KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤTBỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

Giáo viên giảng dạy: PGS.TS Phạm Xuân Núi

HÀ NỘI, 8 - 2009

PHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢIPHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Các nguồn tạo ra khí thải và bụi: nguồn ônhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo

Nguồn ô nhiễm tự nhiên:- Gió lốc, bão sa mạc, núi lửa hoạt động.- Hiện tượng phân hủy, thối rữa động thực vật.- Hiện tượng sấm chớp, mưa bức xạ trong hệ

mặt trời, vũ trụ thông qua phản ứng phân hủyhoặc kết hợp các chât tồn tại cân bằng trongkhông khí.

PHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢIPHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Nguồn ô nhiễm nhân tạo- Các dạng thải vào không khí Các chất ở dạng khí là những chất ở điều kiện thôngthường tồn tại ở thể khí như: CO, CO2, NOx, Cl2,…Các chất thải ở dạng bụi: là các chất rắn được phân tántrong không khí có kích thước khác nhau từ 1/10 đến hàngnghìn micromet

Các chất ở dạng hơi: thể khí của các chất ở điều kiện bìnhthường là chất lỏng hoặc rắn. Ví dụ, hơi benzen, iot,tetraetyl chì,..

PHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢIPHẦN 1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Các chất ở dạng sol: là tập hợp các phân tửchất lỏng hoặc chất rắn tạo thành các hạt nhỏli ti phân tán trong không khí.

Các chất thải là khí, hơi, bụi hay sol có táchại ít hay nhiều sẽ phụ thuộc vào bản thân tínhchất của chúng.

Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu

Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu

Phân loại bụi và hơi khí độc theo dải kích thước

Các khí thải gây ô nhiễm môi trường và các quá trình kiểm soátVấn đề môi

trườngCác quá trình kiểm soát

H2S, phản ứng tạoSOx khi đốt cháy

- Các khí chứa H2S được xử lý với một chất lỏng (thường làdung dịch amin) dễ hấp thụ H2S, thông thường chuyển vềdạng S và thu hồi.- Nước chua từ các quá trình lọc dầu chứa H2S được xử lýhơi để loại bỏ H2S.

SOx thải ra khíquyển khi cháynhiên liệu chứa S,tác hại với mắt vàăn mòn hệ thống.

- Quá trình hidrođesunfua. Dầu chứa S được phản ứng vớiH2 ở nhiệt độ và áp suất thích hợp với sự có mặt của xúctác rắn. S chuyển thành H2S (H2 được lấy từ refoming xúctác hoặc được sản xuất từ quá trình chuyển hóa khí thiênnhiên hay khí của quá trình lọc dầu.- Khí cháy chứa SOx được tiếp xúc với vật liệu rắn hay lỏngdễ hấp thụ SOx thông thường chuyển về dạng S hoặcH2SO4.

CO Thường đốt cháy chuyển về CO2- Kiểm soát tốt các thiết bị đun sôi và nung.- Nung và thông gió tốt

Khói tạo ra khicháy không đủkhông khí trongcác thiết bị đun sôi,lò nung.

Tro bay và bồ hóng Sử dụng bộ lọc điện ở các bộ phận lò nung hoặc thiết bị gianhiệt với cặn, than và cốc.

Hidrocacbon Bay hơi từ bình chứa hoặc rò rỉ ở nơi khai thác, phản ứngtrong khí quyển tạo sương. Lắp mái nổi hoặc hệ thống thuhồi hơi. Sửa chữa, bảo dưỡng các vòng gioăng, đệm củabơm, làm sạch vùng tràn dầu.

CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH

KHÔNG KHÍ

Biện pháp mang tính vĩ mô

Hạn chế tác động của con người vào thiên nhiên như:hạn chế đốt rừng, hạn chế khai thác rừng, khoáng sảnnhằm giảm ảnh hưởng đến sự cân bằng vốn có của khíquyển.

Chống sa mạc hóa, hoang hóa

Trồng cây xanh, trồng rừng cây đệm ven bờ biểnchống xâm lấn của cát, hơi muối biển.

Biện pháp mang tính cục bộ

Cải tiến công nghệ sản xuất và khai thác: Biện pháp này nhằm giảm cácchất thải và các chất thải độc hại gây ô nhiễm môi trường khí.

Thay đổi nguyên nhiên liệu cho sản xuất để tránh hoặc giảm thiểu cácchất có hại vào không khí.

CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH

KHÔNG KHÍ

Biện pháp cải thiện không khí nơi làm việc

Thông gió, sử dụng cây xanh va giải pháp công nghệ

Thông gió chung

Mục đích: đưa không khí từ ngoài vào với lưu lượng cần thiết nhằm phaloãng cường độ ô nhiễm (bởi nóng, bụi, hơi và khí độc)

Nguyên tắc: Không khí sạch → Vùng thở → Vùng tỏa độc → Miệng hút

→ Thải

CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH

KHÔNG KHÍ

Thông gió cục bộ

Mục đích: Thu giữ các khí, hơi độc ngay tại nguồn phát sinh

Yêu cầu xử lý các chất gây ô nhiễm:

- Không cản trở thao tác công nghệ

- Không cho không khí chứa chất ô nhiễm đi qua vùng thở

- Vận tốc thu hồi khí đủ lớn

Thông gió chống nóng

- Cân bằng nhiệt: đảm bảo sự trao đổi nhiệt với môi trường

- Giải pháp chống nóng:

Giải pháp thồn gió tự nhiên và cách nhiệt

Giải pháp thông gió cưỡng bức

CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI

Khái quát về bụi và xử lý bụi

Bụi là những hạt chất rắn có kích thước cũng như tỉ trọng khác nhauphân tán trong không khí

Các phương pháp xử lý bụi có thể chia thành các nhóm sau:

Phân loại: Thiết bị xử lý bụi gồm 6 dạng chính

1. Lọc cơ khí 4. Thiết bị lọc tĩnh điện

2. Thiết bị màng lọc 5. Thiết bị lọc ướt

3. Thiết bị hấp thụ 6. Thiết bị buồng đốt

(1)(2) dùng để xử lý bụi; (3) (4) dùng để xử lý bụi hoặc hơi khí độc

(5) (6) dùng để xử lý khí.

Vùng lọc và hiệu quả xử lý của các phương pháp

Hiệu suất tách bụi của một số kiểu thiết bị

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG BUỒNG LẮNG

Nguyên tắc

Sự lắng bụi bằng buồng lắng là tạo điều kiện để trọng lực tác dụnglên hạt bụi thắng lực đẩy ngang của dòng khí.

Cấu tạo của buồng lắng

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNGBUỒNG LẮNG

2VS = a.h = (m )

w

Công thức tính bề mặt ngang của buồng lắng:

-V là lưu lượng khí qua buồng lắng

- w là vận tốc dòng khí qua buồnglắng

Bề mặt lắng cần thiết (F):1

VF =

w- W1 là vận tốc lắng bụi

Thời gian lắng của hạt bụi: t = h/w1 (s)

Thể tích làm việc của buồng lắng (VLV): VLV = V.t (m3)

Chiều dài cần thiết của buồng lắng (l): l = F/a = VLV /a.h (m)

THIẾT BỊ THU BỤI BẰNG TRỌNG LỰC

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI DỰA VÀO LỰC LYTÂM (CYCLON)

Nguyên lý: Khi dòng khí và bụi chuyển động theo một quỹ đạotròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi có khối lượng lớn hơn nhiều so vớicác phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực ly tâm văng ra phía xa trụchơn, phần gần trục xoáy lượng bụi sẽ rất nhỏ.

Đường đi và các lực tác dụngtrong cyclon của dòng bụi khí

CYCLON ĐƠN

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI DỰA VÀO LỰC LYTÂM (CYCLON)

CYCLON ĐƠN

CYCLON ĐƠN

CYCLON ĐƠN

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNGLỌC MÀNG, LỌC TÚI

Nguyên lý: Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc; túi(màng) này có các khe (lỗ) nhỏ cho các phân tử khí đi qua dễ dàngnhưng giữ lại các hạt bụi.

Cấu tạo và vận hành của thiết bị cyclon ướt

THIẾT BỊ TỔ HỢP CYCLON

Công thức tính diện tích lọc

VS = .3600

v.2S

π.D.l + .D / 4≈- Đối với túi lọc:

- Đối với màng lọc: S = a.b

trong đó: V là lưu lượng khí (năng suất lọc) qua túi (màng) m3/s

v, là cường độ lọc của một m2 bề mặt (m3/m2.h). Thông thường vđược chọn từ 15 đến 200m3/m2.h.

η là hiệu suất làm việc của bề mặt lọc

D là đường kính ống lọc; l là chiều cao ống lọc; a là chiều rộngcủa túi; b là chiều dài của túi.

Công thức tính lực cản của túi(màng)

n 2ΔP = A. v (N/m )

Mô hình đường đi của hạt bụi và thiết bị lọc bụi dạng ống lọc và túi lọc

Thiết bị lọc túi được sử dụngphổ biến

Sử dụng lọc bằng màng hoặc bằng túi có thể cho hiệu quả lọc đến 98 –99%. Với những hạt bụi có kích thước ≥ 1µm.

Nguyên tắc: Dòng không khí chứa bụi phải được điqua một môi trường lỏng hoặc màng hơi nước đểtăng khả năng lắng xuống của hạt bụi.

Một số phương pháp sử dụng trong công nghiệp:- Phương pháp dập bụi bằng màng chất lỏng- Phương pháp sục khí qua chất lỏng (nước)- Phương

pháp sủi bọt- Phương pháp rửa khí ly tâm- Phương pháp rửa khí kiểu Venturi- Rửa khí kiểu dòng xoáy- Rửa khí kiểu đĩa quay

THU BỤI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁPƯỚT

Phương pháp dập bụi bằng màng chất lỏng

Nguyên lý: Dòng khí có chứa bụi đi qua màng chất lỏng (nước). Các hạt bụigặp nước sẽ bị dìm xuống hoặc cuốn bám theo màng nước, còn dòng khí điqua. Nước thường đi từ trên xuống, còn dòng khí đi từ dưới lên.

