XÚC TÁC XỬ LÝ KHÍ NOx – XÚC TÁC TRONG CÔNG NGHỆ SCR

XÚC TÁC XỬ LÝ KHÍ NOx – XÚC TÁC TRONG CÔNG NGHỆ SCRNgày nay, ô nhiễm đang ngày một trở thành nỗi nhức nhối của con người. Ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí... chính những hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra nhiều sự ô nhiễm ấy. Không thể phủ nhận rằng sự phát triển của ngành công nghiệp đã mang đến cuộc cách mạng phát triển, cạnh tranh cho nhiều quốc gia, và góp phần cải thiện cuộc sống con người. Giải quyết, đáp ứng mọi nhu cầu thiết yếu của mỗi người. Nhưng chính sự phát triển đó lại đưa đến một nỗi lo lớn khác về ô nhiễm.Về khía cạnh ô nhiễm bầu không khí, nhiều nhà máy và các hoạt động đốt cháy khác đã và đang thải ra bầu không khí nhiều loại chất gây hại, ví dụ như: SOx, COx, NOx,... chúng có thể gây ra tác hại khôn lường nếu như không được kiểm soát một cách chặt chẽ.Trong bài ngày hôm nay, nhóm em xin đề cập đến vấn đề xử lý khí NOx từ các nhà máy công nghiệp. Có nhiều các nghiên cứu được đề ra để thực hiện việc giảm khí NO x, nhưng mỗi phương pháp lại tồn tại những ưu nhược điểm riêng của nó, một số hóa chất được sử dụng như là chất hấp phụ, oxi hóa để loại bỏ hoặc tiêu hủy NOx trong các tháp phun. Nhưng những loại hóa chất này có giá thành cao và khá tốn kém.Để bàn luận về vấn đề này, nhóm xin giới thiệu công nghệ và cơ chế cho quá trình SCR sử dụng xúc tác oxi hóa chọn lọc với nhiều ưu điểm, cho hiệu suất xử lý cao và dòng khí đi ra sạch hơn

GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ – HÓA DẦU BÀI TIỂU LUẬN ĐỘNG HỌC XÚC TÁC XÚC TÁC XỬ LÝ KHÍ NOx – XÚC TÁC TRONG CƠNG NGHỆ SCR GVHD: Th.S VƯƠNG THANH HUYỀN NHÓM 1 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Giới thiệu chung NOx Nguồn gốc phát sinh NOx ảnh hưởng 2.1 Nguồn gốc 2.1.1 Nguồn gốc tự nhiên 2.1.2 Nguồn gốc sinh học 2.1.3 Các nguồn công nghiệp 2.1.3.1 NOx nhiệt (thermal-NOx) 2.1.3.2 NOx nhiên liệu(fuel-NOx) 2.1.3.3 NOx sớm(prompt- NOx) 10 2.2 Ảnh hưởng NOx 10 2.2.1 Ảnh hưởng NOx đến sức khỏe người .10 2.2.2 Ảnh hưởng NOx đến thực vật 11 Tổng quan phương pháp xử lý NOx 12 3.1 Phương pháp hấp phụ 12 3.2 Phương pháp hấp thụ 13 3.2.1 Hấp thụ nước 13 3.2.2 Hấp thụ kiềm 13 3.2.3 Hấp thụ chọn lọc 14 3.2.4 Phương pháp hấp thụ đồng thời SO2 NOx .15 3.3 Xử lý NOX phương pháp xúc tác nhiệt 15 3.3.1 Khử oxit nitơ có xúc tác nhiệt độ cao .16 3.3.2 Khử NOx với xúc tác chọn lọc .17 3.3.3 Phân hủy NOx chất khử dị thể .18 3.3.4 Phân hủy NOx chất khử đồng thể dị thể khơng có xúc tác: 18 Công nghệ SCR: 21 4.1 Khái niệm 21 NHÓM GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx 4.2 Nhiệt động học trình SCR khử NO NH3 23 4.2.1 Nhiệt động trình .23 4.2.2 Xúc tác cho trình (V2O5/TiO2) 24 4.2.2.1 Pha hoạt tính – V2O5 25 4.2.2.2 Cấu trúc hệ xúc tác V2O5/TiO2 (dạng anatas): 28 4.2.2.3 Các phương pháp điều chế hệ xúc tác V2O5/TiO2 31 4.2.3 Cơ chế phương trình phản ứng 33 4.2.3.1 Các phản ứng 33 4.2.3.2 Cơ chế trình: .34 4.2.4 Động học trình 42 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình xúc tác 46 5.1 Mở đầu 46 5.2 Thử hoạt tính xúc tác .47 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng 47 5.3.1 Hoạt tính xúc tác với chất trợ khác .47 5.3.2 Tác động phụ gia F chất tải W chuyển hóa NO: 48 5.3.3 Thử nghiệm qua tác động NH3 đến độ chuyển hóa NO: 50 5.3.4 Tác động O2 đến chuyển hóa NO: .51 5.3.5 Xúc tác VWTiF bền với SO2, H2O: 52 Phạm vi ứng dụng .54 Xu hướng nghiên cứu 55 7.1 Xu hướng phát triển hệ xúc tác 55 7.2 Xu hướng phát triển công nghệ xử lý 58 7.2.1 Xử lý khí thải công nghệ biofilter với giá thể vỏ dừa 58 7.2.2 Dùng thiết bị lọc khí độc NOx 60 7.2.3 Cơng nghệ lò đốt (FLGR) .63 7.2.4 Cơng