CÔNG NGHỆ xử lý KHÍ NO

NO và NO2 thường đi với nhau và chúng có thể đặc trưng và đại diện cho NOx Là chất khí không màu, được tạo thành với quy mô lớn do cháy nhiên liệu không hoàn toàn ở nhiệt độ cao.. Hấp th

CÔNG NGHỆ XỬ LÍ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

VÀ TIẾNG ỒN

(Nhóm 16; th ứ 2, tiết 10-12, lớp: 03DHMT2)

Bảng 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

MỤC LỤC

1 Tổng quan về NO x 3

 Nguồn phát thải : 3

 Tác hại: 3

2 Hấp thụ 4

a Hấp thụ bằng nước: 4

b Hấp thụ khí NOx bằng dung dịch amonicacbonat .5

c Thiết bị hấp thụ 7

 Tháp sục khí sủi bọt 7

 Scrubơ Venturi 8

 Tháp scrubơ có lớp đệm rỗng và tháp phun 10

3 Hấp phụ khí NO X bằng sililcagen, alumogel, than hoạt tính,vv 10

4 Giảm thiểu có xúc tác lượng oxit nitơ bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau .12

5 Giảm thiểu phát thải NO x bằng cách điều chỉnh quá trình cháy 14

1 Tổng quan về NO x

Trong 7 thông số NOx : NO, NO2, NO3,N2O,N2O3,N2O4và 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

Là chất khí không màu, được tạo thành với quy mô lớn do cháy nhiên liệu không hoàn toàn ở nhiệt độ cao

 Ngu ồn phát thải :

 Nhà máy nhiệt điện

 Từ các nhà máy sản xuất HNO3

 Động cơ ô tô

 Tác h ại:

 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

 Là chất khí có màu nâu thẫm - hơi đỏ, vị cay, mùi kích thích, có thể nhận biết ở nồng độ 0.12 ppm

 Khí NO2 với nồng độ 100ppm có thể làm chết người và động vật chỉ sau vài phút:

 NO2 oxi hóa thành N2O5nhờ O3:

2NO2+ O3 N2O5+ O2

Vậy NOx có thể coi là tác nhân gây nên quá trình phân hủy ozon

Nồng độ NO x và mức tác động đến sức khỏe con người

5ppm

Có thể gây tác hại đến cơ quan hô hấp sau vài phút

tiếp xúc

2 Hấp thụ

a Hấp thụ bằng nước:

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 nêu trên thường không cao, tối đa đạt khoảng 50%

Theo kết quả nghiên cứu của Peters M.S, hiệu quả hấp thụ NO2 +NO4 bằng nước phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của NOxtrong khí thải và loại vật liệu hấp thụ được thể hiện ở hình:

1-Hi ệu 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).

Nitơ đioxit và đinitơ tetraoxit (NO2 và N2O4) kết hợp với nước tạo thành axit nitric và axit nitrơ Tiếp theo, axit nitrơ có thể bị oxi hóa thành đioxit nitơ mà đến lượt mình nó sẽ kết hợp nhiều nước hơn Các phản ứng xảy ra như sau:

Nồng độ ban đầu của NO2+ N2O2, % thể tích

2NO2(hoặc N2O4) + H2O  HNO3+ HNO2 (1)

2HNO2 NO + NO2 (hoặc ½ N2O4) + H2O (2)

NO + ½ O2  NO2(3)

2NO2 N2O4(4)

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

Điều kiện khử NO 2 trong không khí ở nhiệt độ 25 0 C cho kết quả trên biểu đồ 1

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

Sợi thủy tinh cỡ vừa Cột nước 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

Vận tốc khí 0,6m/s, bề cao của tháp 130cm

b Hấp thụ khí NOx bằng dung dịch amonicacbonat.

