Selectieve niet katalytische reductie

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  SNCR

Verwijderde componenten

—  NOx

Principeschema

Procesbeschrijving

Bij selectieve niet-katalytische reductie wordt een reducerend reagens geïnjecteerd in de rookgassen van een verbrandingsproces. Meestal wordt ammoniak gebruikt als
reductans. De optimale temperatuur bedraagt in dit geval 930 - 980 °C. Ook wordt ureum gebruikt, maar dan bij een rookgastemperatuur tussen 950 - 1 050 °C.

In het opgegeven temperatuursgebied doen zich volgende reacties voor:

Bij de injectie van ureum, (NH2)CO, wordt ureum eerst op hoge temperatuur thermisch gekraakt met de voming van NH3 die vervolgens verder reageert met NOx volgens het bovenstaande reactieschema

De belangrijkste reactieparameters zijn:

—  temperatuur;
—  molaire verhouding NH3/NOx
—  verblijftijd.

Bij te lage temperatuur bestaat het risico dat niet omgezet NH3 wordt geëmiteerd, de zogenaamde “NH3-slip”.

De molaire verhouding NH3/NOx waarbij gewerkt wordt ligt tussen de 0,5 en 0,9. Bij hogere verhoudingen bestaat de kans dat niet gereageerd NH3 wordt geëmiteerd met het gevaar dat bijkomende reacties zich voordoen met andere componenten in de rookgassen waarbij bijvoorbeeld aërosolen van ammoniumchloride en ammoniumsulfaat kunnen gevormd worden.

Ook de reactie- of verblijftijd is belangrijk om een zo goed mogelijk omzetting te bekomen. Een te korte verblijftijd resulteert in een onvolledige reactie waarbij NH3 wordt geëmiteerd.

Varianten  

DESONOX proces:

Het DESONOX proces is een gecombineerd proces voor de zwavel- en stikstofverwijdering uit rookgassen. Als eindproducten ontstaan geconcentreerd zwavelzuur en stikstofgas.

De rookgassen worden in een hoge temperatuur E-filter ontstoft. Vervolgens doorlopen de rookgassen een op zeoliet gebaseerde stikstofverwijderingsstap waarbij ammoniak wordt geïnjecteerd. Hierna volgt een katalytische SO2 oxidatie eenheid.

In de nageschakelde stappen condenseert geconcentreerd zwavelzuur (ca. 70 %) bij een temperatuur van 120 °C. Dit stelt hoge eisen aan de gebruikte materialen. In een nageschakelde wasser wordt de resthoeveelheid zwavelzuur verwijderd.

Werkingsgraad

NOx:    40 – 70 % verwijdering

Randvoorwaarden

—  Debiet:                                        >10 000 Nm3/h
—  Temperatuur:                            800 – 1 100 °C
—  NOx:                                            in het bereik g/Nm3
—   Verblijftijd:                                 1 - 2 seconden
—  NH3/NOx-verhouding:              < 1,2

Hulpstoffen

Reductans: een 25 % oplossing van ammoniak of ureum

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

Milieu-aspecten

Mogelijke aërosolvorming van ammoniumchloride en ammoniumsulfaat.

Mogelijke NH3- emissies als gevolg van niet optimale procesvoering (NH3-slip).

Als nevenproduct kan lachgas (N2O) worden gevormd.

Energieverbruik

Slechts energieverbruik voor de dosering van ammoniak of ureum.

 

Kostprijs

  • Investering
    — 
    2 300 – 3 900 EUR voor 1 000 Nm³/h [1, 2]
    —  Voor de verwijdering van NOx bij een huisvuilverbrandingsinstallatie met een capaciteit van 155 000 ton  
          huisvuil per jaar en met een rookgasdebiet van ca. 100 000 Nm3 /h is de investeringskost ca. 1 000 000 EUR
          voor de installatie van een niet - katalytische reductie.
  • Werkingskosten
    — 
    Personeelskosten: ca. 20 000 EUR per jaar
    —  Hulp & reststoffen: tot 570 kg NH3-oplossing per ton NOx verwijderd
                      *  Kostprijs NH3:         150 EUR/ton
                      *  Kostprijs ureum:     170 - 190 EUR/ton       

Voor rookgassen van een huisvuilverbrandingsinstallatie met een debiet van ca.100 000 Nm3/h en met volgende gemiddelde gassamenstelling voor NOx:

Component

Concentratie

(mg/Nm3)1

Grenswaarde

(mg/Nm3)2

NOx

340 - 450

400

1: metingen uitgevoerd door VITO op een huisvuilverbrandingsinstallatie

2: daggemiddelden VLAREM II

bedraagt het verbruik aan ureum voor reductie van NOx gemiddeld 19 kg/h of 465 kg/dag. Op jaarbasis betekent dit ca. 17 ton per jaar per 1 000 Nm3/h of ca. 2 900 EUR per jaar per 1 000 Nm3/h.

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    — 
    Onder optimale condities een goede reductie van NOx
    —  Relatief eenvoudige installatie
    —  Lage investeringskost
    —  Laag energieverbruik
    —  Gering ruimtebeslag
  • Nadelen
    — 
    Hoge temperaturen vereist
    —  De optimale reactietemperatuur ligt in een nauw bereik
    —  Buiten het optimum gebied wordt er ammoniak geëmiteerd of krijgt men een verhoging van de NOx emissies.
    —  Het vervolggedeelte van het rookgasreinigingssysteem kan met ammonium worden belast.

Toepassingen

Selectieve niet 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