Công nghệ sử lý khí NOx

CÔNG NGHỆ SỬ LÝ KHÍ NOX NHÓM 16 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM • PHẠM VĂN HẢO 2009120137 • HOÀNG NAM KHÁNH 2009120114 • NGUYẾN TẤN THÀNH 2009120158 • VÕ ĐÌNH QUANG 20091201 Stt Tên thành viên Phân công công việc 1 Nguyễn Tấn Thành Tìm tài liệu, làm Word, làm PowerPoint,tổng hợp bài. 2 Phạm Văn Hảo Tìm tài liệu, làm Word, làm PowerPoint,thuyết trình. 3 Hoàng Nam Khánh Tìm tài liệu, làm Word, thuyết trình. 4 Võ Đình Quang Tìm tài liệu, làm Word, làm PowerPoint,thuyết trình. NỘI DUNG TRÌNH BÀY 1 • TỔNG QUAN VỀ NOX 2 • PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 3 • PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 4 • PHƯƠNG PHÁP KHỬ NOX BẰNG CHẤT XÚC TÁC 5 • PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG ĐIỀU CHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY 6 • HỆ THỐNG SCR TỔNG QUAN VỀ NOX • Trong 7 thông số NOX : NO, NO2, NO3,N2O,N2O3,N2O4 và N2O5, chỉ có N2O, NO, NO2 là có thể đánh giá được lượng tạo thành của chúng trong khí quyển. NO và NO2 thường đi với nhau và chúng có thể đặc trưng và đại diện cho NOX Nito monoxit (NO) • Nito monoxit (NO): là chất khí không màu, được tạo thành với quy mô lớn do cháy nhiên liệu không hoàn toàn ở nhiệt độ cao. NO còn sinh ra trong công nghiệp sản xuất HNO3, động cơ ô tô. TỔNG QUAN VỀ NOX Nito monoxit (NO) • NO cũng có khả năng tạo liên kết với Hemoglobin như CO (mạnh gấp 1500 lần so với CO), làm giảm hiệu suất vận chuyển oxy của máu. • NO oxi hóa thành NO2, gây ô nhiễm qua phản ứng quang hóa thứ cấp: NO + O3 NO2 + O2 TỔNG QUA VỀ NOX • Nito dioxit (NO2): là chất khí có màu nâu thẫm- hơi đỏ, vị cay, mùi kích thích, có thể nhận biết ở nồng độ 0.12 ppm. – Nguồn phát thải : nhà máy nhiệt điện, từ các nhà máy sản xuất HNO3 TỔNG QUAN VỀ NOX • Khí NO2 với nồng độ 100ppm có thể làm chết người và động vật chỉ sau vài phút: • NO2 oxi hóa thành N2O5 nhờ O3 • 2NO2 + O3 N2O5 + O2 • Vậy NOX có thể coi là tác nhân gây nên quá trình phân hủy ozon. TỔNG QUAN VỀ NOX Nồng độ NO2 ppm Mức độ độc hại với con người 0.06ppm Có thể gây bệnh phổi cho người nếu tiếp xúc lâu dài 1ppm Thực vật sẽ bị ảnh hưởng trong 1 ngày 5ppm Có thể gây tác hại đến cơ quan hô hấp sau vài phút tiếp xúc 15-50 ppm Gây ảnh hưởng đến tim, phổi, gan sau vài giờ tiếp xúc 100ppm Có thể gây chết người sau vài phút tiếp xúc TỔNG QUAN VỀ NOX Khi hấp thụ NO2 bằng H2O, một phần acid nitrit được tao thành 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO + Q Để xử lý các oxit nito có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng NO + H2O2  NO2 + H2O NO2 + H2O HNO3 +NO N2O3 + H2O2  N2O4 +H2O N2O4 + H2O2  HNO3 + HNO2 HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC Nguyên tắc: • Trong công nghiệp các loại khí thải có chứa oxit nitơ với nồng độ thấp thường được xử lý bằng phương pháp dùng nước để rửa khí trong các loại thiết bị như scrubo, thiết bị sục khí sủi bọt, ống venturi, Hiệu quả khử NOx theo các phương pháp trên thường không cao, tối đa đạt khoảng 50%. • Theo Peters M.S.