượng mol   C H O N S A W Tổng cộng  Cd Hd Od Nd Sd Ad Wd 100,0  12 2 32 28 32 - 18  Cd : 12 Hd : 2 Od : 32 Nd : 28 Sd : 32 - Wd : 18   CHƯƠNG 3 : Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO QUÁ TRÌNH ĐỐT NHIÊN LIỆU. 3.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM CHÍNH 3.1.1.Cacbon monoxit: Là chất khí không màu,không mùi,không vị,nhẹ hơn không khí,nhiệt độ sôi – 192 ºC, gây ô nhiễm với quy mô lớn chỉ trong các đô thị. Nguồn ô nhiễm nhân tạo (400 triệu tấn/năm) chủ yếu do đốt nguyên liệu (trong sản xuất công nghiệp và trong sinh hoạt),do một số quá trình sản xuất,do động cơ đốt trong của ôtô,đầu máy xe lửa.Xấp xỉ 2/3 lượng CO trong khí quyển do các nguồn nhân tạo sinh ra do động cơ đốt trong,chủ yếu do ôtô chạy xăng. Khi đốt nhiên liệu rắn và lỏng,xảy ra phản ứng cháy không hoàn tòan giữa cacbon và oxi tạo thành CO.Trong thành phần của nhiều loại khí đốt nhân tạo đều có CO : khí lò ga chứa 25 – 34% CO,khí từ đá phiến – khoảng 17% CO.Người ta tính với tình trạng kĩ thuật hiện nay,thường khi đốt 1 tấn nhiên liệu cho phát thải 20kg CO.Chỉ khi khí đốt tự nhiên (hay nhân tạo) thì quá trình cháy mới có thể thực hiện hoàn toàn và loại trừ được CO trong sản phẩm cháy. Công nghiệp luyện kim có nhiều quá trình phát thải khí CO như quá trình lò cao (lò gang) với khí lò cao chứa 28 – 32% CO,quá trình nấu chảy thỏi đúc,thép phôi trong luyện kim đen,quá trình sản xsuất nhôm trong luyện kim màu,quá trình luyện cốc để sản xuất kim loại đen và màu… Hàm lượng CO chiếm 4 – 5%,cá biệt 13,5% trong khí xả ôtô.Ôtô du lịch phát thải 1h 3m3 CO và ôtô tải – 6m3. CO được hình thành do việc đốt cháy không hết nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và một số hợp chất hữu cơ khác. 2C + O2 2CO Ở nhiệt độ cao CO2 sinh ra cũng phản ứng với các chất chứa cacbon như trong quá trình luyện gang tạo thành CO: CO2 + C 2CO Ở nhiệt độ cao CO2 phân hủy cũng tạo thành C: CO2 CO + 1/2 O2 Quá trình oxy hóa CO trong khí quyển diễn ra chậm,và có thể coi như 0,1% CO trong 1h ánh sáng (ánh sáng đóng vai trò xúc tác cho phản ứng) : 2CO + O2 2 CO2. Sự có mặt của nhóm hidroxit (OH) thúc đẩy quá trình phản ứng : 2CO + 2OH CO2 + H2O 3.1.2.Các nitơ oxit (NOx): Trong số 7 NOx bao gồm NO,NO2,NO3,N2O,N2O3,N2O4 và N2O5,chỉ có N2O (dinitơ oxit),NO (nitơ monoxit) và NO2 (nitơ dioxit) là có thể đánh giá được lượng tạo thành của chúng trong khí quyển.NO và NO2 thường đi với nhau và chúng có thể đặc trưng và đại diện cho NOx. a.Dioxide nitơ (NO2) Là chất khí có màu nâu thẫm - hơi đỏ,vị cay và mùi kích thích,có thể nhận biết ở nồng độ 0,12ppm.NO2 phát thải do cháy nhiên liệu (ở nhiệt độ cao) và từ các nhà máy sản xuất HNO3.Nó còn được bổ sung trong khí quyển do oxi hóa NO nhờ O3 (theo phản ứng đã trình bày ở trên). NO2 oxi hóa thành N2O5 (anhidric của axit nitric – nitơ pentoxit ) nhờ O3 Vậy NOx có thể coi như tác nhân gây nên quá trình phân hủy ozon.Phản ứng sẽ kết thúc khi tạo thành HNO3 (và các sản phẩm quang hóa) : 2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 2NO2 + H2O 2HNO3 + NO N2O5 + H2O 2HNO3 Đối với động cơ Diesel, người ta thấy có đến 30% NOx dưới dạng NO2. Dioxyde nitơ NO2 được hình thành từ monoxyde nitơ NO và các chất trung gian của sản vật cháy theo phản ứng sau: NO + H2O NO2 + OH Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO2 tạo thành có thể phân giải theo phản ứng: NO2 + O NO + O2 b.Protoxyde nitơ (N2O) Protoxyde nitơ N2O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và NCO khi chúng tác dụng với NO: NH + NO N2O + H NCO + NO N2O + CO N2O chủ yếu được hình thành ở vùng oxy hóa có nồng độ nguyên tử H cao, mà hydrogène là chất tạo ra sự phân hủy mạnh protoxyde nitơ theo phản ứng: N2O + H NH + CO N2O + H N2 + OH c.Nitơ monoxit (NO) Là chất khí không màu,được tạo thành với quy mô lớn do cháy nhiên liệu không hoàn toàn ở nhiệt độ cao.NO còn được sinh ra trong công nghiệp sản xuất HNO3 và các hóa chất,do động cơ ôtô. Sự hình thành NO phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ N2 + O2 2NO Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy. Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn NO oxi hóa thành NO2,gây ô nhiễm qua phản ứng quang hóa thứ cấp : NO + O3 NO + O2 NO2 oxi hóa thành N2O5 (anhidric của axit nitric – nitơ pentoxit ) nhờ O3 Vậy NOx có thể coi như tác nhân gây nên quá trình phân hủy ozon.Phản ứng sẽ kết thúc khi tạo thành HNO3 (và các sản phẩm quang hóa) : 2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 2NO2 + H2O 2HNO3 + NO N2O5 + H2O 2HNO3 3.1.3. Lưu huỳnh oxit (SOx): SOx bao gồm 6 hợp chất khác nhau của lưu huỳnh,đó là : SO (lưu huỳnh monoxit),SO2 (lưu huỳnh dioxit),SO3 (lưu huỳnh tridoxit),SO4 (lưu huỳnh tetroxit),S2O3 (lưu huỳnh seskioxit) và S2O7 (lưu huỳnh heptoxic),trong đó SO2 và SO3 là quan trọng hơn và có thể đại diện cho SOx a.Lưu huỳnh dioxit (SO2) Còn gọi là anhidrit sunfurơ,hay đơn giản – khí sunfua.Là chất khí không màu,có mùi hắc và vị cay,khó cháy nổ. Là chất khí không màu,có mùi hắc và vị cay,khó cháy nổ. Khí SO2 phát thải còn do nung và luyện pirit sắt,quặng lưu huỳnh,do các quá trình trong các phân xưởng rèn,đúc,công nghiệp luyện kim,các quá trình hóa học sản xuất H2SO4 như phương tiện sát trùng,trong máy lạnh,lọc sản phẩm dầu lửa,sản phẩm cao su,phân bón,sản xuất khí lò cao,lò cốc…. Lưu huỳnh có trong nhiên liệu như than đá,dầu lửa (hàm lượng nhiều nhất của nó trong than,có khi đến 8%).Nếu hàm lượng S trong than 4% thì lượng SO2 trong khói chiếm 0,35%.Khí thải từ nồi hơi đốt than không xử lý chứa 500 – 5000ppm hàm lượng SO2.Khi nung quặng S khói thải có thể chứa 8% SO2. Các nhà máy điện đốt than sinh khoảng 60% tổng SOx trong khí quyển,dầu – 14%,và các quá trình công nghiệp xấp xỉ 22%. b.Lưu huỳnh trioxit (SO3) SO3 thường phát thải cùng với SO2,với khoảng 1 – 5% so với SO2 và kết hợp nhanh với hơi ẩm trong khí quyển tạo thành H2SO4 có điểm sương thấp. Cả SO2 và SO3 đều được rửa nhanh trong khí quyển nhờ mưa hoặc lắng như sol khí.Đó là lý do tại sao lượng SO2 trong khí quyển sạch nhỏ hơn nhiều so với lượng phát thải hằng năm do các nguồn nhân tạo. Các phản ứng hóa học tạo thành SO2,SO3,H2SO4 và muối của H2SO4 : Đốt S oxi hóa H2O + O2 SO2 SO3↓ H2SO4 Oxi hóa H2S MO + H2SO4 MSO4 + H2 Hoặc 2NH3 +H2SO4 (NH4)2SO4 (trong đó : M = Mg,Fe,Zn,Mn,MSO4 – muối kim loại : (NH4)2SO4 – amonisunfat) Phần lớn quá trình oxi hóa nhanh SO2 tạo thành sương mù quyện khói quang hóa sau đó.Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3 phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời : hv SO2 SO2(SO2 phân tử được kích thích) Kích thích quang hóa Oxi hóa SO2 + O2 SO4 SO4 + O2 SO3 + O3 SO3 +H2O H2SO4 (ước lượng phản ứng oxi hóa SO2 là 2%,nhưng thời gian có mặt của SO2 trong khí quyển đến 5 ngày). 3.1.4. Cacbondioxit (CO2): CO2 được hình thành từ những con đường chính như sau: Trong quá trình phân hủy động thực vật chết, chuyển tiếp qua khí CH4 Phản ứng cháy của gỗ và các nhiên liệu hóa thạch khác Là sản phẩm phụ của quá trình lên men đường, bia, rượu và các hợp chất alcohol khác Là sản phẩm phụ của các chế biến hóa học như sản xuất Na3PO4, quá trình khí hóa than, sản xuất CaO,... Hình thành trong tự nhiên thông qua phản ứng của nước ngầm với CaCO3, và CaMg(CO3)2. Một số phản ứng tạo thành CO2 trong quá trình đốt nhiên liệu : CO + O2 CO2 C + O2 CO2 3.2. TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT 3.2.1. Tải lượng ô nhiễm trong quá trình đốt nhiên liệu của các phương tiện vận chuyển: Hệ số phát thải trong khí thải đốt dầu diesel được trình bày trong bảng 3.2.1a) Bảng 3.2.1: Hệ số ô nhiễm của các phương tiện vận chuyển sử dụng dầu diesel Chất ô nhiễm  Bụi  SO2  NO2  CO  VOC    (g/xe.km)   Chạy không tải  