Cấu tạo và vận hành của thiết bị

• Dàn mưa: Lượng nước phun vào có thể quay vòng trở lại sau khi lắng bùnbụi.

Kiểu tháp đĩa chồng

Phương pháp sục khí qua chất lỏng (nước) – Phương pháp sủi bọt

* Nguyên lý:Khí chứa bụi đi qua màng đục lỗ rồi qua lớp chất lỏng dưới dạngcác bọt khí. Bụi trong các bọt khí bị thấm ướt và bị kéo vào pha nước tạothành các huyền phù rồi được thải ra ngoài. Khí sau khi được làm sạch sẽthải ra môi trường.

Cấu tạo và hoạt động

Phương pháp rửa khí kiểu Venturi

* Nguyên lý: Dòng khí được dẫn qua một ống thắt, tại đây tốc độ dòng khítăng lên cao (50 – 150m/s). Khi vượt qua đầu cấp chất lỏng để ngỏ sẽ kéotheo dòng sol. Những chất lỏng nhỏ bé đó sẽ làm ướt bụi cuốn theo và ngưnglại thành dạng bùn đi ra theo cửa dưới và dòng khí ra sẽ là khí sạch.

* Cấu tạo và vận hành

Rửa khí kiểu dòng xoáy

* Nguyên lý: Dòng khí có tốc độ lớn thổi trực tiếp vào bề mặt chất lỏng theomột góc xiên; dưới áp lực của dòng khí, chất lỏng sẽ bị tung lên, khí và chấtlỏng tiếp xúc với nhau; bụi bị thấm ướt sẽ bị giữ lại trong chất lỏng và khísạch đi ra ngoài.

* Cấu tạo và vận hành

Rửa khí kiểu đĩa quay* Nguyên lý: Bụi trong dòng khí đi qua hệ thống khử bụi gồm nhiều tấmđục lỗ hay lưới bằng kim loại. Những tấm lưới này luôn luôn được thấm ướtbằng một chất lỏng thích hợp và quay tròn đều trong một không gian hìnhtrụ. Những hạt bụi trong dòng khí gặp bề mặt chất lỏng sẽ bị làm ướt và bịgiữu lại rồi trôi theo những giọt nước roi xuống đáy.

* Cấu tạo và vận hành

Khử bụi tĩnh điện

Cấu tạo và hoạt độngMô hình thiết bị lọc bụi tĩnh điệnhay được sử dụng trong xử lý khíthải công nghiệp.

Phương pháp xử lý hơi và khí độc

Xử lý khí và hơi bằng phương pháp thiêu hủy

• Thiêu hủy bằng nhiệt: Phương pháp này phù hợp với khí thải chứanhiều chất hữu cơ như các hơi dung môi, hơi lò cốc hóa than, hơiđốt,…

• Trong điều kiện nhiệt độ cao, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy thànhthan, khí và hơi nước.

Thiêu hủy bằng phương pháp hóa học:

Chất dịch hại + O3 → CO2 + H2O + các chất không độc hại

Chất hữu cơ + KMnO4 → Mn2+ + CO2 + H2O + …. → MnO2 + các sảnphẩm không độc.

Đối với chất khí: SO2 (SO3) + NaOH → Na2SO3 (Na2SO4)

Nox + NH4OH → NH4NOx….

UV

Thiêu hủy bằng phương pháp đốt Đốt không có chất xúc tác: Nhiệt độ của quá trình thiêu đốt nàykhông đòi hỏi quá cao để phân hủy hoàn toàn chất và thường dùngkhi nồng độ các chất độc hại cao. Ví dụ đốt khí đồng hành trongkhai thác dầu mỏ.

Đốt có xúc tác

Chất xúc tác gồm các kim loại có bề mặt phát triển như Pt, Cu, Ni;nhiệt độ đốt thấp t = 250 – 3000C.

PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ Nguyên tắc: Dựa trên sựhạ thấp nhiệt độ môi trườngxuống mọt giá trị nhất địnhthì hầu như chất ở thể hơi sẽngưng tụ lại và sau đó đượcthu hồi hoặc xử lý tiêu hủy.

- Phương pháp này chỉ phùhợp với những trường hợpkhí thải có nồng độ hơi tươngđối cao.

Một số thiết bị ngưng tụ:

XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNGPHÁP HẤP PHỤ

Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của mộtchất hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn – khí,rắn – lỏng; lỏng – khí)

Nguyên lý của phương phápHơi và khí độc khi đi qua lớp chất hấp phụ bị giữu lại nhờ hiệntượng hấp phụ. Nếu ta chọn được các chất hấp phụ chọn lọc thì cóthể loại bỏ được các chất độc hại mà không ảnh hưởng đến thànhphần các khí không có hại khác.

