Các phương pháp xử lý khí NOx

 

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NOx

>>> Xem thêm dịch vụ xử lý khí thải

>>> Xem thêm các phương pháp xử lý khí SO2

NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO₂ và N₂O, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅ .

I. Cơ chế hình thành NOx từ các nguồn công nghiệp

1. NOx nhiệt (thermal-NOx)

Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp nitơ và oxi trong nhiệt độ ở khoảng 1600^oC. Cơ chế tạo thành NOx nhiệt xảy ra theo các phản ứng 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)

2. 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

3. NOx sớm (prompt- NOx)

NOx-sớm được hình thành do phản ứng giữa nitơ không khí với các gốc hydrocacbon,CHi (với i bằng 1 hoặc 2) được sinh ra từ nhiên liệu trong môi trường thiếu oxi
N2+CH.→HCN +N.
Trong môi trường oxi hóa, HCN tiếp tục phản ứng như trong phản ứng tạo thành NOx nhiên liệu.
Cơ chế của sự hình thành NOx sớm cũng xảy ra khi ở nhiệt độ thấp vì thế để hạn chế sự tạo thành NOx sớm người ta thường tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên liệu và không khí.

II.  Tác hại của khí NOx:

 Oxit Nitơ đều có độc tính, đặc biệt có độc tính cao nhất kể đến là NO₂ , khi chỉ tiếp xúc với nó trong vài phút với nồng độ NO₂ trong không khí 5 phần triệu thì đã có thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi, nếu tiếp xúc vài giờ liền với không khí có nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu sẽ có thể gây nguy hiểm cho phổi, tim và gan; nếu nồng độ NO₂ trong không khí đạt mức 1% có thể gây tử vong trong vài phút.

III. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ  NOx

1. Xử lý khí NOx bằng hấp thụ nước

Trong công nghiệp các loại khí thải có chứa Oxit Nitơ với nồng độ khí thấp thường được xử lý bằng phương pháp hấp thụ bằng nước trong các loại thiết bị như ống Venturi, thiết bị sục khí sủi bọt, Scrubơ, vv… Hiệu quả quá trình thường không cao, tối đa đạt 50%.

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 bị hấp thụ trong dung dịch, có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng. Và bằng cách chưng cất sản phẩm thu được sẽ là HNO3 và H2O để tái sử dụng làm chất hấp thụ.
NO + H₂O₂ → NO₂ + H2O
NO₂ + H₂O → 2HNO₃ +NO
N₂O₃ + H₂O₂ ↔ N₂O₄ + H₂O
N₂O₄ + H₂O ↔ HNO₃ + HNO₂

Yếu tố cơ bản để xác định hiệu quả kinh tế của quá trình là lượng chất oxi già (H₂O₂) (vào khoảng 6kg/tấn axit). Để thúc đẩy quá trình này, ta có thể dùng chất xúc tác. Hiệu quả xử lý có thể đạt 97%

2. Hấp thụ bằng kiềm

Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác nhau. Dây là phương pháp rẻ tiền và mang lại hiệu quả xử lý rất cao.

Hấp thụ hóa học NOx bằng dung dịch Soda được diễn ra theo phương trình phản ứng sau:
2NO₂ + Na₂CO₃ → NaNO₃ +CO₂ + Q

3. Hấp thụ chọn lọc

Để hấp thụ riêng NO khi không có O₂ trong pha khí, ta sẽ sử  dụng các dung dịch FeSO₄, FeCl₂, Na₂S₂O₂ vàNaHCO_3.

Phương trình phản ứng tạo thành các phức, diễn ra như 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

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 thường được dùng là khí metan, khí tự nhiên hay khí than hoặc khí dầu mỏ, CO, H₂ hoặc hỗn hợp nitơ-hydro. Hiệu quả xử lý khí NOx sẽ phụ thuộc hoạt tính của chất xúc tác.
Xúc tác trên cơ sở platin kim loại xảy ra khi vận tốc thể tích của khí đạt (2-12)x10⁴ l/h cho phép đạt nồng độ còn lại trong khí của NOx là 5×10^-4 – 5×10^-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 người ta thường sử dụng khí tự nhiên để xử lý khí NOx bởi lẽ nó dễ kiếm và rẻ.
Phương pháp này đã được ứng dụng để xử lý khí NOx trong sản xuất axit nitric, khí thảỉ chứa (% thể tích):

NOx – 0.05÷0.1

N₂ – 96.0÷96.2

O₂ – 2.2÷3.0.

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 xử lý khí NOx yêu cầu thiết bị đơn giản, hiệu suất xử lý cao và đã áp dụng vào thực tiển.

6. Phân hủy NOx bằng chất khử dị thể

Tại nhiệt độ 500 đến 1.300^oC thì sự phân hủy NOx có thể diễn ra trên vật liệu dạng rắn có chứa cacbon như là than đá, than cốc hoặc grafit. Trong đó cácbon đóng vai trò xúc tác và là nhiên liệu đốt.
C +NO → (C – 0) + 0,5N₂
(C – O) + NO → CO₂ +0,5 N₂
Tại nhiệt độ 800^oC, độ chuyển hóa NO_X khi dùng than cốc là 96% và ở tại nhiệt độ 1000^oC thì hiệu suất xử lý khí NOx gần 100%.

7. Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc tác

Tại nhiệt độ 30 – 40^oC sẽ 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 loại acrosol nitric và nitrat tạo thành những sản phẩm không độc.

NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O
NH₄NO₃→ N₂ + 2H₂O +1/2 O₂

Khi sử dụng cacbanic ở dạng dung dịch với nước hoặc tác dụng với axit HNO₃, H₂PO₄, H₃PO₄ sẽ làm giảm nhiệt độ do phân hủy. Tuy nhiên, phương pháp này áp dụng với vận tốc không lớn và hiệu quả xử lý khí NOx sẽ không quá 80%.

 Dùng dung dịch nước – cacbanic:

NO₂ +H₂O → HNO₃ +HNO₂
2HNO₂ + CO(NH₂)₂ → 2N₂ + CO₂ + 3H₂O
N2O₃ + CO(NH₂)₂→ 2N₂ + CO₂ + 2H₂O

 Dùng dung dịch axit nitric – cacbanit
NO + NO₂ + HNO₃ + 2CO(NH₂)₂ → 2N₂ + NH₄NO₃ + 2CO + H₂O

Cacbanit được dùng chủ yếu ở dạng bột hoặc hạt, đôi khi chúng được phủ lên các chất mang xốp hoặc được ép cùng với nó.
Hiệu quả xử lý khí NOx có thể đạt 85 – 99% và lớn hơn.

8. So sánh công nghệ xử lý khí NOx bằng SCR với SNCR

9. Sơ đồ công nghệ xử lý khí NOx bằng SNCR và SCR

Để được tư vấn, nhận báo giá sơ đồ công nghệ xử lý khí NOx quý khách vui lòng liên hệ theo số Hotline:0943.466.579 – Công ty Hòa Bình Xanh

 

Liên hệ công ty Hòa Bình Xanh