Đề tài: Cơ chế hình thành
và kỹ thuật xử lý SO2


Bảng1.2: So sánh lượng phát thải độc hại do đốt nhiên liệu, kg/tấn nhiên liệu 7
Bảng1.3: Một số số liệu phát thải các chất khí ô nhiễm chủ yếu từ các quá trình công
nghệ khác nhau 8
Bảng1.4: Lượng khí độc hại do ôtô thải ra quy cho 1 tấn nhiên liệu tiêu thụ 11
Bảng 1.5: Lượng khí độc hại do ô tô thải ra trên 1 km đoạn đường 11
Bảng 3.7: Độc tính của SO
2
16
Bảng 4.8: Lượng nước lý thuyết tính bằng m
3
cần để hấp thụ 1 tấn SO
2
đến trạng thái
bão hòa ứng với nhiệt độ và nồng độ SO
2
khác nhau trong khí thải 26
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 2
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
A. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Ngày nay, song song với nền kinh tế phát triển và xã hội văn minh, nền khoa học kỹ
thuật hiện đại đã nâng cuộc sống của con người lên mức tiện nghi, thoải mái hơn. Nhưng
một điều mà con người không ngờ đến là để đáp ứng được nhu cầu cuộc sống, sự khai
thác quá mức tài nguyên thiên nhiên hoặc kết quả của sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật
như con dao hai lưỡi, vừa làm cho cuộc sống thêm phần tiện nghi vừa làm cho môi
trường xuống cấp đến mức báo động. Những nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện … thải ra các
cột khói, bụi, nước thải chứa đầy các chất ô nhiễm như:SO
2
, NO
x
, CO… đã đe doạ đến

Nhiệt độ 1170 ° C 1130 ° C 820 ° C
H
2
0 37.1 77.2 97.1
CO
2
48.9 11.3 1.44
SO
2
11.8 8.34 0.50
Nguồn: Từ Symonds và cộng sự. Al., 1994
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 4
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
Tác động môi trường của các đợt phun trào núi lửa là rất năng nề và lâu dài.
Tỷ lệ phát thải SO
2
từ một loạt các núi lửa hoạt động từ <20 tấn / ngày đến > 10
triệu tấn/ ngày theo cách của hoạt động núi lửa và các loại, khối lượng của macma có liên
quan. Ví dụ, nổ lớn phun trào của núi lửa Pinatubo ngày 15 tháng sáu năm 1991 tiêm
khoảng 20 triệu tấn SO
2
vào tầng bình lưu. Các sol khí lưu huỳnh kết quả trong một giải
nhiệt 0,5-0,6 ° C của bề mặt trái đất ở Bắc bán cầu. Các sol khí sulfate cũng tăng tốc phản
ứng hóa học, cùng với các cấp độ chlorine ở tầng bình lưu tăng từ ô nhiễm nhân tạo
(CFC) chlorofluorocarbon, phá hủy tầng ozone và đã dẫn đến một số các mức ôzôn thấp
nhất bao giờ quan sát thấy trong khí quyển.
1.1.2. Cháy rừng
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 5
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
1.2. Nguồn gốc nhân tạo:

ngoài có công suất lớn (trung tâm nhiệt điện) thường nằm xa khu dân cư và thải khói ở độ
cao cần thiết để đảm bảo an toàn cho con người và sinh vật sinh sống trên mặt đất. Bảng:
lượng khí độc hại và bụi do đốt cháy 1 tấn nhiên liệu từ các nguồn khác nhau theo số liệu
của W.Strauss
Bảng1.2: so sánh lượng phát thải độc hại do đốt nhiên liệu, kg/tấn nhiên liệu
Chất ô
nhiễm
Các nguồn đốt trong Các nguồn đốt ngoài
Động cơ
ôtô
Động cơ
diezen
Nhiên liệu lỏng Than đá
Nhiệt điện
Sinh hoạt
và công
nghiệp
Nhiệt điện
Sinh hoạt
và công
nghiệp
CO
NO
X
SO
2
CH
395
20
1,55

1.2.3. Ô nhiễm trong công nghiệp:
Bảng1.3: một số số liệu phát thải các chất khí ô nhiễm chủ yếu từ các quá trình
công nghệ khác nhau.
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 7
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
− Số liệu về phát thải khí SO
2
theo các nguồn cố định
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 8
Thứ tự Nguồn hoặc quá trình công nghệ Lượng phát thải SO
2
1 Quá trình đốt nhiên liệu:
• Than đá với S
P
% lưu huỳnh theo khối
lượng
• Khí đốt nhiên liệu
• Dầu với S
P
% lưu huỳnh theo khối
lượng
• Động cơ chạy gasolin (xăng) loại
gasolin tiêu biểu có công thức là C
8
H
17
)
• Diezen
19 S
P

