Vấn đề khử NOx trong điều kiện dư nhiều oxi

Việc nhiên liệu được đốt trong điều kiện dư oxy sẽ làm tăng hiệu suất cháy nhiên liệu giúp cho động cơ ít hao nhiên liệu hơn. Bên cạnh đó, chúng ta có thể giảm sự phát thải CO, HC và một lợi ích quan trọng nữa là giảm sự phát thải CO2- một thành phần quan trọng gây hiệu ứng nhà kính dẫn đến những biến đổi khí hậu khó lường cho trái đất. Tuy nhiên, vấn đề khó khăn đặt ra là phải chuyển hóa các oxit nitơ (NOx) về N2 trong điều kiện dư O2. Các bài...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vấn đề khử NOx trong điều kiện dư nhiều oxi Vấn đề khử NOx trong điều kiện dư nhiều oxiViệc nhiên liệu được đốt trong điều kiện d ư oxy sẽ làm tăng hiệu suất cháy nhiênliệu giúp cho động cơ ít hao nhiên liệu hơn. Bên cạnh đó, chúng ta có thể giảm sựphát thải CO, HC và một lợi ích quan trọng nữa là giảm sự phát thải CO2- mộtthành phần quan trọng gây hiệu ứng nhà kính dẫn đến những biến đổi khí hậu khólường cho trái đất. Tuy nhiên, vấn đề khó khăn đặt ra là phải chuyển hóa các oxitnitơ (NOx) về N2 trong điều kiện dư O2. Các bài viết tiếp theo sẽ giới thiệu một sốphương pháp có thể xem là khả thi nhất hiện nay để giải quyết bài toán hóc búanày.Động cơ hoạt động trong điều kiện cháy dư oxy sẽ giúp cho việc tăng hiệu suất đốtnhiên liệuCác phương pháp xử lý NOx trong điều kiện dư oxy Một số phương pháp vớinhững khả năng xử lý NOx và phạm vi ứng dụng khác nhau sẽ được giới thiệu đếnđọc giả mà cụ thể là : Phương pháp khử chọn lọc NOx về N2 có sử dụng xúc tácSCR (selective Catalytic Reduction) Phương pháp bẫy-khử NOx (NOx-trapreduction) Phương pháp phân hủy nhiệt trực tiếp NOx (direct decomposition NOx)Trong phạm vi của bài viết này, tôi sẽ tập trung giới thiệu phần I của phương phápkhử chọn lọc NOx có xúc tác SCR-NOx 1. Phương pháp khử chọn lọc NOx vềN2 có sử dụng xúc tác SCR (selective Catalytic Reduction)Phương pháp này liên quan đến việc tiêm thêm các chất khử vào dòng khí thảitrong phạm vi hiện diện của một hệ xúc tác. Vai trò của chất khử tiêm vào và củahệ xúc tác là để khử một cách chọn lọc NOx thành N2 [1].Hiệu quả của việc khử NOx bằng phương pháp SCR phụ thuộc đồng thời vào hoạttính của hệ xúc tác và bản chất của chất khử được sử dụng. Những chất khửthường được sử dụng là các hydrocarbon, NH3 hoặc urê (urea). Trong các chất khửnày thì NH3 cho thấy khả năng cho độ chọn lọc của sự khử NOx về N2 rất cao vàđồng thời cũng cho hiệu suất chuyển hóa rất cao. Chúng ta cũng có thể thấy khidùng NH3 làm chất khử NOx thì sản phẩm của quá trình không thể là NH3, do đóđộ chọn lọc của sự khử NOx ở đây chỉ là giữa N2O và N2 [2].Cần phải chú ý trong quá trình khử NOx là NO2 luôn là tác nhân hoạt động,NO2 sẽ phản ứng trực tiếp với NH3, trong khi NO sẽ bị oxi hóa một phần thànhNO2 và tốc độ của quá trình đạt cao nhất khi tỉ lệ NO : NO2 : NH3trong hỗn hợp là1 : 1 : 2.Trong những kết quả nghiên cứu mới nhất của N. Lê Phúc và đồng nghiệp [3,4,5]cũng cho thấy NH3 có tốc độ khử NOx rất nhanh. Và trong quá trình hoạt động,việc tạo NH3 in-situ (tạo ra trong quá trình phản ứng) và NH3được tạo ra ngay trênbề mặt xúc tác sẽ cho chúng ta một hiệu suất chuyển hóa NOx rất cao và gần nhưsản phẩm khử chỉ là N2. Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp NH3 làm tác nhân khửNOx trong điều kiệ thực tế gần như là không thể do việc lưu trữ NH3 là rất khókhăn. Đó là lí do người ta phải tạo ra NH3 một cách gián tiếp từ phản ứng thủyphân và phân hủy urê, và quá trình tạo NH3 trung gian này cũng làm giảm hoạt chuyển hóa NOx [6].tính CO2 + 2H2O(NH2)2CO + H2OTuy nhiên, urê không thể được sử dụng dưới dạng tinh chất được do ở trạng tháithông thường thì urê là một chất ở dạng bột và không thể đưa vào hỗn hợp khí thảivới một lượng xác định được. Và đó là lí do người ta phải sử dụng urê dưới dạng dung dịch, và một loại dung dịch urê rất nổi tiếng đã được thương mại hóa có tên gọi là dịch 32,5% urê). AdBlue (dung Ở đây cần nhấn mạnh rằng đối với phương pháp SCR trên cơ sở phản ứng giữa NH3 và NOx thì ta có thể dùng bất kỳ tiền chất nào miễn là nó có thể tạo thành NH3 trong quá trình phản ứng. Ví dụ ngoài urê, ta cũng hoàn toàn có thể dùng ammonium carbamate, hay thậm chí sử dụng các hệ xúc tác có khả năng khử rất mạnh NOx về NH3, chính NH3 này lại là tác nhân để khử tiếp lượng NOx còn lại về N2 [3, 4, 5] Lắp đặt hệ thống SCR trong xử lý NOx từ động cơ hoạt động trong điều kiện dư oxy (lean-burn và diesel) Hệ thống SCR-AdBlue nổi bật với các thành phần sau Bình chứa dung dịch AdBlue Thiết bị điện tử để kiểm soát lượng AdBlue tiêm vào. Đây là một thông số cực kỳ quan trọng vì nếu tiêm thiếu AdBlue sẽ dẫn đến thiếu chất khử NH3 cho việc khử NOx. Ngược lại, nếu tiêm quá dư AdBlue sẽ dẫn đến việc dư NH3 và dẫn đến việc ô nhiễm NH3 do NH3 cũng là một tác nhân độc (xem thêm các bài viết của Lê Tiến Khoa về vấn đề ô nhiễm NH3 : [Ô nhiễm NH3] Đầu tiêm Adblue : việc tiêm AdBlue phải đạt được sự tiếp xúc tối đa với bề mặt xúc tác cũng như NOx, việc tiêm một lượng đúng và đủ không tốt vẫn có thể dẫn đến hiện tượng NH3 slip (NH3 ...