CÔNG NGHỆ xử lí KHÍ NOx

KĨ THUẬT XỬ LÍ MỘT SỐ KHÍ THẢI CÔNG
NGHIỆP
CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÍ NOx


1. Giới thiệu chung về NOx
NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO2 và N2O, N2O3, N2O4, N2O5
1.1. Nitơ IV Oxit – NO2


1. Giới thiệu chung về NOx
NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO2 và N2O, N2O3, N2O4, N2O5
1.1. Nitơ IV Oxit – NO2


1.1.2. Nitrô Oxit – N2O

1.1.3. Nitơ monoxit  –NO


2. Nguồn gốc phát sinh NOx và ảnh hưởng 
2.1. Nguồn gốc
2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên
Oxit nitric được tạo ra trong cơn giông khi có sét
N2 + O2 → 2NO (tia lửa điện)
2NO + O2 → 2NO2
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
2.1.2. Nguồn gốc sinh học


2.1.3. Các nguồn công nghiệp

 NOx nhiệt (thermal-NOx)
Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp oxi và nitơ ở khoảng 1600 oC.Cơ chế
hình thành NOx nhiệt với các phản ứng xảy ra như sau:
N2 +O.→ NO + N

(1)

NO + N.→ N2 + O.

(2)

NO + O. → N. +O2

(3)

N. + O2→ NO + O.

(4)

N. + OH→ NO+H.

(5)

NO+H.→ N. +OH

(6)




NOx nhiên liệu (fuel-NOx)
HCN + O.→ H. + NCO.
HCN + O.→OH.+ CN.
HCN + O.→NH. +CO

Gốc CN. tạo ra NCO. bằng phản ứng
CN. +O2→NCO. +O.
CN. +OH.→NCO.+H.
Trong môi trường oxi hóa NCO tạo ra NO và CO
NCO. +OH.→NO+CO+H.
NCO.+O. →NO+CO


 NOx sớm (prompt- NOx)
NOx-sớm được tạo thành do phản ứng giữa nito không khí với các gốc hydrocacbon,CHi (i=02) được sinh ra từ nhiên liệu trong môi trường ít oxi
N2+CH.→HCN +N.
Trong môi trường oxi hóa HCN tiếp tục phản ứng như trong cơ chế tạo thành NOx nhiên liệu
Cơ chế của quá trình tạo thành NOx sớm cũng xảy ra ở nhiệt độ thấp vì thế để hạn chế sự tạo
thành NOx sớm người ta sẽ tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên liệu –không khí.


2.2. Ảnh hưởng của NOx


3. Tổng quan các phương pháp xử lý Nox
3.1. Phương pháp hấp phụ

 Vật liệu làm chất hấp phụ: là vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân
tạo hay tự nhiên.

 Chất hấp phụ:


 Hiệu quả hấp phụ:
 NO được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính.Tuy nhiên khi tiếp xúc với các oxit nitơ than có thể
x
cháy và nổ.Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi có thể chuyển NOx thành NO.

 Khả năng hấp phụ NO của silicagel thấp hơn than hoạt tính nhưng nó bền cơ học, không cháy,
x
cũng giống như than hoạt tính khi tái sinh có thể chuyển NOx thành NO.

 Nhôm hoạt tính hấp phụ NO với hiệu suất không cao và độ bền cơ học kém.
x


3.2.
 Phương pháp hấp thụ

 

3.2.1. Hấp thụ bằng nước
Khi hấp thụ NO2 bằng nước một phần axit nitric được sinh ra ở pha khí:
3NO2 + H2O 2HNO3 + NO + Q
Để xử lý các oxit nitơ có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng.
NO + H2O2 NO2 + H2O
NO2 + H2O 2HNO3 +NO
N2O3 + H2O2 N2O4 + H2O
N2O4 + H2O HNO3 + HNO2


Yếu tố cơ bản xác định kinh tế của quá trình là lưu lượng oxi già (vào khoảng 6kg/tấn axit).
Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác.Hiệu quả xử lý có thể đạt 97%.
3.2.2. Hấp thụ bằng kiềm
Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác nhau. Hấp thụ hóa học NO2 bằng dung dịch
Soda diễn ra theo phương trình phản ứng sau:
2NO2 + Na2CO3 NaNO3 +CO2 + Q


 

3.2.3. Hấp thụ chọn lọc

Để hấp thụ NO khi không có O2 trong pha khí, có thể sử dụng các dung dịch FeSO4, FeCl2,
Na2S2O2, NaHCO3.
Phương trình phản ứng tạo thành các phức sau:
FeSO4 +NO Fe(NO)SO4
FeCl2 + NO Fe(NO)Cl2
2Na2S2O3 + 6NO 3N2 + 2na2So4 + 2SO2
2NaHSO3 + 2NO N2 + 2NaHSO4
2(NH2)2CO + 6NO 5N2 + 4H2O + 2CO2


3.2.4. Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao
Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NOx với khí khử trên bề mặt xúc tác.

Chất khử là metan, khí tự nhiên, khí than hoặc khí dầu mỏ, CO, H 2 hoặc hỗn hợp nitơ-hydro.
Hiệu quả khử NOx phụ thuộc hoạt tính của xúc tác. Xúc tác trên cơ sở platin kim loại khi vận tốc thể

tích của khí (2-12)x104 l/h cho phép đạt nồng độ còn lại trong khí của NOx 5x10-4 – 5x10-2 % thể
tích.