= 2Cu + SO
2
2PbS + 3O
2
= 2PbO + 2SO
2
Phát thải khí SO
2
khi có kiểm soát một cách
vừa phải nồng độ lên đến 8000 ppm
• Nấu quặng đồng - sơ luyện
• Nấu quặng chì – sơ luyện
• Nấu chì trong lò đứng
• Nấu chì trong lò phản xạ
• Nấu quặng kẽm - sơ luyện
625 g/kg quặng
330 g/kg quặng
32 g/kg kim loại vào lò
75 g/kg kim loại vào lò
265 g/kg quặng
3 Nhà máy axit sulfuric
Axit sulfuric được sản xuất chủ yếu bằng
cách đốt cháy lưu huỳnh đơn chất có sự kiểm
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
Ghi chú: S
P
là tỷ lệ phần trăm trọng lượng của thành phần lưu huỳnh và tro trong nhiên
liệu.
(Trần Ngọc Chấn, ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3, trang 27)
• Ô nhiễm khí SO

• Khí SO
2
còn được thải nhiều ở công nghiệp luyện kim màu, công nghiệp
sản xuất ximăng(ở giai đoạn sấy và nung), sản xuất giấy.
1.2.4 Hoạt động giao thông:
Động cơ xe ôtôcó hai loại; loại đông cơ máy nổ và động cơ diezen. Trong động cơ
máy nổ bằng tia lửa điện rất khó đảm bảo cho quá trình cháy được hoàn toàn bởi vì nó
luôn hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu và không khí ở mọi chế độ vận hành. Còn trong
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 9
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
động cơ diezen thì chỉ có không khí được nén theo quá trình đoạn nhiệt không cho thoát
nhiệt ra ngoài. Ở cuối giai đoạn nén không khí, nhiên liệu nhiên liệu được phun vào và
khi tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ cao nó bốc cháy. Vì thế quá trình cháy trong động
cơ diezen nhờ có thừa nhiều không khí nên được hoàn toàn hơn.
Lượng khí độc hại do ô tô thải ra còn tùy thuộc vào chế độ vận hành: lúc khởi động, lúc
chạy nhanh, lúc hãm lại - đều có sự khác biệt rõ rệt.
Bảng1.4: Lượng khí độc hại do ôtô thải ra quy cho 1 tấn nhiên liệu tiêu thụ
Khí độc hại
Lượng khí độc hại, kg/tấn nhiên liệu
Động cơ máy nổ chạy xăng Động cơ diezen
Cacbon oxit CO
Hydrocacbon
Nitơ oxit NO
x
Sunfua dioxit SO
2
Anđehyt
Tổng cộng
465,59
23,28

2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH:
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 11
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
2.1. Cơ cấu tổ chức và liên kết:
SO
2
là một phân tử C
2V
cong, nhóm điểm đối xứng. Về điện tử đếm formalisms, các
nguyên tử lưu huỳnh có trạng thái ôxi hóa của +4, một phụ trách chính thức của 0. Nó
được bao quanh bởi 5 cặp điện tử và có thể được mô tả như là một phân tử hypervalent
Từ góc nhìn của lý thuyết quỹ đạo phân tử , hầu hết các điện tử hóa trị được tham gia vào
liên kết S-O.
2.2. Cơ chế hình thành:
2.2.1. Đốt Sulfur Dioxide:
Sulfur dioxide là sản phẩm của việc đốt lưu huỳnh :
S
8
+ 8 O
2
→ 8 SO
2
S
8
+ 8 O
2
→ 8 SO
2

Các đốt của sulfua hydro và các hợp chất organosulfur tiền tương tự.

3
+ 8 SO
2
, 4 FeS
2
+ 11 O
2
→ 2 Fe
2
O
3
+ 8 SO
2

2 ZnS + 3 O
2
→ 2 ZnO + 2 SO
2
,2 ZnS + 3 O
2
→ 2 ZnO + 2 SO
2

HgS + O
2
→ Hg + SO
2
, HgS + O
2
→ Hg + SO

2

Các hành động của nóng axít sulfuric trên đồng phoi tiện sản xuất điôxít lưu huỳnh.
Cu + 2 H
2
SO
4
→ CuSO
4
+ SO
2
+ 2 H
2
O
2.2.3. Từ Sulfite:
Sulfite kết quả từ phản ứng của các cơ sở dịch nước và khí lưu huỳnh. Các phản ứng
ngược lại liên quan đến quá trình axit hóa của metabisulfite natri :
H
2
SO
4
+ Na
2
S
2
O
5
→ 2 SO
2
+ Na