[20], hiệu quả hấp thụ NO2 +NO4 bằng nước phụ thuộc nồng độ ban đầu của NOx trong khí thải và loại vật liệu hấp thụ được thể hiện ở hình: HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC 1-Hiệu quả của quá trình hấp thụ oxit nitơ bằng nước và hấp phụ bằng silicagel: 1-tháp sục khí; 2-hấp phụ bằng silicagel; 3-tháp rửa khí có mũ chụp; 4-tháp rửa khí với lớp đệm; 5-tháp phun( rỗng). H iệ u qu ả kh ử, % Nồng độ ban đầu của NO2 + N2O2 , % thể tích HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC – 2NO2 (hoặc N2O4) + H2O HNO3 + HNO2 (1) – 2HNO2 NO + NO2 (hoặc ½ N2O4) + H2O (2) –NO + ½ O2 NO2 (3) – 2NO2 N2O4 (4) HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC • Phản ứng (1) xảy ra trên lớp màng ngăn giữa pha khí và pha lỏng. • Quá trình oxi hóa của oxit nitơ xảy ra tương đối chậm nhưng thực hiện đến cùng. • Còn các phản ứng (1), (2) không được thực hiện đến cùng khi có mặt của axit nitric đậm đặc, tuy nhiên chúng cũng đi đến hoàn thành khi tiếp xúc với nước sạch. HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC Điều kiện khử NO2 trong không khí ở nhiệt độ 250C cho kết quả trên biểu đồ Thiết bị hấp thụ Lưu lượng (m3/h) Tổn thất áp suất ΔP (kPa) Ghi chú Khí Nước Thiết bị sủi bọt một cấp với màng vải thủy tinh 0,9 0,0018 5,84 Sợi thủy tinh cỡ vừa. Cộtnước thiết bị sục khí 95mm. Tháp hấp thụ một cấp với đĩa tản nước 1,8 0,0018 0,277 Bề cao lớp nước 22mm, vậntốc chảy qua lỗ 0,35m/s. Tháp hấp thụ với lớp đệm rỗng bằng khâu Raschig thủy tinh 6mm 0,9 0,009 0,645 Vận tốc khí 0,6m/s, bề cao lớp đệm 120mm. Hiệu quả tính cho 1mm bề cao lớp đệm. Tháp rỗng phun nước đường kính mũi phun 1mm 0,9 0,022 0,097 Vận tốc khí 0,6m/s, bề caocủa tháp 130cm. HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC • Ưu điểm: Tiết kiệm chi phí Dung dịch sau hấp thu dễ xử lý Dễ vận hành Trong quá trình ngoài NOx , thì bụi và một số khí độc khác có khả năng bị nước hấp thụ, cũng đc xử lí 1 phần • Nhược điểm: Hiệu suất thấp Tiêu tốn lượng dung môi lớn. HẤP THỤ NOX BẰNG NƯỚC • Chất hấp thụ là dung dịch kiềm ngậm nước như NaOH, Mg(OH)2. • Người ta sử dụng nhiều dung dịch Kiềm và muối khác nhau. Hấp thụ hóa học NO2 bằng dung dịch Soda diễn ra theo phản ứng sau: • 2NO2 + Na2CO3  NaNO3 + CO2 + Q HẤP THỤ NOX BẰNG DUNG DỊCH KIỀM • Hiệu suất hấp thụ cao nếu NO được oxi hóa thành NO2 . • Đây là phương pháp thường được chọn kết hợp với hệ thống khử