 Bản chất quá trình khử được biểu diễn bằng các phản ứng sau:
4NO + CH4 → 2N2 + CO2 + 2H2O
2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O
2NO + 2CO → N2 + 2CO2
2NO2 + 4CO → N2 +4CO2
Trên thực tế thường sử dụng khí tự nhiên do dễ kiếm và rẻ.
Phương pháp này được ứng dụng để khử NOx trong sản xuất axit nitric, khí thỉ chứa (% thể tích):
NOx – 0,05÷0,1, N2 – 96,0÷96,2, O2 – 2,2÷3,0.


3.2.5. Khử NOx với xúc tác chọn lọc

 Quá trình diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 → 7N2 +12H2O
8NO +2NH3 → 5N2O + 3H2O
5NO2 + 2NH3 → 7NO + 3H2O
4NO + 4NH3 +O2 → 4N2 + 6H2O
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6 H2O
Quá trình yêu cầu thiết bị đơn giản, hiệu suất xử lý cao và đã áp dụng vào thực tiển.


3.2.6. Phân hủy NOx bằng chất khử dị thể
Ở nhiệt độ 500 – 1.300oC sự phân hủy NOx có thể diễn ra trên vật liệu rắn có chứa cacbon như
than, than cốc, grafit. Các bon đóng vai trò xúc tác và nhiên liệu.
C +NO → (C – 0) + 0,5N2

(C – O) + NO → CO2 +0,5N2
Ở nhiệt độ 800oC độ chuyển hóa của NOX khi dùng than cốc là 96% và ở 1000oC tiến đến gần
100%.


Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc tác
 3.2.7.
 
Ở nhiệt độ 30 – 40oC diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:
NH3 + H2O NH4OH
2NO2 + 2NH4OH → NH4NO2 + NH4NO3 + H2O
N2O3 + 2NH4OH → 2NH4NO2 + H2O
Sự đun nóng dòng khí tiếp theo dẫn đến sự phân hủy các acrosol nitric và nitrat tạo thành các sản
phẩm không độc.
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4NO3 → N2 + 2H2O +1/2 O2


 Sử dụng cacbanic ở dạng dung dịch với nước hoặc trong axit HNO 3, H2PO4, H3PO4
làm giảm nhiệt độ phân hủy. Tuy nhiên, vận tốc không lớn và hiệu quả làm sạch không
quá 80%.

 Sử dụng dung dịch nước – cacbanic:
NO2 + H2O → HNO3 +HNO2
2HNO2 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 3H2O
N2O3 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 2H2O

 Sử dụng dung dịch axit nitric – cacbanit
NO + NO2 + HNO3 + 2CO(NH2)2 → 2N2 + NH4NO3 + 2CO + H2O
Cacbanit được dùng ở dạng bột hoặc hạt, phủ lên các chất mang xốp hay được ép cùng

với nó.Hiệu quả xử lý NOx có thể đạt 85 – 99% và lớn hơn.


3.2.8 Công nghệ xử lý NOx SCR với SNCR

 

SNCR

SCR

Nguyên lý

Là công nghệ xử lý NOx trong khi cháy

Là công nghệ xử lý NOx sau khi cháy

 
Đều khử NOx bằng các hợp chất mà trong đó nito mang hóa trị âm như ammoniac, đạm ure,…

•

Lợi dụng nhiệt độ cao của khí thải hoặc nhiệt độ ngay

•

trong lò đốt để khử NOx

•

0
Nhiệt độ phản ứng >800 C

Sử dụng chất xúc tác để giảm nhiệt độ phản ứng khử
NOx về N2

•

Khi có mặt chất xúc tác, nhiệt độ phản ứng sẽ xảy ra
trong khoảng 180 – 450 độ C

Cơ chế phản ứng
 

•
•
•

0
ở nhiệt độ > 800-980 C, cho dd ure vào hỗn hợp khí

•

Trong quá trình khói thải di chuyển trên bề mặt qua các

thải thì có các pt pư:

lỗ xốp của vật mang chất xúc tác, NOx sẽ bị khử bởi

NO + NO2 + (NH2)2CO → 2N2 + CO2 + 2H2O

amoniac hoặc ure

(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2

•

Các chất xúc tác thường sử dụng là: V2O5, zeolit
mang kim loại, TiO2, hỗn hợp oxit kim loại chuyển
tiếp…


 

6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 2H2O
6 NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O

Đặc điểm

Chi phí đầu tư và vận hành thấp nhưng hiệu quả lại
không cao

 

•
•
•
•

Không phát sinh sp phụ cần phải xử lý
Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt
Chi phí thấp
Khử được 80% NOx với tỷ lệ NH3/NOx là 0,81 –
0,82

 

Quy trình

•
•
•
•

B1: Khử NOx ở nhiệt độ cao
B2: Trao đổi nhiệt
B3: Tách bụi thô

•
•
•

B4: XL cuối cùng để tách nốt bụi nhỏ và khí độc
khác

B1: Trao đổi và ổn định nhiệt
B2: Trộn khí
B3: Oxi hóa khử có xúc tác tại tháp xúc tác có

chọn lọc

•
 

B4: điều hòa và thải


3.3. Sơ đồ công nghệ SCR và SNCR
3.3.1. Sơ đồ công nghệ SNCR

3.3.2. Sơ đồ công nghệ SNCR