Công nghệ loại bỏ chất ô nhiễm không khí (SOx, NOx) bằng phương pháp sử dụng xúc tác có
phân tán các bon
Phòng nghiên cứu môi trường, Viện nghiên cứu khoa học công nghệ Pohang
Lee Ki Man, Byun Young Chul, Go Dong, Joon
1. Mở đầu
Khí thải từ lò hơi của nhà máy nhiệt điện, lò luyện cốc và lò thiêu đều có hàm lượng khí ô xít nitơ và
ôxít sunfua. Hai thành phần này là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mưa axít, sương mù quang
hóa (Photochemical Smog)và gây ra các chứng bệnh về đường hô hấp. Lượng thải ra môi trường của
hai loại khí th
ải trên đang ngày một gia tăng theo từng năm, vì vậy các quy định trong Bộ luật liên
quan đến khí thải này đang có xu thế thắt chặt hơn nữa.
y Ô xít ni tơ có thể tự sinh ra trong quá trình tuần hoàn ni tơ trong tự nhiên, ngoài ra trong quá trình
chuyển hóa sang vật chất khác, khí NO2 được hình thành nhờ khí nitơ có trong không khí lại tiếp
tục bị thuỷ hoá thành dạng Axit nititiric, hoặc thấm vào lòng đất dưới dạng nitrat, trở thành nguồn
phân bón cần thiết cho sự tăng tr
ưởng của thực vật. Mặc dù vậy, khí NOx sinh ra do những
nguyên nhân tự nhiên trong không khí thì không gây ra ảnh hưởng lớn vì có nồng độ thấp.
NO₂có độc tính cao gấp từ 5 đến 10 lần so với NO, song với nồng độ thấp thì vẫn gần như
không gây ảnh hưởng gì đến chức năng phổi cũng như phản ứng sinh lý. Tuy vậy, nếu ở nồng độ
cao, NO₂ có thể gây kích ứng nghiêm trọng đối vớ
i màng nhầy, ảnh hưởng đến hô hấp và phổi.
y Than đá và các loại dầu tồn tại trong tự nhiên đều có hàm lượng lưu huỳnh chiếm từ 0,1~0,5%,
khi đốt than đá và dầu sẽ sinh ra ôxít lưu huỳnh, tỉ lệ sinh ra SO
2
và SO
3
là 40~80 : 1. Khí thải ra
môi trường chủ yếu ở dạng SO2 và SO3, trong đó SO2 chiếm phần lớn, vì vậy có thể coi khí thải
phần lớn là khí SO2. Nếu xét trên phương diện ô nhiễm không khí, dựa trên các phản ứng quang

dụng, nhưng quy trình này cần môi trường nhiệt độ lên đến từ 900 đến 1100 độ C. Và do hiệu
suất khử N ox thấp nên không được sử dụng nhiều Chính vì vậy đang có rất nhiều loại quy trình
đang được phát triển nhằm loại bỏ những yếu điểm của các quy trình khử N Ox.
y Mặt khác, các quy trình cũ này đều tiến hành theo tu
ần tự khử lưu huỳnh và khử ni tơ, không liên quan gì đến khối lượng khí thải, vì vậy yêu cầu đối với việc vận hành cũng khác nhau, phải lắp
đặt riêng biệt hai quy trình, vì thế đang nảy sinh rất nhiều vấn đề phức tạp như chi phí lắp đặt
thiết bị, chi phí vận hành tăng cao, phương pháp kết hợp hai quy trình một cách phù hợp nhất.
y Công nghệ đang được phát triển là công nghệ khử đồng thời lưu huỳnh và nitơ s
ử dụng chùm tia
điện tử, plasma nhiệt độ thấp, than hoạt tính…, khắc phục những vấn đề tồn tại của quy trình khử
lưu huỳnh và khử ni tơ riêng rẽ như trên. Quy trình xử lý khí thải có sử dụng tia điện tử đã được
phát triển và áp dụng vào thực tế tại nhiều quốc gia phát triển như N hật Bản, Mỹ. Tuy nhiên,
công nghệ sử dụng chùm tia
điện tử để khử đồng thời lưu huỳnh và ni tơ phải sử dụng máy gia
tốc điện tử có giá thành rất cao làm cho chi phí đầu tư cho thiết bị khá lớn, đồng thời phải lắp đặt
toàn bộ quy trình dưới lòng đất để tránh tia X lọt ra ngoài. Đối với quy trình xử lý khí thải plasma
nguội sử dụng ắc quy điện áp cao thay cho chùm tia điện tử với nguyên lý tương tự, m
ặc dù đặc
trưng của quy trình này là có thể xử lý đồng thời cả ô xít lưu huỳnh, ô xít ni tơ cũng như các loại
hợp chất ô nhiễm không khí như hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, song lại tồn tại nhược điểm là lượng
điện tiêu thụ quá lớn dẫn đến tăng chi phí, ngoài ra N O được ô xi hóa thành N O2 một cách dễ
dàng, song N O2 lại không phản ứng nhanh với
N H
3
, dẫn đến hiệu suất khử N Ox còn thấp. Công
nghệ khử đồng thời ô xít sunfua và ô xít ni tơ bằng than hoạt tính cũng đang được đưa vào sử
dụng trong nước. Đây là quy trình dùng than hoạt tính để hấp phụ và khử SO2 bằng phương pháp

ử ni tơ SCR,
SOx lại được loai bỏ nhờ quá trình hấp phụ.

