Selectieve katalytische reductie

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

• SCR

 

Verwijderde componenten

• NO_x

 

Principeschema

 

 

Procesbeschrijving

Bij het SCR-proces ( Selective Catalytic Reduction ) wordt NO_x onder toevoeging van NH₃ of ureum gereduceerd tot N₂ en H₂O in aanwezigheid van een katalysator volgens het onderstaand reactieschema:

De optimale procestemperatuur ligt in het gebied 320 - 500 °C afhankelijk van de katalysator.

Als katalysator worden veelal de oxiden van vanadium, wolfraam, molybdeen of andere metalen gebruikt, met titaandioxide als dragermateriaal. Een optimale menging voor het katalysatorbed en een molaire verhouding NH₃/NO_x lager dan 1,1 zijn de belangrijkste procesparameters om de reactie zo volledig mogelijk te doen verlopen en zo ongewenste ammoniakemissies te vermijden (“NH₃-slip”).

De levensduur van de katalysator wordt voornamelijk bepaald door de erosie veroorzaakt door vliegas, deactivering door vergiftiging (NH₄HSO₄), afzetting en vervuiling van de katalysator.

Speciale aandacht moet worden geschonken bij de opstart en “shut-down” van de installatie. Het is van belang dat de NH₃-injectie wordt gestopt wanneer de temperatuur beneden een bepaalde waarde daalt, om te voorkomen dat ammoniumwaterstofsulfaat zich afzet op de katalysator.

 

Varianten  

De SCR-installatie kan direct achter de ketel geschakeld worden ("high-dust"-schakeling).

Een tweede mogelijkheid is het naschakelen van een SCR-eenheid achter stoffilters of wassers ("low-dust"-schakeling). Hierbij is opwarming van de rookgassen tot het reactieniveau noodzakelijk.

 

Werkingsgraad

NO_x: 90-94%

Restemissies: mogelijke aërosolvorming van ammoniumchloride en ammoniumsulfaat.

 

Randvoorwaarden

• Debiet: 1 000 000 Nm³/h
• Temperatuur: 200 - 500 °C afhankelijk van de katalysator
• NO_x: in het bereik g/Nm³
• NH₃/NO_x-verhouding: < 1,1

Bij aanwezigheid van SO₃ wordt het ammoniak afgevangen onder vorming van ammoniumsulfaat. Het ammoniumsulfaat kan de katalysator verstoppen en wordt als moeilijk afscheidbaar aërosol geëmiteerd.

 

Hulpstoffen

Reductans: een 25 % oplossing van ammoniak of ureum

Stoom: voor het vervluchtigen van het reductans alvorens het wordt geïnjecteerd.

Katalysator: V₂O₅ (vanadiumpentoxide) en/of TiO₂ (titaniumdioxide), e.a. .

 

Milieu-aspecten

• Mogelijke NH₃-emissies als gevolg van niet optimale procesvoering (NH₃-slip).
• Verbruikte katalysator
• Als nevenproduct kan lachgas (N₂O) worden gevormd.
• Bij "high-dust" schakeling zijn de vliegassen beladen met NH₃;

 

Energieverbruik

Energieverbruik voor opwarming van rookgassen in "low-dust configuratie".

 

Kostprijs

Investering

• 7 500 – 32 000 EUR voor 1 000 Nm³/h (sterk afhankelijk van de toepassing) [1, 2]
• Voor een huisvuilverbrandingsoven met een capaciteit van ca. 80 000 ton per jaar en een rookgasdebiet van 60 000 Nm³/h bedraagt de investeringskost ca. 5 000 000 EUR [6].

Werkingskosten

• Personeelskosten: ca. 20 000 EUR per jaar
• Hulp & reststoffen: tot 370 kg NH₃-oplossing per ton NO_x verwijderd
• Kostprijs NH₃: 150 EUR/ton

Voor rookgassen van een huisvuilverbrandingsinstallaties is de gemiddelde gassamenstelling voor NO_x 335 mg/Nm³ (VITO metingen 1999). Dit komt overeen met een gemiddelde uitstoot van 2 141 g/ton afval. Voor een installatie van 18 ton/h komt dit neer op 38 kg/h NH₃. Om de NO_x-uitstoot met de helft te reduceren bedraagt het verbruik aan NH₃ gemiddeld 19 kg/h of 465 kg/dag. Op jaarbasis betekent dit ca. 17 ton per jaar per 1 000 Nm³/h of 2 550 EUR per jaar per 1 000 Nm³/h.

 

Voor- en nadelen

Voordelen

• Hogere NO_x-reductie rendementen t.o.v. SNCR
• Relatief eenvoudige installatie

Nadelen

• Bij relatief hoge SO₃-gehalten moet het proces bij relatief hoge temperatuur worden uitgevoerd om condensatie te vermijden.
• Bij “high-dust” schakeling zijn de vliegassen beladen met NH₃.
• Kostprijs katalysator
• Mogelijkheid op verstopping en vergiftiging van de katalysator
• Bij “low-dust”-schakeling is er een opwarming van de rookassen vereist.
• Mogelijke erosie van de katalysator door
• Hoge investeringskost t.o.v. SNCRde vliegassen

 

Toepassingen

Selectieve katalytische reductie  wordt toegepast bij verbrandingsinstallaties in volgende sectoren:

• afvalverbranding;
• energiecentrales;
• metaalindustrie;
• glastuinbouw.

 

Referenties

1. Factsheets luchtemissie beperkende technieken, www.infomil.nl, Infomil
2. Common waste water and waste gas treatment and management systems in the chemical sector. BREF document, European IPPC Bureau, http://eippcb.jrc.es
3. Elslander H., De Fré R., Geuzens P., Wevers M. (1993). Vergelijkende evaluatie van mogelijke gasreinigingssystemen voor huisvuilverbranding. In: Energie & Milieu, 9
4. Vanderreydt I. (2001). Inventarisatie van de afvalverbrandingssector in Vlaanderen.. Vito, 2001/MIM/R/030
5. Werkboek milieumaatregelen: “Metaal- en elektrotechnische industrie” (1998). VNG uitgeverij
6. Leveranciersinfo
7. VDI 3927, Abgasreinigung, Abscheidung von Schwefeloxiden, Stickstoffoxiden und Halogeniden aus Abgasen (Rauchgasen) von Verbrennungsprozessen

Gelinkte pagina's: