BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI CHƯƠNG 5 CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NITƠ OXIT (NOx) VÀ HỖN HỢP KHÍ KHÁC (SOx, Hcl)

KỸ THUẬT XỬ LÝ PHÁT THẢI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHƯƠNG CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NITƠ OXIT (NOx) VÀ HỖN HỢP KHÍ KHÁC (SOx, HCl) Giảng viên: Nguyễn Đức Quyền Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh, Trường ĐHBK Hà Nội XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Một số hợp chất khí Nitơ - Nitơ ngun tố đa hố trị, tồn tương đối bền dạng hóa trị khác Ta thể tính chất nitơ theo dẫy dưới: HN3 - (CN)2 - NH3 - N2 - N2O - NO - NO2 - NO3 Tương ứng là: Azidohydric dicyan amoniac nitơ dinitơoxit nitơoxit nitơdioxit nitơtrioxit - Trong tất hợp chất kể nitơ có azidohydric thể lỏng cịn lại thể khí Các khí khí quan trọng cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp quốc phòng số lĩnh vực khác XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Sự phát sinh khí Nitơ oxit (NOx) - N2O, NO, NO2 N2O4 sinh từ nhiều q trình cơng nghệ khác nhau, q trình oxi hóa xúc tác amoniac để sản xuất axit nitric - N2O cịn hình thành từ việc nung phân hủy nổ phân hủy vật liệu có chứa muối NH4NO3 - Trong thực tế, nhiễm khơng khí oxit nitơ chủ yếu NO NO2 gây Tỷ lệ mol hai loại khí khơng khí khoảng : Song tất nhiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ mơi trường - Các nitơ oxit cịn sinh để axit nitric đặc tiếp xúc với khơng khí, đặc biệt có tham gia ánh sáng mặt trời; XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Sự phát sinh khí Nitơ oxit (NOx) - Khi đốt vật liệu hữu có chứa nitơ, nổ mìn khai thác mỏ Khi tiến hành hàn xì hay tạo hồ quang điện mơi trường khơng khí có chứa sẵn oxi nitơ điều kiện nhiệt độ cao vậy, nitơ oxit hình thành - Ngồi ngành cơng nghiệp sản xuất axit nitric ra, lĩnh vực sản xuất hóa chất, phân bón, gia cơng kim loại, xử lý bề mặt kim loại sản sinh lượng lớn khí nitơ oxit - Trong phịng thí nghiệm, sử dụng axit nitric, đặc biệt axit nitric đặc để phân hủy mẫu hay nitro hóa, cần ý tới giải phóng nitơ oxit XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Tính chất đặc trơng khí Nitơ oxit (NOx) - N2O khí có tính khử; song điều kiện bình thường, khơng bị oxi khơng khí oxi hóa Khi đốt cháy với oxi phản ứng sinh nhiệt lượng lớn - Nhưng có mặt lửa N2O có phản ứng cháy với hydro - N2O + H2 = N2 + H2O + 77,5 kcal - Hỗn hợp N2O với amoniác đem đốt gây nổ mạnh 3N2O + 2NH3 = 4N2 + 3H2O + 210 kcal XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Tính chất đặc trơng khí Nitơ oxit (NOx) - Khí N2O chất khí khơng màu, có mùi dễ chịu, có vị tan tốt nước đặc biệt cồn - Nếu hít phải lượng nhỏ, N2O tạo trạng thái vui vẻ (khí cười) Nhưng hít phải lượng lớn, nạn nhân bị mê bị ngạt - NO chất khí hoạt động; bị oxi khơng khí oxi hóa nhanh thành NO ; tiếp xúc với Clo tạo thành nitrosylclorua NO tan nước có lực tạo phức mạnh với cation kim loại chuyển tiếp NO + O2 = 2NO2 K3[Fe(CN)6] + NO = KCN + K2[Fe(CN)5NO] XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Tính chất đặc trơng khí Nitơ oxit (NOx) - NO hỗn hợp với NO2 tác dụng với amoniac với urê, điều kiện có xúc tác, sinh nitơ nước NO + NO2 + 2NH3 = 2N2 + 3H2O - NO2 tan nước tạo thành axit nitric, axit mạnh có tính oxi hóa 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO - NO2 ẩm tác dụng với bazơ hay muối cácbonat mãnh liệt axit nitric Đồng thời tác dụng mạnh với chất hữu phân hủy chúng - Chính mà NO2 tác động mạnh lên da, niêm mạc mắt, mũi phổi; gây kích thích mạnh dễ để lại di chứng phù phổi XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Tính chất đặc trơng khí Nitơ oxit (NOx) 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O 3NO2 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + CO2 + NO - Khí nitơ oxit nguy