Selectieve katalytische reductie

 Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  SCR

Verwijderde componenten

—  NOx

Principeschema

 

Procesbeschrijving

Bij het SCR-proces ( Selective Catalytic Reduction ) wordt NOx 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/NOx 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

NOx:    90-94%

Restemissies: mogelijke aërosolvorming van ammoniumchloride en ammoniumsulfaat.

Randvoorwaarden

—  Debiet:              1 000 000 Nm3/h
—  Temperatuur:  200 - 500 °C afhankelijk van de katalysator
—  NOx:                   in het bereik g/Nm3
—  NH3/NOx-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 NOx verwijderd
    —  Kostprijs NH3:                 150 EUR/ton

Voor rookgassen van een huisvuilverbrandingsinstallaties is de gemiddelde gassamenstelling voor NOx 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 NOx-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 NOx-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