2-1. Công nghệ ô xi hóa N O
Trên thực tế, phần lớn N Ox có trong khí thải đều ở dạng N O, tỉ lệ N O2 rất thấp. Chính vì vậy, đã có
rất nhiều công nghệ ô xi hóa N O thành N O2 đã được công bố, trong đó có phương pháp sử dụng xúc
tác ô xi hóa như xúc tác Pt, phương pháp sử dụng tia lửa điện từ phóng đi
ện cao áp, trong đó có
plasma nhiệt độ thấp, phương pháp ô xi hóa N O bằng ôzôn. N goài ra còn có phương pháp dùng
N aClO và ClO2 được dùng làm chất phụ gia hóa học trong các thiết bị như máy lọc khí để làm chất ô
xi hóa N O.
2-2. Đặc tính khử chất ô nhiễm không khí sử dụng khí amonia trong xúc tác có phân tán các bon
- Thành phần chủ yếu của xúc tác có phân tán các bon là các bon tương tự như than hoạt tính được sản
xuất hỗn hợp với một số chất vô cơ. Ưu điểm của chất xúc tác hấp phụ này trước hết phải kể đến việc
các bon được phân tán trong vật chất vô cơ nên nguy cơ xảy ra cháy nổ rất thấp. Ưu điể
m thứ hai có
được là do quy trình có sử dụng than hoạt tính được sử dụng dưới hình thức dòng liên tục.
Thông thường, các bon khó có thể sử dụng với hiệu suất cao trong điều kiện cần duy trì độ cứng nhất
định nếu hình thành dạng hạt, nhưng các bon được sử dụng trong chất xúc tác hấp phụ là các bon đặc
thù có hiệu suất cao nên khả năng hấp phụ khá mạnh.

2-3. Thí nghiệm hiện trường sử dụ
ng thiết bị Bench scale
y Thông thường, đặc tính phản ứng trong các thiết bị thí nghiệm có quy mô phòng thí nghiệm có
thể sai khác so với kết quả trong điều kiện thí thải ngoài thực tế. Bởi vì trong khí thải ngoài thực
tế, ngoài các vật chất ô nhiễm được coi là mục tiêu để loại bỏ còn tồn tại rất nhiều vật chất khác
có thể gây ảnh hưởng đến phản ứng xúc tác như kim loại nặng ho

vào sử dụng trong thự
c tế. Về phương pháp ô xi hóa N O và cải thiện hiệu quả tách lưu huỳnh,
tương tự như mục tiêu của các chương trình nghiên cứu nói trên, một số dự án nghiên cứu kết quả
thí nghiệm đối với quy trình kết hợp sử dụng plasma nhiệt độ thấp và phương thức lọc rửa bằng
phương pháp làm ướt cũng đang được triển khai. Riêng đối với phương pháp nghiên cứu sử
dụng
chất ô xi hóa này vẫn còn là phương pháp mới được triển khai bước đầu ở các quốc gia phát triển,
vì vậy không có sự khác biệt về đẳng cấp giữa công nghệ của Hàn Quốc và các nước phát triển
trên thế giới.

4. Kết luận

￮ Việc loại bỏ các chất độc hại gây ô nhiễm không khí sử dụng xúc tác có phân tán các bon được chia làm hai quy trình chính.
y Trước hết, sử dụng phóng điện điện áp cao hoặc chất phụ gia hóa học để đưa N O có trong khí
thải thành dạng N O2
y Thứ hai, đưa khí thải hấp phụ vào chất xúc tác có phân tán các bon để để loại bỏ chất ô nhiễm
không khí
￮ Trong số phương pháp ô xi hóa N O thành N O2, phương pháp sử dụng plasma nhiệt độ thấp và chất
phụ gia hóa học đã thu đượ
c hiệu quả khá tốt, song việc sử dụng chất phụ gia hóa học được đánh giá
có hiệu quả cao hơn do không làm gia tăng chi phí cho thiết bị. Riêng đối với công nghệ loại bỏ khí
thải trong xúc tác có phân tán các bon, dù phải phụ thuộc vào điều kiện khí thải và điều kiện vận
hành song hiệu suất khử loại bỏ N Ox cao hơn nhiều so với quy trình sử dụng than hoạt tính trước đó.
N
goài ra, trong xúc tác có phân tác các bon, ngoài việc khử loại bỏ SOx, N Ox còn khử cả khí đi ô
xin nên chi phí đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn nhiều so với các quy trình xử lý riêng . Hơn nữa
trong và ngoài nước chưa có nhiều tiền lệ nghiên cứu về công nghệ này nên dự kiến đây sẽ trở thành