Hiện nay một số nhà máy thường thải ra một số khí gây ô nhiễm môi trường như khí CO, H2S, NOX, SOX, Cl2, HF, axeton,….. đặc biệt là khí CO2 gây ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy chúng ta cần đề ra Các phương pháp xử lý khí CO2 trong đó có phương pháp hấp thu.
1.1. Khái niệm của các phương pháp xử lý khí CO2
Điôxít cacbon hay cacbon điôxít (các tên gọi khác thán khí, anhiđrit cacbonic, khí cacbonic) là một hợp chất ở điều kiện bình thường thuộc dạng khí có nhiều trong bầu khí quyển Trái Đất , bao gồm một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử oxy. Là một hợp chất hóa học phổ biến , có công thức hóa học là CO2.
1.2. Tính chất của các phương pháp xử lý khí CO2
Điôxít cacbon là khí không màu, không mùi.
Tỷ trọng riêng của CO2 ở 25 °C là 1,98 kg m-3 nặng hơn không khí. Phân tử điôxít cacbon (O=C=O) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính.
Ở nhiệt độ dưới -78 °C, điôxít cacbon ngưng tụ lại thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khô. Điôxít cacbon lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên 5,1 bazo; ở điều kiện áp suất khí quyển, CO2 chuyển trực tiếp từ pha khí sang rắn hay ngược lại gọi là quá trình thăng hoa.
Nước hấp thụ một lượng nhất định điôxít cacbon, khoảng 1% điôxít cacbon hòa tan chuyển hóa thành axit cacbonic. Axít cacbonic phân ly một phần thành các ion HCO3 và CO32-.
2. Các phương pháp xử lý khí CO2
Các phương pháp xử lý khí CO2
2.1.Xử lý CO2 bằng phương pháp hấp thụ
2.1.1. Phương pháp xử lý khí CO2 Hấp thụ bằng dung dịch etanolamin
- 2RNH2 + CO2 + H2O → (RNH3)2CO3
- (RNH3)2CO3 + CO2 → NH3HCO3
- 2RNH2 +CO2→ RNHCOONH3R
Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách nung nóng
– Ưu điểm: giá thành rẻ, khả năng phản ứng của khí cao , dễ ổn định và phục hồi.
– Nhược điểm: áp suất hơi của dung dịch hơi cao , dung dịch khi phản ứng không thuận nghịch với khí CO2
2.1.2 Phương pháp xử lý khí CO2 Hấp thụ bằng dung dịch amoniac
Quá trình hấp thụ của khí:
- NH3 +CO3 →NH3COONH3
- NH3 +CO2 +H2O→2NH3HCO3
- NH3 +CO2 +H2O→ (NH4)2CO3
Áp dụng việc xử lý khí chứa 30% CO2.
Ưu điểm: cho phép giảm nồng độ khí CO2 từ 34% xuống còn 0.015% trong khi tổng hợp NH3
Nhược điểm: dung dịch NH3 rất dễ giải phóng khí NH3.
2.1.3. Các phương pháp xử lý khí CO2 Hấp thụ bằng nước
– Phương pháp xử lý khí CO2 bằng nước là một phương pháp khá đơn giản và được áp dụng sớm nhất để loại CO2 ra khỏi khí thải. Bằng cách phun nước vào dòng khí hoặc cho khí CO2 đi qua lớp vật liệu đệm có tưới nước.
– Ưu điểm: Nguyên liệu rẻ , dễ tìm kiếm và hoàn nguyên được .
– Nhược điểm: Độ hòa tan của CO2 trong nước thường thấp , phải cần một lượng nước rất lớn, thiết bị phải có thể tích lớn, dễ xảy ra quá trình nhả hấp thụ.
2.1.4. Hấp thụ CO2 bằng huyền phù CaCO3( sữa vôi : Ca(OH)2)
Phương pháp xử lý khí CO2 bằng sữa vôi là một trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp do việc hiệu quả xử lý của khí rất cao, nguyên liệu rất rẻ tiền và có sẵn ở nhiều nơi.
- Ca(OH)2 + CO2 →CaCO3 + H2O
- CaO + CO2 → CaCO3
Ưu điểm: quy trình công nghệ đơn giản, chi phí cho các hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm kiếm , có khả năng xử lý khí CO2 mà không cần quá trình làm nguội và xử lý sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần các vật liệu chống ăn mòn ( axit) và nó không cần chiếm nhiều diện tích xây dựng .
Nhược điểm: thiết bị dễ đóng cặn vì việc tạo thành CaCO3, sẽ gây ra tắc các đường ống và ăn mòn các thiết bị có liên quan.
