Giải pháp làm sạch SO2 trong công nghiệp nhiệt điện

Nhiệt điện là ngành công nghiệp quan trọng và cơ bản của một quốc gia. Nền sản xuất hiện đại chỉ có thể phát triển nhờ sự tồn tại của ngành năng lượng, trong đó có sản xuất điện năng. Quan trọng là thế tuy nhiên ngành nhiệt điện lại thải ra môi trường một lượng lớn các chất thải độc hại.

Trong than đá luôn có một lượng lưu huỳnh (S) nhất định, khi đốt than, lượng S có trong than cũng cháy và tạo ra khí SO₂ ở những nơi sử dụng nhiều than như các nhà máy hóa chất, nhà máy nhiệt điện… thì lượng SO₂ thải ra là rất lớn. Nếu không được xử lý trước khi giải phóng ra không khí, khí SO₂ sẽ gây ô nhiễm bầu khí quyển và cùng với mưa tạo ra mưa axit, phá hủy nghiêm trọng môi trường sống cả một vùng rộng lớn.

Để xử lý khí thải SO₂ trong công nghiệp, trên thế giới người ta thường dùng một số biện pháp như sau:

1. Phương pháp hoàn nguyên:

Đây là phương pháp hiện đại nhất hiện nay, trong đó người ta dùng dung dịch Na₂SO₃ hoặc dung dịch Mg(OH)₂để phản ứng với SO₂:

Na₂SO₃ + H₂O + SO₂ → NaHSO₃ (1)

Mg(OH)₂ + H₂O + SO₂ → MgSO₃.nH₂O (2)

Bằng cách gia nhiệt người ta thu hồi được dung dịch Mg(OH)₂ hoặc dung dịch Na₂SO₃ ban đầu và khí SO₂. Khí SO₂ tận thu sẽ được dùng để sản xuất axit sunfuric, phân bón…

Phương pháp hoàn nguyên đòi hỏi trình độ công nghệ cao và đầu tư ban đầu lớn, do vậy hiện chỉ được sử dụng ở vài nước tiến tiến như Mỹ, Nhật Bản và CHLB Đức (người Đức thường sử dụng dung dịch Natri Cacbonat (Na₂SO₃₎ làm dung dịch phản ứng và được gọi là phương pháp Wellman-Lord).

2. Phương pháp rửa kiềm:

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Người ta thổi không khí và khí thải có chứa SO₂ từ đáy tháp rửa đi lên; dung dịch chất kiềm (như xút, dung dịch nước vôi, dung dịch NH₃) chảy từ trên xuống. Khí SO₂được làm sạch theo các phản ứng sau:

Ca(OH)₂ + SO₂ + O₂ → CaSO₄ + H₂O (3)

NH₄OH + SO₂ + O₂ → (NH4)₂SO₄ + H₂O (4)

Dùng phương pháp này dễ dàng đạt được hiệu suất làm sạch cao, phần thiết bị rửa SO₂ lại nằm hoàn toàn độc lập với lò đốt than nhiên liệu nên điều khiển hệ thống đơn giản. Song phải đầu tư thêm hệ thống thiết bị rửa bằng vật liệu chịu ăn mòn khá đắt tiền.

3. Phương pháp làm sạch ngay trong lò đốt:

Nguyên lý của quá trình này là đưa bột đá vôi ( thành phần cơ bản là CaCO₃) vào lò đốt cùng với than nhiên liệu. Trong lò đốt xảy ra phản ứng phân hủy:

CaCO₃ → CaO + CO₂ (5)

và vôi sống sẽ phản ứng với SO2:

CaO + SO₂ + O₂ → CaSO₄ (6)

Thạch cao khan – CaSO4 được thải ra ngoài cùng với xỉ than. Các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam thường hoạt động theo nguyên lý này. Lò đốt ở Nhà máy nhiệt điện được dùng là loại lò tầng sôi hoạt động ở nhiệt độ 800- 900^oC. Sở dĩ các nhà thiết kế chọn dạng lò này bởi lẽ trong lò tầng sôi, các hạt đá vôi được lưu lơ lửng trong lò một khoảng thời gian nhất định nên có đủ thời gian và điều kiện xảy ra các phản ứng (5) và (6), do vậy hiệu suất làm sạch khí SO₂ cao. Nhờ thiết bị đo nồng độ SO₂ ở đầu ra, chương trình máy tính sẽ tự động điều khiển tỷ lệ phối liệu đá vôi với than nhiên liệu sao cho đạt được mức độ làm sạch cần thiết.

Lò đốt hoạt động ở nhiệt độ 800-900oC còn có một ưu việt nữa về mặt bảo vệ môi trường là ở khoảng nhiệt độ như vậy, khả năng tạo ra các dạng nitơ oxit là không đáng kể. Phương pháp làm sạch SO₂ ngay trong lò đốt cho phép giảm đáng kể vốn xây dựng ban đầu do không phải đầu tư cho hệ thống thiết bị làm sạch khí riêng biệt.

Trên đây cũng là cơ sở để sử dụng phương pháp làm sạch khí SO₂ theo phương pháp hiện đại, có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường của khu vực trong những thập niên tới.