Phương pháp hấp phụ động

Phương pháp hấp phụ động cóhiệu suất cao và phù hợp đối vớithực tiễn sản xuất nên thườngđược sử dụng trong xử lý khí thảicông nghiệp .

Các chất hấp phụ sử dụng trong côngnghiệp xử lý khí thải

Than hoạt tính

Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bềmặt riêng lớn.

Silicagel

Silicagel là gel của anhydrit axit salisic có cấu trúc lỗ xốp rất phát triển.Một mạng lưới gel bao gồm các nguyên tử Si nằm giữa khối tứ diện nối vớinhau thông qua nguyên tử O phân bố tại các đỉnh.

Zeolit

Zeolit là tập ợp các alumosilicat có cấu trúc tinh thể. So với silicagen,trong mạng lưới tinh thể của zeolit, một phần ion Si4+ được thay thế bằngcác ion Al3+ dẫn đến sự thiếu hụt về điện tích dương.

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ Nguyên lý

Cơ sở của phương pháp là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ(thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vàkhả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để táchchất.

Một số ví dụ hấp thụ trong công nghiệp

- Hấp thụ bằng dầu: thường sử dụng các loại dầu để hấp thụ các hợp chấthydrocacbon, ví dụ việc hấp thụ butadien dùng ancol etylic, dầu hỏa,…

-Hấp thụ bằng axetylen: để hấp thụ các hợp chất như dimetylformamit(CH3)2CONH; metanol; NH3 lỏng,…người ta có thể dùng axetylen.

- Sự hấp thụ CO2

Người ta sử dụng nước, metanol, kiềm, dung dịch NH3 để hấp thụ CO2.

+ Trong metanol, CO2 hấp thụ theo kiểu vật lý

+ Trong nước, sau khi khuếch tán vào, quá trình xảy ra như sau:

CO2 + H2O = HCO3- + H+ = H2CO3

Một số ví dụ hấp thụ trong công nghiệp

+ Khi sử dụng dung dịch kiềm hay dung dịch NH3 thì quá trình xảy ra:

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO2

- Sự hấp thụ SO2

Có thể sử dụng nước, soda hoặc dung dịch (NH4)2SO3 để hấp thụ SO2:

SO2 + H2O = H2SO3 = H+ + HSO3-

SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2OSO2 + Na2SO3 + H2O = 2NaHSO2NH4

+ + SO32- + H2O = NH3 + HSO3

- + H2O-Hấp thụ các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh:

3ZnO + CS2 = 3ZnS + CO2ZnO + COS = ZnS + CO2ZnO + C2H5SH = ZnS + C2H4 + H2OZnO + C2H5SH = ZnS + C2H5OH

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 500 – 5500C; bằng cách oxi hóa ZnS bằng oxikhông khí.

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trongxử lý bụi và khí thải

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong xử lýbụi và khí thải

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong xử lýbụi và khí thải

Một số hệ thống thiết bị thông dụng trong xử lýbụi và khí thải

PHƯƠNG PHÁP XỬ KHÍ THẢI TRONGNHÀ MÁY LỌC DẦU

Mở đầu

1. Công nghệ cracking xúc tác nguyên liệu Cặn của Viện dầu lửaPháp (IFP) đã được chọn trong sơ đồ công nghệ Nhà máy lọcdầu Dung Quất của Việt Nam.

2. Công nghệ cracking xúc tác nguyên liệu Cặn (dùng xúc tácZeolit, nhiệt độ phản ứng 500 – 5200C), cho phép chế biếntrên 90% Cặn thành các phân đoạn dầu nhẹ, nặng để phaDiesel và dầu FO.

3. Do đặc tính nguyên liệu cặn chứa nhiều các hợp chất có lưuhuỳnh, nitơ, oxi và các kim loại nên khí thải của công đoạn táisinh xúc tác chứa nhiều độc hại như SOx, NOx, CO, bụi xúctác,…

Một số phương pháp xử lý đang đượcứng dụng rộng rãi trên thế giới.

Xử lý nguyên liệu Cặn trước khi đưa vào phânxưởng Cracking .

Sử dụng xúc tác đa chức năng Sử dụng cụm thiết bị khử SOx bằng hoá phẩm

(Scrubber)

Xử lý NOx

Đầu tư xây dựng phân xưởng xử lý nguyên liệucặn trước khi đưa vào phân xưởng cracking xúctác

Cặn chưng cất khí quyển, trước khi đưa vào phân xưởngcracking xúc tác, được xử lý khử lưu huỳnh, kim loại bằngHydro-công nghệ RDS (Residue Desulfua).

Sau khi xử lý, hàm lượng lưu huỳnh trong Cặn chỉ còn 0,16 –0,2%. Lưu huỳnh được tách ra khỏi Cặn dưới dạng H2S vàchuyển tới phân xưởng thu hồi lưu huỳnh.

