Bảng 4.8: Lượng nước lý thuyết tính bằng m3 cần để hấp thụ 1 tấn SO2 đến trạng thái bão hòa ứng với nhiệt độ và nồng độ SO2 khác nhau trong khí thải

• Có thể xả được nước có chứa ít nhiều axit ra sông ngòi

Trường hợp khí thải giàu SO2 như trong công đoạn nấu quặng sunfua kim loại của

công nghiệp luyện kim màu chẳng hạn, nồng độ SO2 trong khí thải có thể đạt 2÷ 12%

người ta có thể xử lý SO2 bằng nước kết hợp với quá trình oxi hóa SO2 bằng chất xúc tác

Quá trình cũng được thực hiện thành 2 giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất khí SO2 kết

hợp với oxi nhờ sự có mặt của chất xúc tác vanađi (V) để biến thành anhiđrit sunfuric

SO3 và giai đoạn thứ hai là dùng nước tưới trong scrubơ để anhiđrit sunfuric kết hợp với

nước tạo thành axit sunfuric H2SO4.

Trong giai đoạn thứ nhất, phản ứng oxi hóa khí SO 2 có tỏa nhiệt và phản ứng xảy

ra càng mạnh ở nhiệt độ càng thấp, do đó cần thực hiện quá trình này qua nhiều tầng xúc

tác, sau mỗi tầng đều được làm nguội.

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng nước kết hợp với oxi hóa bằng chất xúc tác được

thể hiện ở hình 14.1b.

4.2.4 Xử lý SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO):

Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp và

hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi.

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý:

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2

CaO + SO2 = CaSO3

CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 trong khói thải bằng sữa vôi:



Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng CaCO3 và CaO

Khói thải sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubơ 1, trong đó xảy ra quá trình

hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Nước chua

chứa axit chảy ra từ scrubo được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới. Trong nước

chảy ra từ scrubo có chứa nhiều sunfit và caxi sunfat dưới dạng tinh thể :CaSO 3.0,5H2O,

CaSO4.2H2O và một ít tro bụi còn sót lại sau bộ lọc tro bụi, do đó cần tách các tinh thể

nói trên ra khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể 2. Thiết bị số 2 là một bình rỗng

cho phép dung dịch lưu lại một thời gian đủ dể hình thành các tinh thể sunfit và sunfat

caxi. Sau bộ phận tách tinh thể 2, dung dich một phần đi vào tưới cho scrubo, phần còn

lại đi qua bình lọc chân không 3, ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn và được

thải ra ngoài. Đá vôi được đập vụn và nghiền thành bột ở các thiết bị 7, 8 rồi cho vào

thùng 6 để pha trôn với dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không 3 cùng với một

lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới.

Hiệu quả hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống không

vượt quá 20mm cột nước.



Nguyên liệu vôi dược sử dụng một cách tuần hoàn, cặn bùn từ hệ thống xử lý thải

ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển sunfit thành

sunfat trong lò nung.

Hiệu quả hấp thụ SO2 trong scrubo phụ thuộc vào vận tốc khí và độ pH của dung

dịch sữa vôi tưới trên lớp đệm

Phương pháp xử lý SO2 bằng dung dịch vôi sữa có thể dung nguyên liệu là đá vôi

hoặc vôi nung. Dùng đá vôi thì rẻ tiền hơn nhưng hiệu quả xử lý không bằng vôi nung

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.

4.2.5 Xử lý SO2 bằng Amoniac:

Amoniac và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau tạo ra muối trung

gian amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit theo

phản ứng sau:

SO2 + 2 NH3 + H2O = (NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4HSO3

Lượng bisunfit tích tụ dần dần có thể hoàn nguyên bằng cách nung nóng trong

chân không, kết quả thu được amoni sunfit và SO2. Amoni sunfit này lại có thể tiếp tục sử

dụng để khử SO2

2 NH4HSO3



t0



(NH4)2SO3 + SO2 + H2O



Ngoài ra trong dung dịch có thể xảy ra sự phân hủy sunfit và bisunfit amoni thành

sunfat amoni và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng sau đây:

