Công nghệ xử lý khí NO2

Công nghệ xử lý khí
NOx (NO và NO2)
 NO2 và NO được hình thành trong quá trình đốt nhiên liệu và là

thành phần của khí cốc


Giảm thiểu có xúc tác NOx bằng chất gây phản
ứng khử là NH3


Nguyên lý hoạt động của thiết bị
khử NOx có xúc tác sử dụng chất
khử NH3
Thiết bị cấp khí NH3

Thiết bị
khử NOx
có xúc tác

Bộ phận pha
loãng NH3
Khí thải đi vào thiết bị
khử NOx

Bộ phận lưu trữ và
hóa hơi NH3 lỏng


Nguyên lý hoạt động của thiết bị
khử NOx có xúc tác sử dụng chất

khử NH3 (TIẾP)
BUỒNG
PHẢN
ỨNG
KHỬ NOX
CÓ XÚC
TÁC


Giảm thiểu có xúc tác NOx bằng
chất gây phản ứng khử là NH3
(TIẾP)
 Các phản ứng khử xảy ra :
6NO + 4NH3 = 6H2O + 5N2
4NO + 4NH3 + O2 = 6H2O + 4N2
6NO2 + 8NH3 = 12H2O + 7N2
2NO2 + 4NH3 + O2 = 6H2O + 3N2

(15.33)
(15.34)
(15.35)
(15.36)

 Các chất xúc tác: vanadi oxit (V2O5), titan oxit (TiO2) & nhiệt độ
phản ứng : 300 – 450 oC


Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị
khử NOx có xúc tác sử dụng chất
khử NH3

 Thông số đã biết:
 Nhiệt độ thực tế của khí thải đi vào thiết bị: tk
 Lưu lượng khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg) và điều
kiện thực tế của khí thải: L25 và Lt (Nm3/s)
 Nồng độ & khối lượng NOx trong khí thải đi vào thiết bị xử lý tính ở đkc
(25 oC, 760 mm Hg): CNOx (mg/Nm3) và MNOx (kg/h)
 Nồng độ của NOx theo quy chuẩn cho phép CNOx(QCVN) ,(mg/Nm3)
 Chất xúc tác V2O5 trên nền TiO2 (V2O5 chiếm 0,8% hỗn hợp xúc tác)

 Yêu cầu tính toán:
 Lượng NH3 cần dùng
 Thể tích chất xúc tác cần dùng
 Xác định các kích thước của thiết bị (buồng) khử NOx


Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị
khử NOx có xúc tác sử dụng chất
khử NH3 (TIẾP)
 Các phản ứng khử:
 Khi không có O2
6NO + 4NH3 = 6H2O + 5N2
6NO2 + 8NH3 = 12H2O + 7N2

(1)
(2)

 Khi có O2
4NO + 4NH3 + O2 = 6H2O + 4N2
2NO2 + 4NH3 + O2 = 6H2O + 3N2

(3)
(4)

Trong dòng khí thải đi vào thiết bị có chứa lượng O2 dư từ quá trình đốt  giả
thiết quá trình khử NOx chủ yếu xảy ra theo 2 phản ứng (3) và (4)


Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị
khử NOx có xúc tác sử dụng chất
khử NH3 (TIẾP)

 Hiệu suất yêu cầu xử lý NOx trong khí thải:
η=

CNOx −CNOx(QCVN)
CNOx

Trong đó:
 η: Hiệu suất yêu cầu xử lý NOx trong khí thải
 CNOx: Nồng độ của NOx trong dòng khí thải đi vào thiết bị tính ở

đkc (25 oC, 760 mm Hg) (mg/Nm3)
 CNOx(QCVN): Nồng độ của NOx trong dòng khí thải theo quy chuẩn
cho phép (mg/Nm3)


Xác định lượng NH3 cần dùng
 Xác định lượng NO2 và NO trong khí thải :
Giả thiết lượng NO2 ~ 10% NOx:
 MNO2 = 10%. MNOx (kg/h)

 MNO = 90%. MNOx (kg/h)
 Xác định lượng NO2 và NO cần xử lý:
 MNO2(x.l) = η. MNO2 (kg/h)  quy đổi về số mol nNO2(x.l) (mol/h)
 MNO(x.l) = η. MNO (kg/h)  quy đổi về số mol nNO(x.l) (mol/h)


Xác định lượng NH3 cần dùng
(TIẾP)

 Các phản ứng khử:
4NO + 4NH3 + O2 = 6H2O + 4N2
2NO2 + 4NH3 + O2 = 6H2O + 3N2

(3)
(4)

