Sản phẩm dầu mỏ thương phẩm phần 9 pot

Khi vượt quá ngưỡng nhiệt độ này, độ chuyển hoá của các chất ô nhiễm của bộ dụng sau một khoảng thời gian nhất định để nhiệt độ của bộ xúc tác đạt được ngưỡng này còn trước khoảng thời g

khung chất mang Sự hiện diện của nó cho phép làm tăng bề mặt riêng của chất mang

do đó thuận lợi cho hoạt tính xúc tác của kim loại quý Ngoài ra, vật liệu nền còn chứa những thành phần ổn định, chất dẽo (tăng khả năng bám dính lên chất mang) cũng như những kim loại khởi động cho hoạt động của xúc tác

Có 3 kim loại quý thường dùng để tráng lên vật liệu nền: Pt, Pd, Rh hai chất đầu (Pt, Pd) dùng cho các phản ứng xúc tác oxy hoá CO và HC còn Rhodium (Rh) cần thiết cho các phản ứng xúc tác khử NOx thành N2 Thành phần Pt/Pd được chọn lựa dựa trên một số yêu cầu về tính năng của xúc tác như hiệu quả xúc tác ở nhiệt độ thấp, độ bền, tuổi thọ khối lượng kim loại quý dùng cho mỗi bộ xúc tác rất thấp 1 ÷ 2g cho mỗi ô

tô

Ngoài ra, bộ xúc tác còn chứa những chất khác như: Ni, Cerium, Lanthan, Barium, Zicronium, sắt, silicium với hàm lượng bé Những chất này tăng cường thêm hoạt tính xúc tác, tính ổn định và chống sự lão hoá của kim loại quý

Khung chất mang sau khi đã tráng lớp kim loại quý được đặt vào trong lớp vỏ bọc và sau đó được lắp đặt trên đường khí thải động cơ

Đặt monolithe vào trong lớp vỏ bọc

Khởi động bộ xúc tác

Bộ xúc tác ba chức năng chỉ phát huy tác dụng khi nhiệt độ làm việc lớn hơn

2500C Khi vượt quá ngưỡng nhiệt độ này, độ chuyển hoá của các chất ô nhiễm của bộ

dụng sau một khoảng thời gian nhất định để nhiệt độ của bộ xúc tác đạt được ngưỡng này còn trước khoảng thời gian này, các chất ô nhiễm trong khí xả hầu như không xúc tác tăng rất nhanh, đạt tỉ lệ trên 90% Do đó, trên ô tô bộ xúc tác chỉ phát huy tác

được xử lý Thực nghiệm cho thấy bộ xúc tác đạt được ngưỡng này sau khi ô tô chạy được 1÷ 3 km trong thành phố

nhiệt độ tại đó tỉ lệ biến đổi các chất ô nhiễm đạt 50%

Hàm lượng CO, HC thấp hơn nhiều

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển

hoá các chất ô nhiễm

Nhiệt độ khởi động bộ xúc tác TLO (temperature light off) được định nghĩa là

b Bộ xúc tác dùng cho động cơ diesel

Đặc điểm khói thải động cơ Diesel.

Động cơ Diesel vận hành với hỗn hợp nghèo, so với động cơ xăng làm việc với

độ giàu gần bằng 1, khói thải của động cơ Diesel có những đặc điểm như sau:

Hàm lượng NOx thấp hơn một chút

Xuất hiện các hạt rắn (bồ hóng)

kiện sử dụng

khí xả người ta thường sử dụng bộ xúc

Nhiệt độ khói thải thấp hơn

Đặc điểm của bộ xúc tác và điều

Đối với động cơ Diesel, để giảm chất thải trong

tác oxi hoá Bộ xúc tác này cho phép giảm nồng độ CO, HC và một phần bồ hóng

Về mặt nguyên tắc thì sự xúc tác oxi hoá diễn ra thuận lợi Khó khăn duy nhất liên quan đến nhiệt độ môi trường phản ứng thấp Hình sau cho thấy nhiệt độ bộ xúc tác cần phải đạt đến 2000C thì các phản ứng chuyển hoá mới bắt đầu xãy ra