611x10-3  582x10-3  1620x10-3  913x10-3  511x10-3   Chạy có tải  1190x10-3  786x10-3  2960x10-3  1780x10-3  1270x10-3   Nguồn: GE MOTORS AND INDUSTRIAL SYSTEMS [GEMIS V.4.1] Tải lượng bụi và khí thải từ phương tiện vận chuyển tương ứng với quảng đường vận chuyển 500 m và tần suất vận chuyển trung bình khoảng 15 - 20 lượt/ngày được xác định nhờ phương pháp đánh giá nhanh như sau: Bảng 3.2.2. Tải lượng bụi và khí thải từ phương tiện vận chuyển Chất ô nhiễm  Bụi  SO2  NO2  CO  VOC    (kg/ngày)   Chạy không tải  0,005(0,006  0,004(0,006  0,012(0,016  0,007(0,009  0,004(0,005   Chạy có tải  0,009(0,012  0,006(0,008  0,022(0,030  0,013(0,013  0,010(0,013   Nguồn: Khoa Công nghệ Môi trường ĐH Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2008 Nhận xét: Tải lượng bụi và các chất ô nhiễm không khí phát sinh do các phương tiện vận chuyển tương đối thấp, cụ thể: - Tải lượng bụi : 0,005 - 0,012 kg/ngày; - Tải lượng SO2 : 0,004 - 0,008 kg/ngày; - Tải lượng NO2 : 0,012 - 0,030 kg/ngày; - Tải lượng CO : 0,007 - 0,013 kg/ngày; - Tải lượng VOC : 0,004 - 0,013 kg/ngày. Hệ số ô nhiễm các chất ô nhiễm trong khí thải đốt dầu DO (WHO - 1993) Chất ô nhiễm Hệ số ô nhiễm (kg chất ô nhiễm/tấn dầu) Bụi 0,28 NO2 20 x S NOx 2,84 SO3 0,28 x S CO 0,71 VOC 0,035 S: Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu DO = 1% 3.2.2. Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp Bảng 3.2.4.Tải lượng các chất ô nhiễm trong quá trình đốt công nghiệp; (kg/tấn nhiên liệu) Ngành CN  bụi (C)  SO2  NOx  CO  THC  SO3   Khí thiên nhiên   Nồi hơi nấu  0,061  20S  11,3f  0,82  0,036    Nồi hơi CN  0,061  20S  2,87  0,72  0,118    đốt phục vụ sinh hoạt  0,061  20S  2,05  0,41  0,160    Turbin khí  0,287 0,224/Nm3  20S 15,6/Nm3  8,91 6,62/Nm3  2,36 1,84/Nm3  0,863 0,673/Nm3    Khí hoá lỏng (LPG) liquefired petroleum gas   Nồi hơi CN  0,06  0,07  2,9  0,71  0,12    đốt phục vụ sinh hoạt  0,06  0,07  2,05  0,42  0,17    Dầu DO   Nồi hơi CN  0,28  20S  2,84  0,71  0,35  0,28S   Máy phát điện  0,71  20S  9,62  2,19  0,79    Dầu FO   Nôi hơi nấu  P  20S  8,5  0,64  0,127  0,25S   Nồi hơi CN  P  20S  7,0  0,64  0,163  0,25S   Nhiên liệu khác   Than nâu  5A  19,5S  9,0  0,3  0,055    Củi (nồi hơi)  3,6  0,075  0,34  13  0,85    Rác (nồi hơi)  8  -  3  42  21,5    Ghi chú: f = 0,3505 - 0,005235 L + 0,0001173 L2 ( L là tải lượng trung bình của nôi hơi thông thoáng 87%). P = 0,4 + 1,32S. A là hàm lượng phần trên của tro trong nhiên liệu. Bảng 3.2.5 : hệ số ô nhiễm đốt vôi lò gạch(kg/tấn sản phẩm): nhiên liệu  bụi  SOx  CO  THC  NOx   Than  0,64A  4,8S  1,28  0,37  0,56   Dầu DO  0,13A  3,6S  < 10-3  0,024  3,18   Củi  1,96  0,20  7,81  9,13  1,30   Vôi đá  8,03  0,24  9,64  11,24  1,62   Trấu  5,55  0,00  32,49  6,50  0,65   Ghi chú: A và S là hàm lượng tro và lưu huỳnh trong nhiên liệu. 3.3. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM 3.3.1. Nguyên tắc của các quá trình xử lý khí độc hại: Các biện pháp kỹ thuật nhằm hạn chế sự hình thành và phát thải các chất ô nhiễm thể khí tại các nguồn thải có thể được phân chia thành hai cấp sau đây: Cải tiến các quá trình cơ bản để tạo ra công nghệ : “sạch hơn” Xử lý làm sạch khí thải trước khi thải vào bầu khí quyển. Sự lựa chọn các giải pháp kỹ thuật cho các vấn đề nêu trên phụ thuộc vào đặc điểm của chất ô nhiễm, quá trình phát sinh chất ô nhiễm và mức độ xử lý. Khi xem xét quá trình đốt cháy nguyên liệu, ta có thể phân biệt 3 loại ô nhiễm. Sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn như các hydrocarbon, oxyt carbon, các bụi dầu chưa cháy hết. Các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy như SO2, NOx do thành phần lưu huỳnh và nitơ chứa trong nhiên liệu gây ra. Oxyt nitơ từ phản ứng nhiệt độ cao của Nitơ và oxy. Cải tiến các quá trình công nghệ đóng vai trò chủ yếu trong việc loại trừ phát thải chất ô