Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ xử lí H2S tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế,...
Docsachonline.vn LỚP CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - K15 VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN – ĐHQGTPHCM ************** Chuyên đề: CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ H 2 S Giảng viên: TS. ĐINH XUÂN THẮNG Học viên: HUỲNH NGỌC LOAN CUNG CẤP BỞI: DOCSACHONLINE.VN TP. HCM – 2005 Docsachonline.vn I. TỔNG QUAN: Dihydro sunfua là là loại khí chủ yếu tỏa ra trong quá trình luyện cốc từ than đá, quá trình lọc dầu quá trình sản xuất khí công nghiệp, dihydro sunfua còn là một trong những thành phần từ khí đốt thiên nhiên. Ngoài ra, trong một số ngành công nghiệpkhác như chế biến xenluloza, sợi nhân tạo, nấu bột giấy, thuộc da, nấu thuốc nhuộm, xử lý nước thải, lượng khí dihydro sunfua tỏa ra cũng đáng kể. Trước kia hệ thống xử lý và thu hồi khí H 2 S chủ yếu là phục vụ cho việc lọc sạch khí công nghiệp như khí đốt thiên nhiên. Ngày nay các hệ thống này còn được phát triển mạnh cho nhu cầu giảm thiếu ô nhiễm bầu khí quyển, bảo vệ môi trường . Khí H 2 S Thu hồi được từ các hệ thống xử lý có thể từ được biến đổi trực tiếp từ thành sản phẩm lưu huỳnh đơn chất hoặc khí SO 2 để cung cấp nguyên liệu cho công đoạn sản xuất acid sunfuaric nối tiếp theo. II. NỘI DUNG: I.1. XỬ LÝ KHÍ H 2 S BẰNG NATRI CARBONAT, AMONI CACBONAT HOẶC KALIN PHOPHAT. Quá trình xử lý H 2 S bằng Na 2 CO 3 được dựa trên cơ sở các phản ứng sau: H 2 S + Na 2 CO 3 = NaHS + NaHCO 3 (1) Tiếp theo là phản ứng thu hồi lưu huỳnh có sự tham gia của natri vanadat NaVO 3 2NaHS + H 2 S + 4 NaVO 3 + ½ O 2 = Na 2 V 4 O 9 + NaOH + 3 S (2) Để hoàn nguyên vanadat người ta dùng chất xúc tác ADA ( natri amoni vanadat và disunfonat) Na 2 V 4 O 9 + 2 NaOH + ½ O 2 + 2ADA = 4 NaVO 3 + 2 ADA (3) Phản ứng trên xảy ra trong tháp hấp thụ 1 của hệ thống xử lý, dung dòch bào hòa từ tháp hấp thụ chảy ra được làm bóc hơi bằng không khí nóng trong tháp giải hấp thụ 2 để thu hồi lại Na 2 CO 3 và chu trình làm việc của serubơ cứ thế tiếp diễn. Khí H 2 S thu được từ tháp 2 sẽ được đưa sang công đoạn tiếp theo để thu hồi sản phẩm cuối cùng là lưu huỳnh đơn chất đồng thời để hoàn nguyên natri vandadat theo các phản ứng trên. Phương án thay thế cho natri cacbonat là người ta dùng kali photphat K 3 PO 4 và phản ứng khử H 2 S sẽ là: Docsachonline.vn K 3 PO 4 + H 2 S = K 2 HPO 4 + KHS (4) Sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S bằng Na 2 CO 3 Trong đó: 1. Tháp hấp thụ. 2. Tháp giải hấp thụ 3. Quạt. 4. Sấy nóng không khí 5. Điều chỉnh nước dung dòch. 6. Điều chỉnh lưu lượng dung dòch tưới. Ưu điểm: Docsachonline.vn - Tính chất bền vững của nó đồng thời phản ứng của nó với H 2 S mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO 2 trong khí thải . Trong trường hợp này có thể dùng hơi nước để làm bay hơi và thu hồi H 2 S. Ngoài ra , người ta còn có thể dùng amoni cacbonat và kali cacbonat làm dùng dòch hấp thu đối với khí H 2 S. Với amin cacbonat, phản ứng xảy ra như sau: (NH 4 ) 2 CO 3 + H 2 S = (NH 4 ) 2 S + H 2 O + CO 2 (5) Amoni sunfua ( NH 4 ) 2 S thu được trong dung dòch ra khỏi tháp hấp thụ sẽ được phân hủy thành NH 3 và H 2 S. Dung dòch NH 3 quay trở lại chu trình để kết hợp với CO 2 và H 2 O có trong khí thải tạo thành amin cacbonat và phản ứng trên tiếp tục xảy ra theo Sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S bằng amoni cacbonat I. II. Trong đó: 1. Tháp hấp thụ. Docsachonline.vn 2. Tháp oxy hóa. 3. Thùng phân ly. 4. Thùng chứa lưu huỳnh. 5. Thùng rửa. 6. Máy lọc ly tâm. II.2. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ H 2 S BẰNG NAOH: Cơ sở của phương pháp này là khí H 2 S kết hợp với NaOH theo phản ứng sau đây: H 2 S + NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (6) Na 2 S + H 2 S = 2 NaHS (7) Na 2 S + H 2 O = NaHS + NaOH (8) Song song với phản ứng trên , NaOH còn tác dụng với CO 2 CO 2 + NaOH = NaHCO 3 (9) NaHCO 3 + NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O (10) Ngoài ra phản ứng khử H 2 S trong dòch còn xảy ra trong quá trình oxy hóa natri sufua thu được từ phản ứng từ phản ứng (6) tạo thành natri hydrosunfua và hyposunfit. Na 2 S + H 2 O = NaHS + NaOH (11) 2NaHS + 2O 2 = Na 2 S 2 O 3 + H 2 O (12) Về mặt bảo vệ môi trường , các phản ứng phụ 11, 12, là có lợi vì chúng góp phần làm giảm nhẹ khâu xử lý dung dòch đã dùng xong trước khi thải ra hệ thống thoát nước. Ngoài dung dòch NaOH ra người ta còn có thể dùng sữa vôi để thay thế . Lúc đó kết quả thu được của quá trình khử H 2 S, một cách tương tự như trường hợp dùng NaOH, là chất cặn nhão có chứa canxi sunfua CaS mà chất này cũng cần xử lý trước khi thải ra ngoài. Dung dòch NaOH đã sử dụng cũng như chất bùn nhão thu được khi dùng sữa vôi thay thế có thể được xử lý bằng cách dùng vôi clorua ( hỗn hợp các chất Ca(ClO) 2 để Docsachonline.vn oxy hóa các liên kết sunfit. Lượng vôi cloruaa dùng vào mục đích này là 6,3 kg quy về cho 1kg lưu huỳnh ( với nồng độ clo trong vôi là 35%). Sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S bằng NaOH và sữa vôi theo hình sau Trong đó: 1. Tháp hấp thu. 2. Thùng chứa dung dòch 3. Thùng xử lý dung dòch đã sử dụng trước khi thải ra ngoài. 