BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
UẬN V N T T NGHI P ĐẠI HỌC
XỬ Ý TRO BAY Ở NHÀ MÁY
NHI T ĐI N Ô MÔN 1
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HI N
Msc. Phan Thế Duy
Nguyễn Mai Thanh ộc
MSSV: 2072175
Ng nh: C ng Ngh H a Học – K33
Tháng 04/2011
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
----------------Cần Thơ, ngày 29 tháng 12 năm 2010
Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết quả và bàn luận
Kết luận và kiến nghị
7.2 Giới hạn của đề t i
Do thời gian thực hiện đề tài tƣơng đối ngắn nên chỉ có thể nghiên cứu trên
quy mô phòng thí nghiệm, chƣa thể áp dụng vào thực tiễn.
8. Yêu cầu hỗ trợ cho vi c thực hi n đề t i
Các hóa chất để thực hiện đề tài.
9. Kinh phí dự trù cho vi c thực hi n đề t i
10.000.000 VNĐ
DUYỆT CỦA BỘ MÔN
DUYỆT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
Msc. Phan Thế Duy
DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
c
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BI N
Cần Thơ, ngày 05 tháng 04 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Mai Thanh Lộc
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
vi
Lời mở đầu
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
ỜI MỞ ĐẦU
Song song với sự phát triển của nền khoa học và k thuật ngày nay thì có một
vấn đề cũng gia tăng kèm theo, đó chính là sự ngày càng gia tăng các nguồn phát
thải nguy hại vào môi trƣờng. Tro bay ở các nhà máy nhiệt điện, nhất là các nhà
máy nhiệt điện đốt dầu là một trong những nguồn phát thải nguy hại đó. Chính vì
thế ở đề tài luận văn này sẽ đi vào nghiên cứu tìm hiểu cũng nhƣ xử lý nguồn tro
bay của Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 nhằm làm giảm đi lƣợng phát thải cũng nhƣ
có thể sinh lợi thêm cho nhà máy từ việc xử lý lƣợng tro bay này.
Theo một số tài liệu đã đƣợc công bố trƣớc đây, trong tro bay từ nhà máy
nhiệt điện đốt dầu có chứa một hàm lƣợng đáng kể kim loại vanadium và carbon
chƣa cháy hết trong quá trình đốt dầu, những chất này có khả năng sử dụng để tạo
ra những sản phẩm có lợi về mặt kinh tế nhƣ vanadium pentoxide và than hoạt tính.
Vì vậy mục tiêu đƣợc đặt ra là khảo sát thành phần tro bay của Nhà máy Nhiệt điện
Ô Môn 1 từ đó tìm cách để có thể áp dụng các ứng dụng trên vào lƣợng tro này một
cách kinh tế và đồng thời đem lại hiệu quả về mặt xử lý môi trƣờng.
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
viii
Mục lục
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
1.4.1. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149 ......10
1.4.2. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 62 (2001) 145–150 ......11
1.4.3. Quy trình của R. Navarro et al. Waste Manage 27 (2007) 425–438 ......13
1.5. Sơ lƣợc về than từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu .................................14
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................15
2.1. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài ...................................................................15
2.1.1. Mục đích..................................................................................................15
2.1.2. Nhiệm vụ .................................................................................................15
2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................15
2.3. Hóa chất và thiết bị ........................................................................................16
2.3.1. Hóa chất ..................................................................................................16
2.3.2. Thiết bị ....................................................................................................17
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................17
2.4.1. Phân tích thành phần tro bay ...................................................................17
2.4.1.1. Phân tích ion SO42 theo phƣơng pháp đo độ đục .............................17
2.4.1.2. Phân tích hàm lƣợng một số kim loại bằng phƣơng pháp phân tích
phổ phát xạ nguyên tử (ICP – OES)..............................................................20
2.4.2. Thiết lập quy trình trích vanadium từ tro bay .........................................22
2.4.2.1. Khảo sát các phƣơng pháp trích vanadium đã đƣợc nghiên cứu trƣớc
đây .................................................................................................................22
của
S.
Vitolo
et
al.
Hydrometallurgy
57
(2000) 141–149 .............................................................................................31
3.2.1.2.
Quy
trình
của
R.
Navarro
et
al.