2 NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2 (NH4)2SO4 + S + H2O

Lưu huỳnh đơn chất hình thành theo phản ứng trên đến lượt của mình lại tác dụng

với amoni sunfit và tạo ra thiosunfat: (NH4)2SO3 + S = (NH4)2S2O3



Sau đó thiosunfat lại kết hợp với amoni bisunfit và tạo lưu huỳnh đơn chất nhiều

hơn gấp 2 lần

(NH4)2S2O3 + 2 NH4HSO3



=



2(NH4)2SO4 + 2S + H2O



Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit. Cứ như vậy tốc độ phản ứng phân hủy

dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất

a/ Hệ thống xử lý SO2 bằng amoniac theo chu trình

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng ammoniac:



Hình 4.2: Sơ đồ xử lý SO2 bằng amoniac

Khí thải từ lò sau khi được lọc sạch tro bụi đi vào scrubo 1 và được nước tưới tuần

hoàn. Khói được làm nguội tới 300C, còn bụi cặn được thải ra ngoài. Trong nước tuần

hoàn cho qua trình làm nguội khói trong scrubo 1 có chứa bụi, SO2 và H2SO4. Lượng khí

SO2 khử được trong scrubo 1 chiếm khoảng 10% lượng SO2 chung trong khói thải khi

nồng độ ban đầu của SO2 trong khói là 0,3 % . Nhiệt độ cuối của nước đạt



500C. Để



nước tuần hoàn được trong hệ thống, nó phải được làm nguội xuống khoảng 270C trong



thiết bị làm nguội (thiết bị trao đổi nhiệt ) số 2. Thiết bị 2 có thể là tháp làm mát, lúc đó

không khí đi qua tháp phải được thải ở độ cao thích hợp để đề phòng sự lan tỏa khí SO2 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 liên tục vào vòng tuần hoàn. Từ scrubo

1 khí đã được làm nguội và đi vào tháp hấp thụ số 3, tại đó quá trình hấp thụ SO2 được

thực hiện trên nhiều tầng, một tầng hấp thụ được tưới dung dịch theo chu trình kín, trong

khí 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 NH3 đi theo khói thải ra ngoài. Thành phần dung dịch tưới ở mỗi tầng hấp thụ

được giữ không đổi. Dung dịch đã hoàn nguyên được cấp vào tầng hấp thụ kề với tầng

trên cùng.

Dung dịch đi ra ở tầng hấp thụ dưới cùng có chứa nhiều bisunfit (NH4)2SO3 được

tích thụ một phần để đưa vào tháp hoàn nguyên 5, trong đó được cấp nhiệt bằng hơi nước

bão hòa khô (đi trong dàn xoắn) để đun nóng dung dịch. Ở đây xảy ra phản ứng

2 NH4HSO3



t0



(NH4)2SO3 + SO2 + H2O



Khí SO2 thoát ra từ tháp hoàn nguyên 5 đạt nồng độ từ 94 – 98% và được sử dụng

để điểu chế axit 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 NH3 được bổ sung vào chu trình tưới để bù lại lượng NH 3

đã tiêu hao để tạo thành amoni sunfit theo phản ứng:

2 NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2 (NH4)2SO4 + S + H2O

Để tách amoni sunfit hình thành trong qua 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 dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ 3 còn có thể có

thiosunfat. Do đó một phần dung dịch ra khỏi tháp hấp thụ 3 được đưa sang xử lý ở nồi

1400C sunfit, bisunfit và thiosunfat amoni



chưng áp 9. Ở đây dưới áp suất và nhiệt độ



phân hủy thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất theo phản ứng:

(NH4)2S2O3 + 2 NH4HSO3



=



2(NH4)2SO4 + 2S + H2O



Dung dịch amoni sunfat được tách khỏi lưu huỳnh bằng phương pháp lắng và đi

vào tháp bốc hơi 6 , còn lưu huỳnh đơn chất được đỗ ra khuôn.

