Hệ thống hấp thụ khí thải hóa học SCR hay còn gọi là hệ thống khử chọn lọc xúc tác (Selective Catalytic Reduction – SCR) là một công nghệ kiểm soát khí thải tiên tiến nhằm giảm phát thải NOx (oxit nitơ) từ các quá trình đốt nhiên liệu tại các nhà máy điện hoặc công nghiệp. Công nghệ này sử dụng một chất xúc tác và chất khử (thường là amoniac hoặc urê) để biến đổi NOx thành khí nitơ (N2) và nước (H2O), những chất không gây hại đến môi trường.

Nếu không có hệ thống kiểm soát khí thải phù hợp, một lượng đáng kể NOx trong không khí có thể được thải ra từ quá trình đốt nhiên liệu tại các nhà máy điện. NOx bao gồm nitơ oxit (NO), nitơ đioxit(NO2) và các oxit nitơ khác. Có một số tác động tiêu cực đến môi trường khi thải quá nhiều NOx vào khí quyển. Phòng thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia (NETL) của Hoa Kỳ thống kê như sau:

NOx là thành phần chính trong việc hình thành ôzôn trên mặt đất, gây ra các vấn đề nghiêm trọng về hô hấp.
Các vấn đề về hô hấp có thể xảy ra do bản thân việc tiếp xúc với NO2 , nhưng điều đáng lo ngại là NOx phản ứng tạo thành các hạt nitrat trong không khí hoặc sol khí axit, có tác dụng tương tự.
Cùng với các oxit lưu huỳnh (SOx), NOx góp phần hình thành mưa axit và gây ra nhiều vấn đề về môi trường.
NOx có thể làm suy giảm chất lượng nước do nước có quá nhiều chất dinh dưỡng, gây ra tình trạng dư thừa tảo.
Các hạt chứa nitơ trong không khí làm giảm tầm nhìn.
NOx có thể phản ứng tạo thành đinitơ oxit (N2O), là một loại khí nhà kính và góp phần làm trái đất nóng lên.

I. Nguyên lý hoạt động của hệ thống SCR

1. Phản ứng hóa học chính:

Dưới tác dụng của chất xúc tác, NOx phản ứng với amoniac (NH3) hoặc urê, tạo thành sản phẩm là khí nitơ và nước:

2. Chất xúc tác:

Thường sử dụng các vật liệu như vanadi pentoxide (V2O5), titan dioxide (TiO2), hoặc zeolit để tăng tốc độ phản ứng.

3. Vị trí lắp đặt:

Hệ thống SCR thường được lắp đặt phía sau lò đốt và bộ trao đổi nhiệt, nơi khí thải đã được làm nguội đến khoảng 300 – 400°C, nhiệt độ tối ưu cho phản ứng.

4. Lợi ích của hệ thống SCR

Hiệu suất cao: Loại bỏ tới 90% lượng NOx trong khí thải.
Giảm tác động môi trường:
Hạn chế ô nhiễm không khí và mưa axit.
Ngăn ngừa hiện tượng dư thừa chất dinh dưỡng trong nước do lắng đọng nitơ.
Tuân thủ quy định: Đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt tại nhiều quốc gia.

II. Các yếu tố cần cân nhắc khi thiết kế SCR

1.Thành phần khí thải đầu vào:

Nồng độ NOx, nhiệt độ, lưu lượng khí, và sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm khác như SOx, hạt bụi (PM).
Lựa chọn chất xúc tác: Tùy thuộc vào đặc điểm vận hành và loại nhiên liệu. Ví dụ, chất xúc tác có thể cần khả năng chống nhiễm độc do các tạp chất như lưu huỳnh.
Vị trí lắp đặt: Đảm bảo khí thải có nhiệt độ thích hợp và thời gian tiếp xúc đủ lâu với chất xúc tác.
Hệ thống cung cấp chất khử: Thiết kế các béc phun amoniac/urê sao cho phân phối đều và không gây dư thừa amoniac (hiện tượng “trượt amoniac”).
Chi phí và hiệu quả: Cân nhắc giữa chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng với mức độ giảm thiểu NOx mong muốn.
Ảnh hưởng đến vận hành nhà máy: Phải đảm bảo hệ thống SCR không gây cản trở dòng khí thải hoặc làm tăng quá mức áp suất hệ thống.