3.2.5. Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính .......................................48
3.2.5.1. Kết quả khảo sát ...............................................................................48
3.2.5.2. Nhận xét ...........................................................................................51
CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................52
4.1. Kết luận ..........................................................................................................52
4.2. Kiến nghị ........................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................53
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
xi
Danh mục hình
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ xử lý khí ở nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1 ..........................................3
Hình 1.2: Sự thay đổi hình thái của vanadium theo pH và nồng độ ...........................9
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000)..............11
Hình 1.4: Sơ đồ quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 62 (2001)..............12
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình của R. Navarro et al. Waste Manage 27 (2007) ..............13
Hình 1.6: Ảnh chụp SEM của than sạch từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu ......14
Hình 2.1: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch phân tích ion SO42 trong tro bay ....................18
Hình 2.2: Sơ đồ chuẩn bị dung dịch chuẩn chứa 0,5 ion SO42 ................................19
Hình 2.3: Sơ đồ phƣơng pháp phá mẫu tro để phân tích hàm lƣợng kim loại ..........21
Hình 3.1: Phƣơng trình đƣờng chuẩn độ hấp thu của ion SO42 ...............................26
Hình 3.2: Dung dịch nƣớc tro trích bằng acid...........................................................31
Hình 3.3: Dung dịch nƣớc trích bằng acid sau khi oxi hóa.......................................32
xiii
Danh mục bảng
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Cơ cấu hệ thống điện năm 2007 .................................................................1
Bảng 1.2: Thành phần thƣờng gặp của tro bay từ than ...............................................5
Bảng 1.3: Thành phần thƣờng gặp của tro bay từ dầu ................................................6
Bảng 1.4: So sánh giữa tro bay từ than và tro bay từ dầu ...........................................7
Bảng 1.5: Bảng tóm tắt các dạng của vanadium ở những điều kiện khác nhau .........8
Bảng 2.1: Các hóa chất đƣợc sử dụng trong quá trình nghiên cứu ...........................16
Bảng 2.2: Hàm lƣợng pha dãy mẫu chuẩn và mẫu để xác định ion SO42 ...............20
Bảng 3.1: Độ hấp thu của dãy đƣờng chuẩn ion SO42 .............................................26
Bảng 3.2: Kết quả đo độ hấp thu của ion SO42 trong mẫu tro bay ..........................27
Bảng 3.3: Thống kê kết quả phân tích hàm lƣợng ion SO42 ....................................27
Bảng 3.4: Thống kê kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại ......................................28
Bảng 3.5: Giá một số hóa chất bán lẻ đƣợc sử dụng .................................................46
Bảng 3.6: Kết quả nung yếm khí than .......................................................................48
Bảng 3.7: Kết quả đƣờng chuẩn methylene blue ......................................................48
Bảng 3.8: Kết quả lƣợng methylene xanh hấp thụ theo thời gian .............................49
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát độ hấp thụ methyl blue của than ...................................50
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
xiv
69,46
50.616
73,68
- Nhà máy thủy điện
4.393
32,51
21.480
31,27
- Nhà máy nhiệt điện đốt than
1.545
11,43
8.973
13,06
- Nhà máy nhiệt điện đốt khí
3.248
18.041
26,26
Ngoài EVN
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Dựa vào bảng số liệu trên ta thấy nguồn nhiệt điện chiếm một phần lớn (trên
65%) trong tổng công suất phát điện của các nhà máy điện ở nƣớc ta. Nhiều tài liệu
nghiên cứu cho thấy, nhà máy nhiệt điện đốt than sẽ cho ra từ 4 – 5 tấn tro
bay/MW/ngày, lƣợng tro bay này sẽ ít hơn đối với nhà máy nhiệt điện đốt dầu. Nhƣ
vậy lƣợng tro bay từ ngành công nghiệp nhiệt điện là rất lớn, khoảng vài triệu
tấn/năm, nếu lƣợng tro bay này không đƣợc tận dụng một cách hợp lý thì sẽ chiếm
một diện tích tồn trữ rất lớn, gây nhiều khó khăn cho quá trình phát triển của ngành
công nghiệp nhiệt điện và là tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng. Do đó chúng ta cần
có các biện pháp thích hợp để giải quyết vấn đề về tro bay ở nhà máy nhiệt điện.
Đặc biệt là tro bay của nhà máy nhiệt điện đốt dầu tuy chiếm một phần nhỏ nhƣng
do có hàm lƣợng kim loại nguy hại cao nên khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng cũng
nhƣ ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời là cao hơn so với tro bay của nhà máy nhiệt
điện đốt than.