hiểm ranh giới nồng độ gây kích thích nhẹ nồng độ gây hậu nguy hiểm hẹp - Người ta hít phải lượng gây chết tiềm tàng vòng từ đến 24 tiếng đồng hồ mà khơng có tác động biểu rõ rệt - Tiếp xúc với nồng độ 100 đến 500 ppm nitơ oxit khơng khí gây co thắt đột ngột phế quản chết trụy hơ hấp XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Tính chất đặc trơng khí Nitơ oxit (NOx) - Nếu hít thở thường xuyên với nồng độ thấp chưa đủ gây chết triệu chứng xẩy sau: o Kích thích nhẹ, nhận biết, thấy ngứa cổ, ho xuất co thắt lồng ngực o Hiện tượng phù phổi tiến triển, nạn nhân thấy khó thở ho đờm lẫn máu o Tiếp theo, vài trường hợp bị thiếu máu, xanh xao, tuần hồn ngừng trệ sau tử vong XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý khí Nitơ oxit (NOx) - Khí NOx (chủ yếu NO2) vừa có tính chất oxit axit để chuyển hóa thành muối nitrat phản ứng trung hịa, vừa có tính oxi hóa để tham gia phản ứng oxi hóa khử - Như phần tính chất khí thải trình bày, có mặt chất khử NH3 hay ure, NO2 hỗn hợp NO NO2 phản ứng để chuyển thành N2 nước nhiệt độ 800 0C 200 0C có mặt chất xúc tác - Dựa tính chất hai hướng cơng nghệ xử lý hình thành Đó cơng nghệ xử lý phương pháp trung hịa với có mặt oxi khơng khí để chuyển hoàn toàn NO NO2 thành muối nitrat - Thứ hai công nghệ xử lý phương pháp oxi hóa khử khơng xúc tác có sử dụng xúc tác XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) - Hiện tồn hai công nghệ xử lý đồng thời SO2 NOx chấp nhận cơng nghệ xử lý lị đốt công nghệ xử lý sử dụng chùm tia điện tử lượng cao - Công nghệ xử lý lị đốt cho hiệu khơng cao đơn giản chi phí thấp; - Cịn cơng nghệ xử lý sử dụng chùm tia điện tử lượng cao xử lý triệt để SO NOx, song cơng nghệ phức tạp chi phí cao XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Cơng nghệ xử lý lị đốt - Đây cơng nghệ kết hợp xử lý SO2 lị đốt theo đường khô xử lý NOx ure nhiệt độ cao - Lợi dụng nhiệt độ cao lị đốt nhiên liệu hóa thạch, nơi sinh khí NOx SO2, phun đồng thời bụi CaCO3 dung dịch ure nước lò xẩy phản ứng: CaCO3 → CaO + CO2, SO2 + H2O = H2SO3 CaO + H2SO3 = CaSO3 + H2O NO + NO2 + (NH2)2CO = 2N2 + CO2 + 2H2O (NH2)2CO + H2O => 2NH3 + CO2 2NO + 2NH3 + 1/2O2 = 2N2 + 3H2O 6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Công nghệ xử lý lị đốt - Ảnh hưởng kích thước hạt độ phân tán canxi cacbonát đến hiệu xử lý SO2 XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Cơng nghệ xử lý lị đốt - Trong cơng nghệ nói trên, cỡ hạt canxi cacbonat phun vào lò độ phân tán đồng ảnh hưởng mạnh tới hiệu xử lý SO2 - Nếu cỡ hạt 15 µm hay cỡ hạt µm vón lại với kích thước tương tự hiệu xử lý với cỡ hạt µm phân tán hiệu xử lý cao - Sản phẩm sau xử lý SO2 CaSO3 CaSO4 dạng bụi NOx khí N , CO nước Do cơng đoạn xử lý cuối sử dụng kỹ thuật lọc túi hay lọc tĩnh điện phù hợp XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Công nghệ xử lý lị đốt - Cơng nghệ xử lý cho hiệu suất xử lý khí khơng cao (tối đa khoảng 90% SO 80% NOx), đơn giản, đầu tư thấp dễ lắp ghép - Chính lý mà phù hợp với việc xử lý cho sở sử dụng lò đốt nhỏ lẻ hay nồi nhỏ đến vừa sử dụng nhiên liệu hóa thạch XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Cơng nghệ xử lý sau lị đốt - Cơng nghệ xử lý lị đốt trình bày cho hiệu không cao tất nhiên khơng thể xử lý hồn tịan khí SO2 NOx - Một công nghệ tiên tiến áp dụng nhiều số nước Nhật Mỹ; cơng nghệ sử dụng chùm tia điện tử lượng cao - Nguyên lý công nghệ xử lý dùng chùm tia điện tử có lượng cao chiếu trực tiếp vào dịng khí thải có chứa khí SO2, NOx nước Trong điều kiện thế, điện tử đập vào phân tử khí H2O tạo radical (các phân tử độc lập) XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Công nghệ xử lý sau lị đốt - Những radical vừa hình thành tác dụng với khí SO2 để tạo thành phân tử axit sunphuric với NOx tạo thành phân tử axit nitric - Nếu đồng thời amoniac cấp vào