nghệ xử lý khói thải – GTEC 64 Kết luận 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 NHÓM GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN NHÓM Xúc tác xử lý khí NOx GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, nhiễm ngày trở thành nỗi nhức nhối người Ô nhiễm nguồn nước, nhiễm khơng khí… hoạt động người nguyên nhân gây nhiều ô nhiễm Không thể phủ nhận phát triển ngành công nghiệp mang đến cách mạng phát triển, cạnh tranh cho nhiều quốc gia, góp phần cải thiện sống người Giải quyết, đáp ứng nhu cầu thiết yếu người Nhưng phát triển lại đưa đến nỗi lo lớn khác nhiễm Về khía cạnh ô nhiễm bầu không khí, nhiều nhà máy hoạt động đốt cháy khác thải bầu khơng khí nhiều loại chất gây hại, ví dụ như: SOx, COx, NOx,… chúng gây tác hại khơn lường khơng kiểm sốt cách chặt chẽ Trong ngày hơm nay, nhóm em xin đề cập đến vấn đề xử lý khí NOx từ nhà máy cơng nghiệp Có nhiều nghiên cứu đề để thực việc giảm khí NO x, phương pháp lại tồn ưu- nhược điểm riêng nó, số hóa chất sử dụng chất hấp phụ, oxi hóa để loại bỏ tiêu hủy NOx tháp phun Nhưng loại hóa chất có giá thành cao tốn Để bàn luận vấn đề này, nhóm xin giới thiệu cơng nghệ chế cho trình SCR sử dụng xúc tác oxi hóa chọn lọc với nhiều ưu điểm, cho hiệu suất xử lý cao dòng khí NHÓM GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Giới thiệu chung NOx NOx tên gọi chung oxyde nitơ gồm chất NO, NO2 N2O,N2O3,N2O4,N2O5 Các phương tiện giao thông,các nhà máy nhiệt điện ngành công nghiệp khác với hoạt động sinh hoạt cộng đồng dân cư nguồn chủ yếu thải NOx Tỷ lệ nguồn thải NOx nhiệt điện 22% Các ngành công nghiệp khác-hoạt động sinh hoạt người 22% Xe cộ 55% Các nguồn khác 1% 1.1 Nitơ IV Oxit – NO2 - Nitơ IV Oxit hợp chất dạng khí Nitơ (Nitơ có hóa trị IV) tồn tự nhiên từ hoạt động công nghiệp đốt than, nhiên liệu, thối rữa động vật loại khí gây hiệu ứng nhà kính - Nitơ IV Oxit có màu nâu nặng khơng khí, mùi khó chịu độc cấu tạo phân tử sau: - Sở dĩ Nitơ IV Oxit khí hiệu ứng nhà kính với CO2, SO2, có khả hấp thụ tia sáng phản xạ từ Mặt trời xuống Trái Đât có bước sóng dài Khi lượng Nitơ IV Oxit khí nhà kính khác cân so với khí tia sáng NHĨM GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx giúp “sưởi ấm” Trái Đất Nhưng ngày nay, mà hoạt động công nghiệp diễn mạnh mẽ, đặc biệt nước phát triển Mỹ làm cho lượng khí nhà kính tăng lên đáng kể – có Nitơ IV Oxit Làm cân khí quyển, lượng khí hấp thụ tia phản xạ tăng lên, hiệu ứng nhà kính tỏ rõ nét, nhiệt độ Trái Đất tăng lên 1.2 Nitrô Oxit – N2O - Nitrơ Oxit (còn gọi protoxyt nitrogen, khí cười – hít phải gây phản xạ cười) có cơng thức cấu tạo sau: - Nitrơ Oxit trước chủ yếu biết đến y học đóng vai trò chất kích thích có thành phần hỗn hợp khí gây mê.Nhưng ngày nay, nhà khoa học chứng minh N2O khí hiệu ứng nhà kính Hàm lượng tăng dần phạm vi toàn cầu, hàng năm khoảng từ 0,20,3% - Cùng với việc tăng lên lượng lớn NO2trong khơng khí lượng N2O làm tăng cường hiệu ứng nhà kính Khi khí đinitơ oxit (N2O) lên đến tầng bình lưu phá huỷ tầng ozone, dẫn đến gia tăng lượng xạ cực tím, gây ung thư da đục thuỷ tinh thể Dù nồng độ Nitrô Oxit khơng khí đáng kể so với nồng độ CO2, mối nguy hại tiềm tàng chúng gây làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe môi trường lại nhiều gấp 300 lần 1.3 Nitơ monoxit (công thức hóa học: NO) Là chất khí khơng màu, khơng bền khơng khí bị ơxy ơxi hóa nhiệt độ thường tạo nitơ dioxit chất khí màu nâu đỏ NHÓM GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Nguồn gốc phát sinh NOx ảnh hưởng 2.1 Nguồn gốc 2.1.1.Nguồn gốc tự nhiên Oxit nitric tạo giơng có sét N2 + O2 → 2NO (tia lửa điện) 2NO + O2 → 2NO2 Nitơ đioxit phản ứng với nước mưa