1.1.2. Sơ lƣợc về Nhà máy Nhi t đi n Ô M n 1
Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn 1 thuộc Trung tâm Điện lực Ô Môn (bao gồm các
nhà máy nhiệt điện Ô Môn 1, 2, 3 và 4 với tổng công suất 2800 MW) đƣợc xây
dựng vào ngày 26/02/2006 tại phƣờng Phƣớc Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần
Thơ.
Nhà máy do Tập đoàn Điện lực Việt Nam – EVN làm chủ đầu tƣ, Công ty
Lọc bụi tĩnh
điện (EP)
Khí ra
SO2, CO2, CO
Hấp thụ bằng
CaCO3
Khí ra
CO2, CO
Ống khói
Gypsum
CaSO4.2H2O
Tro bay
Hình 1.1: Sơ đồ xử lý khí ở nh máy nhi t đi n Ô M n 1
Dòng khí đi ra khỏi lò đốt chứa các khí cần xử lý nhƣ SO3, SO2, CO2, CO…
các khí này cần đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng, nhất là khí SO3 và SO2 vì
hai khí này sẽ tạo thành acid gây ăn mòn thiết bị và gây ô nhiễm môi trƣờng nhiều
hơn so với khí CO2, CO. Vì vậy đầu tiên dòng khí ra sẽ đƣợc đƣa qua thiết bị lọc
bụi tĩnh điện, tại đây dung dịch ammonia sẽ đƣợc phun vào để kết hợp với SO3 tạo
thành muối ammonium sulfate (NH4)2SO4, khí SO3 đƣợc loại gần nhƣ hoàn toàn tại
đây. Muối ammonium sulfate c ng các tro bụi khác đƣợc thiết bị lọc bụi tĩnh điện
giữ lại, gọi là tro bay. Phần tro bay chính là đối tƣợng xử lý của đề tài này.
Dòng khí sau khi qua thiết bị lọc bụi tĩnh điện vẫn còn khí SO2 cần đƣợc xử
1.2. Phân bi t giữa tro bay ở nh máy nhi t đi n đốt than v tro bay nh
máy nhi t đi n đốt dầu
1.2.1. Tro bay từ nh máy nhi t đi n đốt than (tro bay từ than)[2]
Lƣợng tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than chiếm đa số trong tổng lƣợng tro
bay phát thải toàn cầu. T y theo nguồn gốc của nguyên liệu khác nhau mà tro bay
có thành phần khác nhau, bảng sau đây trình bày thành phần phần trăm của một số
nguyên tố thƣờng gặp trong tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt than:
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
4
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
Bảng 1.2: Th nh phần thƣờng gặp của tro bay từ than
Than bitum
Than á bitum
Than non
Th nh phần (wt %)
(Bituminous coal) (Sub-bituminous coal)
(Lignite)
15–40
MgO
0–5
1–6
3–10
SO3
0–4
0–2
0–10
Na2O
0–4
0–2
0–6
K2 O
0–3
1.2.2. Tro bay từ nh máy nhi t đi n đốt dầu (tro bay từ dầu)[3]
Bên cạnh đó, một lƣợng nhỏ tro bay phát thải là do các nhà máy nhiệt điện đốt
dầu, vì nhiên liệu dầu FO là nhiên liệu lỏng nên khả năng cháy tốt hơn so với những
nhiên liệu rắn nhƣ than nên lƣợng tro bay phát thải cũng ít hơn. Tuy nhiên, do
nguyên liệu đốt là dầu FO nên tro bay này có thành phần khác xa so với tro bay của
nhà máy nhiệt điện đốt than. Bảng sau đây trình bày một số thành phần thƣờng gặp
của tro bay từ nhà máy nhiệt điện đốt dầu:
Bảng 1.3: Th nh phần thƣờng gặp của tro bay từ dầu
Th nh phần (wt %) Dầu FO
C
10–80
NH4
0,5–20
SO4
20–60
V
1–5
Ni
0,3–2
Fe
Tro bay từ than
Tro bay từ dầu
Chứa kim loại nặng ít, không phải là
chất thải nguy hại.
Chứa kim loại nặng nhiều, là chất thải
nguy hại.
Hầu nhƣ không bị nƣớc hòa tan.
Bị nƣớc hòa tan một phần lớn.
Chiếm đa số trong tổng lƣợng tro bay
phát thải toàn cầu.
Chiếm phần ít trong tổng lƣợng tro bay
phát thải toàn cầu.