lưu huỳnh trong nhà máy nhiệt điện. • Trong quá trình khử S, khoảng 10% NO được oxy hóa thành NO2 trước khi khí thải vào tháp rửa. HẤP THỤ NOX BẰNG DUNG DỊCH KIỀM • Vữa vôi Ca(OH)2 có thể được sử dụng như chất lọc làm giảm nồng độ NOx đến 200ppm. • Canxi nitrit trong dung dịch có thể biến đổi tiếp theo thành canxi nitrat có giá trị hơn nhờ được xử lý bằng acid sunfuric: 2H2SO4 + Ca(NO2)2 2 CaSO4 + 4 NO + Ca(NO3)2 + 2H2O • NO được tạo thành có thể quay trở lại nhà máy sản xuất acid nitrit và Ca(NO3)2 có thể sử dụng như một loại phân bón. HẤP THỤ NOX BẰNG VỮA VÔI Thiết bị hấp thụ: Tháp sục khí sủi bọt Scrubơ Venturi Tháp scrubơ có lớp đệm rỗng Tháp phun THIẾT BỊ HẤP THỤ Tháp sủi bọt THIẾT BỊ HẤP THỤ Tháp đệm THIẾT BỊ HẤP THỤ  Scrubơ Venturi • Cấu tạo ống venturi: tùy theo thiết kế và cấu tạo của thiết bị, ống venturi có thể đặt theo phương ngang hay thẳng đứng.  Cấu tạo: gồm hai bộ phận chính là ống venturi và bộ phận thu giọt lỏng. Ống venturi nối theo phương tiếp tuyến vào thân bộ phận tách lỏng ở phần dưới. THIẾT BỊ HẤP THỤ THÁP VENTURI Thiết bị hấp thụ kiểu veturi THIẾT BỊ HẤP THỤ Hấp thụ NOx bằng nước Thiết bị hấp thụ kiểu veturi THIẾT BỊ HẤP THỤ  Nguyên lý hoạt động: Dòng khí chứa NOx tiếp xúc với dòng nước được phun từ trên xuống trong lòng thiết bị, trong ống xảy ra quá trình đập nhỏ thể tích tưới phun bởi dòng khí NOx chuyển động với vận tốc lớn từ 40 m/s đến 150 m/s làm sự tiếp xúc pha tăng lên, NOx dễ dàng được nước hấp thụ. Dung dịch sau hấp thụ được bộ phận thu giọt thu lại sau đó được bơm ra ngoài. THÁP VENTURI THIẾT BỊ HẤP THỤ • Kết quả thực nghiệm quá trình khử NOx trong ống Venturi cho thấy có nhiều triển vọng. • Nước được phun cùng trục và cùng chiều với dòng khí chuyển động với vận tốc cao trong chỗ thắt của ống Venturi, nước bị xé nhỏ thành giọt mịn làm cho diện tích tiếp xúc giữa khí và nước tăng cao, nhờ đó quá trình hấp thụ NOx xảy ra rất mạnh. Nước cũng hấp thụ mạnh oxy và do đó phần lớn oxit nitơ bị oxy hóa ngay trong pha lỏng. THÁP VENTURI THIẾT BỊ HẤP THỤ • Các chất hấp phụ như Than hoat tính, silicagen, rây phân tử và một số kim loại, đặc biệt là mangan oxit (MnO) và sắt (III) oxit (Fe2O3) HẤP PHỤ • Ưu điểm: – Than hoạt tính có tính hấp thụ cao so với các vật liệu khác • Nhược điểm : – Có nguy cơ cháy nổ vì O2 có mặt trong phần lớn khí thải – Độ bền cơ học thấp, khó hoàn nguyên HẤP PHỤ HẤP PHỤ • Silicagel – Ưu điểm: – Độ bền cơ học, không cháy • Nhược điểm: – Khả năng hấp phụ kém, tái sinh có thể chuyển NOX thành NO HẤP PHỤ • MnO và Fe2O3 kiềm hóa có nhược điểm là có tính mài mòn cao. • Chất hấp thụ thích hợp nhất đối với NOX là chất có thể hoàn nguyên và không phản ứng ưu tiên với CO2 và H2O trong khí thải. Với tiêu