4. Bình chứa dung dòch mới ( xút hoặc sữa vôi) 5. Bình chứa vôi clorua 6. Bơm. Khí thải được xử lý trong tháp hấp với lớp đệm là khâu sứ Raschig. Hệ thống được thiết kế với một lượng dung dòch đa sử dụng được thải liên tục ra ngoài sau khi đã xử lý bằng vôi clorua. Nồng độ chất kiềm trong dung dòch hấp thụ đi vào serubơ Docsachonline.vn được khống chế ở mức 7 g/l. Vận tốc khí trong scrubơ 0,6 m/s. Lượng NaOH hoặc CaO tiêu hao quy về một kg lưu huỳnh là 8 kg. Phương pháp này đảm khử được 100% H 2 S trong khí thải. Hệ thống xử lý không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống axit. II.3. XỬ LÝ H 2 S BẰNG AMONIAC: Dung dòch amoniac để khử H 2 S trong khí thải là quá trình khá đơn giản và được áp dụng rộng rãi. Trong tháp thấp thụ, H 2 S trong khí thải tiếp xúc với dung dòch amoniac và chúng kết hợp với nhau theo phản ứng. NH 3 + H 2 S = (NH 4 ) 2 S (13) Ở nhiệt độ và áp suất thích hợp amoniac sunfua (NH 4 ) 2 S phân giải thành Nh 3 và H 2 S . Amoniac quay lại quy trình làm việc, còn H 2 S được đưa sang công đoạn điều chế axit hoặc lưu huỳnh đơn chất. Sơ đồ hệ thống xử lý khí H 2 S bằng amoniac Trong đó: 1. Tháp hấp thụ 2;3 thùng chứa 4 – thiết bò làm nguội 5 – Bề mặt trao đổi nhiệt Docsachonline.vn 6. tháp cất khí H 2 S. II.4. XỬ LÝ KHÍ H 2 S BẰNG DUNG DỊCH NATRI THIOASENAT Na 4 As 2 S 5 O 2 . Phản ứng hấp thụ khí H 2 S bằng dung dòch natri thioasenat xảy ra như sau: H 2 S + Na 4 As 2 S 5 O 2 = Na 4 As 2 S 5 O + H 2 O (14) Tiếp theo, natri thioasenat được hoàn nguyên theo phản ứng: 2Na 4 As 2 S 6 O + O 2 = 2Na 4 As 2 S 5 O 2 + 2S (15) Hai phản ứng trên xảy ra rất nhanh và là các phản ứng chủ yếu trong hầu hết các điều kiện vận hành . Trường khi nồng độ ban đầu của H 2 S trong khí thải rất cao hoặc thời gian tiếp xúc giữa khí H 2 Svà dung dòch hấp thụ kéo dài thì các phản ứng phụ chậm hơn sau đây có thể xảy ra: Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S = Na 4 As 2 S 7 + H 2 O (16) 2 Na 4 As 2 S 7 + O 2 = 2 Na 4 As 2 S 6 O + 2S (17) Dung dòch hấp thụ natri thioasenat được chuẩn bò bằng cách hòa tan As 2 O 3 và natri cacbonat Na 2 CO 3 trong nước với tỷ lệ : 1:2. Trong dung dòch sẽ có natri cacbonat và bicacbonat, natri asenit và axit asenic, các chất trên sẽ phản ứng xen kẻ với H 2 S và oxy để tạo thành natri thioasenat Na 4 As 2 S 5 O 2. Docsachonline.vn Sơ đồ xử lý khí H 2 S bằng natri thioasenat Trong đó: 1. Tháp hấp thụ 2. bơm 3. thiết bò làm nóng dung dòch 4. tháp oxy hóa 5. thùng phân ly lưu huỳnh 6. thùng lắng lưu huỳnh 7. máy lọc ly tâm Dung dòch bảo hòa chảy ra từ đáy hấp thụ 1 được bơm qua thiết bò cấp nhiệt 3 để hâm nóng đến hiệt độ 45 o C rồi đi vào tháp oxy hóa 4, trong đó dung dòch và không kgí chuyển động cùng chiều từ dưới lên trên. Không khí không những làm cho lưu huỳnh dạng bột sẽ nổi lên trên bề mặt của dung dòch trong tháp oxy hóa rồi tràn qua vách ngăn trpong thùng phân ly 5 để chảy vào thùng lắng 6. Dung dòch đã được hoàn nguyên từ thùng phân ly 5 tự chảy vào đỉnh tháp hấp thụ để tưới cho lớp đệm rỗng trong tháp. Hiệu quả xử lý của hệ thống có thể đạt 80 - 95%. Docsachonline.vn II.5. XỬ LÝ KHÍ H 