Niet selectieve katalytische reductie

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  NSCR

Verwijderde componenten

—  NOx, CO, KWS

Principeschema

 

Procesbeschrijving

 Bij niet selectieve katalytische reductie worden CO, NOx en KWS omgezet in CO2 en N2 via een katalysator. Deze techniek vereist geen injectie van bijkomende reagentia vermits de onverbrande KWS worden gebruikt als reductans. Een vereiste hiervoor is dat de gassen niet meer dan 0,5 % zuurstof bevatten.

De NOx verwijdering gebeurt in twee sequentiële stappen met volgende reacties:

 

De reacties in stap 1 verwijderen de overmaat zuurstof omdat deze makkelijker met de CO en KWS reageren dan NOx. Om deze reden moet de zuurstofconcentratie in de afgassen onder 0,5 % worden gehouden.

Om deze reden kan NSCR enkel bij rijke verbrandingsmengsels worden gebruikt. Bij arme mengsels moet naar een SCR worden overgestapt.

De gebruikte katalysatoren zijn meestal op basis van platina.

Niet selectieve katalytische reductie kent voornamelijk zijn toepassing als de driewegkatalysator in de autoindustrie.

Varianten  

Bepaalde leveranciers gebruiken aardgas als reductiemiddel voor de NOx. Op deze manier kan de toelaatbare zuurstof concentratie opgetrokken worden tot maximaal 2 %.

Werkingsgraad

NOx verwijderingefficiënties van 90 – 98 % kunnen worden behaald [1].

NOx emissies van 25 ppmv zijn haalbaar [2].

Randvoorwaarden

—  Zuurstofgehalte maximaal 0,5 % (Verbranding ongeveer stoichiometrisch) tot 2 % (bij gebruik van aardgas als
      reductiemiddel). Hierdoor enkel toepasbaar bij gesmoorde mengselmotoren en niet bij zelfontbranders zoals
      dieselmotoren.
—  Er is weinig ervaring met behandeling van biogas van vergisters of van stortgas. Het H2S en andere stoffen kunnen
      mogelijk de katalysator vergiftigen.
—  Temperatuur van de afgassen: 375 - 825 °C (425 – 650 °C voor rendement > 90 %) [2]

Hulpstoffen

De katalysator moet periodiek worden vervangen. Meestal wordt een levensduur van 2 – 3 jaar gegarandeerd [2].

Milieu-aspecten

De katalysator moet periodiek worden vervangen en vormt een reststof.

Het gebruik van NSCR kan mogelijk resulteren in hogere CO gehaltes vanwege de noodzaak van een rijk mensel in de motor zodat CO beschikbaar is voor de katalysator om NOx te verwijderen. Bij een te hoog CO-gehalte na de katalysator kan het nodig zijn om een oxidatiekatalysator na te schakelen om de CO te oxideren naar CO2.  

Energieverbruik

Enkel een meerverbruik aan brandstof door de hogere drukval van de katalysator. Het meerverbruik bedraagt 0 – 5 % afhankelijk van het ontwerp van de katalysator. Het vermogen van de motor vermindert ook met 1 – 2 % [2].

Kostprijs

  • Investeringskost: [2]

Motorgrootte (PK)

Kost in 1 000 USD

80 - 500

15 - 27

501 – 1 000

27 - 41

1 001 – 2 500

41 - 87

2 501 – 4 000

87 - 132

4 001 – 8 000

132 - 253

  • Totale jaarlijkse kost: [2]
    Berekend op 8000 h/jaar, incl. onderhoud en afschrijving

Motorgrootte (PK)

Kost in 1 000 USD

80 - 500

69 - 79

501 – 1 000

79 - 90

1 001 – 2 500

90 - 124

2 501 – 4 000

124 - 158

4 001 – 8 000

158 - 244

  • Kosteneffectiviteit: [2]

Motorgrootte (PK)

Kost in USD per ton NOx

80 - 500

1 260 – 6 900

501 – 1 000

750 - 1 260

1 001 – 2 500

395 - 750

2 501 – 4 000

315 - 395

4 001 – 8 000

240 - 315

De katalysator moet periodiek worden vervangen. De afgewerkte katalysator kan soms verkocht worden, hetgeen de kostprijs van de vervanging drukt.

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    — 
    Geen extra reductans nodig
  • Nadelen
    — 
    Sturing motor op basis van zuurstofgehalte vereist (lambdasonde)
    —  Beperkte toepasbaarheid

Toepassingen

Voornamelijk toegepast in de auto-industrie. Kan gebruikt worden in toepassingen waar de verbranding ongeveer stoichiometrisch is zoals bij stationaire motoren voor energieopwekking of aandrijving.

Het is enkel toepasbaar bij gesmoorde mengselmotoren, niet bij zelfontbranders zoals dieselmotoren. Ook is er weinig ervaring met biogas van vergisters of met stortgas. Het H2S en andere stoffen kunnen mogelijk de katalysator vergiftigen.

Referenties

  1. EPA factsheets: Nitrogen oxides (NOx); why and how they are controlled
  2. EPA: Alternative Control Techniques (ACT) Document - Internal Combustion NOx Part 1 & 2 (EPA-453/R-93-032)