2.1.5. Hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm
Thường sử dụng chất hấp thụ là NaCO3, phản ứng hấp thụ sẽ diễn ra như sau:
Na2CO3 + CO2 + H2O → NaHCO3
Vận tốc hấp thụ nhỏ vì vậy để tăng vận tốc hấp thụ thì người ta phải dùng chất xúc tác là methanol, etanol, đường ….
– Dung dịch sẽ được phục hồi bằng cách nung nóng bằng hơi nước.
– Nhược điểm: Hiệu quả của việc hấp thụ thấp và tốn rất nhiều hơi nước để phục hồi dung dịch.
– Để việc tăng hiệu quả hấp thụ thì người ta sẽ cho vào dung dịch một lượng dư NaOH, dung dịch sau khi hấp thụ không được tái sinh mà sẽ được sử dụng vào các mục đích khác.
Hệ thống xử lý khí thải CO2
2.2. Phương pháp xử lý khí CO2 bằng hấp phụ
Hấp phụ là sự lôi cuốn các phần tử vật khí , hơi bởi các bề mặt chất rắn. Ứng dụng phương pháp hấp phụ là để làm sạch khí có hàm lượng tạp chất khí và hơi nhỏ.
Trong công nghiệp ta thường tiến hành quá trình hấp phụ để làm sạch và sấy khô không khí , tách các hỗn hợp khí thành từng phần tử , tiến hành quá trình xúc tác dị thể trên bề phân chia pha.
Hấp phụ gồm: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
2.2.1. Hấp phụ vật lý của các phương pháp xử lý khí CO2
Lực hấp phụ Vander Waals đây là hiện tượng tương tác của quá trình thuận nghịch giữa các lực hút với các phân tử của chất rắn và các chất bị hấp phụ.
Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch xảy ra hoàn toàn.
Nhiệt tỏa ra là không đáng kể.
Có thể hấp phụ bằng nhiều lớp hay một lớp.
2.2.2. Hấp phụ hóa học của các phương pháp xử lý khí CO2
Là kết quả giữa sự tương tác hóa học với chất rắn và chất bị hấp phụ.
Nhiệt phát ra trong quá trình hấp phụ hóa học thường có nhiệt độ phản ứng lớn.
Quá trình thường xảy ra là quá trình không thuận nghịch .
2.2.3. Áp dụng của hấp phụ của các phương pháp xử lý khí CO2
Ứng dụng cho một số ngành công nghiệp về các phương pháp xử lý khí CO2
Trong các ngành công nghiệp hóa chất , thực phẩm, quá trình hấp phụ thường dùng để:
– Thu hồi các cấu tử trong các pha khí
– Làm sạch trong các pha khí
– Tách hỗn hợp để tạo thành các cấu tử riêng biệt
– Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
2.2.4. Lựa chọn dung môi của các phương pháp xử lý khí CO2
Nếu dung môi của quá trình là tách các cấu tử hỗn hợp khí đó, thì việc lựa chọn dung môi tốt thường phụ thuộc vào các yếu tố :
– Độ hòa tan tốt : có tính chọn lọc có ý nghĩa chỉ hòa tan những cấu tử cần tách và hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại . Đây là một trong những điều kiện quan trọng nhất.
– Độ nhớt của dung môi:Độ nhớt càng bé thì trở lực quá trình càng nhỏ dẫn đến sẽ làm tăng tốc độ hấp thu và có lợi cho quá trình truyền khối.
– Nhiệt dung riêng : Nhiệt dung riêng càng bé thì sẽ tốn ít nhiệt khi cần hoàn nguyên dung môi.
– Nhiệt độ sôi: khác xa với nhiệt độ sôi của các chất hòa tan khác, nhiệt độ sôi của quá trình hấp phụ sẽ dễ tách các cấu tử ra khỏi dung môi.
– Nhiệt độ đóng rắn : thấp nhằm tránh tắc thiết bị , không tạo các quá trình kết tủa , không độc và có thể thu hồi các cấu tử hòa tan dễ dàng hơn.
-Thường ít bay hơi, rẻ tiền , dễ kiếm và không độc hại với sức khỏe con người và không ăn mòn các thiết bị.
Các phương pháp xử lý khí CO2 của Công ty Hòa Bình Xanh chuyên thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà hàng với đội ngũ thạc sĩ, kỹ sư nhiều năm kinh nghiệm.
Mọi chi tiết xin liên hệ Hotline: 0943.466.579
Liên hệ công ty Hòa Bình Xanh