2 S BẰNG CHẤT HẤP THỤ OXIT SẮT Fe 2 O 3 : Đây la phương pháp cổ điển nhất được dựa trên cơ sở các phản ứng sau: Fe 2 O 3 + 3 H 2 S = Fe 2 S 3 + 3 H 2 O (18) 2Fe 2 S 3 + 3O 2 = 2 Fe 2 O 3 + 6S (19) Sau khi bão hòa H 2 S oxit sắt được hoàn nguyên băng không khí ( cấp oxy) để thu lưu huỳnh. Tốc độ phản ứng hấp thụ H 2 S của oxít sắt được hoàn nguyên băng không khí ( cấp oxy) để thu lưu huỳnh. Tốc độ phản ứng phụ thuộc H 2 S của oxit sắt phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa khí và bề mặt vật liệu hấp phụ. Do đó để nâng cao tốc độ phản ứng, độ rỗng của vật liệu hấp phụ phải lớn. Thường độ rỗng của oxit sắt không nhỏ hơn 50%. Điều kiện tốt nhất cho quá trình hấp phụ khí H 2 S bằng oxit sắt là nhiệt độ nằm trong khoảng 28 - 30 o C và độ ấm, của vật liệu hấp phụ khoảng 30%. [...]... tải 6 gầu nâng 7 công đoạn hoàn nguyên bằng dung dòch amoni sunfua 8 công đoạn giội nước 9 bình chứa NH3 10 quạt cấp không khí Docsachonline.vn Docsachonline.vn XỬ LÝ H2S H2S là tạp chất của khí tự nhiên và khí dầu mỏ Khí kỹ thuật và khói lò chứa H2S có tính ăn mòn mạnh Để xử lý H2S người ta ứng dụng các phương pháp hấp thụ hóa học khác nhau 1 Phương pháp Cacbonat Trong phương pháp này, H2S được hấp thụ... tạp, không kinh tế Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng để xử lý một lượng khí thải nhỏ với nồng độ ban đầu của khí H2S không lớn lắm II.6 XỬ LÝ KHÍ H2S BẰNG THAN HOẠT TÍNH: Quá trình hấp phụ khí H2S bằng than hoạt tính xảy ra nhờ hiện tượng oxy hóa khí H2S trên bề mặt của than theo phản ứng: H2S + ½ O2 = H2O + S + 222 KJ/mol (23) Để thúc đẩy quá trình oxy hóa người ta thêm vào khí cần lọc một lượng nhỏ... Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 Na2CO3 + 2H2S = 2NaHS + CO2 + H2O NaOH + H2S = NaHS + H2O 4 Phương pháp soda – sắt Hấp thụ H2S bằng huyền phù hydroxit sắt nhò và tam Huyền phù được điều chế bằng cách trộn dung dòch 10% Na2CO3 với dung dòch 18% sunfat sắt FeSO4 + Na2CO3 + H2O Fe(OH)2 + Na2SO4 + CO2 Cho không khí qua dung dòch để oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) 4Fe(OH)2 + O2 + H2O 4Fe(OH)3 Hấp thụ H2S theo... hấp thụ H2S, hệ thống Sulfur-Rite® thay đổi hóa học H2S thành một hợp chất ổn đònh và an toàn: pyrite sắt Lớp khí chua vào đi xuống thùng chứa chất trung gian Sulfur-Rite® H2S phản ứng với kiềm sắt tạo thành pyrite sắt Mỗi mẻ loại H2S 3 đến 5 lần so với các hệ thống xốp (sponge), kết quả là tuổi thọ của chất trung gian dài hơn Thêm vào đó, chất trung gian heat hoat tính có thể chôn, giảm chi phí xử lý... Na2CO3 2 Phương pháp photphat Để hấp thụ H2S bằng phương pháp photphat người ta sử dụng dung dòch chứa 40-50% photphat kali (K3PO4) K3PO4 + H2S KHS + K2HPO4 Từ dung dòch, H2S được giải phóng nhờ đun sôi ở nhiệt độ t = 107-115oC Không có sự ăn mòn thiết bò đun sôi Dung dòch ổn đònh, không tạo thành sản phẩm làm giảm chất lượng dung dòch Ưu điểm: chỉ hấp thụ H2S 3 Phương pháp kiềm – asen Dung dòch kiềm... lại Sweeten Gas Streams and Save Instead of absorbing H2S, the Sulfur-Rite® system chemically changes H2S into a safe and stable compound: iron pyrite Sour gas fed into an inlet travels downward through the vessel containing the Sulfur-Rite® media The H2S reacts with the iron-based media to form iron pyrite Each batch removes three to five times more H2S than iron sponge systems, resulting in longer media... H2S 3 Phương pháp kiềm – asen Dung dòch kiềm – asen được tạo thành theo phản ứng: Na2CO3 + As2O3 + H2O 2Na2HAsO3 + CO2 Sau đó hấp thụ H2S 2Na2HAsO3 + 5H2S Na4As2S5 + 6H2O Na4As2S5 + O2 Na4As2S5O2 Dung dòch Na4As2S5O2 được tạo thành cũng là chầt hấp thụ H2S Na4As2S5O2 + H2S Na4As2S6O + H2O Phục hồi dung dòch bằng oxy của không khí Na4As2S6O + O2 = 2 Na4As2S5O2 + 2S Lưu huỳnh được tách ra khỏi dung dòch... vấn suốt quátrình đặot hàng và lắp đặt Tùy theo vò trí lắp đặt, dòch vụ xử lý hay thay thế chất trung gian cũng có thể thực hiện được Phương pháp Sulfur-Rite® là một giải pháp giải quyết hiệu quả về chi phí để loại bỏ hydrogen sulfide liên tục cho các hoạt động nhỏ với công suất tối đa là 400lbs H2S/ ngày Phương pháp được chọn cho H2S và mercaptan và đặc biệt hiệu quả là không cần thiết loại bỏ những... lớp thì hiệu quả khí H2S có thể đ5t 90.0 – 90.9 % Ngoài hệ thống kiểu nhiều bình hấp phụ, người ta còn chế tạo thiết bò hấp phụ kiểu tháp Docsachonline.vn Hệ thống kiểu nhiều tháp gồm nhiều tầng hấp phụ 1 Bình hấp phụ 2 ejecto 3 vật liệu hấp phụ trên các tầng 4 lưới đỡ vật liệu hấp phụ Ngoài oxit sắt người ta có thể dùng oxit kẽm làm chất hấp phụ để khử H2S thep phản ứng ZnO + H2S = ZnSW + H2O (22)... Hấp thụ bằng etanolamin H2S và CO2 được hấp thụ bởi dung dòch monoetanolamin và tri-etanolamin Sử dụng dung dòch 15-20% monoetalamin lợi thế hơn do dung dòch này có khả năng hấp thụ cao, Docsachonline.vn khả năng phản ứng lớn và dễ phục hồi Trong quá trình hấp thụ diễn ra các phản úng sau: HO-CH2-CH2-NH3 S 2(OH-CH2CH2-NH2) + H2S HO-CH2-CH2-NH3 HO-CH2-CH2-NH3 HO-CH2-CH2-NH3 S + H2S 2(OH-CH2CH2-NH2) Ở . úng sau: HO-CH 2 -CH 2 -NH 3 2(OH-CH 2 CH 2 -NH 2 ) + H 2 S S HO-CH 2 -CH 2 -NH 3 HO-CH 2 -CH 2 -NH 3 S + H 2 S 2(OH-CH 2 CH 2 -NH 2 ) HO-CH 2 -CH 2 -NH 3 Ở 2 5-4 0 o C, phản. Na 2 CO 3 NaHS + NaHCO 3 NaHS + O= =O + H 2 O HO- -OH + S + NaOH Phục hồi soda: NaHCO 3 + NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O Phục hồi quinon: HO- -OH + ½ O 2 O= =O + H 2 O Phản ứng phụ: 2NaHS. The media is non-toxic, non-hazardous, non-pyrophoric, and environmentally safe in both unreacted and reacted forms. The system does not produce any toxic or corrosive by-products or side