Vốn đầu tư cho một phân xưởng xử lý Cặn bằng Hydro côngsuất đáp ứng yêu cầu của Nhà máy lọc dầu số 1 (69000thùng/ngày) vào khoảng 40 triệu USD kèm theo chi phí vậnhành hàng năm khiến chúng ta phải cân nhắc.

Sử dụng xúc tác hai chức năng(bifuntional catalyst)

-Công ty Grace Davision đã nghiên cứu và chế tạo loại xúc tác cókhả năng chuyển hoá phần lớn SOx trong khói thải của phân xưởngcracking xúc tác thành H2S và ra theo đường sản phẩm.

-Xúc tác này đã được sử dụng ở hơn 70 nhà máy lọc dầu trên thếgiới.

-Xúc tác này được dùng bổ sung (khối lượng 1 – 3% tổng lượng xúctác cần thiết cho phân xưởng) vào hệ thống tuần hoàn xúc tác củaphân xưởng và có thể chuyển hoá 40 – 50% khối lượng lưu huỳnhtrong nguyên liệu sang H2S trong lò phản ứng để thu hồi tại phânxưởng tái sinh amin.

Các phản ứng hoá học diễn ra như sau: Giai đoạn 1:

S(*) + O2 → SO2SO2 + O2 → SO3

(*) S tồn tại ở dạng hợp chất với hydrocacbon Giai đoạn 2:

SO3 + MeO → MeSO4Giai đoạn 3:

MeSO4 + 4H2 → MeO + H2S + H2OMeSO4 + 4H2 → MeS + 4H2OMeS + H2O → MeO + H2S

Giai đoạn 1 và giai đoạn 2 xảy ra trong lò tái sinh xúctác còn giai đoạn 3 xảy ra trong lò phản ứng.

Ưu-nhược điểm của phương pháp

Ưu điểm:Kết quả quá trình chuyển hoá, nồng độ SOx trong khí thải củaphân xưởng Cracking giảm đến 60%. Ưu điểm của phương phápnày là không cần chi phí đầu tư ban đầu, có thể kiểm soát đượcnồng độ SOx trong khí thải một cách dễ dàng trong quá trình vậnhành, khả năng thu hồi xúc tác cao.

Nhược điểm:Chi phí vận hành cao (giá xúc tác loại này cao hơn 7 lần so vớixúc tác thông thường khoảng 16 USD/kg). Với lượng xúc tác bổsung hàng năm là 9000 tấn như phân xưởng cracking của Nhàmáy lọc dầu số 1 thì chi phí vận hành hàng năm là 4 – 5 triệuUSD

Quá trình chuyển hoá thành H2S chủ yếu phụ thuộc vào giaiđoạn oxi hoá SO2 thành SO3, do đó phải tăng hàm lượng O2 dưthừa trong lò tái sinh xúc tác dẫn đến việc tăng nồng độ CO

phải xử lý trong khói thải.

Nồng độ H2S từ tháp phản ứng đến phân xưởng tái sinh Amintăng đáng kể dẫn đến việc phải thay đổi thiết kế, công suất vàlựa chọn nguyên vật liệu

Nhược điểm:

Đầu tư xây dựng cụm thiết bị khửSOx bằng hoá phẩm (Scrubber)

Đây là phương pháp cổ điển, thông dụng. Từ lâu, các nhà máylọc dầu đã sử dụng dung dịch kiềm như NaOH, Ca(OH)2,Mg(OH)2,... để trung hoà SOx trong khí thải của nhà máy.

Các phản ứng hoá học được mô tả như sau:SO2 + Mg(OH)2 → MgSO3 + H2OMgSO3 + ½ O2 → MgSO4

SO3 + Mg(OH)2 → MgSO4 + H2O

Sơ đồ công nghệ được áp dụng rộngrãi trong các nhà máy lọc dầu

èng khãi

KhÝ th¶i cñaRFCC

Vôn xóc t¸c

N­íc ®· xö lý

BÓ oxi ho¸

Th¸p hÊp thôBÓ Mg(OH)2

Kh«ng khÝ

Xử lý NOx

Thành phần nguyên liệu của phân xưởng Cracking xúc tác cóchứa một phần nitơ do đó quá trình tái sinh đã tạo ra các nitơoxit (chủ yếu là NO và NO2).

Có 2 phương pháp để loại bỏ các oxit:

Phương pháp thứ nhất là oxi hoá NOx thành nitrat hoặc nitrit.

Phương pháp thứ hai là khử NOx thành N2 bằng NH3 hoặc Ure,thực hiện ở nhiệt độ 900 – 10000C, không cần xúc tác.

Các nhà máy lọc dầu đã phát triển công nghệ khử NOx trongkhói thải của phân xưởng cracking bằng xúc tác, SelectiveCatalytic Reduction (SCR)

Thành phần xúc tác bao gồm titan oxit, có bổ sung vanadi oxit vàmolipden.