Quá trình xử lý Amoni cacbonat (NH4)2CO3trong tháp hấp thu đường kính 0.4 m và cao 2.6 m được đệm bằng khâu Rasching 25mm Hiệu quả hấp thu đạt 65% và phù hợp với

kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả Hiệu quả hấp thụ còn được nâng cao đáng kể khi dùng các tấm nhựa polyvinyl gợn sóng làm lớp đệm trong trong tháp hấp thu (hiệu quả đạt 95.1%)

Khả năng hấp thụ khí NO và NO 2 trong thiết bị hấp thụ có lớp đệm:

Lưu lượng, kg/m2.h Hệ số trao đổi

Kg kmol/m2.h.kPa Nồng độ NO + NO2 ppm

Hiệu quả hấp thụ %

dịch

NO + NO2 ban đầu NO2 cuối Lớp đệm khâu Rasching 25mm

2580

Lớp đệm: Tấm nhựa polyvinyl gợn sóng

c Thiết bị hấp thụ

 Tháp s ục khí sủi bọt

 Cấu tạo :

 Nguyên lý làm việc của tháp sục khí sủi bọt:

Dung môi được cấp vào đĩa vừa đủ để tạo một lớp chất lỏng có bề cao thích hợp, dòng khí đi từ dưới lên trên qua các đĩa đục lỗ làm cho lớp dung môi sủi bọt, Nitơ oxit trong khí tiếp xúc với bề mặt của những bong bong chất lỏng, tại đây xảy ra quá trình oxy hóa oxit Nitơ Dung dịch sau hấp thụ được thu lại và được bơm ra ngoài

Các oxit nitơ có thể được khử bằng cách cho dòng khí đi qua hàng loạt các khay sủi bọt với chuyển động ngược chiều giữa khí và nước hoặc dung dịch axit nitric trong nước Khí thải đi vào hệ thống xử lý cần chứa đủ lượng oxy cần thiết để cung cấp cho quá trình oxy hóa oxit nitơ và thúc đẩy quá trình xảy ra được nhanh chóng và triệt để Hiệu quả khử

NOxcủa tháp sục khí sủi bọt giảm khi nồng độ ban đầu của NOxtrong khí thải giảm Khi nồng độ ban đầu của NOx thấp thì phần lớn các oxit nitơ thu được từ các phản ứng trên đây là ở dạng nitơ ddioxit Còn khi nồng độ ban đầu cao thì thành phần đinitơ tetraoxit

N2O4 thu được sẽ cao Điều đó giải thích vì sao hiệu quả của quá trình thấp khi nồng độ ban đầu thấp, bởi vì tốc độ phản ứng giữa đinitơ tetraoxit với nước nhanh hơn nhiều so với tốc độ phản ứng giữa nitơ đioxit với nước

 Scrubơ Venturi

 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

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

 Ống thường có dạng hình trụ với tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật Ở phần giữa, cổ ống có cấu tạo thoắt eo để tạo tốc độ dòng khí có giá trị cực đại Tại

vị trí cổ thoắt eo có bố trí ống phun chất lỏng và đầu phun có dạng mỏ phun đặc biệt Ống khuếch tán (ống loe) trong đó dòng khí giảm tốc độ và xảy ra sự kết tụ các chất khí (hoặc bụi) cùng với các giọt nước Phần cổ ống venturi có nhiệm vụ tạo ra sự xáo trộn khí đảm bảo ống làm việc hiệu quả

 Theo quan điểm khí động, các thông số cấu tạo tối ưu của ống venturi được xác định như sau:

Ống thu hẹp:

- Đường kính miệng vào D1 (m)

- Góc thu hẹp α1= 25 – 280

- Chiều dài: l1= (D1– D2)/2tg(α1/2)

Cổ ống:

- Đường kính D2 (m)

- Chiều dài l2= 0,15D2 (m) Ống loe :

- Đường kính miệng ra D3(m)

- Góc loe α2 = 6 – 100

- Chiều dài l3= (D3– D2)/2tg(α2/2)