nhiễm thuộc loại 1 và 3, nhưng bằng cách thực hiện các quá trình cháy hiệu quả cao hơn và thay đổi mối quan hệ giữa thời gian - nhiệt độ của hỗn hợp cháy. Thay thế nhiên liệu ít sạch bằng nhiên liệu sạch hơn là biện pháp chiến lược số một khi cần giải quyết các chất ô nhiễm loại 2. Xử lý làm sạch khí thải về nguyên tắc là giải pháp cơ bản bắt buộc với các chất ô nhiễm thuộc cả 3 loại nêu trên. Xử lý khí thải có thể thực hiện bằng ba phương pháp sau : Hấp thụ các khí độc hại bằng chất lõng Hấp phụ các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn. Biến đổi hoá học các chất ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt. 3.3.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp thụ: Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình hoà tan chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc nhau. Hấp thụ dựa trên cơ sở của qúa trình truyền khối nghĩa là phân chia pha, phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí, phương pháp hấp thụ chia làm hai loại : hấp thụ vật lý và hấp thụ hoá học. Cơ cấu của quá trình này được chia ra thành ba bước : Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất hấp thụ. Thâm nhập và hoà 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 lõng hấp thụ. Khi chuyển từ pha khí vào pha lỏng, năng lượng phân tử của cấu tử phân tán giảm. Vì vậy quá trình hấp thu sẽ kèm theo sự tỏa nhiệt và làm tăng nhiệt độ của hệ thống. Ngoài ra tổng thể tích của hệ thống trong quá trình hấp thụ sẽ giảm do thể tích của pha khí bị giảm. Do đó theo nguyên lý của Le Chartelier, độ hoà tan của chất khí trong chất lõng sẽ tăng nếu tăng áp suất và giảm nhiệt độ của quá trình. Qúa trình hấp thụ trong điều kiện đẳng nhiệt và hấp thụ đẳng áp. Trường hợp đẳng áp cơ cấu thiết bị được đơn giản hoá nhưng điều kiện cân bằng không tốt. Ngoài ra, hấp thụ đẳng nhiệt có thể xảy ra với nồng độ chất khí ban đầu nhỏ hay lưu lượng chất lõng lớn. Khi đó, sự thay đổi nhiệt độ của chất lõng là không đáng kể. Trong quá trình hấp thụ, chất ô nhiễm hoà tan thường được tách khỏi dòng khí thải có lưu luợng lớn tức là nồng độ phần mol rất nhỏ. Nếu nồng độ phần mol của chất ô nhiễm hoà tan trong chất lõng hấp thụ cũng thấp, áp suất riêng phần cân bằng của chất ô nhiễm hoà tan được biểu diễn bằng Định luật Henry : p( = H.x (1) Trong đó: P( - áp suất riêng phần của chất hoà tan trong pha khí cân pha lõng. x - nồng độ phần mol của chất hoà tan trong chất lõng. H - hệ số Henry Áp suất riêng phần p được định nghĩa bằng tích số của phần mol pha khí y và áp suất tổng cộng P: p = y.P (2) Dùng giá trị : p( =y(.P (=H.x) (3) Suy ra y( = (H/P).x = m.x Trong đó: y( - Nồng độ phần mol của chất hoà tan trong pha khí cân bằng pha lõng. m = H/P - Hệ số thứ nguyên có giá trị không đổi cho một hệ lõng khí. Mặt khác theo định luật Raoult ta có : p( = P0. x (4) Trong đó : p( - Áp suất riêng phần của chất hoà tan trong hỗn hợp khí cân bằng với pha lõng P0 – Áp suất hơi bão hoà của cấu tử nguyên chất. x - nồng độ mol của chất hoà tan trong chất lõng, kmolA/kmolB Thay p( trong phương trình (4) vào phương trình (2) ta được : y( = (P0/P).x Phương trình cân bằng của quá trình hấp thụ có thể được biểu diễn như sau: y( = H/P = m.x = (P0/P).x Phương trình này chỉ đúng cho dung dịch loãng và các thành phần không phản ứng với nhau. Đây là phương trình đường thẳng với hệ số góc là m. Trong trường hợp các chất khí ô nhiễm phảnứng hay phân ly trong dung dich hấp thụ, đường cân là đường cong và được thiết lập dựa trên các thông số thực nghiệm. 3.3.