tạo axit HNO3 nitơ oxit 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO 2.1.2Nguồn gốc sinh học Phân bón nơng nghiệp việc cố định đạm vi sinh vật góp phần làm gia tăng lượng NOx vào khơng khí 2.1.3Các nguồn cơng nghiệp NOx tạo chủ yếu theo dạng sau: _NOx nhiệt(thermal-NOx) _NOx nhiên liệu(fuel-NOx) _ NOx sớm(prompt- NOx) Ngoài loại thứ NOx nạp liệu(feed NOx).loại NOx hình thành trình đốt cháy nitơ diện vật liệu đầu vào q trình sản xuất xi măng theo cơng nghệ lò quay vùng nhiệt độ 300-800᷾ C.Tuy nhiên dạng chiếm tỉ lệ nhỏ 2.1.3.1 NOx nhiệt(thermal-NOx) Được hình thành đốt cháy hỗn hợp oxi nitơ khoảng 1600oC.Cơ chế hình thành NOx nhiệt với phản ứng xảy sau: N2 +O → NO + N NHÓM (1) GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN NO + N → N2 + O Xúc tác xử lý khí NOx (2) NO + O → N +O2 (3) N + O2→ NO + O (4) N + OH→ NO+H (5) NO+H → N +OH(6) Phản ứng (1) đóng vai trò phản ứng chậm chế phản ứng có lượng hoạt hóa cao xảy nhiệt độ cao.Chính để giảm tạo thành NOx nhiệt người ta phải giảm nhiệt độ lửa ,thời gian lưu giữ,giảm nồng độ oxi vùng nhiệt độ cao 2.1.3.2 NOx nhiên liệu(fuel-NOx) Theo Finimore Jones(1961) NOx nhiên liệu(fuel-NOx) tạo thành chủ yếu từ đốt cháy nito tồn nhiên liệu,ví dụ chất chứa nhóm chức amin hay pyridyn.Liên kết C-N có lượng liên kết nhỏ so với lien kết phân tử N2 tạo thành NOx từ cách xảy dễ dàng nhiệt độ thấp so với chế tạo thành NOx-nhiệt.Các phản ứng xảy nhanh theo hướng tạo thành axit cyanic,HCN,rồi HCN phản ứng với nguyên tử oxitheo phản ứng sau HCN + O → H + NCO HCN + O →OH + CN HCN + O →NH +CO Gốc CN tạo NCO phản ứng CN +O2→NCO +O CN +OH →NCO +H Trong mơi trường oxi hóa NCO tạo NO CO NHÓM GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx NCO +OH →NO+CO+H NCO +O →NO+CO Khi đốt dầu nhiên liệu lượng NOx-nhiên liệu tạo chiếm 50% tổng lượng NOx thải ra,tỉ lệ 80% đốt cháy than đá 2.1.3.3 NOx sớm(prompt- NOx) NOx-sớm tạo thành phản ứng nito khơng khí với gốc hydrocacbon,CHi (i=0-2) sinh từ nhiên liệu mơi trường oxi N2+CH*→HCN +N* Trong mơi trường oxi hóa HCN tiếp tục phản ứng chế tạo thành NOx nhiên liệu Cơ chế trình tạo thành NOx sớm xảy nhiệt độ thấp để hạn chế tạo thành NOx sớm người ta tăng tốc độ nạp hỗn hợp nhiên liệu – không khí Nói chung lượng NOx tạo thành chế so với NOx nhiệt Ngồi NO tạo thành từ phản ứng : NNH+O→ NO+NH Và N2 + O→ N2O N2 O + O → 2NO 2.2 Ảnh hưởng NOx 2.2.1 Ảnh hưởng NOx đến sức khỏe người NOx sâu vào phổi người hòa tan nước Khi vào trongphổi, 80% lượng NOx bị giữ lại (đối với SO2, quan giữ lại khoảng 5%) Trongcác chất NOx, độc tính NO2 cao nhiều lần so với NO Các hạt nhỏ xâm nhập sâu vào mơ phổi nhạy cảm làm hỏng nó, gây chết sớm trường hợp nặng Hít phải hạt gây làm trầm trọng thêm bệnh hơ hấp, chẳng hạn khí phế thũng viêm phế quản , làm trầm trọng thêm bệnh tim NHÓM 10 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx 5.3.5 Xúc tác VWTiF bền với SO2, H2O: Hình7 cho thấy chuyển hóa NO thay đổi với có mặt H2O, 300 ppm SO2 H2O+300 ppm SO2 khoảng nhiệt độ 210oC - 240 oC Sự chuyển hóa NO giảm thêm % H2O có mặt 210 oC Khi nhiệt độ phản ứng lên đến 240 oC, thêm % H2O khơng có ảnh hưởng đến chuyển hóa NO nữa, thêm % H2O chuyển hóa NO giảm dần trở lại Nó cho ta thấy kìm hãm có H2O giảm với tăng nhiệt độ phản ứng nồng độ H2O cao làm tăng kìm hãm Sau dừng cấp H2O, chuyển hóa NO giảm Điều ngưng tụ mao quản H2O khe hở chất xúc tác ngăn chặn hấp phụ NH3 NO Sau khoảng thời gian, hoạt tính xúc tác phục hồi chuyển hóa NO phục hồi nhanh 240oC Khi SO2 thêm vào, chuyển hóa NO tăng nhẹ Sự chuyển hóa NO sau 15 phút giảm dần cuối ổn định Sự chuyển hóa NO khơng bị ảnh hưởng ta tăng nồng độ Amoniac 500-600 ppm (trong Hình điểm "A") Nó cho thấy lý việc giảm hoạt tính xúc tác loại Sulfate lắng đọng bề mặt chất xúc tác trung tâm hoạt động xúc tác làm che phủ xúc tác Khi H2O SO2 thêm vào, kìm hãm tốt H2O SO2 cho vào riêng biệt Sự kìm hãm đồng thời phục hồi chuyển hóa NO phục hồi nhanh 240oC H2O SO2 loại từ hỗn hợp phản ứng NHÓM 52 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Máy quang phổ FT-IR sử dụng có mặt H2O SO2 thấy Hình Các đường giao thoa đặt 400-700cm-1, thấy tác dụng kéo dài Ti-O từ cầu nối Ti-O-Ti kéo dài Kết cho thấy SO42+ có đặc điểm đối xứng Td, cho thấy hai IR hấp phụ đạt cực đại 1104 613 cm-1 Sau phản ứng trình SCR với diện SO2 H2O, quang phổ IR khơng chủ yếu phạm vi Do đó, VWTiF chất xúc tác có sức đề kháng tốt SO2 NHĨM 53 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Phạm vi ứng dụng Q trình khử xúc tác chọn lọc SCR trình sử dụng phổ biến Được nhiều nơi nghiên cứu phát triển, đặc biệt nhà máy có nhiều khí thải Với tác nhân khử NH3, tác nhân khử hiệu cho khử khí NOx việc lưu trữ khó khăn cho nguồn thải khí NOx lưu động Do vậy, SCR với tác nhân khử NH3 thích hợp cho cơng đoạn xử lý khí thải nguồn khí thải cố định nhà máy, lò đốt,… Nếu muốn sử dụng cơng nghệ cho việc xử lý khí thải động điều cần nghiên cứu kích thước tác nhân khử cơng nghệ SCR Ví dụ ta sử dụng tác nhân khử có dòng khí thải CO, hydrocarbon có sẵn nhiên liệu,…Kích thước thiết bị cần thu nhỏ cho phù hợp với loại phương tiện lưu động Ngày nay, mà tiêu chuẩn khí thải đưa ra, nhiều nước Châu Âu bắt đầu xử dụng công nghệ cho phương tiện ôtô, xe máy Nhưng Việt Nam, điều kiện kinh tế khơng cho phép giá thành tương đối cao, hiểu biết người dân tiêu NHÓM 54 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx chuẩn khí thải hạn chế nên việc sử dụng cơng nghệ lĩnh vực dân sinh hạn hẹp Xu hướng nghiên cứu 7.1 Xu hướng phát triển hệ xúc tác Từ nhiều thập niên trở lại đây,một số hệ xúc tác gồm kim loại quí Pt,Pd,Ir hay kim loại khác Cu,Fe,Mn,đã biến tính lên giá mang oxit kim loai SIO2,TIO2,ZrO2,hay Zeolite sử dụng nghiên cứu cho trình khử chọn lọc NOx HC điều kiện dư oxy Năm 1982,Iwanoto chứng minh hoạt tính khử NOx xúc tác Cu-ZSM-5 với tác nhân khử HC Liên tiếp sau đó,Rahkamaa tiến hành nghiên cứu q trình khử NOx hệ xúc tác H-,Cu- Fe-/Zeolite chất khử hydrocacbon.Và kết cho thấy độ chuyển hóa NOx tốt hệ xúc tác Fe/Beta.Fe/ZSM-5.Sở dĩ, xúc tác sở zeolite quan tâm nhiều cấu trúc zeolite có tâm axit hoạt động Khả trao đổi cation cao,diện tích bề mặt riêng lớn nên có dung lượng hấp thụ tích trữ chất khử phản ứng khử NOx.Tuy nhiên,việc thể hoạt tính khử tốt hay xấu phải phụ thuộc vào chất cation kim loại trao đổi với zeolite,sự ảnh hưởng phương pháp điều chế zeolite chất chất khử.Khi so sánh xúc tác Cu/ZSM-5 chế tạo phương pháp khác điều kiện hàm lượng oxy.0.5% với chất khử C3H8 Chaar.et.al nhận thấy hoạt tính xúc tác thay đổi theo thứ tự:Cu/ZSM-5(phương pháp trao đổi)>Cu/ZSM5(phương pháp tẩm)>Cu/ZSM-5(phương pháp kết tủa) Bản chất chất khử đóng vai trò quan trọng hiệu suất chuyển hóa NO Một yếu tố khác quan trọng việc định đến hiệu độ chọn lọc phản ứng khử NOx nồng độ oxy phản ứng khử Một điều cần lưu ý sử dụng xúc tác zeolite phải kiểm sốt nghiêm ngặt có mặt nước SO2 xúc tác bền nhiệt có diện nước Khi có mặt nước, SO2 hoạt tính xúc tác giảm nhanh Để khắc phục nhược điểm này,các hệ xúc tác zeolite biến tính Pt Pt/ZSM-5 Pt-kim loại chuyển tiếp/mordenites nghiên cứu cho trình khử NOx HC Xúc tác Platinum sở zeolite có hiệu tốt với phản ứng khử NOx đồng thời oxi hóa HC CO Xúc tác Pt/zeolite xem giải pháp cho việc khử NOx phản ứng oxi hóa điều kiện dư oxy nhiệt độ thấp Hơn nữa,so với Cu-ZSM-5 Pt/zeolite có nhiệt độ hạ thấp ảnh