Cấu tạo bộ phận thu giọt lỏng: Để tách giọt nước có thể lựa chọn nhiều thiết

bị tách giọt nước có kết cấu khác nhau tích hợp với thiết bị Venturi, tuy nhiên người ta thường lựa chọn thiết bị cyclone Cấu tạo của cyclone loại này gần giống với cyclone lọc bụi khô gồm thân hình trụ và phần đáy hình nón nhưng

bị rút ngắn lại là nơi thu dung dịch sau hấp thu và cặn Ở đáy thiết bị có ống xả nước và cặn co lắp van để duy trì một lượng nước nhất định ở đáy thiết bị

 Nguyên lý hoạt động: Dòng khí chứa NOx tiếp xúc với dòng dung môi được phun

từ trên xuống trong lòng thiết bị, trong ống xảy ra quá trình đập nhỏ thể tích tưới phun bởi dòng khí NOxchuyển động với vận tốc lớn từ 40 m/s đến 150 m/s làm sự tiếp xúc pha tăng lên, NOxdễ dàng được dung môi hấp thụ Dung dịch sau hấp thụ được bộ phận thu giọt thu lại sau đó được bơm ra ngoài

Scrubơ Venturi

Kết quả thực nghiệm quá trình khử NOx trong ống Venturi cho thấy có nhiều triển vọng Dung môi được phun cùng trục và cùng chiều với dòng khí chuyển động với vận tốc cao trong chỗ thắt của ống Venturi, dung môi lỏng bị xé nhỏ thành giọt mịn làm cho diện tích tiếp xúc giữa khí và lỏng 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 Hiệu quả khử NOx còn có thể được nâng cao khi có cho thêm hơi nước vào khí cần xử lý Lúc đó áp suất riêng của hơi nước trong khí sẽ tăng và thúc đẩy các phản ứng hóa học ngay trong pha khí, nhờ đó hiệu quả khử NOx trong khí thải sẽ được tăng cao Khí thải thoát ra khỏi ống Venturi có chứa một lượng đáng kể sương axit nitric và sương axit cần được lọc sạch bằng xiclon hoặc thiết bị lọc khác trước khi thải ra khí quyển

 Tháp scrubơ có lớp đệm rỗng và tháp phun

Scrubơ có lớp đệm rỗng và tháp phun (buồng phun) cũng được sử dụng để được xử lý khí

NOx trong khí thải với chất hấp thụ là nước Tuy nhiên, các loại thiết bị này cho hiệu quả không cao khi nồng độ ban đầu của NOxtrong khí thải tương đối thấp

Tháp đệm

3 Hấp phụ khí NO X bằng sililcagen, alumogel, than hoạt tính,vv

Khí thải có chứa 1-15% NOx có thể được xử lý bằng các chất hấp phụ như silicagen, alumogel, than hoạt tính, rây phân tử và một số kim loại, đặc biệt là mangan oxit (MnO)

và sắt (III) oxit (Fe2O3) …vv

Khi trong chất hấp thụ có chức đioxit thì nó trở thành chất xúc tác để oxy hóa các oxit nito thành nito đioxit Nitơ đioxit bị hấp phụ vào các chất nêu trên và có thể được tách ra khỏi chúng bằng cách nung nóng

Khả năng hấp phụ NOx của các chất rắn nêu trên nói chung là rất thấp Do đó muốn đạt yêu cầu khử NOx một cách triệt để cần lắp thêm hệ thống với nhiều tầng hấp phụ nối tiếp nhau, dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng để thắng sức cản khí động của hệ thống Mặt khác, bụi trong khí thải cũng làm giảm nhanh chóng khả năng hấp phụ của vật liệu, do

đó khí thải trước khi đi vào hệ thống hấp phụ cần được lọc sạch tro bụi Tuy nhiên, bên cạnh những nhược điểm trên, sử dụng chất hấp phụ để khử NOx có ưu điểm của nó là có khả năng thu hồi NO2 có nồng độ cao để điều chế acid nitric phục vụ nhiều nhu cầu khác nhau trong công nghiệp

4 Giảm thiểu có xúc tác lượng oxit nitơ bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau.

Oxit nitơ trong khói thải có thể được giảm thiểu có xúc tác bằng các chất gây phản ứng khử khác nhau như CO, H2, CH4, H2S, NH3…