Biến thiên tỷ lệ oxi hoá theo tỷ lệ nhiệt độ khí xả

lưu hu

oại quý dùng cho bộ xúc tác Diesel chủ yếu là Platin và Pallad

3000C bộ xúc tác bắt đầu oxy hoá SO2 thành SO ỳnh trong dầu Diesel, ngay cả khi hàm lượng rất thấp cũng gây ảnh hưởng đáng

kể đến hoạt tính của bộ xúc tác, đặc biệt làm tăng nhiệt độ bắt đầu xãy ra các phản ứng chuyển hoá của bộ xúc tác

Về mặt kết cấu kim l

ium hoặc hợp kim của hai chất này, trong đó Palladium được ưa chuộng hơn vì

nó khó oxi hoá SO2 thành SO3 Trong bộ xúc tác này không sử dụng Rhodium (do không có quá trình khử NOx) và không có Cerine Hàm lượng kim loại quý trong xúc tác oxi hoá thấp hơn so với xúc tác ba chức năng: 10÷40g/cf ((foot)3) Mục đích của

việc giảm này là để hàm lượng kim loại quý chỉ vừa đủ cho quá trình xúc tác oxi hoá

CO và HC, tránh sự hình thành sulfate và làm giảm giá thành xúc tác

Hiệu quả của bộ xúc tác oxy hoá Diesel

Kết quả thử nghiệm trên động cơ ô tô nhẹ theo chu trình ECE+EUDC (Econo

Khử oxit nitơ trong môi trường có sự hiện diện của

động cơ đánh lửa cưỡng bức làm

hử NOX chủ yếu làm giảm NO Sự phân giải NOX được viết như sau:

2NO → N2 + O2

Về phương diện nhiệt độ có thể xảy ra nhưng với tốc độ rất chậ

ợp nghèo, sau đó giải

động hơn (O3, NO2))

Đa số hạt bồ hóng có đường kính trung bìn

mic Commission for Europe + Extra Urban Driving Cycle) cho thấy bộ xúc tác oxy hoá trên động cơ Diesel có thể làm giảm 35% CO, 30%HC, 25% đối với hạt rắn hoà tan

c

Kỹ thuật này được gọi là "khử NOX" được dùng trên

việc với hỗn hợp nghèo và động cơ Diesel Nó là đối tượng nghiên cứu của rất nhiều công trình nghiên cứu nhưng đến nay kỹ thuật này vẫn chưa được triển khai trong công nghiệp

Bộ xúc tác k

ng học phản ứng trên

m Ngày nay, người ta đưa ra ba hướng nghiên cứu về vấn đề này như sau:

Sử dụng các chất khử (ure, amoniac hoặc hydrocacbon )

Bẫy NOx (hấp phụ NOx khi động cơ làm việc với hỗn h

hấp và khử nó khi động cơ làm việc với hỗn hợp giàu)

Sử dụng dòng Plasma lạnh (tạo N2 hoặc các cấu tử hoạt

d Xử lý bồ hóng bằng phương pháp lọc

Bồ hóng trong khí xả có kích thước rất bé

h khoảng 1 µm Lọc hạt cỡ này rất khó vì nó sẽ gây tổn thất lớn trên đường thải Hạt bồ hóng xốp, có khối lượng riêng trung bình khoảng 0.07g/cm3 nên lưới lọc bị tắt rất nhanh, do đó làm sạch thường xuyên bồ hóng bám trên lõi lọc là điều kiện cần thiết

để đảm bảo lọc hoạt động bình thường

Lọc bồ hóng tập trung giải quyết hai vấn đề cơ bản đó là lựa chọn kỹ thuật lọc và tái sinh lọc

Nguyên tắc lọc dòng khí xả

Lõi lọc bằng lưới sợi gốm

Lõi lọc bằng sợi thép mạ

nhôm

Sự tích tụ bồ hóng

trên lõi lọc gây trở lực trên

đường xả và do đó làm

giảm tính năng của động

cơ Vì vậy cần phải loại

bỏ lượng bồ hóng tích tụ

này Các giải pháp thông

thường là đốt, rung, rửa hay dùng dòng khí nén thổi ngược

Hình bên giới thiệu bộ đốt để tái sinh lọc Hệ thống này làm việc một cách tự động Trở lực trên đường xả được đo liên tục và ghi vào bộ nhớ ECU (Electric Control Unit) Khi P> Pmax, ECU khởi động vòi đốt Nhiên liệu được phun bằng khí nén Ngọn lửa được khơi mào bằng tia lửa điện xuất hiện giữa hai cực của bộ đánh lửa ECU cắt nhiên liệu qua vòi đốt để kết thúc quá trình tái sinh khi áp suất trên đường xả nhỏ hơn một giá trị định trước

