Công nghệ xử lý khí thải Hydro sunfua (H2S) như thế nào?

Khí thải Hydro sunfua H₂S là vấn đề đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu, xử lý và tài liệu. Khí H₂S là khí độc hại, không màu sắc nhưng có mùi khó chịu (mùi trứng thối) được đưa vào khí quyển với những lượng rất lớn có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo. Vấn đề khí thải H₂S thực sự trở thành vấn đề mang tính cấp bách và cần có những giải pháp hiệu quả nhằm kiểm soát và xử lý khí thải Hydro sunfua H₂S triệt để tránh gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và ô nhiễm môi trường.

Vấn đề phát thải khí H₂S là một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện nay không chỉ ở Việt Nam mà ở nhiều quốc gia trên thế giới. Để hiểu rõ hơn về khí H₂S, cũng như là các công nghệ xử lý khí thải Hydro sunfua (H₂S) thì dưới đây chúng tôi sẽ chia sẻ cho các bạn về cách xử lý khí thải Hydro sunfua (H₂S) nhé!

Xử lý khí thải H₂S bằng phương pháp hấp thụ

1. Xử lý khí thải Hydro sunfua bằng Natri cacbonat

– Xử lý khí thải Hydro sunfua (H₂S) bằng Natri cacbonat (Na₂CO₃)

• Quá trình xử lý khí thải H₂S bằng Na₂CO₃ dựa trên cơ sở các phản ứng sau:

Có thể bạn quan tâm:

• Tính chất của H2S: tính chất vật lý và tính chất hóa học
• Giới thiệu phương pháp điều chế H2S trong phòng thí nghiệm
• Tổng hợp những ứng dụng của H2S có thể bạn không biết

H₂S + Na₂CO₃ = NaHS + NaHCO₃

• Phản ứng thu hồi lưu huỳnh có sự tham gia của Natri vanadat NaVO₃:

2NaHS + H₂S + 4NaVO₃ + ¹/₂O₂ = Na₂V₄O₉ + 4NaOH + 3S

• Để hoàn nguyên vanadat người ta dùng chất xúc tác ADA (natri-amoni vanadat và disunfonat):

Na₂V₄O₉ + 2NaOH + ¹/₂O₂ + 2ADA = 4NaVO₃ + 2ADA

• Dễ dàng tuần hoàn và thu hồi hóa chất cho quá trình phản ứng => ít tốn hóa chất.

2. Xử lý khí thải Hydro sunfua bằng Kali photphat (K₃PO₄)

• Người ta có thể thay thế Na₂CO₃ bằng K₃PO₄
• Phản ứng khử H₂S xảy ra như sau:

K₂PO₄ + H₂S = K₂HPO₄ + KHS

– Ưu điểm:

• Có tính bền vững
• Dừng hơi nước để làm bay hơi và thu hồi H2S
• Phản ứng của nó với H₂S mang tính chất chọn lựa khi có mặt của khí SO₂ trong khí thải

• Ngoài ra, có thể dùng amoni cacbonat và kali cacbonat làm dung dịch hấp thụ đối với H₂S:

(NH₄)₂CO₃ + H₂S = (NH₄)₂S + H₂O + CO₂

• Dung dịch (NH₄)₂S sau hấp thu được phân giải thành NH₃ và H₂S

(NH₄)₂S = NH₃ và H₂S

3. Xử lý khí thải Hydro sunfua (H₂S) bằng xút (NaOH)

• Khí H₂S kết hợp với NaOH theo các phản ứng sau đây:

H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O

Na₂S + H₂S = 2NaHS

Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH

• Song song với các phản ứng trên, xút còn có tác dụng với cacbonic:

CO₂ + NaOH = NaHCO₃

NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

• Ngoài phản ứng khử H₂S, trong dung dịch còn xảy ra quá trình oxy hóa natri sunfua Na₂S thu được từ phản ứng ở trên (natri hydrosunfua và hyposunfit)

Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH

2NaHS + 2O₂ = Na₂S₂O₃ + H₂O

• Các phản ứng phụ trên là có lợi vì chúng góp phần làm giảm nhẹ khu xử lý dung dịch đã dùng xong trước khi thải ra hệ thống thoát nước.
• Ngoài dung dịch xút ra, chúng ta còn có thể dùng sữa vôi để thay thế. Lúc đó kết quả thu được của quá trình khử H₂S, một cách tương tự như trường hợp dùng xút, là chất cặn nhão có chứa canxi sunfua (CaS) mà chất này cũng cần được xử lý trước khi thải ra ngoài.
• Dung dịch xút 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, CaCl₂ và các Ca(OH)₂ để oxy hóa các liên kết sunfit. Lượng vôi clorua dùng vào mục đích này là 6,3 kg quy về cho 1kg lưu huỳnh (với nồng độ clo trong vôi là 35%).
• Xử lý khí thải Hydro sunfua trong scrubo 1 với lớp đệm là khâu sứ Raschig. Hệ thống được thiết kế với một lượng dung dịch đã sử dụng được thải liên tục ra ngoài sau khi đã xử lý bằng vôi clorua. Nồng độ chất kiềm trong dung dịch hấp thụ đi vào scrubo được khống chế ở mức 7g/l.
• Vận tốc trong scrubo – 0,6 m/s. Lượng NaOH hoặc CaO tiêu hao quy về cho 1kg lưu huỳnh là 8kg. Phương pháp này đảm bảo khử được 100% H₂S trong khí thải. Hệ thống xử lý khí thải Hydro sunfua không đòi hỏi chế tạo bằng vật liệu chống axit.

4. Xử lý khí thải Hydro sunfua bằng amoniac

Dùng amoniac để khử H₂S trong khí thải là quá trình khá đơn giản và được áp dụng rộng rãi. Trong tháp hấp thụ, H₂S trong khí thải tiếp xúc với dung dịch amoniac và chúng kết hợp với nhau theo phản ứng:

2NH₃ + H₂S = (NH₄)₂S

Ở nhiệt độ và áp suất thích hợp amoniac sunfua (NH₄)₂S phân giải thành NH₃ và H₂S. Amoniac quay lại chu trình làm việc, còn H₂S được đưa sang công đoạn điều chế axit hoặc lưu huỳnh đơn chất.

5. Xử lý khí thải H2S bằng dung dịch natri thioasenat

Phản ứng hấp thụ khí H₂S bằng dung dịch natri thioasenat xảy ra như sau:

H₂S + Na₂As₂S₅O₂ = Na₄As₂S₆O + H₂O

Tiếp theo, natri thioasenat được hoàn nguyên theo phản ứng sau:

2Na₄As₂S₆O + O₂ = 2NaAs₂S₅O₂ + 2S

Hai phản ứng nêu trên xảy ra rất nhanh và là các phản ứng chủ yếu trong hầu hết các điều kiện vận hành.

Trường hợp khi nồng độ ban đầu của H₂S trong khí thải rất cao hoặc khi thời gian tiếp xúc giữa khí H₂S và dung dịch hấp thụ kéo dài thì các phản ứng phụ, chậm hơn sau đây có thể xảy ra:

• Hấp thụ:

Na₄As₂S₆O + H₂S = Na₄As₂S₇ + H₂O

• Hoàn nguyên:

2Na₄As₂S₇ + O₂ = 2Na₄As₂S₆O + 2S

Dung dịch hấp thụ natri thioasenat được chuẩn bị bằng cách hòa tan As₂O₃ và natri cacbonat (Na₂CO₃) trong nước với tỷ lệ: 1 mol As₂O₃; 2 mol Na₂CO₃. Trong dung dịch có: natri cacbonat và bicacbonat, natri asenit và axit asenic; các chất trên sẽ phản ứng xen kẽ với H₂S và oxy để tạo thành natri thioasenat Na₄As₂S₅O₂.

Dung dịch bão hòa chảy ra từ đáy tháp hấp thụ 1 được bơm qua thiết bị cấp nhiệt 3 để hâm nóng đến nhiệt độ ≈ 45^oC rồi đi vào tháp oxy hóa 4, trong đó dung dịch và không khí chuyể động cùng chiều từ dưới lên trên.

Không khí không những làm cho lưu huỳnh tách ra khỏi dung dịch mà còn có tác dụng như chất tạo bọt và lưu huỳnh dạng bọt sẽ nổi lên trên bề mặt của dạng dung dịch trong tháp oxy hóa rồi tràn qua vách ngăn trong thùng phân ly 5 để chảy vào thùng lắng 6. Dung dịch đã được hoàn nguyên từ thùng phân ly 5 tự chảy vào đỉnh tháp hấp thụ để tới cho lớp đệm rỗng trong tháp.

Hiệu quả xử lý khí thải Hydro sunfua của hệ thống có thể 80÷95%.