chí đó, chất hấp phụ có tiêu chí hơn cả là muối sắt, zeolit • Do sự khan hiếm chất hấp phụ, thể tích lọc của chúng nhỏ và chi phí nhiệt hoàn nguyên lớn nên pp này chưa được phổ biến rộng rãi HẤP PHỤ • Một số chất hấp thụ mới trong tự nhiên được nghiên cứu như than bùn, than nâu, licnin, nguyên liệu fotfat. • Ưu điểm sau khi lọc không cần hoàn nguyên mà có thể sử dụng như phân khoáng hữu cơ HẤP PHỤ NOX CO H2 H2S NH3 Pt-Rh NOXNOX PHƯƠNG PHÁP KHỬ NOX BẰNG CHẤT XÚC TÁC Khi sử dụng khí monoxit cacbon CO làm chất gây phản ứng khử, ta có phản ứng sau đây: • 2NO + 2CO 2CO2 +N2 (1) • 2NO2 + 4CO 4CO2 + N2 • Với NH3 các phản ứng khử NOX sẽ cho: • 6NO + 4NH3  H2O + 5N2 (2) • 4NO + 4NH3 + O2 6H2O + 4N2 • 6NO + 8NH3 12H2O + 7N2 • 2NO + 4NH3 + O2 6H2O + 3N2 • NH3 + O2 NO + 3/2H2O(>970O C) • 4NO2 + CH4 CO2 + H20 +4NO • 4NO + CH4 CO2 2H2O + 2N2 • CH4 + 202 CO2 + 2H2O • NO + H2S H2O + 1/2N2 + S • SO2 + 2H2S 2H2O + 3S PHƯƠNG PHÁP KHỬ NOX BẰNG CHẤT XÚC TÁC • Những chất xúc tác cho phản ứng trên là :pt-pd, zeolit, ngoài ra còn Co3O4, CoO, Cr2O3, MnO2, LaCoO, CuO. +Ưu điểm: • Dùng các khí độc tạo ra khí không độc. • Hiệu quả cao. • Tốc độ xảy ra nhanh khi có xúc tác. • Kết hợp sử lý khí SO2 +Nhược điểm: • Tốn kém cho phần chất xúc tác. • Chất xúc tác mất dần hoạt tính. • Quá trình xảy ra phức tạp,đang tiếp tục nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP KHỬ NOX BẰNG CHẤT XÚC TÁC • Amoniac là chất khử có khả năng phản ứng chọn lọc với NO và NO2 ở nhiệt độ cao > 232oC. Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác tạo thành Nito và nước theo các phản ứng sau: • Khi có mặt oxy: • 4NO +4NH3 + O2 4N2 + 6H2O • 2N2O + 4NH3 + O2 3N2 +6 H2O • Quá trình có chọn lọc vì chất khử NH3 ưu tiên phản ứng với NOx hơn so với O2. KHỬ XÚC TÁC CHỌN LỌC VỚI CHẤT KHỬ LÀ AMONIAC (SCR) PHƯƠNG PHÁP KHỬ NOX BẰNG CHẤT XÚC TÁC • Ưu điểm – Hiệu quả xử lý cao – Dễ lắp đăt vận hành – Giá thành xử lý thấp do nguyên liệu rẻ, xúc tác dễ kiếm • Nhược điểm : – Cần phải gia nhiệt dòng khí trước khi đưa vào hệ thống xử lý. PHƯƠNG PHÁP KHỬ NOX BẰNG CHẤT XÚC TÁC PHÁT THẢI NOX PHỤ THUỘC VÀONHIỀU YẾU TỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG ĐIỀUCHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY • 1.HẠ THẤP HỆ SỐ THỪA KHÔNG KHÍ: Cấp không khí cho quá trình cháy sát với tỷ lệ tính toán về nhu cầu oxi. hạn chế lượng oxi thừa có khả năng kết hợp với nito sinh ra NOX . Áp dụng cho nhiên liệu dầu và khí đốt. CÁC GiẢI PHÁP PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG ĐIỀUCHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY 2.TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY 2 GIAI ĐOẠN CÁC GiẢI PHÁP Dầu,khí Không khí PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG ĐIỀUCHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY 3.TUẦN HOÀN SẢN PHẨM CHÁY(KHÓI) CÁC GiẢI PHÁP Một phần sản phẩm cháy (10-20%) được tuần hoàn trở lại ngọn lửa. Với mục đích hạ thấp nhiệt độ ngọn lửa và giảm lượng oxi thừa. Có thể thực hiện giải pháp này bằng cách thổi hỗn hợp không khí-sản phẩm cháy vào buồng đốt theo tỉ lệ nhất định. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG ĐIỀUCHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY • Để có hiệu quả cao người ta thường kết hợp các cách trên lại với nhau – 1-3 giảm được 80% • Ngoài ra còn phụ thuộc vào: – Cấu tạo buồng đốt. – Bố trí vòi đốt PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOX BẰNG ĐIỀUCHỈNH QUÁ TRÌNH CHÁY HỆ THỐNG SCR Sơ đồ một hệ thống SCR Adblue đã được sử dụng thực tế HỆ THỐNG SCR Xác định lượng NH3 • Trong thực tế, việc sử dụng trực tiếp dung dịch NH3 làm tác nhân khử gần như không thể vì việc lưu trữ NH3 là rất khó khăn. Vì vậy ta phải tạo dung dịch NH3 một cách gián tiếp từ quá trình phân hủy ure: (NH2)2Co + H2O= 2NH3 + CO2 HỆ THỐNG SCR • Đây là một thông số cực kỳ quan trọng vì nếu tiêm thiếu AdBlue sẽ dẫn đến thiếu chất khử NH3 cho việc khử NOx. Ngược lại, nếu tiêm quá dư AdBlue sẽ dẫn đến việc dư NH3 và dẫn đến việc ô nhiễm NH3 do NH3 cũng là một tác nhân độc • Đầu tiêm Adblue : việc tiêm AdBlue phải đạt được sự tiếp xúc tối đa với bề mặt xúc tác cũng như NOx, việc tiêm một lượng đúng và đủ không tốt vẫn có thể dẫn đến hiện tượng NH3 slip (NH3 tiêm vào và đi ra, không tiếp xúc với các nguồn NOx) • Hệ xúc tác SCR • Một đầu dò NOx ở đầu ra của xúc tác để biết được hàm lượng NOx trước khi thải ra ngoài • Thực tế mong muốn có thể tiêm một hàm lượng đúng của Adblue để khử NOx là gần như không thể, do đó hiện nay các nhà khoa học đã phát triển theo hướng tiêm dư AdBlue để chắc chắn có dư NH3 cho việc khử NOx, sau đó, người ta gắn thêm một hệ xúc tác chỉ để oxy hóa một cách chọn lọc NH3 dư này thành N2. HỆ THỐNG SCR • Hệ xúc tác đầu tiên (hệ V) nhằm oxy hóa NOx thành NO2 và cũng giúp quá trình oxy hóa các tác nhân độc hại do quá trình cháy không hoàn toàn như CO, HC. • Hệ thứ 2 là hệ xúc tác giúp cho sự thủy phân urê thành NH3 được thuận lợi (hệ H) • Hệ thứ 3 là hệ xúc tác chính SCR-NOx bằng NH3 (hệ S) • Hệ cuối cùng là hệ xúc tác cho phản ứng oxy hóa NH3 dư thành N2 • Như chúng ta cũng thấy, do phải thêm một bình chứa dung dịch AdBlue cùng hệ thống điện tử khá phức tạp nên phương pháp SCR-NOx hiện nay hầu như chỉ phù hợp với các phương tiện cỡ lớn như xe tải, xe bus.. HỆ THỐNG SCR TÀI LIỆU THAM KHẢO • nito-c-trong-kh-thi-xe-hi • vu/san-pham/khi-kho • trien-ben-vung/hoa-hoc-va-moi-truong/857- 08022011.html • khi-thai-25223/