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ: Hấp phụ : Hấp phụ là quá trình phân ly chất khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí, trong quá trình đó các chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn. Vật liệu rắn sử dụng trong quá trình này được gọi là chất hấp phụ, còn chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ. Vật liệu dùng để hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hoặc do tự nhiên. (Ô nhiễm không khí và xử lí khí thải Tập 3 – GS.TS Trần Ngọc Chấn). Qúa trình hấp phụ được áp dụng rất phù hợp trong những trường hợp sau : Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy. Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi. Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không áp dụng được. Trình hấp phụ được phân chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học: Hấp phụ vật lý : các phân tử khí bị hút vào bề mặt của chất hấp phụ nhờ có lực liên kết giữa các phân tử. Hấp phụ là quá trình toả nhiệt. Ưu điểm của hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch, tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh. Hấp phụ hoá học : là kết qủa của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ. Lượng nhiệt toả ra lớn, Chi phí ít năng lượng cho phản ứng là cơ sở để giải thích hiệu quả của chất xúc tác bằng bề mặt chất rắn trong việc thúc đẩy nhanh một số quá trình hoá học tong công nghiệp hoá chất. Một điểm quan trọng trong hấp phụ hoá học là tính chất không thuận nghhịch. Vật liêu hấp phụ thường là các vật liệu dạng hạt từ 6-10mm xuống đến cỡ 200 có độ rỗng được hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối vật liệu. Các vật liệu hấp phụ trong công nghiệp cơ bản là : than hoạt tính, silicagen, keo nhôm, zeolit, ionit. Yêu cầu đề ra khi thiết kế hoặc chọn thiết bị hấp phụ là : Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc thích hợp. Có xử lý sơ bộ đối với khí thải để loại các chất không thể hấp phụ được. Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu của chất cần khử trong khí thải để bảo vệ lớp vật liệu hấp phụ khỏi bị quá tải. Phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ một cách đều đặn. Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau khi đạt trạng thái bão hoà. 3.3.4. Các phương pháp xử lý SO2: Hấp thụ khí SO2 bằng nước và thu hồi khí SO2 Hấp 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 của các loại lò công nghiệp. Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước gồm 2 giai đoạn: Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải di qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tưới nước – scrubơ. Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 (nếu cần) và nước sạch. Phương pháp hấp thụ khí SO2 bằng nước chỉ áp dụng được khi: Nồng độ ban đầu của khí SO2 trong khí thải tương đối cao; Có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nước) và cấp lạnh với giá rẻ; Xử lý khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung: Xử lý khí SO2 bằng 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. CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2 (3.1) CaO + SO2 = CaSO3 (3.2) 2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 (3.3) Ưu điểm nổi bật của phương pháp này 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. Nhược điểm: đóng cáu cặn trong hệ thống. Xử lý khí SO2 bằng amoniac: Amoniac và khí SO2 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 SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit theo phản ứng sau: SO2 + 2NH3 = (NH4)2SO3 (3.4) (NH4)2SO3 + SO3 + H2O = 2NH4HSO3 (3.5) Lượng bisunfit tích tụ dần dần có thể hoàn nguyên bằng cách nung nóng trong chân không 2NH4HSO3 nung nóng (NH4)2SO3 + SO2( + H2O (3.6) Ưu điểm của phương pháp này là có thể áp dụng để khử 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, gây khó chịu cho người vận hành do mùi. Xử lý khí SO2 bằng magie oxit (MgO): Phương pháp này dựa trên các phản ứng MgO + SO2 = MgSO3 (3.7) MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2 (3.8) Một phần Magie Sunfit tác dụng oxy trong khói thải để tạo thành sunfat 2MgSO3 + O2 = 2MgSO4 (3.9) Magie bisunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O (3.10) Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả xử lý cao có thể đạt 95-99%, áp dụng được cho trường hợp khói thải có nhiệt độ cao, chứa nhiều bụi mà không cần phải làm nguội và lọc bụi trước khi đi vào hệ thống xử lý SO2. Nhược điểm: gây ra cáu cặn cho hệ thống bỡi các tinh thể không tan. Xử lý khí SO2 bằng dung dịch sôđa (Na2CO3): Phương pháp này có ưu điểm là không đóng cáu cặn trên đường ống. Có thể hấp thụ ở bất kỳ nồng độ nào và chúng có khả năng hấp thụ rất lớn. Phương trình xảy ra như sau: Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2 (3.11) Na2SO3 + SO2 + H2O = NaHSO3 (3.12) Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxit ZnO: Là phương pháp 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 cuả phương pháp này là quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO3 thành SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể. 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, tiêu hao nhiều nhiên liệu kẽm oxit và hệ thống xử lý khá phức tạp. Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như anilin C6H5NH2, toluidin CH3C6H4NH2, xylidin (CH3)2C6H3NH2 và dimetyl-anilin C6H5N(CH3)2 . Ưu điểm: hiệu quả cao. Nhược điểm: phải làm nguội khí thải và lọc sạch trước khi vào hệ thống, vận hành phức tạp, kinh phí đầu tư lớn. Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn: Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính, nhôm oxit kiềm hóa, mangan oxit (MnO), .. Ưu diểm của các phương pháp này là không cần hạ thấp nhiệt độ khói thải, thiết bị đơn giản, kinh phí đầu tư thấp. Nhược điểm: chi phí vận hành lớn do việc hoàn nguyên vật liệu. 3.3.5. Các phương pháp xử lý NOx: Hấp thụ khí NOx bằng nước: Các loại khí thải có chứa oxít nitơ với nồng độ thấp thường được xử lý bằng các phương pháp dùng nước để rửa khí trong các thiết bị như scrubơ, thiết bị sục khí sủi bọt, ống venturi,... Nitơ đioxit và đinitơ tetraoxit ( NO2 và N2O4) kết hợp với nước tạo thành axit nitrơ. Tiếp theo, axit nitrơ có thể bị oxy hóa thành đioxit nitơ mà đến lược mình nó sẽ kết hợp với nhiều nước hơn. Các phản ứng sảy ra như sau: 2NO2 (hoặc N2O4) + H2O = HNO3 + HNO2 (3.13) 2HNO2 = NO + NO2 (hoặc ½ N2O4 + H2O ) (3.14) NO + ½ O2 = NO2 (3.15) 2NO2 = N2O4 (3.16) Phản ứng (3.13) xảy ra trên lớp màng ngăn cách giữa pha khí và pha lỏng. Quá trình oxy hóa của oxit nitơ xảy ra tương đối chậm nhưng thực hiện đến cùng. Còn các phản ứng (3.13) và (3.14) không thực hiện đến cùng khi có mặt của axit nitric đậm đặc, tuy nhiên chúng cũng đi đến hoàn thành khi tiếp xúc với nước sạch. Tháp sục khí sủi bọt. Scrubơ Venturi. Tháp Scrubơ có lớp đệm lỏng và tháp phun. Nhược điểm: Hiệu quả khử NOx theo các phương pháp nêu trên thường không cao, tối đa đạt 50% Hấp thụ khí NOx bằng dung dich amoni cacbonat: Atsukawa M. Và cộng sự ở Hãng Công nghiệp nặng Mitsubishi ( Nhật Bản ) đã nghiên cứu quá trình xử lý khí NOx bằng amoni cacbonat (NH4)2CO3 trong tháp hấp phụ đường kính 0,4m và cao 2,6m được đệm bằng khâu Raschig 25 mm. Hiệu quả hấp thụ đạt 65% và phù hợp với kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả khác. Hiệu quả của quá trình hấp thụ còn được nâng cao đấng kể khi dùng các tấm nhựa polyvinyl gợn sóng làm lớp đệm trong lớp hấp thụ (hiệu quả đật đến 95,1 % ). Hấp thụ khí NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính... Khí thải có chứa 1 đến 1,5% NOx có thể được xử lý bằng các phương pháp hấp phụ như silicagel, alumogel, than hoạt tính... Khi trong chất hấp phụ có chứa đioxit nitơthì nó trở thành chất xúc tác để oxy hóa các oxit nitơ thành nitơ đioxit. Nitơ đioxit bị hấp vào các chất nêu trên và có thể được tách ra khỏi chúng bằng cách nung nóng. Khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn trên nói chung là rất thấp. Do đó muốn yêu cầu khử NOx một cách triệt để cần lắp đặt hệ thống với nhiều tầng hấp phụ nối tiếp nhau, đẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng để thắng sức cản khí động của hệ thống. Mặt khác, bụi trong khí thải cũng làm giảm khả năng hấp phụ cần được lọc sạch tro bụi. Tuy nhiên, bên cạnh những nhược điểm kể trên, sử dụng chất hấp phụ để khử NOx cũng có ưu điểm của nó là có khả năng thu hồi NO2 nồng độ cao để điều chế axit nitric phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau trong công nghiệp. 