, SO
3
gọi chung là SO
x
, là những khí thuộc loại độc hại không chỉ đối với
sức khoẻ con người, động thực vật, mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công
trình kiến trúc, là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường. Trong khí quyển, khí
SO
2
khi gặp các chất oxy hóa hay dưới tác động của nhiệt độ, ánh sáng chúng chuyển
thành SO
3
nhờ oxy có trong không khí. Khi gặp H
2
O, SO
3
kết hợp với nước tạo thành
H
2
SO
4
. Đây chính là nguyên nhân tạo ra các cơn mưa acid mưa axit ă n mòn các công
trình, làm cho thực vật, động vật bị chết hoặc chậm phát triển, biến đất đai thành vùng
hoang mạc. Khí SO
2
gây ra các bệnh viêm phổi, mắt, da. Nếu H
2
SO
4
có trong nước mưa

2
tham gia nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu
gây rối loạn chuyển hoá đường và protêin, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra
methemoglobine để chuyển Fe
2+
(hoà tan) thành Fe
3+(
kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu
cũng như làm giảm khả năng vận chuyển ôxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản,
khó thở.
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 14
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
Hình 3.1: Tác hại của SO
2
đối với con người
Bảng 3.7: Độc tính của SO
2
Triệu chứng
Theo Henderson – Haggard
mg/m3 Ppm
Chết nhanh trong 30’ – 1h
Nguy hiểm sau khi hít thở 30’ – 1h
1.300 – 1.000
260 – 130
500 – 400
100 – 50
3.2. Đối với thực vật:
SO
x
bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric

4.1. Phương pháp hấp phụ:
4.1.1. Hấp phụ khí SO
2
bằng than hoạt tính:
Khói thải đi vào tháp hấp thụ gồm nhiều tầng, khí SO
2
được giữ lại trong lớp than
hoạt tính của các tầng hấp thụ, sau đó khói đi qua cyclone để lọc sạch tro bụi trước khi
thải ra khí quyển. Than hoạt tính được hoàn nguyên bằng cách nâng nhiệt độ lên 400-
450
O
C. Khí SO
2
thoát ra từ quá trình hoàn nguyên có nồng độ 40-50% và đạt khoảng 96-
97% lượng khí SO
2
có trong khói thải. Sau khi hoàn nguyên than hoạt tính được sàn chọn
lại để loại bỏ phần than quá vụn nát và bổ sung thêm than mới để đưa lên hấp phụ trở lại.
Khí thoát ra từ quá trình hoàn nguyên ngoài SO
2
còn có một số loại khí khác như: H
2
S là
2-4%, lưu huỳnh là 0,1-0,3%.
4.1.2. Hấp phụ khí SO
2
bằng than hoạt tính có tưới nước – quá trình LURGI:
Theo phương pháp này khí thải được làm cho bão hòa hơi nước ở nhiệt độ dưới
100
O

2
O
3
) và natri oxit (Na
2
O) với thành phần natri oxit chiếm 20%
khối lượng hỗn hợp. Trong quá trình hấp phụ, khí SO
2
bị oxy hóa, sau đó tác dụng với các
oxit kim loại để biến thành sunfat. Chất hấp phụ đã bão hòa được hoàn nguyên bằng khí
trơ ở nhiệt độ 600-650
O
C.
Lớp DH08MT – Nhóm 1 Trang 17
Cơ chế hình thành và kỹ thuật xử lý SO2
4.1.4. Xử lý SO
2
bằng Mangan oxit:
Có 2 phương pháp tiêu biểu của quá trình xử lý SO
2
bằng Mangan oxit là “quá trình
Mangan” được nghiên cứu áp dụng ở Mỹ và “quá trình DAR Mangan” do hãng Mitsubishi
của Nhật Bản đề xuất. Trong quá trình Mangan của Mỹ, chất hấp phụ được sử dụng là
Mangan oxit (Mn
2
O
3
) dạng hạt được làm khô trong không khí và trong chân không ở nhiệt
độ 300 - 400
O

2
bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền:
Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộn bột vôi và dolomit để khử khí SO
2
mới
được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu
hoàn thiện. Phản ứng giữa vôi (CaO) và dolomit (CaCO
3
.MgCO
3
) với SO
2
xảy ra như sau:
2CaO + 2 SO
2
+ O
2
→ 2CaSO
4
2CaCO
3
.MgCO
3
+ 2SO
2
+ O
2
→ 2[CaSO
4
+ MgO] + 4CO

