Báo cáo tiểu luận môn công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn công nghệ xử lý khí nox
- 18 trang
- file .docx
Stt Tên thành viên 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.
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
CÔNG NGHỆ XỬ LÍ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
VÀ TIẾNG ỒN
(Nhóm 16; thứ 2, tiết 10-12, lớp: 03DHMT2)
ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NOx
Bảng phân công công việc
1
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
MỤC LỤC
1. Tổng quan vềề NOx ................................................................................................................................. 3
Nguồền phát thải : .......................................................................................................................... 3
Tác hại: .......................................................................................................................................... 3
2. Hấấp thụ................................................................................................................................................. 4
a. Hấấp thụ bằềng nước: .......................................................................................................................... 4
b. Hấấp thụ khí NOx bằềng dung dịch amonicacbonat. ........................................................................... 5
c. Thiềất bị hấấp thụ................................................................................................................................ 7
Tháp sục khí sủi bọt...................................................................................................................... 7
Scrubơ Venturi ............................................................................................................................. 8
Tháp scrubơ có lớp đệm rồỗng và tháp phun.............................................................................. 10
3. Hấấp phụ khí NOX bằềng sililcagen, alumogel, than hoạt tính,vv .......................................................... 10
4. Giảm thiểu có xúc tác lượng oxit nitơ bằềng các chấất gấy phản ứng khử khác nhau. ........................ 12
5. Giảm thiểu phát thải NOx bằềng cách điềều chỉnh quá trình cháy........................................................ 14
Nồng độ NO2 ppm Mức độ độc hại với con người
0.06ppm Có thể gây bệnh phổi cho người nếu tiếp xúc lâu dài
1ppm Thực vật sẽ bị ảnh hưởng trong 1 ngày
Có thể gây tác hại đến cơ quan hô hấp sau vài phút
5ppm tiếp xúc
15-50 ppm Gây ảnh hưởng đến tim, phổi, gan sau vài giờ tiếp xúc
100ppm Có thể gây chết người sau vài phút tiếp xúc
2
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
1. Tổng quan về NOx
Trong 7 thông số NOx : NO, NO2, NO3,N2O,N2O3,N2O4 và 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.
Nguồn phát thải :
Nhà máy nhiệt điện
Từ các nhà máy sản xuất HNO3
Động cơ ô tô.
Tác hại:
NO cũng có khả năng tạo liên kết với Hemoglobin như CO(mạnh gấp
Hiệuquảkhử,%
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 N2O5 nhờ O3:
2NO2 + O3 N2O5 + O2
Vậy NOx có thể coi là tác nhân gây nên quá trình phân hủy ozon.
Nồng độ NOx và mức tác động đến sức khỏe con người
3
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NOx trong khí thải và loại vật liệu hấp thụ được thể hiện ở
hình:
Nồồng độ ban đầồu của NO2 + N2O2 , % thể tích
1-Hiệu 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:
4
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 đ
Lưu lượng Tổn thất ược thự
3
Thiết bị hấp thụ (m /h) áp suất ΔP Ghi chú c hiện đ
Khí Nước (kPa) ến cùng
khi có m
Thiết bị sủi bọt một
cấp với màng vải thủy 0,9 0,0018 Sợi thủy tinh cỡ vừa. Cột ặt của a
5,84
tinh nước thiết bị sục khí 95mm. xit nitri
c đậm đ
Tháp hấp thụ một cấp Bề cao lớp nước 22mm, vận ặc, tuy n
với đĩa tản nước 1,8 0,0018 0,277
tốc chảy qua lỗ 0,35m/s. hiên chú
Tháp hấp thụ với lớp ng cũng
Vận tốc khí 0,6m/s, bề cao
đệm rỗng bằng khâu đi đến h
lớp đệm 120mm. Hiệu quả
Raschig thủy tinh 0,9 0,009 0,645 oàn thàn
tính cho 1mm bề cao lớp
6mm đệm. h khi tiế
p xúc vớ
Tháp rỗng phun nước
Vận tốc khí 0,6m/s, bề cao i nước s
đường kính mũi phun 0,9 0,022 0,097
của tháp 130cm. ạch.
1mm
b. Hấp thụ khí NOx bằng dung dịch amonicacbonat.
Quá trình
Điềuxử
kiện khử NOcacbonat
lý Amoni (NH4khí
2 trong không )2CO trongđộtháp
ở 3nhiệt hấp
250C thukếtđường
cho 0.4đồ
kínhbiểu
quả trên m 1và cao
2.6 m được đệm bằng khâu Rasching 25mm. Hiệu quả hấp thu đạt 65% và phù hợp với
5
Hệ số trao đổi Hiệu quả
Lưu lượng, kg/m 2.h 2
Nồng độ NO + NO2 ppm
Kg kmol/m .h.kPa hấp thụ %
Dung NO + NO2
Khí NO2 cuối
dịch ban đầu
Lớp đệm khâu Rasching 25mm
68,0
2063 15050 0,29 1970 630
2580
15050 0,34 2040 700 65,7
2990 15050 0,37 1920 710 63,0
Lớp đệm: Tấm nhựa polyvinyl gợn sóng
1180 5250 40,5 3400 270 95.1
2360 5250 77 3600 590 89,6
2950 5250 87,5 3400 800 84.6
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NO2 trong thiết bị hấp thụ có lớp đệm:
6
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
c. Thiết bị hấp thụ
Tháp sục khí sủi bọt
Cấ u tạ o :
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
NOx của tháp sục khí sủi bọt giảm khi nồng độ ban đầu của NOx trong 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.
7
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
Scrubơ Venturi
Cấ u t ạ o: 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 NOx chuyển động với vận tốc lớn từ 40 m/s đến 150 m/s làm sự
tiếp xúc pha tăng lên, NOx dễ dàng được dung môi hấp thụ. Dung dịch sau hấp thụ
được bộ phận thu giọt thu lại sau đó được bơm ra ngoài.
8
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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.
9
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NOx trong khí thải tương đối thấp.
Tháp đệm
3. Hấp phụ khí NOX 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
10
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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.
11
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NOx và CO nằm trong tỉ lệ phù hợp với phản ứng đó.với
NH3, các phản ứng khử NOx sẽ là:
6NO + 4NH3 6H2O + 5N2
4NO + 4NH3 + O2 6H2O + 4N2
6NO2 + 8NH3 12H2O + 7N2
2NO + 4NH3 + O2 6H2O + 3N2
12
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 CH4 và H2S sẽ xảy ra các phản ứng sau:
4NO2 + CH4 CO2 + H2O +4NO
13
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
4NO + CH4 CO2 2H2O + 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 NOx bằng 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 SO2 trong 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 NOx 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 NOX trong sản
phẩm cháy. Nhiệt độ càng cao thì sự hình thành khí NOX càng 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
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.
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
CÔNG NGHỆ XỬ LÍ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
VÀ TIẾNG ỒN
(Nhóm 16; thứ 2, tiết 10-12, lớp: 03DHMT2)
ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NOx
Bảng phân công công việc
1
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
MỤC LỤC
1. Tổng quan vềề NOx ................................................................................................................................. 3
Nguồền phát thải : .......................................................................................................................... 3
Tác hại: .......................................................................................................................................... 3
2. Hấấp thụ................................................................................................................................................. 4
a. Hấấp thụ bằềng nước: .......................................................................................................................... 4
b. Hấấp thụ khí NOx bằềng dung dịch amonicacbonat. ........................................................................... 5
c. Thiềất bị hấấp thụ................................................................................................................................ 7
Tháp sục khí sủi bọt...................................................................................................................... 7
Scrubơ Venturi ............................................................................................................................. 8
Tháp scrubơ có lớp đệm rồỗng và tháp phun.............................................................................. 10
3. Hấấp phụ khí NOX bằềng sililcagen, alumogel, than hoạt tính,vv .......................................................... 10
4. Giảm thiểu có xúc tác lượng oxit nitơ bằềng các chấất gấy phản ứng khử khác nhau. ........................ 12
5. Giảm thiểu phát thải NOx bằềng cách điềều chỉnh quá trình cháy........................................................ 14
Nồng độ NO2 ppm Mức độ độc hại với con người
0.06ppm Có thể gây bệnh phổi cho người nếu tiếp xúc lâu dài
1ppm Thực vật sẽ bị ảnh hưởng trong 1 ngày
Có thể gây tác hại đến cơ quan hô hấp sau vài phút
5ppm tiếp xúc
15-50 ppm Gây ảnh hưởng đến tim, phổi, gan sau vài giờ tiếp xúc
100ppm Có thể gây chết người sau vài phút tiếp xúc
2
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
1. Tổng quan về NOx
Trong 7 thông số NOx : NO, NO2, NO3,N2O,N2O3,N2O4 và 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.
Nguồn phát thải :
Nhà máy nhiệt điện
Từ các nhà máy sản xuất HNO3
Động cơ ô tô.