Đã có tiêu chuẩn, phân loại của ASTM.
Chƣa có tiêu chuẩn, phân loại.
Đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng:
Có ít nghiên cứu, ứng dụng:
-
nặng, nguy hại) nhƣ V, Ni để có thể sử dụng những kim loại này, phần chất rắn còn
lại không chứa những kim loại này là than sạch có thể đi làm than hoạt tính. Những
ứng dụng này sẽ đƣợc tìm hiểu k hơn trong những phần sau.
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
7
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
1.3. Sơ lƣợc về vanadium[4][5]
1.3.1.1. Tính chất
Vanadium (số hiệu nguyên tử 23, nguyên tử khối 50,942) là nguyên tố thuộc
chu kỳ 4, nhóm VB trong bảng hệ thống tuần hoàn, là kim loại chuyển tiếp có cấu
trúc lập phƣơng tâm khối, màu xám. Khi ở độ tinh khiết rất cao, vanadium rất mềm
và dễ khéo sợi. Bởi vì nhiệt độ nóng chảy rất cao nên vanadium đƣợc d ng làm kim
loại chịu lửa nhƣ
niobium, tantalum, chromium, molybdenum, và tungsten.
Vanadium đƣợc d ng chủ yếu (trên 90%) trong việc tạo thành hợp kim thép cƣờng
độ cao (high strength steels), và với một hàm lƣợng vanadium thấp hơn để tạo thành
thép công cụ (tool steels). Vanadium cũng là một thành phần quan trọng trong hợp
kim với titanium, hợp chấp V3Ga đƣợc đƣợc d ng nhƣ chất siêu dẫn.
Vanadium là kim loại lƣỡng tính, có tính acid mạnh, vanadium có nhiều hóa
trị (II, III, IV, V), ứng với mỗi hóa trị, dung dịch chứa vanadium sẽ có một màu sắc
riêng biệt. Màu sắc này chẳng những phụ thuộc vào pH của dung dịch mà còn phụ
V2O52
Xanh lam
Nâu đỏ
Hóa trị III
V 3
Xanh lục
Hóa trị II
V 2
Tím
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
Trong acid
Trong base
8
Chương 1: Tổng quan
là 0,5 mg V/m3 cho bụi và 0,05 mg V/m3 cho khói.
1.4. Một số quy trình trích vanadium từ tro bay nh máy nhi t đi n đốt
dầu
Vì vanadium là nguyên tố phân tán nên hàm lƣợng của nó trong tro bay nhà
máy nhiệt điện đốt dầu tuy chỉ vài phần trăm nhƣng cũng có thể so sánh với các mỏ
vanadium nên việc trích vanadium từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu có lợi ích
lẫn về mặt kinh tế và mặt môi trƣờng, sau đây một số quy trình trích vanadium đã
công bố sẽ đƣợc giới thiệu sơ lƣợc:
1.4.1. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000) 141–149[6]
Quy trình này chủ dựa vào tích chất tan trong acid của vanadium. Quy trình
d ng một dung dịch acid mạnh để trích vanadium ra khỏi tro bay, sau đó rửa lƣợng
tro bay thu đƣợc sau khi trích 3 lần, nƣớc trích và nƣớc rửa lần 1 đƣợc đem đi sử
dụng, nƣớc rửa 2 lần còn lại đƣợc đem đi thải bỏ. Sau đó dùng NaClO3 để oxi hóa
vanadium hóa trị IV chứa trong dung dịch nƣớc trích và nƣớc rửa lần 1 lên
vanadium hóa trị V, trong quá trình oxi hóa thì cho thêm Na2CO3 vào để giữ pH ~
2,1, và sau đó thêm Na2CO3 cho đến pH ~ 3 sẽ thu đƣợc kết tủa V2O5. V2O5 thu
đƣợc có lẫn tạp chất nhƣ sắt hydroxide nên rửa tủa 3 lần bằng dung dịch H2SO4
pH~2. Quy trình này đƣợc tóm tắt theo sơ đồ sau:
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
10
Chương 1: Tổng quan
CBHD: Msc. Phan Thế Duy
H2SO4 1M
Rửa lần 3
Nƣớc thải
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 57 (2000)
1.4.2. Quy trình của S. Vitolo et al. Hydrometallurgy 62 (2001) 145–150[7]
Quy trình đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
SVTH: Nguyễn Mai Thanh Lộc
11
Copyright: Tài liệu đại học ©