Một nhà máy lọc dầu có lưu lượng khí thải là 150000 m³/h, chứa hydrogen sulfide với nồng độ 744 ppmv (nồng độ phần triệu theo thể tích). Nhà máy này sử dụng quy trình Claus để thu hồi sulfur từ khí thải. Quy trình này vận hành theo 2 giai đoạn:
• Giai đoạn 1: 1/3 lượng khí thải được trộn với không khí vừa đủ ở điều kiện thích hợp, khi đó 96% hydrogen sulfide chuyển hoá thành sulfur dioxide, 4% còn lại chuyển hoá thành sulfur.
• Giai đoạn 2: 2/3 lượng khí thải còn lại sẽ tác dụng với sulfur dioxide tạo ra ở trên để tạo thành sulfur.
Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
a) Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.
b) Tính lưu lượng không khí (m³/h) cần cung cấp cho giai đoạn 1.
c) Tính khối lượng (kg) sulfur được thu hồi sau 1 giờ vận hành.
(a) Các phản ứng trong quy trình Claus:
Giai đoạn 1:
(1) 2H2S + 3O2 —> 2SO2 + 2H2O
(2) 2H2S + O2 —> 2S + 2H2O
Giai đoạn 2:
(3) 2H2S + SO2 —> 3S + 2H2O
(b) Lưu lượng H2S = 150000.744.10-6 = 111,6 m³/h
Lưu lượng H2S chuyển hóa ở giai đoạn 1 = 111,6/3 = 37,2 m³/h
Trong đó 96% chuyển hóa theo (1) và 4% chuyển hóa theo (2) nên lưu lượng O2 là:
37,2.96%.1,5 + 37,2.4%.0,5 = 54,312 m³/h
O2 chiếm 21% thể tích không khí nên lưu lượng không khí là 54,312/21% = 258,63 m³/h
(c) Chính phản ứng (2) xảy ra khiến (3) bị thiếu hụt SO2 nên H2S không chuyển hóa hết.
V SO2 bị hụt = V H2S tham gia (2) = 37,2.4% = 1,488 m³
—> V H2S chưa được xử lý = 2V SO2 bị hụt = 2,976 m³
V H2S đã được xử lý qua 2 giai đoạn = 111,6 – 2,976 = 108,624 m³
—> mS thu hồi tổng = 32.108,624/24,79 = 140,22 kg