Đồ án Nghiên cứu lựa chọn hệ xúc tác CuO-Cr2O3-γ-Al2O3 để xử lý hơi Chloro benzene trong khí thải công nghiệp

Từnhững năm 80 của thếkỷXX, con người đã bắt đầu thực sựlo ngại trước sự xuống cấp của môi trường không khí. Đặc trưng là sựnóng lên toàn cầu, thủng tầng Ôzôn và hàng loạt những biến đổi khí hậu kèm theo nhưelnino, lanina, tan băng ởhai cực Trái đất làm mực nước biển dâng lên Do vậy, có rất nhiều các biện pháp đã được đưa ra nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu khảnăng ô nhiễm không khí ngày càng rộng hơn. Chlorobenzene – một hợp chất hữu cơkhó phân hủy (POP) là một trong những hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Hàng năm, một lượng lớn các hóa chất này đã được sản xuất đểphục vụnhu cầu của con người. Tuy nhiên trong một vài thập kỷgần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của chúng lên sức khỏe con người như: Nguyên nhân gây ra ung thư, các bệnh ngoài da, bệnh hô hấp, bệnh tiêu hóa và ảnh hưởng hệthần kinh trung ương. Hơn nữa các nhà nghiên cứu cũng chỉra rằng các hợp chất này rất khó phân hủy trong môi trường tựnhiên, không bịphân hủy ởnhiệt độcao và khó tương tác hóa học với các chất khác. Chúng phát tán gây ô nhiễm môi trường, xâm nhập vào chuỗi thức ăn, tích lũy qua các bậc dinh dưỡng đi vào cơthểngười. Có thểdẫn chứng một sốtại nạn như: vụgây rò rỉChlorobenzene làm nhiều người chết tại Nhật Bản vào năm 1968 khi ăn dầu cám có chứa Chlorobenzene, hay vụô nhiễm trên 100km đường giao thông do 400 lít dung dịch Chlorobenzene có trong dầu biến thếbịrò rỉtại miền Bắc Canada năm 1985 đã gây nhiều thiệt hại to lớn

pdf72 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 07/06/2013 | Lượt xem: 1561 | Lượt tải: 10download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Nghiên cứu lựa chọn hệ xúc tác CuO-Cr2O3-γ-Al2O3 để xử lý hơi Chloro benzene trong khí thải công nghiệp, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 1 MỞ ĐẦU Từ những năm 80 của thế kỷ XX, con người đã bắt đầu thực sự lo ngại trước sự xuống cấp của môi trường không khí. Đặc trưng là sự nóng lên toàn cầu, thủng tầng Ôzôn và hàng loạt những biến đổi khí hậu kèm theo như elnino, lanina, tan băng ở hai cực Trái đất làm mực nước biển dâng lên… Do vậy, có rất nhiều các biện pháp đã được đưa ra nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu khả năng ô nhiễm không khí ngày càng rộng hơn. Chlorobenzene – một hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) là một trong những hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Hàng năm, một lượng lớn các hóa chất này đã được sản xuất để phục vụ nhu cầu của con người. Tuy nhiên trong một vài thập kỷ gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của chúng lên sức khỏe con người như: Nguyên nhân gây ra ung thư, các bệnh ngoài da, bệnh hô hấp, bệnh tiêu hóa và ảnh hưởng hệ thần kinh trung ương. Hơn nữa các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các hợp chất này rất khó phân hủy trong môi trường tự nhiên, không bị phân hủy ở nhiệt độ cao và khó tương tác hóa học với các chất khác. Chúng phát tán gây ô nhiễm môi trường, xâm nhập vào chuỗi thức ăn, tích lũy qua các bậc dinh dưỡng đi vào cơ thể người. Có thể dẫn chứng một số tại nạn như: vụ gây rò rỉ Chlorobenzene làm nhiều người chết tại Nhật Bản vào năm 1968 khi ăn dầu cám có chứa Chlorobenzene, hay vụ ô nhiễm trên 100km đường giao thông do 400 lít dung dịch Chlorobenzene có trong dầu biến thế bị rò rỉ tại miền Bắc Canada năm 1985 đã gây nhiều thiệt hại to lớn… Cùng với các loại khí thải gây ô nhiễm sơ cấp trực tiếp như bụi, khí CO2, SO2, NOx và các hydrocacbon, việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp hữu hiệu nhằm xử lý, giảm thiểu tối đa nồng độ các chất ô nhiễm đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Trong số đó, việc dùng các chất xúc tác làm tác nhân trung gian để chuyển hóa các chất ô nhiễm đã được đánh giá rất cao, có tính khả thi, tính kinh tế và phù hợp với điều kiện công nghệ hiện nay. Đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn hệ xúc tác CuO-Cr2O3/γ-Al2O3 để xử lý hơi Chloro benzene trong khí thải công nghiệp” được thực hiện nhằm nghiên cứu và đánh giá khả năng chuyển hóa của Chlorobenzene trong quá trình xúc tác oxy hóa các nguồn khí thải nhiễm Chlorobenzene trên xúc tác là các oxyt kim loại Cu, Crôm và các oxyt kim loại trên chất mang γ-Al2O3. Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tình hình ô nhiễm không khí Nguyên nhân và nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu bắt nguồn từ các nhà máy, khu công nghiệp hay khu vực sản xuất. Trong số đó, đáng kể nhất phải kể đến là các nhà máy sản xuất xi măng, nhiệt điện, cơ sở sản xuất hóa chất công nghiệp, sản xuất vật liệu xây dựng, các hoạt động lò đốt các chất thải. Các hoạt động của phương tiện giao thông vận tải cũng góp phần không nhỏ trong việc phát thải ra lượng lớn các khí ô nhiễm như CO, CO2, NOx, VOCs… Theo thống kê của tổ chức sức khỏe thế giới (WHO), mỗi năm khí quyển nhận một lượng khí thải gồm khoảng 250 triệu tấn bụi, 200 triệu tấn CO, 150 triệu tấn SOx, 50 triệu tấn NOx, hơn 50 triệu tấn hydrocacbon và 20 tỉ tấn CO2. [1]. Ở nước ta hiện nay nhiều khu công nghiệp mới được hình thành, các phương tiện giao thông tăng lên nhanh chóng đã làm cho môi trường ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng hơn. Riêng ở TP. Hồ Chí Minh có khoảng 700 nhà máy, 30.000 cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp và hàng trăm cơ sở đầu tư nước ngoài. Đa số các cơ sở đều chưa có hệ thống xử lý khí thải hoàn chỉnh. Theo thống kê chưa đầy đủ thì lượng khí ô nhiễm thải ra hàng năm là khoảng 1017 tấn bụi, 10580 tấn SO2, 390 tấn SO3, 194600 tấn CO2, 260 tấn CO, 7554 tấn NO2, 137 tấn hydrocacbon và 78 tấn andehit [2]. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên môi trường, tại các tỉnh thành trong cả nước đều tồn lưu một khối lượng lớn các loại hợp chất hữu cơ bền, khó phân hủy (POPs - Persitant Organic Pollutants) cần phải xả lý, chúng thường có mặt nhiều ở dạng dầu thải trong các thiết bị điện gia đình, thiết bị ngành điện công nghiệp như máy biến thế, tụ điện, đèn huỳnh quang,... POPs cũng được sinh ra từ các chất làm mát trong truyền nhiệt, dung môi chế tạo mực in, sản xuất sơn, giấy,... Chlorobenzene cũng có mặt trong bảng danh sách 12 loại độc chất nguy hiểm cùng với DDT, Dioxin, dầu biến thế chứa Polychlorinated Biphenyl (PCB) và các chất tương tự PCB cần được xử lý triệt để. Năm 2004, Cục Bảo vệ môi trường đã tiến hành khảo sát tại 31 tỉnh thành trong cả nước, đã phát hiện khoảng 8.000 tấn dầu thải các loại có chứa chất PCB và những hợp chất tương tự PCB ở rải rác khắp nơi. Các loại chất thải hữu cơ khó phân hủy điển hình gồm các nhóm như: thuốc trừ sâu, các hợp chất hydrocacbon chloro hóa; Chlorophenol; Chloroaniline; Nitrobenzene; Hydrocacbon aromatic đa vòng; các loại dung môi…là chất thải của các ngành công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp chế biến dầu khí; công nghiệp tổng hợp các chất hữu cơ, dược phẩm; công nghiệp sản xuất và gia công hóa chất bảo vệ thực vật; công nghiệp giấy; công nghiệp sản xuất phân bón Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 3 hóa học; công nghiệp sản xuất và gia công các chất tẩy rửa và mỹ phẩm. Tuy nhiên, đây chưa phải là những số liệu gần với con số thực hiện có trên địa bàn cả nước ta hiện nay. 1.2. Chlorobenzene Chlorobenzene là một hợp chất hữu cơ vòng thơm với công thức hóa học là C6H5Cl. Đây là chất lỏng không màu, dễ bắt lửa và được tổng hợp lần đầu tiên năm 1851 bằng cách cho phenol tác dụng với PCl5. Chlorobenzene là một nguyên liệu dùng trong công nghiệp hóa chất, với nhiều ưu điểm: không dễ phản ứng hóa học với các chất khác, dễ bay hơi, dễ bắt lửa, cách điện tốt, khó phân hủy ở nhiệt độ cao, ít tan trong nước, chỉ tan trong dầu và dễ kết hợp với chất dẻo hóa học thành hợp chất nilon bền. Một số tính chất hóa lý của Chlorobenzene được trình bày trong bảng 1.1 Bảng 1.1: Tính chất vật lý của Chlorobenzene[12] Thông số Giá trị đo Khối lượng phân tử 112,56 Nhiệt độ sôi 131,69oC Nhiệt độ hóa rắn -45,58oC Chỉ số khúc xạ 1,5248 tại 20oC Tỷ trọng 1,1058g/ml ( 9,228 lb/gal) tại 20oC Hằng số điện môi 5,62 tại 20oC Nhóm dung môi 7 Chỉ số phân cực 2,7 Độ nhớt 0,8 cP tại 20oC Sức căng bề mặt 33,28 dyn/cm tại 20oC Độ hòa tan trong nước 0,05% tại 20oC Độ hòa tan của nước trong clobenzen 0,04% tại 20oC Áp suất hơi bão hòa 11,7 mmHg tại 20oC Ngưỡng tạo mùi 0,05mg/l (nước) và 1 – 8mg/m3 Đơn vị quy đổi 1ppm = 4,7mg/m3 hoặc 1mg/m3 = 0,22ppm Độ hòa tan trong nước 466,3mg/l Khả năng phản ứng Dễ cháy, dễ bắt lửa Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 4 Chlorobenzene được sử dụng làm chất trung gian sản xuất các sản phẩm hóa chất khác như Othor và para-nitrochlorobenzenes, những hóa chất này được sử dụng làm chất trung gian trong công nghiệp sản xuất cao su, thuốc bảo vệ thực vật (như DDT, anilin), thuốc nhuộm và chất màu. Chlorobenzene còn được sử dụng làm dung môi trong sản xuất các chất bám dính, sơn, những chất tạo bề mặt bóng, sáp, dược phẩm và cao su tự nhiên. Ngoài ra Chlorobenzene còn được dùng như một chất phụ gia trong chế biến gia công sợi hoặc làm chất tẩy rửa các chất như nhựa đường, hắc ín. Chlorobenzene cũng được dùng làm chất tạo bề mặt, làm sạch bề mặt hoặc làm một chất truyền nhiệt hoặc cách điện. Trong khuôn khổ của đồ án tốt nghiệp, nghiên cứu sẽ chỉ tập trung khả năng xử lý Chlorobenzene có trong hơi khí thải trên các xúc tác là oxyt kim loại. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng cho các hợp chất POP khác, đặc biệt là các loại dung môi hữu cơ có đặc điểm gần giống với Chlorobenzene. 1.2.1. Sự lan truyền của Chlorobenzene Cho đến nay, chưa có thông tin nào chứng tỏ rằng Chlorobenzene xuất hiện một cách tự nhiên. Chlorobenzene được thải ra môi trường không khí từ các nhà máy sản xuất hóa chất, từ các ngành khác nhau và qua tính chất bay hơi của dung môi trong các chất thải công nghiệp. Tại Mỹ nồng độ cho phép Chlorobenzene trong không khí đối với khu vực nông thôn là 0,01ppb, còn với thành phố là 0,8ppb và lớn nhất là 12ppb (Howard 1989). Nồng độ Chlorobenzene trong không khí cho phép tại một số Bang khác nhau của Mỹ có thể ≤5,6ppb [12]. Năm 1992, Tổ chức TRI (Toxic Release Inventory) báo cáo rằng lượng Chlorobenzene thải ra từ các ngành công nghiệp của Mỹ là 2,3 triệu pound, trong đó 2,2 triệu pound vào không khí, 72 nghìn pound vào đất và nước ngầm, 21 nghìn pound trên nước mặt và 817 pound vào đất. Nếu Chlorobenzene được thải vào đất ẩm, thì khoảng 50% Chlorobenzene sẽ bay hơi vào không khí. Nếu thải vào đất cát, Chlorobenzene sẽ di chuyển và lọc qua cát và thấm vào trong nước ngầm. Một số thí nghiệm khảo sát cho thấy, nếu cho dung dịch chứa Chlorobenzene có nồng độ 1,04mg/l được thấm qua một cột đất cát có chiều cao 140cm kết quả là: có 27% lượng Chlorobenzene bay hơi, 23 ÷ 33% thấm ở trong cột đất, 40 ÷ 50% bị chuyển hóa hay không xác định được. Còn tại nồng độ 0,18mg/l thì có đến 54% lượng Chlorobenzene bay hơi, 26 ÷ 30% thấm lại trong cột, 12 ÷ 20% bị chuyển hóa hay không xác định được. Sự phân hủy của Chlorobenzene diễn ra rất chậm hoặc là không phân hủy.[12] Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 5 1.2.2. Tính bền vững của Chlorobenzene a. Trong môi trường không khí: Theo tài liệu [12], chu kỳ bán hủy của Chlorobenzene trong không khí là 9 ngày. Sự chuyển hóa chủ yếu của Chlorobenzene trong không khí là nhờ phản ứng quang hóa tạo ra gốc hydroxyl. Khi đó Chlorobenzene hấp thụ ánh sáng có bước sóng khoảng 290 – 310nm, tạo ra phản ứng quang hóa nhưng rất chậm, cơ chế phân hủy dẫn đến sự tạo ra monochlorobiphenyl. b. Trong môi trường nước: Chlorobenzene lưu trong nước sông từ 1 – 12h tùy thuộc dòng chảy. Trong lớp trầm tích cửa sông thì Chlorobenzene có chu ký bán hủy khoảng 75 ngày. Sự phân hủy xảy ra khi có mặt của các vi khuẩn ưa ấm, quá trình phân hủy trong môi trường nước ngọt nhanh hơn nước lợ và nước biển. Chu kỳ bán hủy với tác nhân vi khuẩn của benzen là 150 ngày trong nước sông và 75 ngày trong lớp bùn trầm tích. Đối với môi trường nước, phản ứng quang hóa không phải là phương pháp quan trọng trong việc loại bỏ Chlorobenzene (với chu kỳ bán hủy là 170 năm tại nhiệt độ 40oC) [12] c. Đất: Bay hơi là phương pháp duy nhất để tách Chlorobenzene ra khỏi đất. Chlorobenzene xâm nhập vào đất với nồng độ 1kg/ha ở độ sâu 1cm – 10cm. Chu kỳ bay hơi được đánh giá từ 0,3 – 12,6 ngày. Ngoài ra Chlorobenzene còn bị hấp thụ bởi các chất hữu cơ trong đất. Nếu thời gian ô nhiễm kéo dài, Chlorobenzene có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật. Sự thích nghi với môi trường của các vi sinh vật rất quan trọng trong việc phân hủy Chlorobenzene. Sản phẩm của quá trình phân hủy bởi vi sinh vật chủ yếu là 2-Clophenol và 4- Clophenol [12] 1.3. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm hơi Chlorobenzene 1.3.1. Hấp thụ Chlorobenzene Một số công trình nghiên cứu cho rằng: Chlorobenzene thông qua đường ăn uống, hấp thụ vào cơ thể người và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Cục Môi trường Mỹ (US - EPA) cũng đã đưa ra chỉ số lượng chất ô nhiễm cực đại cho Chlorobenzene là 0,1ppm đối với nước uống và đối với ô nhiễm trong giới hạn ngắn không vượt quá 2ppm. US - EPA cũng khuyến cáo đối với hợp chất benzene chlorinated (một nhóm hóa chất bao gồm cả Chlorobenzene) trong các hồ và các sông suối giới hạn ở 0,488 pmm để ngăn ngừa những ảnh hướng đối với sức khỏe từ nước uống hay ăn các loại thủy sản bị nhiễm các loại hóa chất này.[12] Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 6 1.3.2. Ảnh hưởng cấp tính Chlorobenzene có thể gây kích thích ở mắt và da (nồng độ cao có thể gây bỏng rát) và tác động lên cơ quan hô hấp của người và động vật. Người làm việc lâu hoặc thường xuyên tiếp xúc với môi trường có chứa Chlorobenzene ở nồng độ cao sẽ bị đau đầu, buồn nôn, buồn ngủ, tê liệt và có thể bị nôn mửa. Theo một số công trình nghiên cứu trên động vật cho thấy giá trị LD50 đối với chuột là 400 – 1600mg/kg, với thỏ là 2830mg/kg. Giá trị LC50 đối với chuột là 12.000ppm (30’) và ở mèo là 8000ppm (30’). Dấu hiệu nhiễm độc qua da ở chuột cũng không cụ thể.[12] 1.3.3. Ảnh hưởng lâu dài Theo công bố của EPA, lượng Chlorobenzene xâm nhập qua đường miệng hay hệ hô hấp tạo ảnh hưởng mạnh tới trọng lượng cơ thể, gan, cật, tủy sống và hệ thần kinh. Tuy Chlorobenzene không được xếp vào nhóm gây ung thư cho con người, nhưng Chlorobenzene lại gây nên những ảnh hưởng lâu dài tới sức khỏe con người một các nghiêm trọng như căn bệnh “dầu cám”. 1.4. Các phương pháp xử lý khí bị ô nhiễm Từ lâu hơi khí thải công nghiệp đã được quan tâm, xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy theo tính chất và tải lượng các chất ô nhiễm có. Có thể chia ra làm hai phương pháp chính là phương pháp khô và phương pháp ướt. Để xử lý các chất ô nhiễm chủ yếu là NOx, CO, CO2, SOx, H2S, NH3... và một số hơi các chất hữu cơ. Phương pháp khô - Hấp phụ - Oxi hóa bằng bức xạ - Oxi hóa bằng xúc tác - Oxi hóa nhiệt - Khử xúc tác có chọn lọc (SCR) - Khử xúc tác không chọn lọc (SNCR) Phương pháp ướt - Hấp thụ ( oxi hóa, phức chất hay EDTA) - Hấp thụ khử NOx Hiện nay, các phương pháp này được sử dụng khá phổ biến trong các nhà máy và khu công nghiệp với hiệu xuất xử lý đạt khá cao. 1.4.1. Phương pháp hấp thụ Hấp thụ là một phương pháp khá phổ biến dùng trong xử lý khí bị ô nhiễm, dựa trên nguyên tắc hòa tan chất gây ô nhiễm vào pha lỏng. Các dung dịch hấp thụ có thể là nước, dung dịch kiềm, dung dịch axit và các dung môi hữu cơ vv… Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 7 Cơ chế của quá trình được chia thành 3 bước: - Khuếch tán các phần tử ô nhiễm trong pha khí lên bề mặt chất lỏng trong pha lỏng. - Hòa tan các chất khí vào trong chất hấp thụ trong pha lỏng. - Khuếch tán các chất khí từ mặt phân cách vào sâu trong pha lỏng. Dung dịch hấp thụ sau một thời gian làm việc sẽ được hoàn nguyên. Với hấp thụ vật lý, có thể hoàn nguyên nhờ sự giảm áp, khí trơ hoặc chưng cất. Với hấp thụ hóa học, quá trình hoàn nguyên có thể nhờ chưng cất, nhiệt độ cao. Phương pháp hấp thụ có ưu điểm là hiệu suất xử lý cao, đặc biệt với các chất gây ô nhiễm có độ hòa tan tốt. Thích hợp với công trình xử lý ô nhiễm qui mô lớn. Tuy nhiên, Phương pháp này có nhược điểm là phát sinh nước thải thứ cấp nếu không hoàn nguyên. Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, chi phí đầu tư và vận hành lớn. Đối với các chất gây ô nhiễm có độ hòa tan kém thì hiệu quả thấp. Đối với các chất POPs, VOCs và một số dung môi hữu cơ có độ hòa tan trong dung dịch hấp thụ kém, nên hiệu quả xử lý không cao. 1.4.2. Phương pháp hấp phụ Hấp phụ là quá trình phân ly các chất ô nhiễm trong pha khí dựa trên ái lực của các chất rắn đối với một số loại khí. Trong quá trình xử lý, các khí ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt của các chất hấp phụ ở dạng rắn. Quá trình xử lý bằng phương pháp được chia thành hai dạng: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Vật liệu hấp phụ là những loại chất, hợp chất có độ xốp lớn, bề mặt riêng lớn, bền hóa học. Các chất hấp phụ thường được sử dụng là: than hoạt tính, zeolit, modenite. Thông thường quá trình xử lý thường kết hợp quá trình hấp phụ lên bề mặt và phản ứng chuyển hóa của chất bị hấp phụ với chất được mang trên chất hấp phụ (xúc tác). Vật liệu hấp phụ có thể được hoàn nguyên bởi nhiệt độ, giảm áp suất hay dùng khí trơ hoặc các hóa chất. Ưu điểm của phương pháp hấp phụ là có thể sử dụng khi hàm lượng chất ô nhiễm thấp, quá trình vận hành có thể tự động hóa, có thể thu hồi chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên, với hàm lượng chất ô nhiễm cao thì hấp phụ lại không có hiệu quả cao do nhanh chóng đạt sự cân bằng. Quá trình vận hành thiết bị cần đảm bảo tránh tắc thiết bị, nhiệt độ khí trước khi vào xử lý cần thấp và thiết bị cồng kềnh. Chi phí đầu tư lớn. Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 8 Đối với các hơi dung môi hữu cơ có lẫn trong khí thải ở hàm lượng nhỏ thì phương pháp này đạt hiệu quả cao trong việc tách chúng ra khỏi khí thải. Tuy nhiên lại tạo ra các chất thải rắn có chứa các dung môi hữu cơ mà quá trình hoàn nguyên lại cần qua một bước xử lý nữa để loại bỏ hoàn toàn khả năng gây ô nhiễm của các chất này. KhÝ « nhiÔm N uí c vµ o N uí c ra Qu¹t hótTB Läc bôi TB hÊp phô TB ngung tô C hÊ t « n hi Ôm n gu ng tô KhÝ s¹ch H¬i nuíc (t>120oC) S¬ ®å hÖ thèng thiÕt bÞ hÊp phô chøa than ho¹t tÝnh TB hÊp phô KhÝ s¹ch Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ 1.4.3. Phuơng pháp oxy hóa nhiệt Chủ yếu sử dụng các giải pháp đốt chất thải rắn hay lỏng sử dụng các chất đốt là than hoặc dầu (sau này là lò điện). Các chất thải ở điều kiện nhiệt độ cao sẽ bị oxi hóa nhờ oxi không khí và chuyển hóa thành các khí như SOx, NOx, COx, … và tro xỉ. Nếu quá trình đốt với nhiệt độ cao (>1200oC) các chất hữu cơ sẽ cháy hoàn toàn: CxHyOxNtSz + O2 = CO2 + H2O + NOx + SOx + Q Tuy nhiên đối POPs hay VOCs thì quá trình cháy trong lò đốt thường không đạt được nhiệt độ phân hủy này hoặc nếu đạt được nhiệt độ này thì chi phí nhiên liệu và vật liệu chế tạo có lò đốt nhiệt độ cao là rất lớn. Hơn nữa, quá trình thiêu đốt gây các ô nhiễm thứ cấp nguy hiểm hơn do sự tái trùng hợp của các sản phẩm cháy khi hạ thấp nhiệt độ của khí thải trong vùng nhiệt độ 600 ÷ 7000C với sự tạo thành các hợp chất như Dioxin, furan vv… 1.4.4. Phương pháp xúc tác oxy hóa Các chất gây ô nhiễm ở điều kiện nhiệt độ trong vùng 200 ÷ 6000C với sự có mặt của các chất xúc tác và oxi không khí sẽ chuyển hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 9 N2 và các muối nóng chảy trong tro xỉ. Nếu quá trình đốt tiến hành trên các lò đốt hai cấp các chất hữu cơ sẽ cháy hoàn toàn: CxHyOxNtSz + O2 Æ CO2 + H2O + Tro xỉ + Q Trong thực tế, Xúc tác đóng vai trò là một chất làm tăng tốc độ phản ứng và làm giảm nhiệt độ (năng lượng hoạt hóa) cho phản ứng cháy. Hơn nữa, quá trình thiêu đốt tránh được sự tái trùng hợp của các sản phẩm cháy khi hạ thấp nhiệt độ của khí thải trong vùng nhiệt độ 600 ÷ 7000C và do đó tránh được sự hình thành các hợp chất như Dioxin, furan trong các sản phẩm khí đốt thải vào môi trường. Giảm được đáng kể chi phí nhiên liệu và vật liệu chế tạo lò đốt, giá thành cho xử lý các chất POPs hạ. 1.5. Xúc tác Xúc tác là chất khi thêm vào hỗn hợp phản ứng một lượng nhỏ cũng có thể đẩy tốc độ phản ứng lên nhiều lần (hàng trăm, hàng nghìn có khi hàng triệu lần…). Chất xúc tác khi tham gia tạo thành hợp chất trung gian với các chất phản ứng, sau khi kết thúc phản ứng sẽ hoàn nguyên lại xúc tác. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng để phản ứng nhanh đạt cân bằng chứ không làm chuyển dịch cân bằng. Ngoài tính năng làm tăng tốc độ phản ứng, xúc tác còn có tính chọn lọc cao (sảm phẩm chính). Xúc tác được chia thành hai loại: Xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể. - Xúc tác đồng thể là xúc tác mà chất xúc tác và chất phản ứng ở cùng một pha. - Xúc tác dị thể là chất xúc tác và chất tham gia phản ứng ở hai pha khác nhau. Hiện nay, xúc tác dị thể có nhiều ưu điểm hơn như: công nghệ có thể tiến hành liên tục; có thể tự động hóa công nghệ; tách chất xúc tác và sản phẩm dễ dàng và quan trọng là năng lượng hoạt hóa nhỏ hơn. Phản ứng xúc tác dị thể được tiến hành trên bề mặt tiếp xúc giữa các pha nên khá phức tạp và được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau. Tùy thuộc vào các quan điểm, có thể chia các phản ứng thành 3 giai đoạn, 5 giai đoạn hoặc 7 giai đoạn sau: a. Phân chia thành 3 giai đoạn: + Giai đoạn I: Khuếch tán chất phản ứng lên bề mặt xúc tác; + Giai đoạn II: Phản ứng trên bề mặt xúc tác (AÆB); + Giai đoạn III: Khuếch tán sản phẩm B ra môi trường phản ứng. [O] Catalyst Đồ án tốt nghiệp Lª Minh Ph−¬ng – CNMT K47 10 A B I II III A-chÊt ph¶n øng B-s¶n phÈm BÒ mÆt xóc
Luận văn liên quan