O, CaSO
3
bị oxy hóa rất nhanh bằng oxy có mặt trong khói thải và tạo thành
CaSO
4
: CaSO
3
+ ½ O
2
→ CaSO
4
Cả canxi sunfit và canxi sunfat đều rất ít hòa tan trong nước. Khi các giọt vữa được
làm khô bằng nhiệt của khói thải, chúng sẽ trở thành những hạt rắn có nhiều lỗ rỗng và
được tách ra khỏi khói thải trong thiết bị lọc bụi. Người ta gọi đó là phương pháp rửa khí
ướt - khô hỗn hợp bằng đá vôi.
4.2. Phương pháp hấp thụ:
Nguyên tắc cơ bản của việc hấp thụ khí là tạo ra một sự tiếp xúc giữa dòng khí với
các chất ô nhiễm và các hạt dung dịch hấp thụ thường được phun ra với kích thước nhỏ
và mật độ lớn. Các chất ô nhiễm được tách ra bằng việc hào tan trong chất lỏng hấp thụ
hoặc xãy ra phản ứng hóa học giữa chất ô nhiễm và dung dịch hấp thụ .Trong kỹ thuật
hấp thụ ,dòng khí thường được cho đi ngược chiều với các hạt dung dịch hấp thụ với tốc
độ hợp lý, thông thường người ta thường chọn vận tốc này trong khoảng 1,0 -2,5 m/s.
Hiệu quả của các quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc giữa dòng khí
và các hạt dung dung dịch hấp thụ, thời gian tiếp xúc, dung dịch hấp thụ, nhiệt độ khí
thải, hướng chuyển động tương đối của dòng khí và dung môi, tốc độ dòng khí…
4.2.1. Dung dịch hấp thụ:
Trong các yếu tố đã nêu ở trên, dung dịch hấp thụ là một trong các yếu tố rất quan
trọng. Yêu cầu với dung dịch hấp thụ cần phải đạt được: có khả năng hấp thụ được các
chất ô nhiễm cần xử lý, rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bay hơi ở nhiệt độ và áp suất thấp, độ nhớt
động lực học thấp, ít hoặc không gây ăn mòn thiết bị. Tuy nhiên khó có loại dung dịch

hoặc là những chất xúc tác, có thể là những chất dùng để trung hòa chất ô nhiễm để có
thể chuyển hóa chúng thành dạng rắn hoặc lỏng rồi tách chúng ra hoặc là những chất đưa
thêm vào quy trình sản suất để tập trung chất ô nhiễm.
4.2.2. Thiết bị hấp thụ:
Thiết bị hấp thụ là loại thiết bị mà trong bản thân nó có chứa dung dịch hấp thụ,
hấp thụ khí đi qua. Việc lắp đặt, thiết kế sao cho có thể tách ra được một lượng khí lớn
nhất từ dòng khí. Sau đây là một vài kiểu thiết bị hấp thụ:
• Tháp đệm
Tháp đệm có dạng một hình trụ đứng thẳng, trong nó chứa đầy những hạt vật liệu
thích hợp, có thể là hạt polyetylen có dạng xoắn ốc hoặc hình vành khuyên, các khâu sứ
là từ đất sắt nung với các kích thước khác nhau được xếp ngẫu nhiên trong thiết bị.
Hình 4.1.Tháp hấp thụ kiểu đệm
• Tháp đĩa
Hình 4.2.Tháp đĩa
Tháp đĩa có dạng hình trụ đứng thẳng , bên trong có chứa một số đĩa lớn hình tròn
có đục lỗ. Dòng khí đi từ dưới lên với vận tốc thích hợp sẽ tạo ra các bọt khí trong lớp
chất lỏng phía trên đĩa, vì thế quá trình tiếp xúc này thường gọi là quá trình tiếp xúc dạng
bọt. Ở phía cạnh đĩa có những ống nước nhằm cung cấp nước từ đĩa này sang đĩa khác.
• Tháp phun (thùng rữa khí rỗng)
Tháp phun có dạng trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng dựa trên nguyên tắc tạo ra sự
tiếp xúc trực tiếp giữa các chất ô nhiễm và các hạt dung dịch hấp thụ được phun ra dưới
dạng các hạt nhỏ và mật độ lớn. Dung dịch hấp thụ được phun ngược chiều với dòng khí
bốc lên, tạo ra một sự hỗn loạn trong dòng khí. Trong trường hợp đặc biệt khi muốn hòa
tan với tốc độ cao các thành phần trong dòng khí, đồng thời phun dung dịch hấp thụ vào
trong dòng khí tạo ra một tốc độ lớn tiếp xúc giữa dòng khí và chất lỏng lớn nhất có thể
được.Tháp phun còn có tác động làm tách ra những hạt chất lỏng có kích thước lớn hơn
10μ và tháp còn có thể dùng để xử lý bụi .Ưu điểm của loại thiết bị này là cấu tạo và vận
hành đơn giản, giá thành thấp hơn tháp đệm và tháp đĩa, hiệu suất khá ổn định nhưng
thường rất thấp và tiêu hao dung dịch hấp thụ lơn hơn các loại thiết bị trên.
Hình 4.3. Thùng phun