Các phương pháp xử lý khí SO2

Để hấp thụ khí SO2 có thể sử dụng nước ,dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ.  Sau đây la các phương pháp pháp xử lý khí SO2
1. Hấp thụ bằng nước 
Giai đoạn 1:
Hấp thụ khí SO2 bằng cách phun nước vào dòng khí thải hoặc cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có nước _scrrubơ.
Quá trình hấp thụ SO2 bằng nước diễn ra theo phương trình
SO2 + H2O H+ + HSO3-
Giai đoạn 2:
Giải thoát khí SO2 ra khỏi chất hấp thụ (nếu cần) và nước sạch.
Mức hòa tan của khí SO2 trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng cao, do đó nhiệt độ nước cấp vào hệ thống hấp thụ khí SO2 phải đủ thấp. Còn để giải thoát khí SO2 khổi nước thì nhiệt độ của nước phải cao. Cụ thể là nhiệt độ 100oC thì khí SO2 bốc ra một cách hoàn toànvà trong khí thoát ra có lẫn hơi nước. Bằng phương pháp ngưng tụ người ta có thể thu được khí SO2 với độ đậm đặc ≈ 100% để dùng vào mục đích sản xuất axit sunfủic.
Độ hòa tan của SO2 trong nước thấp nên cần lưu lượng lớn và thiết bị hấp thụ có thể tích lớn. SO2 thoát ra khỏi dung dịch khi nhiệt độ cao.

2. Phương pháp CaCO3 hoặc CaO
Là phương pháp áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lí cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình xử lí như sau:
CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO3
CaO + SO2 = CaSO3
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4
Hiệu suất hấp thụ SO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống không vượt quá 20 mm cột nước.
Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cắn bùn từ hệ thống xử lý khí thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyến sunfit thành sunfat trong lò nung.
Ưu điểm của phương pháp:
Quy trình công nghệ đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm và rẻ tiền, có khả năng xử khí mà không cần làm nguội và xử lí bụi sơ bộ.
Quá trình hấp thụ bằng huyền phù CaCO3 (thành phần rắn : lỏng = 1:10, kích thước hạt CaCO3 0,1 mm )
Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí , vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm sút. Khí hấp thụ hóa học trong tháp chảy màng hay tháp đệm sẽ xuất hiện hiện tượng đối lưu trên bề mặt. Bản chất của hiện tượng này là trên bề mặt phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối.
Quá trình hấp thụ hấp thụ được thực hiện trong nhiều tháp khác nhau : tháp đệm , tháp chảy màng, tháp đĩa, tháp phun, tháp sủi bọt và tháp tầng sôi.
• Tháp hấp thụ phải thỏa mãn các yêu cầu sau : hiệu quả và có khả năng cho khí xuyên qua, trở lực thấp (< 3.000 Pa), kết cấu đơn giản và vận hành htuận tiện, khối lượng nhỏ, không hay tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ.
• Tháp đệm thường được sử dụng khi năng suất nhỏ, môi trường ăn mòn, tỉ lệ lỏng : khí lớn, khí không chứa bụi và quá trình hấp thụ không tạo ra cặn lắng.
• Tháp đĩa thường kinh tế hơn vì nó cho phép vận tốc khí lớn và do đó giảm đường kính tháp.Tháp đĩa được sử dụng khi năng suất lớn , lưu lượng lỏng nhỏ và môi trường không ăn mòn. Phổ biến nhất là tháp đĩa và tháp đĩa lỗ.
• Tháp có cơ cấu phun chất lỏng bằng cơ học hay bằng áp suất được gọi là tháp phun. Tháp phun được dùng khi yêu cầu trở lực bé và khí có chứa hạt rắn. Tháp hấp thụ với lớp đệm chuyển động theo nhiều dạng khác nhau đang được nghiên cứu ứng dụng.
3. Phương pháp magiê oxit (MgO)
Về khả năng sử dụng sữa MgO để khử SO2 khói thải đã được biết từ lâu, nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu là do các nhà khoa học – công nghệ của Liên Xô cũ.
SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfit magiê. Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:

MgO + SO2 MgSO3
MgO + H2O Mg(OH)2
MgSO3 + H2O + SO2 Mg( HSO3)2
Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 2MgSO3 + 2H2O

Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạng MgSO3.6 H2O và MgSO3.3 H2O rơi xuống thành cặn lắng.
Tỉ lệ rắn : lỏng trong huyền phù là 1:10; độ pH ở đầu vào là 6,8-7,5; còn ở đầu ra là 5,5-6,0 Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê.

MgSO3 + O2 MgSO4

Sự hình thành MgSO4 không có lợi cho việc tái sinh MgO (nhiệt độ phân hủy MgSO4là 1.200-11.300 oC). Do đó cần hạn chế phản ứng này bằng cách giảm bớt thời gian tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng hoặc dùng chất giảm tính oxi hóa.
Tái sinh Magiê được thực hiệ trong lò nung ở to = 900oC và cho thêm than cốc .
Khi nung như vậy thì khí SO2 thoát ra là 7-15%. Khí được làm nguội , tách bụi và sương mù axit sunfuric rồi đưa đi sản suất axit sunfuaric.
Trong đó chúng ta có thể xử lí theo các phương pháp sau:
- Magiê oxit “kết tinh” theo chu trình
- Magiê oxit không kết tinh
- Magiê sủi bọt
- Magiê oxit kết hợp với potos ( kali cacbonat )
Ưu điểm của phương pháp magiê oxit:
Có thể xử lí khí nóng không cần lamg nguội sơ bộ .Thu được sản phẩm tận dụng axit sunfuric. MgO dễ kiếm và rẻ tiền , hiệu quả xử lí cao.
4. Phương pháp kẽm
Xử lí khí SO2 bằng kẽm oxit ( ZnO ) cũng tương tự như phương pháp oxit magiê tức là dùng phản ứng giữa SO2 với kẽm oxit để thu các muối sunfit và bisunfit, sau đó dùng nhiệt để phân ly thành SO2 và ZnO.
Trong phương pháp này , chất hấp thụ là kẽm. Phản ứng hấp thụ như sau:

SO2 + ZnO + 2,5 H2O ZnSO3.2,5 H2O

Và khi nồng độ SO2 lớn

2SO2 + ZnO + H2O Zn(HSO3)2

Sunfit kẽm tạo thành không tan trong nước được tách ra bằng xyclon nước và sấy khô.Tái sinh ZnO bằng cách nung sunfit ở 350oC.

ZnSO3.2,5 H2O SO2 + ZnO + 2,5H2O

SO2 được chế biến tiếp tục còn ZnO quay lại hấp thụ.
Có các phương pháp sau:
- Phương pháp kẽm oxit đơn thuần
- Phương pháp kẽm oxit kết hợp với natri sunfit
Ưu điểm của phương pháp kẽm oxit :
Là quá trình phân ly kẽm sunfit ZnSO3 thành SO2 và ZnO xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với quá trình phân ly bằng nhiệt đối với MgSO3.
Có khả năng xử kí khí cao ở nhiệt độ (200-250 oC)
Nhược điểm:
Có khả năng hình thành sunfit kẽm (MgSO4) làm cho việc tái sinh ZnO bất lợi về kinh tế nên phải thường xuyên tách chung ra và bổ sung ZnO.
5. Hấp thụ bằng chất hấp thụ trên cơ sở natri 
Ưu điểm của phương pháp :
Là ứng dụng chất hấp thụ hóa học không bay hơi có khả năng hấp thụ lớn.
Phương pháp có thể được ứng dụng để loại các SO2 ra khỏi khí với bất kì nồng độ nào .Có nhiều phương án khác nhau. Nếu dùng soda để hấp thụ ta thu được sunfit và bisunfit natri.

Na2CO3 + SO2 = Na2¬ SO3 + CO2

Na2¬ SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3

Khí tham gia phản ứng với sunfit và bisunfit làm tăng nồng độ bisunfit

SO2 + NaHCO3 + Na2SO3 + H2O 3NaHSO3

Dung dịch hình thành tác dụng với kẽm tạo thành sunfit kẽm

NaHCO3 + ZnO ZnSO3. + NaOH

6. Phương pháp amoniăc 
SO2 được hấp thụ bởi dung dịch amoniăc hoặc dung dịch sunfit – bisunfit amon.
Vì amoniăc và khí SO2 trong dung dịch nước có phản ứng với nhau và tạo ra muối trung gian amoni sunfit, sau đó muối amoni sunfit lại tác dụng tiếp với SO2 và H2O để tạo ra muối amoni bisunfit, theo các phản ứng sau:
NH4 + H2O + SO2 = (NH4)2 SO3
H2O + SO2 + (NH4)2 SO3 = 2NH4HSO3
2NH4HSO3 nung nóng (NH4)2 SO3 + H2O + SO2 Có thể : 2NH4HSO3 + (NH4)2 SO3 = 2(NH4)2 SO4 + S + H2O
(NH4)2 SO3 + S = (NH4)2 S 2O3
(NH4)2 S 2O3 + 2NH4HSO3 = 2(NH4)2 SO4 + 2S + H2O
Lưu huỳnh đơn chất lại tác dụng với sunfit. Cứ như vậy tốc độ phản ứng phân hủy dung dịch làm việc tăng dần và dung dịch làm việc sẽ hoàn toàn biến thành amoni sunfat và lưu huỳnh đơn chất.
Có các biện pháp xử lí khí theo amoniăc như sau:
• Hệ thống xử lí SO2 bằng amoniăc theo chu trình
• Xử lí SO2 bằng amoniăc có chưng áp
• Xử lí khí SO2 bằng amoniăc và vôi
* Ưu điểm của phương pháp amoniăc:
Hiệu quả cao, chất hấp thu dễ kiếm, thu được sản phẩm cần thiết ( sunfit và bisunfit amon).
7. Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ
Xử lí khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim màu. Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến là các amin thơm như anilin, toluđin, xyliđin, và đimety-anilin.
Quá trình xử lí theo phương pháp trên là:
• Quá trình sunfidin
Quá trình này được các hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhà máy luyện kim Hamburg để khử SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng. Nồng độ của khí trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5-8%, trung bình là 3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1.
• Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO.
Quá trình này được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim.
8. Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn
- Các quá trình xử lí khí SO2 bằng chất hấp thụ theo phương pháp ướt có nhược điểm là nhiệt độ của khí thải bị hạ thấp, độ ẩm lại tăng cao gây han rỉ thiết bị máy móc,hệ thống cồng. Để khắc phục yếu điểm trên và do nhu cầu hoàn nguyên vật liệu hấp phụ và làm sạch khí thải khỏi bụi của vâth liệu hấp phụ người ta đã kết hợp giữa quá trình khô và ướt ngày càng trở nên thiết thực.
• Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính
• Xử lí khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước- Quá trình LURGI
• Xử lí SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa
• Xử lí khí SO2 bằng mangan oxit (MnO)
• Xử lí SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền
Hai dạng thiết bị là thiết bị tạo bọt và thiết bị lọc ướt có vật liệu đệm lọc với vật liệu đệm sơ sợi hoặc vất liệu đệm là các vòng sứ được chọn vì các lí do:
- Lọc được các hạt bụi nhỏ.
- Hiệu suất cao.
- Chịu được nhiệt độ cao.
- Có khả năng làm nguội khói thải.
- Có khả năng hấp thụ các hơi khí độc hại.
- Dễ vận hành