Động cơ diesel phát thải các oxide của nitrogen (NOx), chủ yếu gồm NO và một lượng nhỏ NO2. Các khí này gây ô nhiễm không khí, góp phần hình thành hiện tượng mưa acid và khói mù quang hóa làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Để hạn chế phát thải NOx, nhiều dòng xe diesel hiện đại được trang bị hệ thống khử NOx có xúc tác chọn lọc (SCR – Selective Catalytic Reduction), sử dụng dung dịch AdBlue. AdBlue là dung dịch chứa 32,5% khối lượng (NH2)2CO hòa tan trong nước. Khi được phun vào dòng khí thải nóng, (NH2)2CO chuyển hóa hoàn toàn tạo thành NH3. Quá trình này được biểu diễn bằng phương trình: (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2
Trong hệ thống SCR, NH3 phản ứng với NOx trên chất xúc tác theo các phản ứng:
(1) Fast-SCR: NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
(2) Standard-SCR: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
Trong quy trình này, quá trình fast-SCR xảy ra hoàn toàn sau đó mới xảy ra standard-SCR (không xét phản ứng phụ).
Một động cơ diesel phát thải trung bình 15,90 gam NO và 1,656 gam NO2 mỗi phút. Hệ thống SCR loại bỏ hoàn toàn lượng NO2 và 90% lượng NO phát thải. Biết 96% lượng NH3 tạo thành từ (NH2)2CO tham gia phản ứng khử NOx, phần còn lại thoát ra theo khí thải.
a) Trong mỗi phút, khí thải sau khi xử lý thoát ra chứa 0,74 gam nguyên tố N (ở dạng hợp chất) (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).
b) Trong quy trình xử lý NOx bằng hệ thống SCR nói trên, NO2 là chất hết trước.
c) Lượng dung dịch AdBlue tối thiểu cần phun vào dòng khí thải trong mỗi phút là 49,33 gam (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).
d) Nếu tổng nồng độ NOx không đổi, nhưng tỉ lệ nồng độ giữa NO và NO2 tăng thì làm tăng tốc độ xử lý NOx của công nghệ SCR.
(a) Sai
nNO = 0,53; nNO2 = 0,036 mol.
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
0,036…0,036…0,072
nNO bị loại bỏ = 0,53.90% = 0,477 mol nên phản ứng (2) cần loại thêm 0,477 – 0,036 = 0,441 mol NO
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
0,441….0,441
nNH3 phản ứng = 0,072 + 0,441 = 0,513 mol
—> nNH3 dư = 0,513.4%/96% = 0,021375 mol
nNO dư = 0,53.10% = 0,053 mol
mN (trong dạng hợp chất) = 14(0,021375 + 0,053) = 1,04125 gam
(b) Đúng, quá trình fast-SCR xảy ra trước và hoàn toàn, NO2 chỉ tham gia quá trình này và đã bị loại bỏ hết nên NO2 là chất hết trước.
(c) Đúng:
nNH3 cần dùng = 0,513/96% = 0,534375 mol
—> n(NH2)2CO = 0,2671875 mol —> mAdBlue = 0,2671875.60/32,5% = 49,33 gam
(d) Sai, tổng nồng độ NOx không đổi, nhưng tỉ lệ nồng độ giữa NO và NO2 tăng chứng tỏ nồng độ NO tăng, nồng độ NO2 giảm.
Quy trình (1) xảy ra rất nhanh nhưng đòi hỏi phải có NO2 tham gia, nếu NO2 quá ít thì quy trình (1) nhanh chóng kết thúc, lượng NO bị đẩy sang xử lý bởi quy trình (2) vốn diễn ra chậm hơn. Như vậy phần lớn NOx được xử lý bởi quy trình chậm nên tốc độ xử lý sẽ giảm đi.