Chuyên đề HÓA HỌC-XỬ LÝ NOx

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NOX
Phan Nhân Thân
Thái Thị Thủy


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. Nitrơ 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

Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp oxi và
nitơ ở khoảng 1600oC.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
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
NOx-sớm được tạo thành do phản ứng giữa nito không
khí với các gốc hydrocacbon,CHi (i=0-2) 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:



NOx được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính.Tuy nhiên
khi tiếp xúc với các oxit nitơ than có thể 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 NOx của silicagel thấp hơn than hoạt
tính nhưng nó bền cơ học, không cháy, cũng giống như
than hoạt tính khi tái sinh có thể chuyển NOx thành NO.



Nhôm hoạt tính hấp phụ NOx với hiệu suất không cao và
độ bền cơ học kém.


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. Phương pháp hấp thụ đồng thời SO2 và NOx
Khí thải chứa SO2 và NOx sinh ra khi đốt nhiên liệu có lưu
huỳnh. Xử lý đồng thời SO2 và NOx được tiến hành bằng
dung dịch kiềm. Hiệu quả xử lý SO2 thường khoảng 90%,
còn NOx là 70 – 90%.
3.3. Xử lý NOX bằng phương pháp xúc tác và nhiệt
Bản chất của quá trình xúc tác là để làm sạch khí và thực
hiện các tương tác hóa học nhằm chuyển hóa chất độc
thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặc
biệt.


3.3.1. 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, H2 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 (212)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.


3.3.2. 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 tiễn.


3.3.3. 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%.


3.3.4. Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị
thể không có xúc tác
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 HNO3, 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 NO x có
thể đạt 85 – 99% và lớn hơn.


3.4. công nghệ xử lý NOx SCR với SNCR

 
Nguyên lý
 

SNCR
SCR

Là công nghệ xử lý NOx trong Là công nghệ xử lý NOx sau khi
khi cháy
cháy
Đều khử NOx bằng các hợp chất mà trong đó nito mang hóa trị
âm như ammoniac, đạm ure,…
•

•

Cơ chế
ứng
 

phản •

•
•

Lợi dụng nhiệt độ cao của •
khí thải hoặc nhiệt độ ngay
trong lò đốt để khử NOx
Nhiệt độ phản ứng >8000C
•

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

ở nhiệt độ > 800-9800C, cho •
dd ure vào hỗn hợp khí thải
thì có các pt pư:
NO + NO2 + (NH2)2CO → 2N2

Trong quá trình khói thải di
chuyển trên bề mặt qua các
lỗ xốp của vật mang chất
xúc tác, NOx sẽ bị khử bởi
amoniac hoặc ure
Các chất xúc tác thường sử
dụng là: V2O5, zeolit mang
kim loại, TiO2, hỗn hợp oxit
kim loại chuyển tiếp…

+ CO2 + 2H2O
(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + •
CO2


 

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


3.5. Sơ đồ công nghệ SCR và SNCR
3.5.1. Sơ đồ công nghệ SNCR

3.5.2. Sơ đồ công nghệ SCR