hưởng diện nước khử NOx Thêm vào đó,xúc tác mang chất mang có tính kháng ngộ độc NHĨM 55 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx SO2 chất xúc tác khác Pt/ZSM-5 bền điều kiện khí thải thật Theo Huuhtanen độ chuyển hóa NO tăng theo nhiệt độ khoảng 220-270oC độc Với xúc tác 1wt -%Pt/ZSmM—5 0.8wt -%Pt/Ferririte độ chuyển hóa NO khơng q 50%.Trong với xúc tác wt-%Pt/Beta NOx chuyển hóa khoảng 70% 600% với xúc tác Pt/Y zeolite.NO bắt đầu chuyển hóa nhiệt độ đạt 150 độ C loại xúc tác nghiên cứu Riêng xúc tác Pt/ZSM—5 NO bắt đầu chuyển hóa nhiệt độ 250 độ C Độ chuyển hóa cao xúc tác wt %Pt/ZSM—5 nhiệt độ 350 độ C Trên xúc tác wt % Pt/ZSM—5 267 độ C Sau đạt giá trị cực đại,độ chuyển hóa NO bắt đầu giảm mạnh Youkota et al Đã nghiên cứu khả khử NO H2 điều kiện dư oxy xúc tác Pt/modenite 80% nhiệt độ thấp.Burch R Scrie S tiến hành thí nghiệm khử NOX H2 điều kiện khơng có oxy xúc tác PGM- Cu—được đưa Zeolite ZSM—5 H-ZSM—5 Họ nhận thấy xúc tác biến tính PGM- có hoạt tính cao(NO chuyển hóa hồn tồn) nhiệt độ thấp hoạt tính xúc tác theo thứ tự sau:Pt>Rh>Co đưa lên ZSM—5 Còn Cu/ZSM—5 H—ZSM—5 có độ chuyển hóa NO thấp theo thứ tự,Cu—(XNO=90%),H-ZSM(XNO=25%) NHĨM 56 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Về chế q trình khử chọn lọc NOx(SCR—NOx) chất khử phức tạp, nhiều giả thiết đưa cho trường hợp cụ thể Cơ chế:đầu tiên,các thành phần khí xả gồm có:NO.C3H6 O2 hấp thụ tâm hoạt tính xúc tác.sau đó,các chất hấp thụ phản ứng với mẫu chất khác hình thành sản phẩm HC có oxi,nitrat,nitric.Các sản phẩm HC có oxi nitơ tạo thành hợp chất hữu nitơ R-OON R-NOH Các chất nitơ hữu có khuynh hướng tạo thành ion ammoniac ion ammoniac có thểphản ứng với NOx để tạo thành N2 HO2.Bên cạnh đó,oxit nitơ phản ứng với nguyên tử N* hay chất hữu nitơ để tạo thành N2,N2O,CO2 H2O Bên cạnh Zeolit Al203 vật liệu dung để xử lý khí thải.Obuchi cộng nghiên cứu phản ứng SCR—NOx propen xúc tác sở kim loại quý :Pt.Ir mang lên giá mang gamma-Al2O3/kết đạt tốt xúc tác Pt/.Rh/ với độ chuyển hóa NO 50%.Độ chọn lọc N2 tốt xúc tác Rh.ngược lại,xúc tác Pt/gamma- Al2O3 có độ chọn lọc khơng tốt,chỉ 2/3 lượng NO tiêu thụ chuyển hóa thành N2.Julia María D consul cộng tiến hành nghiên cứu trình khử NOx,tác nhân khử Propylen hệ xúc tác Ag/ Al2O3 Ag/Al2O3/Cordierite với lượng Ag tầm khác nhau.kết phản ứng có độ chuyển hóa NOx khoảng 56%.Với hệ 2.2% Ag/ Al2O3 phản ứng có nhiệt độ 723K.còn hệ Ag/ Al2O3/Cordierite có nhiệt độ phản ứng 620K Gần đây, việc sử dụng hyđocacbon ammoniac hay urê,nhiều nhà khoa học nghiên cứu sang hướng sử dụng alcohol làm chất khử phản ứng khử NOx Kết bước đầu cho thấy việc sử dụng alcohol làm chất khử cho hiệu suất chuyển hóa NOx khoảng 50% Nhưng nhiệt độ chuyển hóa thấp khoảng 200 độ C.M Li cộng NHÓM 57 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx sử dụng xúc tác Ag/gamma— Al2O3 Ag/Y phản ứng NOx với chất khử ethanol,ở 200 độ C.Độ chuyển hóa NOx N2 55% xúc tác Ag/Y 20% xúc tác Ag/gamma- Al2O3 7.2 Xu hướng phát triển công nghệ xử lý 7.2.1 Xử lý khí thải cơng nghệ biofilter với giá thể vỏ dừa Xử lý khí thải cơng nghệ Biofilter (dùng vi sinh khử ) biện pháp xử lý nhiễm khí thải có chi phí đầu tư thấp, vận hành rẻ thân thiện môi trường, phương pháp thích hợp để xử lý chất khí có mùi hợp chất hữu bay có nồng độ thấp nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, tinh bột sắn, sản xuất cồn, sản xuất chitin… Vỏ dừa khô Vỏ dừa nguyên liệu dễ tìm thấy đất nước Trái dừa khô tách bỏ lớp vỏ bên để dễ dàng vận chuyển đến nhà máy sản xuất đến tay người tiêu dùng Lớp vỏ bỏ thực chất lại nguyên liệu quý báu để dùng làm vật liệu giá thể sinh học cho vi sinh vật phát triển Mơ tả q trình xử lý Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển phân hủy chất khí có mùi chất hữu gây nhiễm khí thải Hệ thống lọc bể kín dựng vỏ dừa cho vi sinh vật trú ẩn hấp thụ nước, giữ chúng lại nguyên liệu lọc Vỏ dừa có khả hấp thụ nước lớn, độ bền cao, làm suy giảm áp NHĨM 58 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx lực luồng khí ngang qua Các đơn vị nguyên liệu lọc gọi "khối sinh học" (Biocube) Việc sử dụng nhiều lớp vỏ dừa lọc khí kiểu hạn chế việc nguyên liệu lọc bị dồn nén lại việc luồng khí xun thành đường qua lớp ngun liệu lọc Hơn nữa, tạo thuận lợi việc bảo trì hay thay nguyên liệu lọc Nguyên tắc hệ thống xử lý tạo điều kiện cho sinh khối tiếp xúc với chất ô nhiễm khí thải nhiều tốt Vỏ dừa nguyên liệu lọc nơi sinh sản cho vi sinh vật Trong hệ thống này, vi sinh vật tạo thành màng sinh học (biofilm), màng mỏng ẩm bao quanh vỏ dừa Trong q trình lọc, khí thảiđược bơm chậm xun qua hệ thống lọc, chất nhiễm khí thải bị nguyên liệu lọc hấp thụ chế trình lọc sinh học bao gồm trình hấp phụ, hấp thụ phân hủy vi sinh vật Các vi sinh vật màng sinh học liên tục hấp thụ biến dưỡng chất ô nhiễm Các chất khí gây ô nhiễm bị hấp phụ màng sinh học, đây, vi sinh vật phân hủy chúng để tạo nên lượng sản phẩm phụ CO2 H2O loại muối theo phương trình sau: Khơng khí nhiễm + O2và CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối Trong q trình lọc sinh học, chất khí gây nhiễm làm ẩm sau bơm vào buồng phía bên nguyên liệu lọc Khi chất khí ngang qua lớp nguyên liệu lọc, chất ô nhiễm bị hấp thụ phân hủy Khíthải sau lọc phóng thích vào khí từ bên hệ thống lọc Hệ thống lọc sinh học có cơng suất xử lý mùi chất hữu bay lớn 90% Nguyên liệu lọc : Vỏ dừa Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng q trình phân hủy sinh học chất ô nhiễm màng sinh học Nguyên liệu lọc nhằm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ hấp phụ chất nhiễm Ngồi làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật Trong q trình vận hành khí thải thiếu hụt dưỡng chất cho vi sinh vật, phải hiệu chỉnh cách cho thêm vào hợp chất đạm photpho Xơ dừa có tuổi thọ từ – năm trước phải thay NHÓM 59 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx 7.2.2 Dùng thiết bị lọc khí độc NOx Buồng phun sử dụng để kết hợp lọc bụi khí độc dung dịch phun Người ta đưa dòng khí thải có lẫn bụi khí độc vào đầu buồng phun qua thiết bị phân dòng khí thải theo tồn tiết diện ngang buồng Trong khơng gian buồng phun có bố trí 1,2 hay giàn mũi phun để phun dung dịch thành chùm hạt nước nhỏ ngược chiều dòng khí thải Hơi khí độc bị dung dịch hấp thụ qua bề mặt hạt dung dịch, khơng khí qua khỏi buồng phun dẫn vào Cyclon ướt để thu lại hạt nước phun Sau khí thải thải thẳng vào khí hay đưa qua sấy nóng trước thải để giảm độ ẩm tương đối dòng khí Dung dịch nước phun thu hồi đưa qua thiết bị lắng cặn xử lý hóa trước phun trở lại Sau khoảng thời gian làm việc, dung dịch phun thải vào hệ thống xử lý nước thải Người ta thường cấu tạo buồng phun với tốc độ khí thải v = ~ 2,5 kg/ms Lượng nước phun trung bình đơn vị khí thải thường : μ = 1,2 ~ kg/kg Các vòi phun dung dịch hấp thụ thường vòi phun góc có lưu lượng 250 l/h với đường kính lỗ phun 2,5 ~ 3,5 mm Áp suất dung dịch phun nhỏ 2,5 kg/cm2 NHÓM 60 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Tháp đệm: Tháp đệm thường tháp chứa lớp vật liệu rỗng loại khâu sứ, kim loại hay plastic Khi thải dẫn vào đáy tháp thoát đỉnh tháp Dung dịch hấp thụ tưới lên đỉnh lớp đệm chảy dọc theo bề mặt vật liệu Phản ứng hấp thụ xảy bề mặt ướt lớp đệm Hiệu lọc phụ thuộc vào vận tốc dòng khí lớp vật liệu tổng diện tích bề mặt tiếp xúc lớp đệm Vận tốc dòng khí qua lớp đệm khoảng v=1~1,5 