5.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành chất độc hại trong khói lò và các giải pháp khắc phục

5.5.1.1.Yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ chất thải

Trong khói thải của lò đốt thì các chất độc hại đáng quan tâm là bụi, bồ hóng và khí SOx, ngoài ra thì NOx cũng góp một phần đáng kể

Khí SOx có mặt trong khói lò có nguồn gốc từ nhiên liệu Khi bị đốt cháy thì chúng kết hợp với oxy để tạo ra SO2 sau đó khí này có thể chuyển một phần thành

SO3 Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu càng lớn thì nồng độ SOx trong khói thải càng nhiều

Khi NOx được hình thành trong quá trình cháy nhiên liệu từ các hợp chất chứa nitơ và cả nitơ và oxy của không khí ở nhiệt độ cao kết hợp với nhau Như vậy khi nhiệt độ ngọn lửa càng cao thì nồng độ các chất này càng lớn

Bụi và bồ hóng được hình thành trong khói lò cũng tương tự như trong động cơ tức là chúng phụ thuộc cả chất lượng nhiên liệu, thiết bị đốt và lò

5.5.1.2 Giải pháp nhằm giảm thiểu nồng độ chất độc hại

Qua nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành các chất độc hại trong khói lò người ta đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế nồng độ của nó như sau:

Sử dụng các loại nhiên liệu sạch hơn trong quá trình cháy

Cải tiến hệ thống đốt cháy nhiên liệu

Sử lý làm sạch khí thải trước khi xả vào bầu khí quyển

Sự lựa chọn các giải pháp kỹ thuật cho các vấn đề nêu trên phụ thuộc vào đặc điểm của chất ô nhiễm, quá trình phát sinh chất ô nhiễm và mức độ xử lý yêu cầu

Tuỳ theo thành phần và khối lượng khí thải mà người ta lựa chọn phương pháp xử

lý thích hợp Việc chọn các phương pháp này phải tính đến mọi yếu tố có liên quan, đặc biệt là tính hiệu quả và tính kinh tế

Giải pháp liên quan đến nhiên liệu

Như trong phần trước ta đã thấy, dầu FO dùng cho lò công nghiệp hiện nay được lấy từ những phần cặn có chất lượng rất thấp, chúng chứa nhiều lưu huỳnh, nitơ đồng thời nhiều hợp chất aromatic ngưng tụ nhiều vòng, tất cả các chất này đều làm gia tăng nồng độ chất độc hại trong khói thải

Giải pháp được dùng nhằm giảm thiểu chất độc hại là:

Sử dụng nhiên liệu sạnh hơn để thay thế dầu FO

Dùng các quá trình chuyển hoá nhằm làm giảm nồng độ các chất không mong muốn trong dầu FO

Trong thực tế ngày nay người ta thường sử dụng khí thiên nhiên hoặc khí hoá lỏng

để thay thế dầu FO Các khí này chứa hàm lượng nitơ, lưu huỳnh rất thấp và hầu như không chứa aromatic

Trong công nghiệp thường sử dụng quá trình HDS để xử lý các hợp chất không mong muốn trong, quá trình này cho phép giảm được hàm lượng nitơ, lưu huỳnh, và aromatic xuống giới hạn cho phép

Cải thiện hệ thống đốt cháy nhiên liệu

Trong phần trước ta đã thấy nhiên liệu trước khi bị đốt cháy chúng được xé nhỏ thành các hạt sương dầu, từ các hạt sương này chúng bay hơi và trộn lẫn với không khí

để được đốt cháy

Chất lượng của quá trình cháy phụ thuộc rất nhiều vào các thiết bị tạo sương nhiên liệu và cấu tạo của buồng đốt nhằm giúp cho quá trình bay hơi và trộn lẫn được tốt Như vậy các thiết bị liên quan đến quá trình đốt cháy nhiên liệu này ảnh hưởng đến nồng độ khói thải trên hai phương diện sau:

Tăng nhanh quá trình bóc hơi của nhiên liệu lỏng

Quá trình bay hơi của nhiên liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và bề mặt của nhiên liệu tiếp xúc với không khí, khi nhiệt độ cao và bề mặt lớn thì quá trình bay hơi càng nhanh Để đạt được điều đó ta cần phải duy trì nhiệt độ buồng lửa tương đối cao, tìm cách tối ưu hoá kết cấu miệng phun sương để đảm bảo chất lượng hạt dầu nhỏ và đồng đều

