Công nghệ xử lý khí NO2

Oxit Nitơ đều có độc tính, đặc biệt có độc tính cao nhất kể đến là NO2 , khi chỉ tiếp xúc với nó trong vài phút với nồng độ NO2 trong không khí 5 phần triệu thì đã có thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi, nếu tiếp xúc vài giờ liền với không khí có nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu sẽ có thể gây nguy hiểm cho phổi, tim và gan; nếu nồng độ NO2 trong không khí đạt mức 1% có thể gây tử vong trong vài phút.

Công nghệ xử lý khí

 NO2 và NO được hình thành trong quá trình đốt nhiên liệu và là

thành phần của khí cốc

Giảm thiểu có xúc tác NOx bằng chất gây phản

Nguyên lý hoạt động của thiết bị khử NOx có xúc tác sử dụng chất

Bộ phận lưu trữ và hóa hơi NH3 lỏng

Bộ phận pha loãng NH3

Thiết bị cấp khí NH3

Thiết bị khử NOx

có xúc tác

Khí thải đi vào thiết bị

khử NOx

Nguyên lý hoạt động của thiết bị khử NOx có xúc tác sử dụng chất

BUỒNG PHẢN ỨNG KHỬ NOX

CÓ XÚC TÁC

Giảm thiểu có xúc tác NOx bằng

(TIẾP)

 Các phản ứng khử xảy ra :

6NO + 4NH3 = 6H2O + 5N2 (15.33) 4NO + 4NH3 + O2 = 6H2O + 4N2 (15.34) 6NO2 + 8NH3 = 12H2O + 7N2 (15.35) 2NO2 + 4NH3 + O2 = 6H2O + 3N2 (15.36)

 Các chất xúc tác: vanadi oxit (V2O5), titan oxit (TiO2) & nhiệt độ

phản ứng : 300 – 450 oC

 Thông số đã biết:

 Nhiệt độ thực tế của khí thải đi vào thiết bị: tk

 Lưu lượng khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg) và điều kiện thực tế của khí thải: L 25 và L t (Nm3/s)

 Nồng độ & khối lượng NOx trong khí thải đi vào thiết bị xử lý tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg): CNOx (mg/Nm3) và MNOx (kg/h)

 Nồng độ của NOx theo quy chuẩn cho phép CNOx(QCVN) ,(mg/Nm3)

Chất xúc tác V2O5 trên nền TiO2 (V2O5 chiếm 0,8% hỗn hợp xúc tác)

 Yêu cầu tính toán:

 Lượng NH3 cần dùng

 Thể tích chất xúc tác cần dùng

 Xác định các kích thước của thiết bị (buồng) khử NOx

Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khử NOx có xúc tác sử dụng chất

 Các phản ứng khử:

 Khi không có O 2

6NO + 4NH3 = 6H2O + 5N2 (1) 6NO2 + 8NH3 = 12H2O + 7N2 (2)

 Khi có O 2

4NO + 4NH3 + O2 = 6H2O + 4N2 (3) 2NO2 + 4NH3 + O2 = 6H2O + 3N2 (4)

Trong dòng khí thải đi vào thiết bị có chứa lượng O2 dư từ quá trình đốt  giả thiết quá trình khử NOx chủ yếu xảy ra theo 2 phản ứng (3) và (4)

Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khử NOx có xúc tác sử dụng chất

Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị khử NOx có xúc tác sử dụng chất

 Hiệu suất yêu cầu xử lý NOx trong khí thải:

η = CNOx −CNOx(QCVN)

CNOx

Trong đó:

 η: Hiệu suất yêu cầu xử lý NOx trong khí thải

 CNOx: Nồng độ của NOx trong dòng khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg) (mg/Nm3)

 CNOx(QCVN): Nồng độ của NOx trong dòng khí thải theo quy chuẩn

cho phép (mg/Nm3)

Xác định lượng NH 3 cần dùng

 Xác định lượng NO2 và NO trong khí thải :

Giả thiết lượng NO2 ~ 10% NOx:

 MNO2 = 10% MNOx (kg/h)

 MNO = 90% MNOx (kg/h)

 Xác định lượng NO2 và NO cần xử lý:

 MNO2(x.l) = η MNO2 (kg/h)  quy đổi về số mol n NO2(x.l) (mol/h)

 MNO(x.l) = η MNO (kg/h)  quy đổi về số mol n NO(x.l) (mol/h)

Xác định lượng NH 3 cần dùng

(TIẾP)

 Các phản ứng khử:

4NO + 4NH3 + O2 = 6H2O + 4N2 (3) 2NO2 + 4NH3 + O2 = 6H2O + 3N2 (4)

Gọi m1, n1 là khối lượng và số mol NH3 trong phản ứng (3) & m2, n2 là khối lượng và số mol NH3 trong phản ứng (4)

 Lượng NH3 cần thiết để xử lý NO theo p.ư (3):

m 1 = M NH3 n 1 = 17 n NO(x.l) , (g/h)

 Lượng NH3 cần thiết để xử lý NO2 theo p.ư (4):

m 2 = M NH3 n 2 = 17 2 n NO2(x.l) , (g/h)

 Lượng NH3 cần thiết để xử lý NOx :

m NH3 = m 1 + m 2 , (g/h)

Xác định thể tích xúc tác cần dùng

 Xác định hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ khí thải đi vào

thiết bị khử NOx: kt

 Hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ 320 oC là 8,16 (l/s) & ở 400 oC là

10,8 (l/s) với giả thiết độ rỗng của xúc tác là r = 60%  sử dụng

phương pháp nội suy để xác định k t

 Xác định thể tích xúc tác lý thuyết:

V xt lt = 𝐋𝟐𝟓

𝛂.𝐤𝐭 ln (1 + η 𝐂𝐍𝐎𝐱

𝐂𝐍𝐇𝟑,𝐫𝐚)

Trong đó:

 V xt lt : thể tích xúc tác lý thuyết, (m3)

 L 25 : lưu lượng khí thải đi vào thiết bị tính ở đktc (25 oC, 760 mm Hg), (Nm3/s)

 α : hệ số tính đến sự giảm xúc tác  nhận α = 0,2

 k t : hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ khí thải đi vào thiết bị khử (l/s)

 η : hiệu suất yêu cầu xử lý NOx trong khí thải

 C NOx: nồng độ NOx trong khí thải đi vào thiết bị tính ở đktc (25 oC, 760

mm Hg) (mg/Nm3)

 C NH3, ra: nồng độ dư NH3 cao nhất cho phép trong khí thải đi ra khỏi thiết

bị  nhận C NH3, ra = 10 mg/Nm 3

Xác định thể tích xúc tác cần dùng

(TIẾP)

 Xác định thể tích xúc tác thực tế:

V xt = V xt lt 𝟏𝟎𝟎

𝟏𝟎𝟎−𝐫

Trong đó:

 V xt lt : thể tích xúc tác lý thuyết, (m3)

 V xt : thể tích xúc tác thực tế, (m3)

 r : độ rỗng của xúc tác  giả thiết r = 60%

Xác định các kích thước của thiết bị khử NOx

 Xác định các kích thước của lớp xúc tác

 Giả sử thiết kế thiết bị khử NOx có dạng hình hộp chữ nhật, mặt cắt ngang có tiết diện hình vuông

 Giả sử diện tích tiết diện ngang của lớp xúc tác là Sxt = axt axt (m2) & chiều cao lớp xúc tác là Hxt = 2.axt (m)

 Thể tích lớp xúc tác: Vxt = 2.axt axt axt  tính được axt do Vxt đã biết  tính được Sxt & Hxt

Xác định các kích thước của thiết bị khử NOx (TIẾP)

 Xác định các kích thước của thiết bị khử NOx

 Giả sử diện tích tiết diện ngang của thiết bị S lớn hơn 15% so với diện tích tiết diện ngang của lớp xúc tác:

S = 1,15 S xt (m2)

 Kích thước cạnh của thiết bị:

a = 𝐒 (m)

 Chiều cao của thiết bị:

H = H xt k (m) Trong đó:

• Hxt : chiều cao lớp xúc tác (m)

• k: hệ số kể đến ảnh hưởng của số tầng của lớp xúc tác  Để tăng khả năng tiếp xúc tối đa của NH3 và khí thải với lớp xúc tác: chia lớp xúc tác thành 3-4 tầng riêng biệt  nhận k = 1,5 – 1,7

 Chiều cao chế tạo của thiết bị: H c.t = H + H đỉnh + H đáy

Trong đó:

• Chọn chiều cao đỉnh thiết bị H đỉnh = 0,5 – 0,8 m

• Chọn chiều cao đáy thiết bị H đáy = 1 – 1,5 m

BÀI TẬP: Tính toán thiết bị xử lý khí NO x

 Cho biết:

 Nhiệt độ thực tế của khí thải đi vào thiết bị: t k = 360 o C

 Lưu lượng khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg): L 25 =

12000 Nm 3 /h

 Nồng độ NOx trong khí thải đi vào thiết bị tính ở đkc (25 oC, 760 mm Hg):

C NOx = 4655 mg/Nm 3

 Nồng độ của NOx theo quy chuẩn cho phép C NOx(QCVN) = 850 mg/Nm 3

Chất xúc tác V2O5 trên nền TiO2 (V2O5 chiếm 0,8% hỗn hợp xúc tác)

 Yêu cầu :

 Lượng NH3 cần dùng

 Thể tích chất xúc tác cần dùng

 Xác định các kích thước của thiết bị (buồng) khử NOx