m/s Chiều dày lớp đệm h = 0,4~3 m Dung dịch hấp thụ phân phối toàn mặt cắt ngang tháp bắng vòi phun hay ống khoan lỗ Cường độ tưới dung dịch hấp thu μ = 1,5 ~ kg/kg kk Trở lực tháp cho dòng khí thải p = 60 x (h/0,4) kg/m2 Sơ đồ nguyên lý tháp đệm Tháp đệm dùng để lọc khí độc có lẫn bụi để tránh nghẹt lớp đệm Tốc độ dòng khí qua lớp đệm cấu tạo cho tránh tượng sặc lớp đệm Trong thực tế, người ta thường kết hợp buồng phun tháp đệm để tiến hành lọc khí độc Thiết bị loại có buồng phun phía tháp đệm phía Khi thải từ lên qua tháp đệm qua buồng phun, sau đưa qua lớp vật liệu rỗng khác để tách lại hạt nước phun NHÓM 61 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Tháp bọt: Trong tháp bọt, người ta đưa khơng khí qua phẳng đục lỗ, phía có nước hay dung dịch hấp thụ Khí thải qua lớp nước dạng bọt khí nổ vỡ mặt mặt nước Quá trình thu bắt hạt bụi hấp thụ khí độc xảy bề mặt bọt khí Người ta thường làm mặt sàng kim loại có chiều dày từ - 6mm có lỗ hình tròn đường kính d = ~ 8mm Tổng diện tích lỗ chiếm 20 ~ 25% diện tích mặt sàng Lượng nước lưới đươc tính hay cấu tạo máng tràn cho lớp bọt có chiều cao 80 ~ 120mm Tốc độ khí qua lỗ giới hạn khoảng ~ 10m/s vận tốc tốt để có lớp bọt ổn định Tốc độ khí qua thiết diện ngang thiết bị khoảng 1,5~2,5 m/s Thiết bị thường có nhiều lớp mặt sàng để nâng cao hiệu thiết bị NHÓM 62 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx 7.2.3 Cơng nghệ lò đốt (FLGR) Một phương pháp thơng thường để giảm lượng NOx phát tán môi trường từ nồi đất than đá phương pháp đốt lại khí thiên nhiên Theo khí thiên nhiên phun vào mũi lò, phía vùng đốt chính, tạo vùng giàu nhiên liệu nhẹ dẫn đến việc khí NOx bị khử thành N2 Lượng khí NOx bị khử q trình đốt lại tăng theo khối lượng khí thiên nhiên phun vào Các nhà nghiên cứu phát triển hệ thống có tên công nghệ FLGR Cũng giống phương pháp thông thường, khí thiên nhiên đưa vào phía vùng đốt để khử NOx thành N2 Tuy nhiên hệ thống FLGR lượng khí thiên nhiên đưa vào lò tối ưu hoá, tránh tạo vùng giàu nhiên liệu Khí thiên nhiên phun vào mũi lò nơi có nồng độ NOx cao với nhiệt độ thấp nhiệt độ khí ống khói nhờ thiết bị phun có nhiều vòi tạo luồng khí xốy, nóng với tốc độ cao Kỹ thuật có chi phí hơn, lượng khí thiên nhiên dùng ít, 35-45% NOx bị khử Người ta nghiên cứu phát triển cơng nghệ oxy hố nhờ plasma để xửlý khí cơng nghiệp phát tán bao gồm hợp chất hữu dễ bay (VOC) Phương pháp loại bỏ 99% VOC từ nguồn dung môi rửa, nhiên liệu chất độc hố học Ở đó, chất bẩn thổi qua ống bọc cách điện nhờ có điện trường mà tạo thể plasma phi nhiệt Plasma oxy hoá chất bẩn nhanh, thường giây Với thí nghiệm trường, hệ thống phân huỷ tricloetylen per-cloetylen với hiệu tới 99% Trong phòng thí nghiệm, loại plasma phá huỷ chất khác cacbontetraclorua, toluen, benzen naphtalen đa nhân Hệ thống tiêu hao lượng hoạt động phạm vi gần với nhiệt độ áp suất thường Do nhiệt độ thấp nên q trình khơng tạo sản phẩm phụ đioxin NOx Tuy nhiên, xử lý dung mơi cao hố lại tạo axit clohydric Trong trường hợp này, phần khí lại rửa nước trung hồ sơ đa để tạo muối, nước khơng khí với hàm lượng CO2 tăng chút Công nghệ rẻ 10 đến 50 lần so với cách hấp thụ khí phát tán nhờ thiết bị lọc than Vốn đầu tư thấp so với kỹ thuật rửa tiêu chuẩn hay đất nhờ xúc tác NHÓM 63 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN HUY Xúc tác xxử lý khí NOx 7.2.4 Cơng nghệệ xử lý khói thải – GTEC Mơ tả quy trình CN/TB:  Hiện lò đốt ốt công nghiệp sử dụng chủ yếu nguồn nhiên liệu than, dầu FO, HFO,… đểể cung cấp nhiệt cho việc nấu chảy, thiêu kết cấp ph phục vụ sản xuất Đây nguồn ô nhiễm điểm ểm hình khí thải cần xử lý trước ớc thải mơi tr trường  Thành phần khói thải lò đốt đ thơng thường bụi, khí SO2, NOx, CO,… bbụi SO2 hai thành phần gây ô nhiễm nhi bắt buộc phải xử lý ệ xử lý khói thải - GTEC giải pháp công nghệ xử lý để đạt ạt hiệu suất xử  Công nghệ lý cao 99% lượng ợng bụi, 99,5% lượng l SO2, 70% lượng NOx với ới chi phí hợp lý Cơng suất: theo u cầu ầu cụ thể Yêu cầu kỹ thuật vận ận hành lắp đặt:  Công nhân kỹ thuật : 01 ngư ười  Nhà xưởng : 40 m Lĩnh vực áp dụng:  8715: Ơ nhiễm ễm mơi truờng Kiểm sốt nhiễm Ưu điểm CN/TB: Hiệu ệu xử lý cao, Suất đầu tư, chi phí vận ận hành thấp, Dễ vận hành, Kiểu dáng công nghiệp đẹp, ẹp, đại Thời ời gian hình thức bảo bả hành: 01 năm cho hệ thống NHÓM 64 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx Kết luận Việc đưa công nghệ SCR thực đem lại hiệu sử lý tương đối cao Với xúc tác có hoạt tính cao V2O5, điều kiện phản ứng giảm xuống, khắc nghiệt hơn, thuận lợi cho việc chế tạo thiết bị Công nghệ nhiều nước sử dụng, góp phần lớn việc xử lý khí thải từ góp phần xây dựng môi trường mà đảm bảo phát triển cơng nghiệp hóa-hiện đại hóa Tuy nhiên, phát triển công nghiệp cần tiến tới cách mạng cơng nghiệp xanh Ít tạo nhiều yếu tố gây hại môi trường người Với hướng dẫn tận tình TH.S Vương Thanh Huyền tích cực tìm tòi, dịch tổng hợp tài liệu, nhóm em hồn thiện tiểu luận “xúc tác khử NOx-chọn xúc tác cho công nghệ SCR” Qua tiểu luận nhóm hiểu rõ khí thải, NOx, xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp-các thành phần, tính chất, cấu tạo Biết cách giải thích tính tốn động học chế Eley-rideal, Mars van Krevelen Hơn nữa, qua trình làm bài, khơng chúng em tích lũy thêm kiến thức, mà thực hành việc tìm tài liệu, nâng cao vốn từ vựng tiếng anh chuyên ngành, rèn luyện kĩ làm việc nhóm, kĩ thuyết trình Đây kiến thức vơ q báu cho chúng em công việc học tập q trình cơng tác ngồi sống thực sau Tuy nhiên, với thời gian thực tiểu luận ngắn, làm tránh khỏi thiếu sót Nhóm em mong nhận nhận xét góp ý để hồn thiện thêm kiến thức kĩ Nhóm em xin chân thành cảm ơn! NHÓM 65 GVHD: TH.S VƯƠNG THANH HUYỀN Xúc tác xử lý khí NOx TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TS.Đào Văn Tường - Động học xúc tác,nhà xuất khoa học &kỹthuật, 2006 ALPER UZUN - QUANTUM CHEMICAL SIMULATION OF NO REDUCTION BY AMMONIA (SCR REACTION) ON V2O5CATALYST SURFACE, 2003 Guido Busca, Luca Lietti, Gianguido Ramis, Francesco Berti - Chemical and mechanistic aspects of the selective catalytic reductionof NOxby ammonia over oxide catalysts: A review, 1998 Rasmus Fehrmann - Alternative alkali resistant deNOx technologies Nan-Yu Topsøe - Catalysis for NOx abatement -Selective catalytic reduction of NOx by ammonia:fundamental and industrial aspects 1997 Trần Hồng Côn, Đồng Kim Loan – Công nghệ xử lý khí thải, 2006 Cristian Ciardelli - NH3SCR of NOxfor diesel exhausts aftertreatment: role of NO2in catalyticmechanism, unsteady kinetics and monolith converter modeling, 2012 Shule Zhang and Qin Zhong - F-Doped V2O5-WO3/TiO2as a Catalyst for NO Reduction with NH3at Low-Temperature, 2012 J A Dumesic - Kinetics of Selective Catalytic Reduction of Nitric Oxide by Ammoniaover Vanadia/Titania, 1996 NHÓM 66 ... lượng NOx vào khơng khí 2.1.3Các nguồn cơng nghiệp NOx tạo chủ yếu theo dạng sau: _NOx nhiệt(thermal -NOx) _NOx nhiên liệu(fuel -NOx) _ NOx sớm(prompt- NOx) Ngoài loại thứ NOx nạp liệu(feed NOx) .loại... 2.1.3.1 NOx nhiệt (thermal -NOx) 2.1.3.2 NOx nhiên liệu(fuel -NOx) 2.1.3.3 NOx sớm(prompt- NOx) 10 2.2 Ảnh hưởng NOx 10 2.2.1 Ảnh hưởng NOx đến sức... ép với nó.Hiệu xử lý NOx đạt 85 – 99% lớn So sánh phương pháp XL NOx kỹ thuật SCR SNCR SNCR Nguyên lý SCR Là công nghệ xử lý NOx Là công nghệ xử lý NOx sau cháy cháy Đều khử NOx hợp chất mà nito