Khi sử dụng khí monoxit cácbon CO làm chất gây phản ứng khử, ta có phản ứng sau đây: 2NO + 2CO 2CO2+N2

2NO2+ 4CO  4CO2 + N2

Chất xúc tác cho hiệu quả cao đối với các phản ứng nêu trên là kim loại dạng platin-rođi (pt-Rh)

Các phản ứng trên đây rất có ý nghĩa vì cả 2 chất tham gia đều độc hại và kết quả thu được là những chất không độc hoặc rất ít hại.đặc biệt có ý nghĩa hơn nếu điều chỉnh được quá trình cháy sao cho lượng khí NOxvà CO nằm trong tỉ lệ phù hợp với phản ứng đó.với

NH3, các phản ứng khử NOxsẽ là:

6NO + 4NH36H2O + 5N2

4NO + 4NH3 + O2 6H2O + 4N2

6NO2+ 8NH3 12H2O + 7N2

2NO + 4NH3 + O2 6H2O + 3N2

Các phản ứng có thể tiến hành với chất xúc tác zeolit ở nhiệt độ khoảng 3700c hoặc đơn giản hơn là tiến hành trên đường ống khói của nơi có nhiệt độ nằm trong khoảng

870-9800c Ở nhiệt độ dưới 8700c các phản ứng xảy ra với tốc độ rất chậm.còn nhiệt độ trên

9800c thì phản ứng chiếm ưu thế với NH3:

NH3 + O2  NO + 3/2 H2O

Lúc đó nồng độ của khí NOx trong khói thải không được giảm thiểu mà ngược lại còn tăng thêm

Cả 2 quá trình khử NOx có xúc tác và không có xúc tác đều được làm thử nghiệm trên quy mô rộng và cho kết quả tốt, tuy nhiên khá tốn kém

Khi sử dụng các chất gây phản ứng khử là CH4và H2S sẽ xảy ra các phản ứng sau:

4NO2 + CH4 CO2 + H2O +4NO

4NO + CH4 CO22H2O + 2N2

CH4+ 2O2 CO2 + 2H2O

NO + H2S  H2O + 1/2N2 + S

SO2+ 2H2S  2H2O + 3S

Các phản ứng trên đây đều là phản ứng tỏa nhiệt, đặc biệt với CH4 lượng nhiệt tỏa ra khá lớn và làm cho nhiệt độ khí thải tăng cao Đó là đặc điểm của giảm thiểu NOxbằng CH4 Khi sử dụng kim loại quý làm xúc tác như platin-palađi (Pt-Pd) nhiệt độ khói thải và chất phản ứng khử CH4 nằm trong khoảng 4500c Tốc độ phản ứng xảy ra rất nhanh ngay cả khi vận tốc khí thải lớn

Khi sử dụng khi H2S làm chất xúc tác gây phản ứng khử, cũng tương tự như sử dụng CO, bản thân nó là loại khí độc thường có trong khói thải và quá trình sẽ toàn diện hơn nếu kết hợp cả NOX với SO2trong cùng một hệ thống Tuy nhiên quá trình này còn đang tiếp tục nghiên cứu

Thực chất của quá trình khử NOX bằng H2S, CH4 là quá trình thiêu đốt có xúc tác Nhiệt tỏa ra trong quá trình có thể tận dụng dùng cấp nhiệt cho các công đoạn khác nhau

5 Giảm thiểu phát thải NO x bằng cách điều chỉnh quá trình cháy.

Không giống như sự phát thải khí SO2 trong quá trình cháy, nó hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu, sự phát thải khí NOx trong quá trình đốt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau:

1- Nhiệt độ cháy: đây là yếu tố quan trọng nhất của sự hình thành khí NOXtrong sản phẩm cháy Nhiệt độ càng cao thì sự hình thành khí NOXcàng lớn

2- Tỉ lệ nguyên liệu - không khí: hệ số thừa không khí càng lớn càng tạo điều kiện cho nitơ không khí cũng như nitơ trong nhiên liệu kết hợp với oxi để hình thành khí oxit nitơ