Tăng nhanh quá trình hỗn hợp giữa hạt nhiên liệu và không khí

Để thực hiện yêu cầu này phải tăng nhanh sự khuếch tán hỗn lưu và đối lưu giữa hơi dầu và không khí

Để đảm bảo dòng phun sương sau miệng phun dễ dàng bắt lửa, cần sử dụng dòng khí chuyển động xoáy tạo thành vùng hồi lưu khói nóng sau miệng phun, với mục đích hút khói nóng vào gốc ngọn lửa để gia nhiệt cho dòng phun sương và phải qua cơ cấu phân phối gió để điều chỉnh tỷ lệ gió nóng phù hợp

Cấu tạo buồng đốt

Ngoài ra khi lò được thiết kế sao cho cường độ hấp thụ nhiệt của lò càng lớn tức nhiệt của quá trình cháy truyền cho chất mang nhiệt (nước, hơi) bằng phương thức nhiệt bức xạ, đối lưu của lò càng nhanh thì nhiệt độ cực đại trong lò càng giảm khi đó

sự hình thành khí NOx cũng được hạn chế

Làm sạch khói lò trước khi thải ra môi trường

Giảm thiểu bụi và bồ hóng trong khói thải

Tuỳ theo nồng độ bụi, tính chất vật lý, hoá học của bụi mà chia thành ba mức làm sạch:

Làm sạch thô: chỉ tách được các hạt bụi to (kích thước lớn hơn 100µm)

Làm sạch trung bình: giữ lại được không những các hạt bụi to mà cả bụi trung bình và một phần hạt nhỏ Nồng độ bụi trong không khí sau khi làm sạch chỉ còn khoảng 50-100 mg/m3

Làm sạch tinh: Các hạt bụi nhỏ dưới 10µm cũng được lọc ra tới 60-99% Nồng

độ bụi còn lại trong không khí sau khi làm sạch là 1-10mg/m3

Có rất nhiều loại thiết bị khác nhau được sử dụng để tách bụi Khi căn cứ vào nguyên lý hoạt động thì người ta phân thành 4 nhóm:

Thiết bị thu tách bụi cơ học: Buồng lắng, cyclone

Thiết bị thu gom bụi ướt : ống Venturi

Thiết bị lọc túi

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra;

3- Nắp van điều chỉnh; 4- Cửa dọn vệ; 5-xảc n

Sơ đồ cấu tạo của buồng lắng bụi nhiều tầng được áp dụng khá phổ biến trong

công nghiệp

Ưu điểm chính của kiểu buồng lắng này là nhờ chia thành nhiều tầng nên kích thước của buồng lắng được thu gọn, ít chiếm diện tích nhưng vẫn lọc được một lưu lượng khí lớn với hiệu suất lọc cao

Nhược điểm chủ yếu của loại này là khó dọn vệ sinh khi bụi bám trên các tầng Đôi khi người ta phải dùng biện pháp phun nước áp lực mạnh để tẩy rửa

Cũng với mục đích vừa nêu, buồng lắng có cấu tạo ở hình sau (Prockat 1950) là một bước phát triển tiếp theo bằng cách cho khí vào buồng lắng qua khe hình vành khăn của phễu cấp gió

Các dạng buồng lắng bụi có tận dụng lực quán tính

Ưu nhược điểm của từng loại thiết bị thu tách bụi

Thiết bị Ưu điểm Nhược điểm Phạm vi ứng dụng

Buồng

lắng

-Vốn đầu tư thấp -Chi phí bảo dưỡng thấp

-Cồng kềnh -Hiệu quả thấp, chỉ lọc được các hạt bụi

có kích thước > 10

µm

Cyclone

-Làm việc được ở môi trường áp suất cao và nhiệt

độ cao đến 5000C -Thu gom được cả hạt bụi

có tính mài mòn -Chế tạo đơn giản, kích thước nhỏ,dễ sửa chữa -Hiệu suất cao

-Vốn đầu tư không lớn

-Tổn thất áp suất trong thiết bị tương đối cao

-Chỉ lọc được các hạt bụi có kích thước >5µm

-Tiêu tốn điện năng

-Thường được ứng dụng trong các nhà máy cũ hoặc các xí nghiệp có công suất thu hồi các bụi có kích thước lớn

