Ứng dụng công nghệ SCR khử NOx/NO2

NOx trong khí thải nhà máy nhiệt điện là nỗi lo lớn nhất khi chúng là nguyên nhân gây ra hiện tượng sương mù quang hóa có hại cho hệ sinh thái và con người. Ngoài ra, người ta còn tìm thấy hàm lượng NOx trong cơ sở khí đốt tại nhà máy luyện gang, hóa chất.

Vì thế mà người ta bắt đầu sử dụng công nghệ xúc tác chọn lọc (SCR) để xử lý khí thải NO2 và loại bỏ NOx trong khí quyển.

1. Đặc trưng loại bỏ NOx của SCR

SCR là công nghệ khử xúc tác chọn lọc thường ứng dụng phổ biến để xử lý khí thải lò hơi lớn, lò hơi công nghiệp hay lò đốt chất thải rắn đô thị với hiệu suất giảm NOx đến 70 – 95%.

Công nghệ khử xúc tác chọn lọc SCR thành công trong việc khử NOx trong khí thải. SCR sử dụng amoniac làm chất khử đưa vào dòng khí thải từ lò đốt. Quy trình cơ bản SCR làm giảm NOx trong hệ thống xúc tác.

Vì thế mà hiện nay, công nghệ xúc tác được dùng phổ biến nhất để xử lý khí thải trong quá trình đốt cháy. SCR là cách tiếp cận tiên tiến để chủ động kiểm soát khí thải chuyển đổi các oxit nito có hại NOx thành khí nito với sự trợ giúp của chất khử NH3 cùng chất xúc tác.

Kỹ thuật xử lý khí thải dùng công nghệ SCR được dùng phổ biến ở Nhật Bản vào những năm 1980 và ở Đức những năm 1986 tại các nhà máy nhiệt điện than. Cho đến những năm 1990 thì nó bắt đầu được Hoa Kỳ để mắt đến và được dùng trong các nhà máy nhiệt điện than quy mô lớn.

Một số vấn đề trong thiết kế và vận hành hệ thống SCR phải kể đến đặc tính của than, lựa chọn chất xúc tác, thuốc thử, điều kiện, liều lượng amoniac, tái sinh chất xúc tác, vận hành tải thấp và tối ưu hóa quy trình.

Để đạt được hiệu suất khử NOx tối ưu, thuốc thử phải trộn đều với khí thải. Amoniac khan thường dùng để làm thuốc thử, chiếm hơn 90% các ứng dụng khác. Sau đó là các quy trình sử dụng ure cũng phát triển theo để giải quyết amoniac khan dư thừa vì nó là chất nguy hiểm và độc hại.

2. Các chất xúc tác/chất khử thường dùng

Đối với vật liệu xốp như oxit titan, thành phần hoạt tính cũng được phát triển khử NOx ở nhiệt độ thấp.

• Chất xúc tác kim loại: dùng vanadi, vonfram không cần nhiệt độ cao nhưng ít tốn kém hơn, hoạt động ở nhiệt độ bình thường nên thường dùng xử lý khí thải công nghiệp.
• Chất xúc tác zeolite: mang tiềm năng lớn khi hoạt động ở nhiệt độ cao, làm giảm ăn mòn và tính oxy hóa mạnh.
• Xúc tác tổ ong: áp dụng đồng nhất trên chất mang hoặc phủ trên lớp màng.
• Xúc tác dạng tấm có khả năng giảm áp suất, ít bị tắc nghẽn, bám bẩn hơn dạng tổ ong nhưng chi phí khá lớn.

3. Đặc điểm của chất khử

Các chất khử chứa nito hiện đang được sử dụng trong các ứng dụng SCR bao gồm amoniac khan, amoniac dạng nước hoặc ure hòa tan. Cụ thể:

• Amoniac khan: dạng chất lỏng, nhưng lại có độc tính khi hít phải nên phải được lưu trữ và xử lý một cách an toàn tuân thủ các nguyên tắc.
• Amoniac dạng nước: trước khi sử dụng người ta thường phải làm bay hơi chúng trước khi sử dụng.
• Ure là chất bảo quản an toàn nhất nhưng cần chuyển hòa thành amoniac thông quá quá trình phân hủy nhiệt để trở thành chất khử hiệu quả.

4. Ứng dụng trong các nhà máy điện

SCR từ lâu không thể thiếu để xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện trong loại bỏ NOx từ khí thải trong các lò hơi dùng sản xuất điện và công nghiệp. Hệ thống được bố trí theo đúng kỹ thuật, amoniac bơm vào buồng xúc tác thông qua lưới phun amoniac.

Một trong những vấn đề cần kiểm soát là sự hình thành amoni sunfat và amoni bisunfat do hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu gây ra. Tro bay trong lò đốt cũng là vấn đề lớn nên đòi hỏi cần thiết kế ống dẫn, chất xúc tác để tránh việc tro bay làm tắc nghẽn. Chất độc, hợp chất lưu huỳnh và tro đều có thể bị loại bỏ bằng cách lắp đặt bộ lọc trước hệ thống SCR để tăng tuổi thọ chất xúc tác.