Các phản ứng hoá học có thể mô tả như sau:

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (1)6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O (2)2NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (3)6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (4)NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (5)

Nhiệt độ cần thiết cho phản ứng khử NOx thành N2 thải ra môi trường từ 300– 4000C

Sơ đồ công nghệ được ứng dụngrộng rãi trong các nhà máy lọc dầu.

COBoiler

NH3

Kh«ngkhÝ

KhÝ th¶i

Vïngxóc t¸c

KhÝ th¶i

Lß ph¶n øng

TIÊU CHUẨN MÔI TRƯỜNG VÀ CÁCPHƯƠNG ÁN THU HỒI LƯU HUỲNH

TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

Tiêu chuẩn môi trường đối vớihàm lượng lưu huỳnh

Các chế phẩm có Scần xử lý

Fuel gas(khí nhiên liệu)

Sản phẩm Khí thải

Công thức hoá học H2S R-SH, R-S-S-R SO2, SO3

Nồng độ cho phép 2 mg/m3 Tuỳ theo sản phẩm 500 mg/m3

Tỷ lệ so với tổng Scủa dầu thô

20 – 50% 15 - 40% 5 – 30%

Phương pháp xử lý Clauss, hoá phẩm Xử lý bằng hiđro Hoá phẩm(Scrubber)

Thu hồi lưu huỳnh theo phươngpháp Clauss

Đây là công nghệ được ứng dụng từ lâu trong các nhà lọc dầuđể chuyển hoá H2S thành lưu huỳnh nguyên chất.

Các phản ứng hoá học trong thiết bị như sau:H2S + 3/2O2 → SO2 + H2O2H2S + SO2 → 3S + 2H2O

Xúc tác thường sử dụng cho công nghệ là CR (hỗn hợp Al2O3,Na2O và SiO2) hoặc AM (Fe2O3; Al2O3), kích thước 3 – 6 mm.Nhiệt độ trong buồng đốt là 1000 – 12000C, áp suất 1,6 atm;nhiệt độ trong lò phản ứng 210 – 3000C, áp suất 1,3 atm.

Sơ đồ công nghệ phương phápClauss

CO, NOx,CH4, NH3

ADIP H2S

Kh«ng khÝ

ThiÕt bÞ ®èt1000 - 12000C

Xóct¸c

S¶n phÈm

Tail gas

H2S - ADIP

H2S th«

Công nghệ này thích hợp đối với nhà máy thải ra khối lượng H2S lớn, hiệusuất thu hồi lưu huỳnh đạt 93 – 97%, chi phí đầu tư thiết bị 10 – 12 triệuUSD (đối với phân xưởng có công suất 30 – 40 tấn/ngày).

Phương pháp khử H2S bằng ADA(Antraquinon Disunphonic Axit)

C14H6O2(SO3H)2

Phương này được áp dụng để làm sạch khí thải ra cột đuốc của nhàmáy trong trường hợp không có phân xưởng thu hồi lưu huỳnh.

Các hoá phẩm sử dụng cho phương pháp:

Tên hoá phẩm Công thức hoá học Nồng độ (g/l)

ADA C14H6O2(SO3H)2 5

Natri cacbonat Na2CO3 5

Natri bicacbonat NaHCO3 25

Natri Vanadat NaVO3 2

KaNatactarat KNaC4H4O6 1

Công nghệ này có thể chia làm 3 giai đoạn:

1. Quá trình hấp thụ:

H2S + Na2O2 → NaHS + NaHCO3

2. Quá trình tách lưu huỳnh:

NaHS + NaHCO3 + 2NaVO3 → S + Na2V2O5 + Na2CO3 + H2ONa2V2O5 + ADA → NaVO3 + ADA (dạng quinon, phenol)

3. Quá trình tái sinh dung dịch:2O2 = ADA (dạng quinon) + H2O

Phương pháp xử lý SOx

Dựa vào thành phần lưu huỳnh trong nguyên liệu hoặc SOxtrong khói thải, người ta có thể lựa chọn một trong các côngnghệ sau:

Thành phần S Thấp Trung bình Cao

Thành phần S trongnguyên liệu %

0,12 – 0,25 0,25 – 0,75 0,75 – 1,5

SOx trong khói thải(mg/m3)

250 – 500 500 - 1500 1500 – 3000

Phương pháp thíchhợp

Tách bằng H2O Kiềm không tái sinh Kiềm có tái sinh

Sơ đồ nguyên lý của cụm thiếtbị xử lý SOx

THiÕt bÞ t¸i sinh

- L­u huúnh- H2SO4-Na2SO3

SO2

NaOH

H3PO4

Na2SO4

Na3PO4 ......SO2

Na3PO4

th©phÊpthô

KhÝ th¶i s¹ch

KhÝ cÇnxö lý

Phương pháp hấp thu H2S trongkhí đồng hành

Thành phần của khí đồng hành của khu mỏ BạchHổ gồm:

Metan 42% n-(iso)butan 8%Etan 20% Pentan và hiđrocacbon khác 3,3%Propan 17%Còn lại khí N2, CO2, O2 và H2S chiếm 9%

Trong hỗn hợp khí đồng hành hàm lượng H2S tuy ít nhưng nóđóng vai trò quan trọng trong việc ăn mòn đường ống, gây rasản phẩm phụ khi sử dụng và làm ô nhiễm môi trường.