-Lọc sơ bộ trước khi khí được lọc trong các thiết bị lọc túi vải, lọc bụi điện

Ống

Venturi

-Hiệu suất rất cao -có thể lọc các hạt bụi có kích thước từ 2-3µm

-Lưu lượng nước tiêu thụ lớn

-Tiêu hao năng lượng lớn

Lọc túi vải

-Lọc được cả các hạt bụi kim loại có kích thước nhỏ nhất

-Hiệu suất lớn 98-99%

-Chi phí đầu tư thấp hơn thiết bị lọc bụi tĩnh điện

-Chi phí bảo dưỡng cao

-Túi lọc dễ bị thủng, ảnh hưởng đến công suất lọc

-Không lọc được khí nóng và có ăn mòn hoá học

Lọc tĩnh

điện

-Hiệu suất làm sạch cao 90-99%

-Năng lương tiêu hao ít -Có thể tiến hành ở nhiệt

độ cao, môi trường ăn mòn hoá học

-Có thể tự động hoá và cơ khí hoá hoàn toàn

- Kích thước lớn, cồng kềnh

-Chi phí đầu tư lớn

-Được ứng dụng

để lọc khí thải có hàm lượng lớn, các hạt bụi có kích thước rất nhỏ

Phương pháp xử lý SO2

Xử lý khí SO2 trong khí thải có thể thực hiện bằng cách dựa vào khả năng hấp thụ và hấp thụ của chúng tỏng quát thì người ta chia thành hai phương pháp sau: Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp phụ

Việc sử dụng phương pháp nào là tuỳ thuộc vào nồng độ SO2 trong khói thải và yêu cầu tách Các thiết bị thường được sử dụng như sau:

Tháp hấp thụ

Sơ đồ tháp đệm

1-Lưới đệm; 2-Lớp vật liệu 3-Thiết bị tưới; 4-Lớp tách nước

Thiết bị hấp thụ khí thải được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả cao là tháp đệm (tháp tiếp xúc) Tháp đệm có tiết diện ngang là hình tròn hay hình chữ nhật Trên tấmlưới có đệm bằng các vòng Rachig, vòng có vách ngăn…

Thiết bị này rất thích hợp để xử lý các loại khí độc hại, dễ hoà tan trong nước hay

dễ phản ứng với các dung dịch hấp thụ như là khí thải có chứa SO2, HF, HCl lượng dung dịch hấp thụ trong thiết bị khoảng 1,3-2,6 lít/m3 khí

Tháp đệm có ưu điểm là hiệu suất xử lý cao vì bề mặt tiếp xúc khá lớn, cấu tạo đơn giản, trở lực trong tháp không lớn lắm, giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhược điểm của nó là khó làm ướt đều đệm và nếu tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều và nước thải sau hấp thụ sẽ nhiễm bẩn và có khi cần phải xử lý nước thải này Đây là loại thiết bị hấp thụ dùng để xử lý khí SO2 rất hiệu quả

Xử lý khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO)

Xử lý khí SO2 bằng vôi cũng là phương pháp được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có ở mọi nơi

Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:

CaCO3 + SO2 = CaSO3 +CO2 CaO + SO2 = CaSO3

900÷1200 0 C

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Ưu điểm nổi bật của phương pháp xử lý khí SO2 bằng sữa vôi là công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếm nhiều diện tích xây dựng

Ngoài ra người ta còn sử dụng các phương pháp sau để xử lý

Xử lý khí SO2 bằng amoniac

Xử lý khí SO2 bằng amoniac và vôi

Xử lý khí SO2 bằng Magie oxit (MgO)

Giảm thiểu nồng độ khí NOx trong khói thải

Có 3 phương pháp khắc phục ô nhiễm khí NOx, trong khói thải là:

Xử lý khí NOx trong khói thải bằng hấp thụ, hấp phụ

Giảm thiểu lượng NOx bằng các chất gây phản ứng khử có xúc tác

Giảm thiểu sự phát thải khí NOx bằng cách điều chỉnh quá trình cháy

Trong ba phương pháp đó, phương pháp cuối cùng có lẽ là loại giải quyết vấn đề từ gốc và kinh tế nhất, cần được quan tâm trước hết