XỬ LÝ NOX BẰNG CÔNG NGHỆ SCR
VỚI HỆ XÚC TÁC V
2
O
5
/TIO
2



GVHD: Ths.Vương Thanh Huyền
Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Hữu Tùng Anh
2. Nguyễn Tùng Anh
3. Nguyễn Đình Đạo
4. Lưu Xuân Bách
5. Nguyễn Trường Giang
6. Hoàng Văn Hiếu
1. Giới thiệu chung về NOx
NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO,
NO
2
và N
2
O, N
2
O

3
, N
2
O
4
, N
2
O
5

1.1. Nitơ IV Oxit – NO
2



1.1.2. Nitrô Oxit – N
2
O






1.1.3. Nitơ monoxit –NO

2. Nguồn gốc phát sinh NOx và ảnh hưởng
2.1. Nguồn gốc
2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên
Oxit nitric được tạo ra trong cơn giông khi có sét

N
2
+ O
2
→ 2NO (tia lửa điện)
2NO + O
2
→ 2NO
2

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
2.1.2. Nguồn gốc sinh học
2.1.3. Các nguồn công nghiệp
 NOx nhiệt (thermal-NOx)
Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp oxi và
nitơ ở khoảng 1600
o
C.Cơ chế hình thành NOx nhiệt với
các phản ứng xảy ra như sau:
N2 +O
.
→ NO + N (1)
NO + N
.
→ N2 + O
.
(2)
NO + O
.
→ N

.
+O2 (3)
N
.
+ O2→ NO + O
.
(4)
N
.
+ OH→ NO+H
.
(5)
NO+H
.
→ N
.
+OH (6)


 NOx nhiên liệu (fuel-NOx)
HCN + O
.
→ H
.
+ NCO
.

HCN + O
.
→OH

.
+ CN
.

HCN + O
.
→NH
.
+CO
Gốc CN
.
tạo ra NCO
.
bằng phản ứng
CN
.
+O2→NCO
.
+O
.

CN
.
+OH
.
→NCO
.
+H
.


Trong môi trường oxi hóa NCO tạo ra NO và CO
NCO
.
+OH
.
→NO+CO+H
.

NCO
.
+O
.
→NO+CO

 NOx sớm (prompt- NOx)
NO
x
-sớm được tạo thành do phản ứng giữa nito không
khí với các gốc hydrocacbon,CHi (i=0-2) được sinh ra
từ nhiên liệu trong môi trường ít oxi
N2+CH
.
→HCN +N
.

Trong môi trường oxi hóa HCN tiếp tục phản ứng như
trong cơ chế tạo thành NOx nhiên liệu
Cơ chế của quá trình tạo thành NOx sớm cũng xảy ra
ở nhiệt độ thấp vì thế để hạn chế sự tạo thành NOx
sớm người ta sẽ tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên

liệu –không khí.

2.2. Ảnh hưởng của NOx


3. Tổng quan các phương pháp xử lý No
x

3.1. Phương pháp hấp phụ
 Vật liệu làm chất hấp phụ: là vật liệu xốp với bề mặt bên
trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự
nhiên.
 Chất hấp phụ:




 Hiệu quả hấp phụ:
 NO
x
được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính.Tuy nhiên
khi tiếp xúc với các oxit nitơ than có thể cháy và
nổ.Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi
có thể chuyển NO
x
thành NO.
 Khả năng hấp phụ NO
x
của silicagel thấp hơn than hoạt
tính nhưng nó bền cơ học, không cháy, cũng giống như

than hoạt tính khi tái sinh có thể chuyển NO
x
thành NO.
 Nhôm hoạt tính hấp phụ NO
x
với hiệu suất không cao và
độ bền cơ học kém.

3.2. Phương pháp hấp thụ
3.2.1. Hấp thụ bằng nước
Khi hấp thụ NO
2
bằng nước một phần axit nitric được
sinh ra ở pha khí:
3NO
2
+ H
2
O <=> 2HNO
3
+ NO + Q
Để xử lý các oxit nitơ có thể sử dụng dung dịch oxi già
loãng.
NO + H
2
O
2
= NO
2
+ H

2
O
NO
2
+ H
2
O = 2HNO
3
+NO
N
2
O
3
+ H
2
O
2
<=> N
2
O
4
+ H
2
O
N
2
O
4
+ H
2

O <=> HNO
3
+ HNO
2


Yếu tố cơ bản xác định kinh tế của quá trình là lưu lượng
oxi già (vào khoảng 6kg/tấn axit).
Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác.Hiệu quả
xử lý có thể đạt 97%.
3.2.2. Hấp thụ bằng kiềm
Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác
nhau. Hấp thụ hóa học NO
2
bằng dung dịch Soda diễn ra
theo phương trình phản ứng sau:
2NO
2
+ Na
2
CO
3
= NaNO
3
+CO
2
+ Q


3.2.3. Hấp thụ chọn lọc

Để hấp thụ NO khi không có O
2
trong pha khí, có thể sử
dụng các dung dịch FeSO
4
, FeCl
2
, Na
2
S
2
O
2
, NaHCO
3
.
Phương trình phản ứng tạo thành các phức sau:
FeSO
4
+NO <=>Fe(NO)SO
4

FeCl
2
+ NO <=>Fe(NO)Cl
2

2Na
2
S

2
O
3
+ 6NO = 3N
2
+ 2na
2
So
4
+ 2SO
2

2NaHSO
3
+ 2NO = N
2
+ 2NaHSO
4

2(NH
2
)
2
CO + 6NO = 5N
2
+ 4H
2
O + 2CO
2



3.2.4. Phương pháp hấp thụ đồng thời SO
2
và NO
x

Khí thải chứa SO
2
và NO
x
sinh ra khi đốt nhiên liệu có lưu
huỳnh. Xử lý đồng thời SO
2
và NO
x
được tiến hành bằng
dung dịch kiềm. Hiệu quả xử lý SO
2
thường khoảng 90%,
còn NO
x
là 70 – 90%.
3.3. Xử lý NO
X
bằng phương pháp xúc tác và nhiệt
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.
3.3.1. Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao

Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NO
x
với khí khử trên bề mặt
xúc tác.





Chất khử là metan, khí tự nhiên, khí than hoặc khí dầu
mỏ, CO, H
2
hoặc hỗn hợp nitơ-hydro.
Hiệu quả khử NO
x
phụ thuộc hoạt tính của xúc tác. Xúc
tác trên cơ sở platin kim loại khi vận tốc thể tích của khí
(2-12)x10
4
l/h cho phép đạt nồng độ còn lại trong khí của
NO
x
5x10
-4
– 5x10
-2
% thể tích.

 Bản chất quá trình khử được biểu diễn bằng các phản
ứng sau:

4NO + CH
4
→ 2N
2
+ CO
2
+ 2H
2
O
2NO
2
+ CH
4
→ N
2
+ CO
2
+ 2H
2
O
2NO + 2CO → N
2
+ 2CO
2

2NO
2
+ 4CO → N
2
+4CO

2

Trên thực tế thường sử dụng khí tự nhiên do dễ
kiếm và rẻ.
Phương pháp này được ứng dụng để khử NO
x
trong sản
xuất axit nitric, khí thỉ chứa (% thể tích): NO
x
– 0,05÷0,1,
N
2
– 96,0÷96,2, O
2
– 2,2÷3,0.

3.3.2. Khử NO
x
với xúc tác chọn lọc
 Quá trình diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:

6NO + 4NH
3
→ 5N
2
+ 6H
2
O
6NO
2

+ 8NH
3
→ 7N
2
+12H
2
O
8NO +2NH
3
→ 5N
2
O + 3H
2
O
5NO
2
+ 2NH
3
→ 7NO + 3H
2
O
4NO + 4NH
3
+O
2
→ 4N
2
+ 6H
2
O

4NH
3
+ 3O
2
→ 2N
2
+ 6 H
2
O

Quá trình yêu cầu thiết bị đơn giản, hiệu suất xử lý cao và
đã áp dụng vào thực tiển.




3.3.3. Phân hủy NO
x
bằng chất khử dị thể
Ở nhiệt độ 500 – 1.300
o
C sự phân hủy NO
x
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) + 0,5N
2

(C – O) + NO → CO

2
+0,5N
2

Ở nhiệt độ 800
o
C độ chuyển hóa của NO
X
khi dùng than
cốc là 96% và ở 1000
o
C tiến đến gần 100%.

3.3.4. Phân hủy NO
x
bằng chất khử đồng thể và dị
thể không có xúc tác
Ở nhiệt độ 30 – 40
o
C diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:
NH
3
+ H
2
O <=> NH
4
OH
2NO
2
+ 2NH

4
OH → NH
4
NO
2
+ NH
4
NO
3
+ H
2
O
N
2
O
3
+ 2NH
4
OH → 2NH
4
NO
2
+ H
2
O
Sự đun nóng dòng khí tiếp theo dẫn đến sự phân hủy các
acrosol nitric và nitrat tạo thành các sản phẩm không độc.
NH
4
NO

2
→ N
2
+ 2H
2
O
NH
4
NO
3
→ N
2
+ 2H
2
O +1/2 O
2


 Sử dụng cacbanic ở dạng dung dịch với nước hoặc
trong axit HNO
3
, H
2
PO
4
, H
3
PO
4
làm giảm nhiệt độ phân

hủy. Tuy nhiên, vận tốc không lớn và hiệu quả làm sạch
không quá 80%.
 Sử dụng dung dịch nước – cacbanic:
NO
2
+ H
2
O → HNO
3
+HNO
2

2HNO
2
+ CO(NH
2
)
2
→ 2N
2
+ CO
2
+ 3H
2
O
N
2
O
3
+ CO(NH

2
)
2
→ 2N
2
+ CO
2
+ 2H
2
O
 Sử dụng dung dịch axit nitric – cacbanit
NO + NO
2
+ HNO
3
+ 2CO(NH
2
)
2
→ 2N
2
+ NH
4
NO
3
+
2CO + H
2
O
Cacbanit được dùng ở dạng bột hoặc hạt, phủ lên các

chất mang xốp hay được ép cùng với nó.Hiệu quả xử lý
NO
x
có thể đạt 85 – 99% và lớn hơn.

3.4. So sánh công nghệ xử lý NOx SCR với SNCR



SNCR

SCR

Nguyên
lý


Là
công nghệ xử lý NOx trong
khi
cháy

Là
công nghệ xử lý NOx sau
khi
cháy

Đều
khử NOx bằng các hợp chất mà trong đó nito mang hóa trị âm
như

ammoniac,
đạm ure,…
•
Lợi dụng nhiệt độ cao của
khí
thải hoặc nhiệt độ ngay trong
lò
đốt để khử NOx
•
Nhiệt độ phản ứng >800
0
C
•
Sử dụng chất xúc tác để
giảm
nhiệt độ phản ứng khử NOx
về
N
2

•
Khi có mặt chất xúc tác,
nhiệt
độ phản ứng sẽ xảy ra
trong
khoảng 180 – 450 độ C
Cơ
chế phản
ứng



•
ở nhiệt độ > 800-980
0
C, cho
dd
ure vào hỗn hợp khí thải thì
có
các pt pư:
•
NO + NO
2
+ (NH
2
)
2
CO → 2N
2

+
CO
2
+ 2H
2
O
•
(NH
2
)
2

CO + H
2
O → 2NH
3

+
CO
2

•
Trong quá trình khói thải
di
chuyển trên bề mặt qua các
lỗ
xốp của vật mang chất xúc tác
,
NOx sẽ bị khử bởi
amoniac
hoặc ure
•
Các chất xúc tác thường
sử
dụng là: V
2
O
5
, zeolit mang
kim
loại, TiO
2

, hỗn hợp oxit kim
loại
chuyển tiếp…

6NO + 4NH
3
→ 5N
2
+ 6H
2
O
4NO + 4NH
3
+ O
2
→ 4N
2
+ 2H
2
O
6 NO
2
+ 8NH
3
→ 7N
2
+ 12H
2
O
2NO

2
+ 4NH
3
+ O
2
→ 3N
2
+ 6H
2
O
Đặc
điểm


Chi
phí đầu tư và vận hành
thấp
nhưng
hiệu quả lại không cao
•
Không phát sinh sp phụ
cần
phải xử lý
•
Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt

•
Chi phí thấp
•
Khử được 80% NOx với tỷ

lệ
NH
3
/NOx là 0,81 – 0,82


Quy
trình
•
B1: Khử NOx ở nhiệt độ cao

•
B2: Trao đổi nhiệt
•
B3: Tách bụi thô
•
B4: XL cuối cùng để tách
nốt
bụi nhỏ và khí độc khác
•
B1: Trao đổi và ổn định nhiệt

•
B2: Trộn khí
•
B3: Oxi hóa khử có xúc
tác
tại tháp xúc tác có chọn lọc
•
B4: điều hòa và thải



3.5. Sơ đồ công nghệ SCR và SNCR
3.5.1. Sơ đồ công nghệ SNCR






3.5.2. Sơ đồ công nghệ SNCR