Tác hại:
NO cũng có khả năng tạo liên kết với Hemoglobin như CO(mạnh gấp
Hiệuquảkhử,%
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 N2O5 nhờ O3:
2NO2 + O3 N2O5 + O2
Vậy NOx có thể coi là tác nhân gây nên quá trình phân hủy ozon.
Nồng độ NOx và mức tác động đến sức khỏe con người
3
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NOx trong khí thải và loại vật liệu hấp thụ được thể hiện ở
hình:
Nồồng độ ban đầồu của NO2 + N2O2 , % thể tích
1-Hiệu 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:
4
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 đ
Lưu lượng Tổn thất ược thự
3
Thiết bị hấp thụ (m /h) áp suất ΔP Ghi chú c hiện đ
Khí Nước (kPa) ến cùng
khi có m
Thiết bị sủi bọt một
cấp với màng vải thủy 0,9 0,0018 Sợi thủy tinh cỡ vừa. Cột ặt của a
5,84
tinh nước thiết bị sục khí 95mm. xit nitri
c đậm đ
Tháp hấp thụ một cấp Bề cao lớp nước 22mm, vận ặc, tuy n
với đĩa tản nước 1,8 0,0018 0,277
tốc chảy qua lỗ 0,35m/s. hiên chú
Tháp hấp thụ với lớp ng cũng
Vận tốc khí 0,6m/s, bề cao
đệm rỗng bằng khâu đi đến h
lớp đệm 120mm. Hiệu quả
Raschig thủy tinh 0,9 0,009 0,645 oàn thàn
tính cho 1mm bề cao lớp
6mm đệm. h khi tiế
p xúc vớ
Tháp rỗng phun nước
Vận tốc khí 0,6m/s, bề cao i nước s
đường kính mũi phun 0,9 0,022 0,097
của tháp 130cm. ạch.
1mm
b. Hấp thụ khí NOx bằng dung dịch amonicacbonat.
Quá trình
Điềuxử
kiện khử NOcacbonat
lý Amoni (NH4khí
2 trong không )2CO trongđộtháp
ở 3nhiệt hấp
250C thukếtđường
cho 0.4đồ
kínhbiểu
quả trên m 1và cao
2.6 m được đệm bằng khâu Rasching 25mm. Hiệu quả hấp thu đạt 65% và phù hợp với
5
Hệ số trao đổi Hiệu quả
Lưu lượng, kg/m 2.h 2
Nồng độ NO + NO2 ppm
Kg kmol/m .h.kPa hấp thụ %
Dung NO + NO2
Khí NO2 cuối
dịch ban đầu
Lớp đệm khâu Rasching 25mm
68,0
2063 15050 0,29 1970 630
2580
15050 0,34 2040 700 65,7
2990 15050 0,37 1920 710 63,0
Lớp đệm: Tấm nhựa polyvinyl gợn sóng
1180 5250 40,5 3400 270 95.1
2360 5250 77 3600 590 89,6
2950 5250 87,5 3400 800 84.6
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NO2 trong thiết bị hấp thụ có lớp đệm:
6
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
c. Thiết bị hấp thụ
Tháp sục khí sủi bọt
Cấ u tạ o :
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
NOx của tháp sục khí sủi bọt giảm khi nồng độ ban đầu của NOx trong 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.
7
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
Scrubơ Venturi
Cấ u t ạ o: 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 NOx chuyển động với vận tốc lớn từ 40 m/s đến 150 m/s làm sự
tiếp xúc pha tăng lên, NOx dễ dàng được dung môi hấp thụ. Dung dịch sau hấp thụ
được bộ phận thu giọt thu lại sau đó được bơm ra ngoài.
8
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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.
9
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NOx trong khí thải tương đối thấp.
Tháp đệm
3. Hấp phụ khí NOX 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
10
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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.
11
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 NOx và CO nằm trong tỉ lệ phù hợp với phản ứng đó.với
NH3, các phản ứng khử NOx sẽ là:
6NO + 4NH3 6H2O + 5N2
4NO + 4NH3 + O2 6H2O + 4N2
6NO2 + 8NH3 12H2O + 7N2
2NO + 4NH3 + O2 6H2O + 3N2
12
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
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 CH4 và H2S sẽ xảy ra các phản ứng sau:
4NO2 + CH4 CO2 + H2O +4NO
13
Công nghệ xử lí ô nhiễễm không khí và tiễếng ôồn GVHD: Trầồn Đức Thảo
4NO + CH4 CO2 2H2O + 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 NOx bằng 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 SO2 trong 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 NOx 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 NOX trong sản
phẩm cháy. Nhiệt độ càng cao thì sự hình thành khí NOX càng 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