buồng phản ứng amoniac tác dụng với axit vừa hình thành để tạo muối amoni tương ứng - Sơ đồ công nghệ xử lý đồng thời SO2 NOx sau lò đốt sử dụng chùm tia điện tử có lượng cao mơ tả hình XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Cơng nghệ xử lý sau lị đốt – sử dụng chùm tia điện tử XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Công nghệ xử lý sau lò đốt – sử dụng chùm tia điện tử - Trước tiên khí thải dẫn vào tháp làm nguội làm ẩm nước cơng nghiệp có nhiệt độ thấp - Tại phần bụi có kích thước lớn tách nhiệt độ đảm bảo giảm xuống nhiệt độ phân hủy axit muối, đặc biệt axit nitric muối amoni nitrat Khí thải tiếp tục qua buồng xử lý XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Cơng nghệ xử lý sau lị đốt – sử dụng chùm tia điện tử - Do buồng xử lý chiếu chùm tia điện tử có lượng cao nên phản ứng hóa học xẩy - Để dẫn đến sản phẩm cuối cùng, buồng phản ứng trước tiên phải diễn trình tạo radical điện tử bắn phá phân tử khí Tiếp theo phản ứng radical với phân tử khí SO2 NOx để hình thành phân tử axit tương ứng Khi aminiac cấp vào buồng phản ứng, phân tử axit vừa hình thành tác dụng với amoniac để tạo phân tử muối amoni Bước cuối phân tử muối dạng rắn kết hợp lại với để tạo hạt bụi muối có kích thước lớn vào buồng lọc XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý đồng thời Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) Cơng nghệ xử lý sau lị đốt – sử dụng chùm tia điện tử - Các trình xẩy nhanh, cần khoảng thời gian đủ để hoàn thành phản ứng - Do buồng xử lý cần phải có kích thước phù hợp để có đủ thời gian lưu cho phản ứng xẩy hoàn toàn - Cuối bụi muối bụi lò tách khỏi dòng khí thải lọc tĩnh điện lọc túi sử dụng hai - Công nghệ xử lý ngồi mục đích xử lý khí độc khí thải cịn thu hỗn hợp muối nitrat làm phân bón tốt tinh chế muối phục vụ mục đích khác XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý nối tiếp Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) - Sơ đồ công nghệ xử lý nối tiếp khí NOx SO2 Lưu trình xử lý NOx công nghệ SCR trước, xử lý bụi SO2 cơng nghệ FGD sau - Theo lưu trình khí lị cịn nhiệt độ 400 - 500oC tận dụng dẫn vào tháp SCR Trên đường nó, amoniac phun vào theo tỷ lượng tính tốn trước Trong tháp SCR hầu hết NOx chuyển thành N2 nước XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý nối tiếp Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) - Sau NOx xử lý, khí lị dẫn tiếp sang tháp trao đổi nhiệt để sấy nóng khơng khí (AH) cấp cho lị đốt qua tháp lọc tĩnh điện (EP) để loại phần lớn lượng bụi có dịng khí - Khí thải từ buồng lọc tĩnh điện (EP) tương đối chứa SO2 Việc xử lý SO2 tiến hành hệ thống tháp đệm kiểu ướt FGD - Tại người ta thu sản phẩm thạch cao hay magiê sunphát Với sơ đồ việc xử lý NOx công nghệ SCR tận dụng nhiệt khí lị - Nhưng khí lị chưa xử lý nên bụi SO ảnh hưởng nhiều đến khả hoạt động tuổi thọ tầng xúc tác tháp SCR XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý nối tiếp Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) - Để khắc phục nhược điểm này, sơ đồ công nghệ đảo lại sau XỬ LÝ KHÍ NITƠ OXIT NOx Xử lý nối tiếp Nitơ oxit (NOx) Lưu huỳnh dioxit (SO2) - Theo lưu trình này, khí lị trước hết dẫn qua trao đổi nhiệt để sấy nóng khơng khí cho lị đốt (AH), sau qua lọc tĩnh điện (EP), qua hệ thống xử lý SOx tháp đệm FGD vào tháp xử lý NOx công nghệ SCR - Như tiến hành xử lý NOx khí lò xử lý khỏi thành phần khác đặc biệt bụi SOx Trong điều kiện tầng xúc tác bảo vệ tốt nên tuổi thọ chúng tăng lên đáng kể - Nhưng có điều sau qua tháp đệm, nhiệt độ khí lị bị hạ xuống q thấp khơng đủ cho tháp SCR hoạt động, trước vào tháp SCR, khí lị phải đốt nóng trở lại lò phụ để đạt tới nhiệt độ cần thiết cho SCR hoạt động Khí thải từ tháp SCR có nhiệt độ cịn cao dùng để sấy nóng sơ khí thải trước vào lò sấy phụ đồng thời làm động cho theo ống khói