Tinh thể amoni sunfat thu được từ máy ly tâm 8 có thể các thành phần sau:

(NH4)2SO4



92-93%



(NH4)2SO3



2-3%



NH4HSO3



0,5 – 1%



H2 O



4-5%



Amoni sunfat là một loại phân bón và mặc dù có lẫn một ít sunfit và bisunfit, chất

lượng của nó vẫn không bị ảnh hưởng mấy. Cũng có thể nâng cao chất lượng phân bón

bằng cách dùng không khí nóng sấy khô để các sunfit và bisunfit oxi hóa và biến thành

amoni sunfat hoàn toàn.

b/ Xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp:

Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp:



Hình 4.3: Sơ đồ xử lý SO2 bằng aminoac 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 hoàn. Nồng độ muối amoni trong dung dịch hấp thụ đạt

khoảng 45%. Người ta bổ sung vào dung dịch tưới một lượng dung dịch nước - amoniac

đậm đặc (30%) . Một phần dung dịch tưới tương đương với lượng dung dịch mới bổ sung

vào luôn luôn được tách ra sau tháp hấp thụ để đưa vào bộ lọc ép 2, sau đó đi vào thùng

chưng áp 3. Ở đây người ta tách một lượng nhỏ axit sunfuric vào dung dịch và đun nóng

đến nhiệt độ 180 0C với áp suất dư 14 atm. Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất nêu trên

quá trình oxi hóa tự động xảy ra để tạo thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất. Sau

khi hoàn thảnh phản ứng oxi hóa, các chất trong thùng trưng áp nguội dần, áp suất dư

giảm xuống đến 3,5 atm, lưu huỳnh đơn chất lắng xuống đáy rồi đưa ra đổ thành khuôn.

Phân dung dịch nổi bên trên được đưa sang thiết bị bốc hơi chân không 4 rồi đưa qua

máy lọc ly tâm 5 để tách amoni sunfat.

Đặc điểm của phương pháp xử lý SO2 bằng amoniac có chưng áp là sản phẩm cuối

cùng thu được chủ yếu gồm amoni sunfat.



c/Xử lý SO2 bằng amoniac và vôi



Hình4.4: Sơ đồ hệ thống xử lý SO2 bằng amoniac kết hợp với sữa vôi

Hỗn hợp hơi nước và amoniac được phun trực tiếp vào khói thải trên đường ống

dẫn vào hệ thống hai scrubo lắp nối tiếp 1 và 2. Khí SO2 trong khói thải kết hợp với

amoniac tạo thành sunfit và bisunfit amoni. Trong scrubo 1 phần lớn tro bụi và các sản

phẩm sunfit, bisunfit được loại ra khỏi dòng khí và theo dung dịch tưới chảy xuống thùng

chứa 7. Tại đây nhiệt dộ khí cũng hạ xuống còn khoảng 600C. Tiếp theo khí đi vào scrubo

2 và các sản phẩm tạo thành từ SO2 và amoniac còn sót lại tiếp tục bị tách ra khỏi dòng

khí và theo dung dịch chảy xuống thùng chứa 8. Một phần dung dịch tưới từ scrubo 2

chảy xuống thùng chứa 8 được đưa sang tưới cho scrubo 1 và một lượng dung dịch mới

được bổ sung vào thùng 8.

Dung dịch đã bảo hòa ở thùng chứa 7 được đưa sang thùng phản ứng 3, tại đó sữa

vôi và hơi nước được cấp vào để kết hợp với sunfit và bisunfit amoni tạo thành sunfit và

sunfat canxi theo phản ứng sau đây:



(NH4)2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2NH3 + 2H2O

NH4HSO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + NH3 + 2H2O

(NH4)2SO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NH3 + 2H2O

Amoniac và hơi nước bốc lên từ thùng phản ứng 3 được hút và thu vào đường ống

dẫn khói thải , còn bùn nhão lắng ở đáy được đưa sang làm nguội trong thiết bị trao đổi

nhiệt 4, sau đó được tách ra ở máy lọc ly tâm 5 và dung dịch trong một phần đưa về

thùng 8 để tham gia vào chu trình tưới cho scrubo 2, phần còn lại chảy vào thùng 6 để

pha chế sữa vôi mới. Cặn thu được ớ máy lọc ly tâm 5 không chưá canxi bisunfit có tính

chất hòa tan nên có thể loại bỏ hoặc được sử dụng như vật liệu san lấp, làm nền đường…

Hiệu quả xử lý SO2 của phương pháp ammoniac - vôi có thể đạt 95%, nồng độ

NH3 theo khí sạch thoát ra khoảng 0,001%.

Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp amoniac đơn thuần là rất ít tốn

amoniac và có thể áp dụng để khử SO 2 trong khói thải có chứa nhiều bụi và ở nhiệt độ

cao, hệ thống có thể làm việc với lưu lượng rất lớn.

Nhược điểm của phương pháp này là lượng phế thải nhiều.

4.2.6. Xử lý SO2 bằng MgO:

Khả năng sử dụng MgO để khử SO2 trong khí thải được biết từ lâu nhưng nghiên

cứu ứng dụng trong công nghiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu là công nghệ của

Liên Xô.

Phương pháp này dựa trên các phản ứng: MgO + SO2 = MgSO3

MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2

2MgSO3 + O2 = 2MgSO4

Magie sunfat không có hoạt tính đối với SO2 do đó phản ứng oxi hóa sunfit là

không mong muốn. Tuy nhiên, khi nồng độ MgSO4 trong dung dịch làm việc đạt 120-160

g/l thì quá trình oxi hóa sunfit sẽ ngừng lại không tiếp tục xảy ra nữa.



Magie bsunfit có thể bị trung hòa bằng cách bổ sung thêm MgO mới:

Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O

Độ hòa tan của magie sunfit trong nước rất hạn chế nên MgSO3 sẽ kết tủa thành

MgSO3.6H2O và ở nhiệt độ 50oC tinh thể này biến thành MgSO3.3H2O.

Các tinh thể được tách ra khỏi dung dịch huyền phù, sấy khô và xử lý ở nhiệt độ

800-900oC để thu hồi MgO và SO2

MgO được quay trở lại chu trình làm việc còn SO2 đậm đặc được đưa sang công

đoạn chế biến axit sunfuric hoặc lưu huỳnh đơn chất.

a/ Phương pháp MgO kết tinh theo chu trình:

Khí thải cần xử lý SO2 đưa vào scrubo 1 trong đó được tưới dung dịch huyền phù

MgSO3.6H2O và MgO. Khí SO2 trong khí thải sẽ bị khử theo phản ứng:

MgO + SO2 = MgSO3 và MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2, khí sạch thoát ra ngoài. Sau

khi ra khỏi scrubo 1, một phần dung dịch đã bị oxi hóa chảy vào bể chứa 3, tại đây có bộ

phận đo liều lượng 4, MgO được bổ sung vào bể chứa. Lượng MgO bổ sung phụ thuộc

vào lượng SO2 khử được. Từ bể chứa 3 dung dịch với tỉ lệ rắn-lỏng ≈ 0,1 được đưa lên

tưới cho scrubo sau khi đã được lọc các hạt cứng ở bộ lọc 2. Một phần dung dịch ra khỏi

scrubo 1 được đưa sang xiclon thủy lực 5 và 6. Phần bùn sệt lắng ở đáy xiclon sẽ chảy

xuống máy lọc chân không có băng tải số 8 để tác các tinh thể MgSO 3.6H2O. Phần nổi

bên trên các xiclo cũng còn lẫn nhiều cặn bùn được đưa sang máy lọc ép 7 để loại bỏ cặn

bùn, phần dung dịch còn lại ở các bộ lọc 7 và 8 chảy trở về bể chứa 3 để chuẩn bị dung

dịch tưới lên.



Hình 4.5: Sơ đồ xử lý SO2 bằng MgO kết tinh theo chu trình

Độ pH của dung dịch tưới ở chỗ vào scrubo nằm trong khoảng 6,7-7,2 và từ

scrubo chảy ra là 5,5-5,8. Cường độ tưới dung dịch trong scrubo là 18-20 m3/m2.h.

b/ Phương pháp magie oxit “ không kết tinh”:

Để khắc phục tình trạng lớp đệm của scrubo bị đóng cặn nhanh chóng bởi các tinh

thể magie sunfit, người ta áp dụng phương pháp khử magie oxit không kết tinh. Thực

chất của phương pháp này là các tinh thể hình thành trong dung dịch tưới được tách ra

trong thiết bị riêng biệt – gọi là bể trung hòa, trong đó magie bisunfit theo dung dịch

scrubo chảy ra kết hợp với MgO: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O, nhờ đó lượng

magie sunfit còn lại trong dung dịch sau khi tưới chỉ chiếm khoảng 2-3% và thiết bị hoạt

động được nhẹ nhàng hơn.

Sơ đồ xử lý: