Giới thiệu: Điều bắt buộc đối với không khí sạch

Hiện tượng mưa axit, từng là một thảm họa môi trường thảm khốc, đã được giảm thiểu đáng kể ở nhiều nơi trên thế giới. Thủ phạm chính đằng sau mưa axit là sự giải phóng các oxit lưu huỳnh (SOₓ), đặc biệt là sulfur dioxide (SO₂), từ các nguồn công nghiệp, đáng chú ý nhất là các nhà máy nhiệt điện nhiên liệu hóa thạch, lò luyện kim loại và nhà máy lọc dầu. Những khí thải này không chỉ axit hóa các vùng nước và rừng bị hư hại mà còn gây ra nguy cơ nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, gây ra bệnh hô hấp và các biến chứng khác. Sự kỳ diệu về công nghệ tại trung tâm của việc chống lại ô nhiễm này là Tháp khử lưu huỳnh, một thành phần quan trọng trong nỗ lực toàn cầu để đạt được không khí sạch hơn và thực hành công nghiệp bền vững hơn. Bài viết này nhằm mục đích giới thiệu toàn diện về các hệ thống này, đi sâu vào nguyên tắc, công nghệ, thành phần và ý nghĩa của chúng, tạo thành một nền tảng cho một cuộc thám hiểm năm nghìn từ chi tiết hơn.

1. Hiểu vấn đề cốt lõi: Sulfur dioxide (SO₂)

Trước khi kiểm tra giải pháp, người ta phải hiểu vấn đề. Khi nhiên liệu như than hoặc dầu có chứa các hợp chất lưu huỳnh được đốt cháy, lưu huỳnh phản ứng với oxy để tạo thành sulfur dioxide (SO₂). Được giải phóng vào khí quyển, vì vậy có thể trải qua các phản ứng tiếp theo để tạo thành sulfur trioxide (SO₃) và sau đó là axit sunfuric (H₂so₄), một thành phần chính của mưa axit. Các tác động môi trường và sức khỏe đòi hỏi các quy định nghiêm ngặt đối với khí thải trên toàn thế giới, thúc đẩy sự phát triển và áp dụng rộng rãi các hệ thống khử lưu huỳnh khí (FGD), với tháp khử lưu huỳnh là trung tâm của nó.

2. Nguyên tắc khử lưu huỳnh khí thải (FGD)

Tại cốt lõi của nó, FGD là một quá trình hóa học được thiết kế để loại bỏ do đó từ khí thải của các cơ sở công nghiệp. Quá trình thường liên quan đến việc đưa khí thải nóng, bẩn tiếp xúc với thuốc thử hóa học (một chất hấp thụ hoặc chất hấp thụ) trong môi trường được kiểm soát. Một phản ứng hóa học xảy ra trong đó SO₂ được hấp thụ và biến thành một hợp chất ổn định, dùng một lần hoặc thậm chí có thể tái sử dụng, do đó chà nó từ luồng khí. Khí được làm sạch hiện nay được giải phóng thông qua ngăn xếp, trong khi sản phẩm phụ được quản lý một cách thích hợp.

3. Các loại hệ thống FGD: ướt, khô và bán khô

Các hệ thống FGD được phân loại rộng rãi dựa trên trạng thái của thuốc thử được sử dụng và sản phẩm phụ kết quả.

  Hệ thống FGD ướt: Đây là công nghệ phổ biến và hiệu quả nhất, đặc biệt là đối với các nhà máy điện lớn có nhiên liệu lưu huỳnh cao. Trong một hệ thống ẩm ướt, khí thải được xử lý bằng bùn kiềm thường nhất là đá vôi (Caco₃) trộn với nước. Các phản ứng xảy ra trong một dung dịch nước, và sản phẩm phụ là một loại bùn ướt. Tháp khử lưu huỳnh trong bối cảnh này thường được gọi là máy lọc ướt. Hiệu quả loại bỏ cao của nó (thường hơn 95%) làm cho nó trở thành tiêu chuẩn công nghiệp khi cần có hiệu suất cao.
  Hệ thống FGD khô: Các hệ thống này sử dụng bột kiềm khô, chẳng hạn như vôi ngậm nước (CA (OH)), làm chất hấp thụ. Bột được tiêm vào luồng khí thải, nơi nó phản ứng với So₂. Các sản phẩm phụ khô, rắn kết quả được thu thập trong các thiết bị điều khiển hạt hạ lưu như nhà túi. Hệ thống khô có hiệu quả thấp hơn hệ thống ướt nhưng mang lại lợi thế của việc sử dụng nước thấp hơn và xử lý chất thải đơn giản hơn.
  Hệ thống FGD bán khô (máy sấy máy sấy phun): Công nghệ này đại diện cho một nền tảng trung gian. Một bùn kiềm được nguyên tử hóa tinh xảo thành một bình phản ứng nơi giới thiệu khí thải nóng. Nước trong bùn bay hơi nhanh chóng, làm mát khí và để lại một sản phẩm phụ của bột khô. Nó cung cấp hiệu quả tốt hơn so với tiêm khô và tránh được bùn ướt của một hệ thống ướt hoàn toàn.

4.

Một cái nhìn chi tiết về một máy lọc ướt cho thấy sự phức tạp của kỹ thuật liên quan. Tháp là một tàu khổng lồ, được xây dựng theo chiều dọc, thường được làm bằng hợp kim bê tông hoặc chất chống ăn mòn và được lót bằng các vật liệu đặc biệt để chịu được điều kiện mài mòn và axit.

Các thành phần nội bộ chính bao gồm:

  Ống dẫn khí: hướng dẫn khí thải nóng (thường sau khi đi qua bộ loại bỏ hạt giống như bộ lọc bụi tĩnh điện) vào đáy tháp.
  Vùng hấp thụ: Đây là trái tim của tòa tháp. Ở đây, luồng khí bị buộc phải trộn lẫn với bùn thuốc thử. Điều này đạt được thông qua:
      Tiêu đề phun: Nhiều cấp độ của vòi phun nước bùn vào khí tăng dần, tạo ra một đám mây giọt dày đặc để tiếp xúc tối đa.
      Các hệ thống khuấy trộn: Máy khuấy cơ học lớn giữ bể bùn ở dưới cùng của tòa tháp đồng nhất, ngăn chặn sự lắng đọng.
  Sisticinators: Nằm ở đầu tháp, đây là những thành phần quan trọng, thường là một loạt các lưỡi dao hình chevron, loại bỏ các giọt bùn bị cuốn vào từ khí được xào trước khi nó thoát ra. Điều này ngăn chặn sự chuyển đổi và thiệt hại tiềm tàng cho các thiết bị hạ nguồn.
  Bể tái chế và hệ thống oxy hóa: bùn, hiện có chứa SO được hấp thụ (tạo thành canxi sulfite, caso₃), thu thập ở dưới cùng của tòa tháp. Không khí bị buộc vào bể này để oxy hóa canxi sulfite vào canxi sulfate (Caso₄), đó là thạch cao. Thạch cao này có thể được khử nước và bán thương mại để sử dụng trong sản xuất bảng tường, tạo ra một nguồn doanh thu và giảm chất thải bãi rác.
  Đầu ra khí sạch: khí được xử lý, giảm đáng kể trong hàm lượng SO₂, thoát khỏi đỉnh của tháp và được hâm nóng (để ngăn chặn sự ngưng tụ và đảm bảo độ nổi) trước khi được giải phóng qua ngăn xếp.

5. Các phản ứng hóa học: Khoa học về việc chà

Quá trình trong một máy lọc ướt dựa trên đá vôi bao gồm một loạt các phản ứng chính:

1.
   `So₂ (g) + h₂o ⇌ h₂so₃ ⇌ h⁺ + hso₃⁻`
2. Sự hòa tan đá vôi: Đá vôi kiềm hòa tan để trung hòa các ion axit:
   `Caco₃ (s) + H⁺ ⇌ Ca²⁺ + HCO₃⁻`
3. Trung hòa và oxy hóa: Bisulfite được trung hòa và sau đó bị oxy hóa bởi không khí bắt buộc để tạo thành thạch cao:
   `Hso₃⁻ + ½ o₂ ⇌ So₄²⁻ + h⁺`
   `Ca công

6. Ý nghĩa và tác động môi trường

Việc triển khai các tháp khử lưu huỳnh đại diện cho một trong những câu chuyện kỹ thuật môi trường thành công nhất trong nửa thế kỷ qua. Tác động của chúng là sâu sắc:

  Giảm đáng kể mưa axit: Các khu vực đầu tư mạnh vào công nghệ FGD, như Bắc Mỹ và Châu Âu, đã chứng kiến ​​sự suy giảm đáng kể về tỷ lệ mắc mưa axit, dẫn đến sự phục hồi của hệ sinh thái và đời sống dưới nước.
  Cải thiện sức khỏe cộng đồng: Giảm mức độ xung quanh của SO₂ và các hạt quan trọng tương quan trực tiếp với tỷ lệ hen, viêm phế quản thấp hơn và các bệnh tim phổi khác.
  Phục hồi tài nguyên: Khả năng biến đổi một chất gây ô nhiễm có hại thành thạch cao thị trường minh họa các nguyên tắc của một nền kinh tế tuần hoàn, thêm một lợi ích kinh tế cho môi trường.
  Cho phép an ninh năng lượng: Đối với các quốc gia phụ thuộc vào than trong nước để phát điện, công nghệ FGD cho phép tiếp tục sử dụng tài nguyên này trong khi tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt, do đó cân bằng nhu cầu năng lượng với trách nhiệm sinh thái.

Kết luận: Một trụ cột của hệ sinh thái công nghiệp hiện đại

Tháp Desulfurization không chỉ là một thiết bị công nghiệp đơn giản; Đó là một biểu tượng của năng lực của nhân loại để giải quyết các hậu quả không lường trước của công nghiệp hóa thông qua sự đổi mới và sự xuất sắc về kỹ thuật. Từ thủy động lực học nội bộ phức tạp của nó đến các phản ứng hóa học chính xác mà nó tạo điều kiện, tòa tháp là một minh chứng cho cam kết của chúng tôi đối với quản lý môi trường. Mặc dù tương lai của năng lượng có thể chuyển sang các nguồn có thể tái tạo hơn, cơ sở hạ tầng rộng lớn hiện có của sản xuất năng lượng nhiên liệu hóa thạch, cùng với các ngành công nghiệp lớn khác, sẽ tiếp tục dựa vào các hệ thống tinh vi này để giảm thiểu dấu chân môi trường của họ trong nhiều năm tới. Một chuyên luận đầy đủ năm nghìn từ về chủ đề này sẽ mở rộng hơn nữa về các biến thể kỹ thuật, vật liệu tiên tiến, phân tích kinh tế, nghiên cứu trường hợp thực hiện và nghiên cứu liên tục về các phương pháp giảm ô nhiễm hiệu quả và hiệu quả hơn, củng cố sự hiểu biết về công nghệ quan trọng này.