3- Mức độ hòa trộn giữa: nhiện liệu - không khí - sản phẩm cháy, nếu nhiên liệu và không khí đựơc hòa trộn sao cho quá trình cháy xảy ra trong điều kiện giàu nhiên liệu thì sự hình thành khí NOx sẽ đựơc hạn chế Ngoài ra hòa trộn 1 phần sản phẩm cháy (khói) ngược lại vào buồng đốt làm giảm nhiệt độ cháy giảm thấp và nhờ đó giảm sự hình thành khí NOx

4- Cường độ hấp thu nhiệt của lò càng lớn tức nhiệt của quá trình cháy truyền cho chất mang nhiệt (nước, hơi) qua các bề mặt hấp thu nhiệt bức xạ, đối lưu của là càng mạnh, càng nhanh thì đỉnh nhiệt của quá trình cháy giảm và sự hình thành khí NOxcũng đựơc hạn chế

5- Loại nhiên liệu: cùng một lượng nhiệt sản ra như nhau thì thứ tự sắp xếp sự phát thải từ nhiều tới ít là: than, dầu, khí đốt

Như chúng ta đã biết và cũng trình bày các mục ở trên có 3 phương pháp khắc phục khí

NOxđó là:

 Xử lý khí NOX trong khói thải bằng cách hấp phụ, hấp thụ

 Giảm thiểu khí NOXbằng phản ứng khử có xúc tác

 Giảm thiểu sự phát thải khí NOXbằng cách điều chỉnh quá trình cháy

Trong 3 loại phương pháp đó loại cuối cùng là cách giải quyết từ gốc và kinh tế nhất, cần được quan tâm trước hết Khi tận dụng các yếu tố ảnh hưởng nói trên đối với sự hình thành khí NOXcủa quá trình cháy, người ta có thể đề ra các giải pháp nhằm giảm thiểu sự phát thải khí NOX

1- Hạ thấp hệ số thừa không khí: Cấp không khí cho quá trình cháy sát với tỉ lệ tính toán về nhu cầu oxi theo các phương trình phản ứng cháy của các thành phần cháy trong nhiên liệu, từ đó hạn chế được lượng oxi thừa do đó hạn chế được lượng oxi thừa kết hợp với lượng nitơ trong không khí để tạo thành oxit nitơ Giải pháp này được áp dụng cho nhiên liệu dầu và khí đốt Riêng đối với than giải pháp trên chưa được ngiên cứu áp dụng mấy bởi vì khi cung cấp hệ số thừa oxi thấp cho quá trình cháy của than sẽ làm quá trình cháy không hoàn toàn làm tăng hàm lượng khí CO trong khói thải

2- Tổ chức quá trình cháy hai giai đoạn: đầu tiên cấp không khí dưới mức nhu cầu tính toán đối với nhiên liệu dầu và khí trong buồng đốt, sau đó cung cấp không khí

ở nhiệt độ thấp hơn để phần nhiên liệu chưa cháy hết cũng như sản phẩm cháy hạ bớt nhiệt độ trước khi cháy tiếp đến hoàn toàn Như vậy sẽ tránh được sự tiếp xúc của nitơ với oxi ở vùng nhiệt độ cao và phần lớn quá trình cháy sẽ xảy ra trong điều kiện giàu nhiên liệu

3- Tuần hoàn sản phẩm cháy (khói): 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 bớt 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 thích hợp

Trong thực tế đốt nhiên liệu dầu và khí đốt người ta kết hợp các giải pháp nêu trên Ví dụ: giải pháp 1 kết hợp với giải pháp 2 hoặc giải pháp 1 kết hợp với giải pháp 3 Khi kết hợp

1 với 3 lại với nhau, nếu giảm không khí thừa từ 50% xuống còn 20% sản phẩm cháy sẽ giảm được 80% lượng khí thải NOx

Ngoài các giải pháp nêu trên cấu tạo buông đốt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế phát sinh khí NOx Khi bố trí vòi đốt theo phương tiếp tuyến hoặc xiên góc với