Quá trình hấp thu H2S ở pha lỏng

Phương pháp này thường dùng các dung dịch sữa vôi, sođa,xút và dung dịch các muối hoà tan của kim loại như:

FeCl3 + H2S → Fe2S3 + HClCdSO4 + H2S → CdS + H2SO4

Các kết quả thu được dùng để điều chế lưu huỳnh hay sửdụng trong nhà máy điều chế axit sunfuric.

Đặc biệt sử dụng nhiều là các amin ở dạng mono, đi,trietanolamin. Quá trình này xảy ra trong dung dịch amin:HO-CH2-CH2-NH2 + H2S →HO-CH2-CH2-NH3+ + HS-

Quá trình tách H2S bằng phươngpháp khô

Phương pháp khô thường dùng vật liệu hấp thu, hấp thụ. Quá trìnhnày thuận tiện cho việc khai thác ngoài biển, xa bờ. Các vật liệuthường dùng là các oxit kim loại nặng: Fe, Mn, Cd, Zn và than hoạttính, Zeolit,...

H2S hấp thụ rất mạnh trên các oxit kim loại và có thể thu hồi đượclưu huỳnh hay H2S sạch để sử dụng trong công nghiệp.

Khi cho H2S đi qua cột chất xúc tác ta thu được SO2. Khí SO2 dùngđiều chế Na2SO3 hay oxi hoá trên xúc tác một lần nữa để tạo ra SO3và sản xuất H2SO4.

Hiện nay một phương pháp mà hầu hết các nhà máy phân đạm đi từthan hay dùng là hỗn hợp Fe2O3 cộng với mạt cưa có độ ẩm 20 -30%. Hỗn hợp này hấp thu được 5 – 20% H2S theo trọng lượng củanó, đặc biệt phương pháp này rẻ tiền và dễ áp dụng.

Thuỷ quyển và sự ô nhiễm nước

Thuỷ quyển bao gồm tất cả các dạng nguồn nước trên Trái đất. Thuỷquyển có khối lượng ước tính vào khoảng 1,38.1021 kg (≈ 0,03% tổng khốilượng Trái đất).

Nước bề mặt dễ bị nhiễm bởi hoá chất bảo vệ thực vật, phân bón, chấtthải của người và động vật có trong nước thải sinh hoạt và nước thảicông nghiệp.

Hàng năm trên thế giới sản xuất vào khoảng 60.106 tấn các chất hữucơ tổng hợp đó là các chất như nhiên liệu, chất dẻo, chất hóa dẻo, chấtmàu, thuốc trừ sâu, phụ gia thực phẩm và dược phẩm,...

Ô nhiễm dầu mỏ- Hiện nay dầu mỏ chiếm khoảng 60% nhu cầu tiêu thụ năng lượng thếgiới. Lượng tiêu thụ càng lớn thì lượng thất thoát càng tăng do sự cố,dò rỉ, vận chuyển,…khoảng 10 triệu tấn dầu trên thế giới bị thất thoát dosự cố, hoặc dò rỉ gây ô nhiễm môi trường.

- Dầu mỏ là hỗn hợp của hàng trăm cấu tử với thành phần chủ yếugồm: 25% parafin, parafin mạch vòng 20%, các hợp chất thơm 5%, cácnaphtalen thơm, các hợp chất lưu huỳnh 4%, các hợp chất nitơ 1%, cònlại các hợp chất oxi và các chất phụ trợ.

Parafin:

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3n-hexan

CH3 - CH - CH - CH2 - CH2 - CH3

CH3 CH3

2,3-dimetylhexan

CH3 - C - CH2 - CH - CH3

CH3

CH3 CH3

2,2,4-trimetylpentan

Parafin vòng:

2,3-bicyclooctanxiclohexan

CH3

CH3

2,3-dimetyl xiclopentan

Ô nhiễm dầu mỏ

- Các thành phần nhẹ của dầu (hợp chất thơm có nhiệt độ sôi thấp,parafin, xicloparafin, có C < 12) rất dễ bay hơi. Các hidrocacbon thơmrất dễ hòa tan. Các parafin rất dễ phân hủy, còn các xicloparafin mạchvòng và hợp chất thơm lại bền và phân hủy chậm.

-Thành phần nặng của dầu khó phân hủy hay lắng xuống đáy, tạo thànhnhững khối nhựa và được sóng đánh vào bờ.

Nguồn ô nhiễm dầu trên biển có thể do các nguyên nhân sau đây:

- Rò rỉ các dàn khoan dầu trên biển

- Rò rỉ các nhà máy lọc dầu, chế biến dầu ven biển.