Xử lý khí thải (H₂S) bằng phương pháp hấp phụ

1. Xử lý khí thải Hydro sunfua bằng chất hấp phụ Oxit sắt Fe₂O₃

Đây là phương pháp cổ điển nhất được dựa trên cơ sở các phản ứng sau:

Fe₂O₃ + 3H₂S = Fe₂S₃ + 3H₂O

2Fe₂S₃ + 3O₂ = 2Fe₂O₃ + 6S

Sau khi bão hòa H₂S, Oxit sắt được hoàn nguyên bằng không khí (cấp oxy) để thu lưu huỳnh. Tốc độ phản ứng hấp phụ H₂S 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 (xốp) 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 H₂S bằng Oxit sắt là nhiệt độ nằm trong khoảng 28÷30^oC và độ ẩm của vật liệu hấp phụ khoảng 30%.

Để hoàn nguyên có thể áp dụng các phương pháp khác nhau:

• Oxy hóa vật liệu hấp phụ bằng oxy trong không khí.
• Thổi hỗn hợp khí có chứa 2÷3% oxy qua lớp vật liệu hấp phụ. Nhiệt độ hoàn nguyên  600÷800^oC.
• Hoàn nguyên liên tục khối vật liệu hấp phụ bằng cách bổ sung vào dòng khí cần xử lý một thể tích không khí với tính toán sao cho lượng oxy trong hỗn hợp khí gấn 1,5 lần lượng oxy lý thuyết cần cho quá trình oxy hóa. Như vật quá trình hoàn nguyên sẽ xảy ra song song với quá trình hấp phụ

2. Xử lý khí thải Hydro sunfua bằng than hoạt tính

Qúa trình xử lý khí thải Hydro sunfua (H₂S) bằng than hoạt tính xảy ra nhờ hiện tượng oxy hóa khí H₂S trên bề mặt của than theo phản ứng:

H₂S + ¹/₂O₂ = H₂O + S + 222 kJ/mol

Để thúc đẩy quá trình oxy hóa thêm vào khí cần lọc một lượng nhỏ amoniac (0,2 g/m³).

Lưu huỳnh được giải phóng ra trong phản ứng oxy hóa nêu trên dần dần tích tụ trong lớp than và làm cho vật liệu hấp phụ trở nên bão hòa, lúc đó cần tiến hành hoàn nguyên vật liệu hấp phụ bằng amoni sunfua (NH₄)₂S theo phản ứng:

2(NH₄)₂S + 6S = 2(NH₄)₂S₄

hoặc là:

(NH₄)₂S + (n-1)S = (NH₄)₂S_n

Sau đó dung dịch được phân hủy bằng hơi ở nhiệt độ 125÷130^oC và áp suất ( 1,7/2).10⁵ Pa để thu lại amoni sunfua (NH₄)₂S và lưu huỳnh đơn chất:

(NH₄)₂S_n = (NH₄)₂S + (n-1)S

Lưu huỳnh thu được có thể tách ra khỏi dung dịch nhờ sự khác nhau về khối lượng đơn vị. Độ tinh khiết của lưu huỳnh có thể đạt 99,9%, còn hơi ngưng tụ lại trong quá trình phân hủy dung dịch là amoni sunfua sạch.

Sau khi tách lưu huỳnh ra khỏi than bão hòa, người ta rửa than bằng nước cho tới khi không còn SO₂ trong nước mới tôi, sau đó than được sấy khô để dùng trở lại.

Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải Hydro sunfua (H2S) bằng than hoạt tính làm việc theo chu trình kín và liên tục. Kết quả nghiên cứu thực tế cho biết kích thước hạt than hoạt tính càng nhỏ thì độ ngậm H₂S của than càng lớn. Thường người ta sản xuất than có cỡ hạt 1÷2 mm.

Có thể bạn quan tâm:

• Tìm hiểu về CO2 và những ứng dụng thực tế trong cuộc sống
• Lưu huỳnh – Tổng hợp từ A đến Z các thông tin liên quan

Ngoài ra, để quá trình hấp phụ của than hoạt tính xảy ra được triệt để, khí thải cần được lọc sạch bụi để đưa nồng độ bụi xuống còn 2÷3 mg/m³ trước khi đưa vào hệ thống hấp phụ.

Khí H₂S xuất hiện trong khí thải của các quá trình tinh chế dầu mỏ, tái sinh sợi hoặc khu vực chế biến thực phẩm, xử lý rác thải. Một phần H₂S phát sinh trong tự nhiên bởi quá trình thối rữa của các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn, kể cả từ các hầm lò khai thác than, các vệt núi lửa. Mong rằng bài viết về Công nghệ xử lý khí thải Hydro sunfua hữu ích đối với bạn đọc nhé.

Tổng hợp: https://chatdochai.net