Gọi m1, n1 là khối lượng và số mol NH3 trong phản ứng (3) & m2, n2 là khối
lượng và số mol NH3 trong phản ứng (4)
 Lượng NH3 cần thiết để xử lý NO theo p.ư (3):
m1 = MNH3 . n1 = 17 . nNO(x.l) , (g/h)
 Lượng NH3 cần thiết để xử lý NO2 theo p.ư (4):
m2 = MNH3 . n2 = 17 . 2 . nNO2(x.l) , (g/h)
 Lượng NH3 cần thiết để xử lý NOx :
mNH3 = m1 + m2, (g/h)


Xác định thể tích xúc tác cần dùng
 Xác định hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ khí thải đi vào

thiết bị khử NOx: kt

 Hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ 320 oC là 8,16 (l/s) & ở 400 oC là
10,8 (l/s) với giả thiết độ rỗng của xúc tác là r = 60%  sử dụng
phương pháp nội suy để xác định kt

 Xác định thể tích xúc tác lý thuyết:
Vxtlt

𝐋𝟐𝟓
=
𝛂.𝐤𝐭

. ln (1 + η .

𝐂𝐍𝐎𝐱
)
𝐂𝐍𝐇𝟑,𝐫𝐚

Trong đó:
 Vxtlt : thể tích xúc tác lý thuyết, (m 3)
 L25 : lưu lượng khí thải đi vào thiết bị tính ở đktc (25 oC, 760 mm Hg),
(Nm3/s)
 α : hệ số tính đến sự giảm xúc tác  nhận α = 0,2
 kt : hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ khí thải đi vào thiết bị khử (l/s)
 η : hiệu suất yêu cầu xử lý NOx trong khí thải
 CNOx : nồng độ NOx trong khí thải đi vào thiết bị tính ở đktc (25 oC, 760
mm Hg) (mg/Nm3)
 CNH3, ra : nồng độ dư NH3 cao nhất cho phép trong khí thải đi ra khỏi thiết
bị  nhận CNH3, ra = 10 mg/Nm3

Xác định thể tích xúc tác cần dùng
(TIẾP)

 Xác định thể tích xúc tác thực tế:
Vxt = Vxtlt .

𝟏𝟎𝟎
𝟏𝟎𝟎−𝐫

Trong đó:
 Vxtlt : thể tích xúc tác lý thuyết, (m 3)
 Vxt : thể tích xúc tác thực tế, (m3)
 r : độ rỗng của xúc tác  giả thiết r = 60%


Xác định các kích thước của thiết bị khử NOx
 Xác định các kích thước của lớp xúc tác
 Giả sử thiết kế thiết bị khử NOx có dạng hình hộp chữ nhật, mặt cắt
ngang có tiết diện hình vuông
 Giả sử diện tích tiết diện ngang của lớp xúc tác là Sxt = axt . axt (m2) &
chiều cao lớp xúc tác là Hxt = 2.axt (m)
 Thể tích lớp xúc tác: Vxt = 2.axt .axt. axt  tính được axt do Vxt đã biết 
tính được Sxt & Hxt


Xác định các kích thước của thiết bị khử NOx (TIẾP)
 Xác định các kích thước của thiết bị khử NOx
 Giả sử diện tích tiết diện ngang của thiết bị S lớn hơn 15% so với diện
tích tiết diện ngang của lớp xúc tác:

S = 1,15 . Sxt (m2)
 Kích thước cạnh của thiết bị:
a = 𝐒 (m)
 Chiều cao của thiết bị:
H = Hxt . k (m)
Trong đó:
• Hxt : chiều cao lớp xúc tác (m)
• k: hệ số kể đến ảnh hưởng của số tầng của lớp xúc tác  Để tăng khả
năng tiếp xúc tối đa của NH3 và khí thải với lớp xúc tác: chia lớp xúc
tác thành 3-4 tầng riêng biệt  nhận k = 1,5 – 1,7
 Chiều cao chế tạo của thiết bị: Hc.t = H + Hđỉnh + Hđáy
Trong đó:
• Chọn chiều cao đỉnh thiết bị Hđỉnh = 0,5 – 0,8 m
• Chọn chiều cao đáy thiết bị Hđáy = 1 – 1,5 m


BÀI TẬP: Tính toán thiết bị xử lý khí NOx
có xúc tác V2O5-TiO2 sử dụng chất khử
NH3

 Cho biết:

 Nhiệt độ thực tế của khí thải đi vào thiết bị: tk = 360 oC
 Lưu lượng khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg): L25 =
12000 Nm3/h
 Nồng độ NOx trong khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg):
CNOx = 4655 mg/Nm3
 Nồng độ của NOx theo quy chuẩn cho phép CNOx(QCVN) = 850 mg/Nm3
 Chất xúc tác V2O5 trên nền TiO2 (V2O5 chiếm 0,8% hỗn hợp xúc tác)

 Yêu cầu :
 Lượng NH3 cần dùng
 Thể tích chất xúc tác cần dùng
 Xác định các kích thước của thiết bị (buồng) khử NOx