- Vận chuyển dầu trên biển

Các thông số đánh giá chung các chất hữu cơ

Hàm lượng oxi hòa tan (DO - Dissolve oxygen)

Hàm lượng oxi hòa tan trong nước (mg/l) là lương oxi từ không khí có thể hòatan vào nước trong điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định.

Hàm lượng oxi hòa tan trong nước giúp ta đánh giá chất lượng nước.

Chỉ số DO thấp, có nghĩa là nước có chứa nhiều chất hữu cơ, nhu cầu oxi hóatăng nên tiêu thụ nhiều oxi trong nước.

Khi chỉ số DO cao chứng tỏ nước có chứa nhiều rong tảo tham gia quá trìnhquang hợp giải phóng oxi.

Chỉ số DO rất quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí và là cơ sở để xác định nhucầu oxi hóa sinh học (BOD)

Nhu cầu oxi hóa sinh học là lượng oxi cần thiết để vi sinh vật tiêu thụtrong quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước (đặc biệt là nước thải)

Đơn vị: gam hoặc miligam O2 trên một đơn vị thể tích (lít)

Oxi sử dụng cho quá trình này là oxi hòa tan trong nước

Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2OVi khuẩn

Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước do cácchất hữu cơ có thể bị vi sinh vật phân hủy trong điều kiện hiếu khí

Chỉ số BOD chỉ ra lượng oxi mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxi hóa cácchất hữu cơ trong nước bị ô nhiễm, chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chấthữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ô nhiễm trong nước càng lớn.

BOD (Biological Oxygen Demand)

Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước có thể xảy ra theo 2 giai đoạn

Giai đoạn 1. Chủ yếu oxi hóa các hợp chất hidrocacbon

CnHm + (n + m/2)O2

nCO2 + m/2H2OVi khuẩn

Quá trình này kéo dài khoảng 20 ngày ở 200C

Giai đoạn 2. Oxi hóa các hợp chất nitơ (bắt đầu sau khoảng ngàythứ 10)

2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H+ + 2H2O

Vi khuẩn2NO2

- + O2 2NO3-

Vi khuẩn

Quá trình oxi hóa sinh hóa protein

Quá trình oxi hóa sinh hóa cacbohidrat

Nhu cầu oxi hóa học COD (Chemical Oxygen Demand )

Chỉ số COD là lượng oxi có trong kali bicromat (K2Cr2O7) đã dùng để oxi hóachất hữu cơ trong nước.

COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể bị oxi hóa bằng hóa học. COD được dùngrộng rãi để đặc trưng cho mức độ các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm (kể cả chấthữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học)

Thông thường phương pháp COD được sử dụng nhiều hơn so với phương phápBOD. Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả chất hữu cơ khôngthể bị oxi hóa bằng vi sinh vật.

Có 2 phương pháp được sử dụng rộng rãi là phương pháp pemangant (KMnO4)trong 4 giờ hoặc phương pháp bicromat (K2Cr2O7) trong 2 giờ

Nhu cầu oxi trực tiếp IOD (Immediate Oxygen Demand)

IOD là lượng oxi tiêu thụ bằng quá trình khử hóa học

Quá trình khử sunfua, nitrit như sau:S2- + 2O2 → SO4

2-

NO2- + ½ O2 → NO3

-

Các loại phản ứng oxi hóa các chất vô cơ này diễn ra rất nhanh và quá trìnhdiễn ra được đo trong phòng thí nghiệm nhu cầu oxi trực tiếp.

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ HIẾU KHÍ, YẾM KHÍ VÀ KỴ KHÍ

- Hô hấp hiếu khí là quá trình hô hấp có sự tham gia của oxi (môi trườngcó oxi)

Ví dụ, quá trình oxi hóa

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng

Quá trình tổng hợp (đồng hóa)

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí + năng lượng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mới)

- Quá trình yếm khí (không có oxi), vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy các chấthữu cơ như sau:

(COHNS) + VK yếm khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + các chất khác

+ năng lượng

(COHNS) + VK yếm khí + năng lượng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mới)

Hô hấp kỵ khí (quá trình lên men)

Hô hấp kỵ khí là quá trình phân hủy glucozơ trong điều kiệnkhông có O2 tham gia. Giai đoạn đầu của hô hấp kỵ khí là đườngphân. Kết quả đường phân trong hô hấp kỵ khí là:

C6H12O6 → 2CH3COCOOH + 2NADH2(axit pyruvic)

Giai đoạn tiếp theo của ho hấp kỵ khí là biến đổi axit pyruvicthành các sản phâm như etanol, axit lactic.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng

Nguyên tắc: Oxi hóa sắt (II) hòa tan thành sắt (III). Sắt (III) trực tiếpthủy phân tạo thành Fe(OH)3 kết tủa. Cuối cùng Fe(OH)3 được tách rakhởi nước bằng lắng và lọc.