V. Tổng quan các phương pháp xử lý NOx 23.
3. Xử lý NOX bằng phương pháp xúc tác và nhiệt 25.
3.1. Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao
Bản chất của quá trình xúc tác là để làm sạch khí và thực hiện các tương tác hóa học nhằm chuyển hóa chất độc thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặc biệt.
Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NOx với khí khử trên bề mặt xúc tác. Chất khử là metan, khí tự nhiên, khí than hoặc khí dầu mỏ, CO, H2 hoặc hỗn hợp nitơ- hydro. Hiệu quả khử NOx phụ thuộc hoạt tính của xúc tác. Xúc tác trên cơ sở platin kim loại khi vận tốc thể tích của khí (2-12)x104 l/h cho phép đạt nồng độ còn lại trong khí của -4 -2 NOx 5x10 – 5x10 % 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 thường sử dụng khí tự nhiên do dễ kiếm và rẻ. Phương pháp này được ứng dụng để khử NOx trong sản xuất axit nitric, khí thỉ chứa (% thể tích): NOx – 0,05÷0,1; N2 – 96,0÷96,2;O2 – 2,2÷3,0.
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 yêu cầu thiết bị đơn giản, hiệu suất xử lý cao và đã áp dụng vào thực tiển.
3.3. Phân hủy NOx bằng chất khử dị thể
- Ở nhiệt độ 500 – 1.300 C sự phân hủy NOx có thể diễn ra trên vật liệu rắn có chứa cacbon như than, than cốc, grafit. Các bon đóng vai trò xúc tác và nhiên liệu.
C +NO → (C – 0) + 0,5N2 (C – O) + NO → CO2 +0,5N2 - Ở nhiệt độ 800 C độ chuyển hóa của NOx khi dùng than cốc là 96% và ở
1000oC tiến đến gần 100%.
3.4. Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc tác Ở nhiệt độ 30 – 40oC diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:
NH3 + H2O →
NH4OH
N2O3 + 2NH4OH → 2NH4NO2 + H2O
Sự đun nóng dòng khí tiếp theo dẫn đến sự phân hủy các acrosol nitric và nitrat tạo thành các sản phẩm không độc.
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4NO3 → N2 + 2H2O +1/2 O2 - Sử dụng dung dịch axit nitric – cacbanit
NO + NO2 + HNO3 + 2CO(NH2)2 → 2N2 + NH4NO3 + 2CO + H2O
Cacbanit được dùng ở dạng bột hoặc hạt, phủ lên các chất mang xốp hay được ép cùng với nó.Hiệu quả xử lý NOx có thể đạt 85 – 99% và lớn hơn. - Sử dụng dung dịch nước – cacbanic:
NO2 + H2O → HNO3 +HNO2
2HNO2 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 3H2O N2O3 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 2H2O
- Sử dụng cacbanic ở dạng dung dịch với nước hoặc trong axit HNO3, H2PO4, H3PO4 làm giảm nhiệt độ phân hủy. Tuy nhiên, vận tốc không lớn và hiệu quả làm sạch không quá 80%.