3.3.5. Nhiệt 3.3.5.1. Cơ sở của quá trình truyền nhiệt Quá trình trao đổi nhiệt thường hay gặp nhất trong thực tế là quá trình truyền nhiệt từ một chất lỏng này cho một chất lỏng khác qua một vách ngăn. Trong trường hợp này quá trình trao đổi nhiệt xảy ra do tác dụng đồng thời của nhiều dạng trao đổi nhiệt cơ bản. Chất lỏng nóng truyền nhiệt cho vách có thể vừa bằng đối lưu và bức xạ, sau đó nhiệt sẽ được truyền bằng dẫn nhiệt trong vách sang bề mặt tiếp xúc với chất lỏng lạnh bằng đối lưu hoặc bằng cả đối lưu hoặc bằng bức xạ. 3.3.5.2. Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất mang nhiệt, thí dụ thiết bị sấy, bình ngưng, bình bay hơi ,… Tùy theo mục đích sử dụng mà các thiết bị trao đổi nhiệt có cấu tạo và tên gọi khác nhau, nhưng về nguyên lý làm việc chúng được chia làm 3 loại: thiết bị trao đổi nhiệt loại phân cách, loại hồi nhiệt, và loại hỗn hợp. Trong thiết bị trao đổi nhiệt loại ngăn cách, các chất mang nhiệt chuyển động trong những không gian cách biệt nhau bỡi vách ngăn (bề mặt của ống, rãnh,..) và sự trao đổi nhiệt giữa chúng được thực hiện qua vách ngăn cách đó thí dụ các bình ngưng, các bình gia nhiệt nước nóng,… Đặc tính làm việc của các bề mặt truyền nhiệt trong các thiết bị hồi nhiệt mang tính chất chu kỳ, nghĩa là trong những khoảng thời gian nhất định các bề mặt đó được tiếp xúc với chất lỏng nóng và được chất lỏng nóng truyền nhiệt cho. Nhưng ở nửa chu kỳ sau, các bề mặt đã được đốt nóng đó lại nhả nhiệt cho chất lỏng lạnh đi qua chúng. Các quá trình trao đổi nhiệt trong các thiết bị hồi nhiệt là những quá trình không ổn định( thí dụ thiết bị sấy gió nóng của lò cao, lò thủy tinh,…) Hai loại thiết bị trên có tên gọi chung là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt vì các quá trình trao đổi nhiệt trong các loại thiết bị này luôn gắn liền với các bề mặt vật rắn. Trong các thiết bị trao đổi nhiệt loại hỗn hợp, các chất lỏng nóng và lạnh trao đổi nhiệt cho nhau khi chúng hỗn hợp với nhau. Đặc điểm của loại thiết bị này là các quá trình trao đổi nhiệt được tiến hành đồng thời với quá trình trao đổi chất ( thí dụ: các tháp làm mát nước tuần hoàn). Thiết bị trao đổi nhiệt loại ngăn cách là loại thiết bị thường gặp nhất trong thực tế. Tùy theo chiều chuyển động của các chất lỏng trong thiết bị, chúng còn được phân ra thành các nhóm như: thiết bị trao đổi nhiệt ngăn cách cùng chiều, ngược chiều, cắt nhau và hỗn hợp( dòng nóng và dòng lạnh chuyển động song song vừa cùng chiều và ngược chiều). Phương trình truyền nhiệt: , W ( 3.17) Phương trình cân bằng nhiệt: , W ( 3.18) Khi không có biến đổi pha trong các chất mang nhiệt phương trình cân bằng nhiệt có thể viết dưới dạng: , W ( 3.19) Trong đó: k- hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/m2K; F- diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2; - độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, oC;  (3.20) Khi chất lỏng chảy cùng chiều: , ,  ( 3.21) Khi chất lỏng chảy cùng chiều: , ,  ( 3.22) Trong đó: và  - tốc độ trung bình của chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh trong thiết bị, m/s; f1 và f2 – diện tích mặt cắt chất lỏng lưu động, m2; và  - khối lượng riêng của chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh, kg/m3; Cp1 và Cp2 – nhiệt dung riêng của chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh, j/kgK; và - nhiệt độ vào và ra của chất lỏng nóng; và - nhiệt độ vào và ra của chất lỏng lạnh; Khi chất lỏng chảy hỗn hợp hoặc giao nhau thì:  Trong đó: (3.23) - độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit tính theo sơ đồ ngược chiều; , trong đó ,  ( 3.24) Trị số  tra căn cứ theo P, R trên đồ thị có sơ đồ tương ứng. 3.3.6. Phương pháp xử lý CO: Xử lý ô nhiễm bằng quá trình thiêu đốt hoặc còn gọi là quá trình đốt cháy sau được áp dụng khá phổ biến trong trường hợp khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm cháy được lại rất bé. Một số phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình thiêu đốt: Quá trình thiêu đốt rất thích dụng với các chất ô nhiễm cháy được, đó là những hợp chất của cacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh. Những hợp chất trên khi cháy sẽ tạo thành các sản phẩm cháy không hoặc ít độc hại hơn so với bản thân chúng. Ví dụ ta có một số chất ô nhiễm và phản ứng cháy của chúng như sau: CO + ½ O2 = CO2 (3.25) C6H6 + 7½O2 = 6CO2 + 3H2O (3.26) H2S + 1½O2 = SO2 + H2O (3.27) Trong phản ứng (3.25) oxit cacbon là khí độc rất quen biết với con người đã được biến thành CO2 ít độc hại hơn. Về mặt biện pháp thực hiện, quá trình thiêu đốt chất ô nhiễm có thể được phân chia thành ba dạng khác nhau: Thiêu đốt bằng ngọn lửa trực tiếp trong không khí. Thiêu đốt có buồng đốt. Thiêu đốt có xúc tác. CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. KẾT LUẬN Qua quá trình tìm hiểu về vấn đề ô nhiễm do đốt nhiên liệu, nhóm đã nhận thấy đây là một vấn đề cần được quan tâm nhiều hơn vì vấn đề nhiên liệu luôn là một vấn đề nóng của xã hội, nó ảnh hưởng đến nền kinh tế của một quốc gia, một khu vực. Mà đặc biệt là vấn đề ô nhiễm không khí do đốt nhiên liệu trong các hoạt động sống, sản xuất của con người, nó ảnh trực tiếp đến sức khỏe, các vấn đề toàn cầu hóa và đặc biệt là vấn đề nóng lên của trái đất, đây cũng chính là vấn đề được quan hàng đầu hiện nay. Ngoài ra, nhóm cũng đã tìm hiểu các quá trình đốt nhiên liệu, quá trình hình thành các chất khí gây ô nhiễm, qua đó đã đưa ra các quy trình xử lí các chất khí sinh ra trong quá trình đốt, và các biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm. Từ quá trình tìm hiểu trên, nhóm đã đưa ra những nhận xét như sau: Vấn đề ô nhiễm không khí ở Việt Nam trong quá trình đốt nhiên liệu sinh ra chủ yếu trong sản xuất công nghiệp tại các khu công nghiệp, khu chế xuất... Và hoạt động giao thông ở các đô thị lớn của nước ta. Vẫn chưa có biện pháp xử lí triệt để các loại khí sinh trong quá trình đốt nhiên liệu. Thực tế vấn đề môi trường vẫn chưa được quan tâm đúng mức, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm ô nhiễm không khí trong các khu đô thị, khu công nghiệp, khu chế xuất... 4.2. KIẾN NGHỊ Qua việc tìm hiểu về các vấn đề trên, nhóm đã đề xuất một số ý kiến sau: Cần có các biện pháp sử dụng tiết kiệm nguồn nhiên liệu, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Cần thay thế các nguồn nhiên truyền thống bằng các nguồn nhiên liệu mới nhằm giảm thiểu ô nhiễm. Thay đổi các trang thiết bị, máy móc củ bằng các loại trang thiết bị, máy móc mới có khả năng tiết kiệm nhiên liệu hơn, đồng thời hạn chế ô nhiễm môi trường không khí... TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Ngọc Chấn. (2004). Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải (Tập 1). Nhà Xuất Bản Xây Dựng. Hoàng Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý. (2007). Bảo vệ môi trường không khí. Nhà Xuất Bản Xây Dựng. Nguyễn Đình Tuấn. (2002). Quan trắc đo đạc ô nhiễm không khí và tiếng ồn do giao thông tại các trạm của TPHCM. Đề tài nghiên cứu khoa học. http: www.nea.gov.vn http: www.nld.com.vn

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docÔ nhiễm không khí từ quá trình đốt nhiên liệu và biện pháp xử lí.doc
Luận văn liên quan