n KEMITEKNIK Renere skibsfart - højtryks-SCR til NOX-fjernelse Hvordan påvirker tryk den ellers kendte SCRteknologi? Selektiv katalytisk reduktion (SCR) af NO og NO2 (NOX) er en kendt røggasrensningsteknologi til fjernelse af NOX fra for eksempel kraftværker, forbrændingsanlæg og i cementindustrien. Nye lovkrav for skibe, gældende fra 2016, har åbnet for et nyt marked, men hvordan påvirkes SCR-kemien af det høje tryk, som findes før turboladeren (op til 5 bar), og hvordan påvirkes SCR-katalysatoren af de høje svovlkoncentrationer i udstødningsgassen, også under øget tryk? Af Steen Riis Christensen1, Brian Brun Hansen1, Kim Hougaard Pedersen2 og Anker Degn Jensen1 1 Institut for Kemiteknik, DTU 2 Umicore Danmark ApS I dag transporteres mere end 80 procent af den internationale handel ved hjælp af skibsdrift. Størstedelen af skibsdriften (>90 procent), drives af dieselmotorer, som har fordel af god brændstoføkonomi og lav emission af CO2 (g/km). Til gengæld udleder dieselmotorer betydelige mængder af partikler, SOX (SO2, SO3 og H2SO4) og NOX (NO og NO2). Det er blevet anslået, at ca. 30 procent af den globale menneskeskabte NOX stammer fra transportsektoren [1], hvoraf skibssektoren står for halvdelen [2]. NOX påvirker miljøet igennem eutrofiering, samt forsuring af søer og have, men også mennesker påvirkes i form af lunge- og hjerteproblemer. Derfor har den internationale maritime organisation (IMO) løbende udarbejdet lovkrav, som skal begrænse udledningen af NOX og SOX fra skibe [3]. Da udledning af SOXemissioner stammer fra svovl i brændstoffet, kan lavere SOXudledning opnås ved brug af lav svovls olie (0,1 wt % svovl) i stedet for høj svovls olie (<3,5 wt % svovl). Dannelse af NOX sker grundet de høje temperaturer i forbrændingskammeret, og sker derfor uafhængigt af olietypen. NOX-emissioner skal derfor enten fjernes ved brug af en primær metode som for eksempel at sænke forbrændingstemperaturen eller en sekundær metode, som fjerner NOX i udstødningsgassen, efter den er produceret. En af de sekundære metoder er installering af en selektiv katalytisk reduktions (SCR) reaktor, som reducerer NOX over en katalysator til harmløst nitrogen og vand, se R1. SCR til skibe har været i fokus på et netop afsluttet forskningsprojekt på Institut for Kemiteknik på DTU [4], som blev udført som en del af Blue INNOShip-projektet, se mere på http://www.blaainno.dk/. Selektiv Katalytisk Reduktion af NOX SCR af NOX ved brug af ammoniak (NH3) blev introduceret i 1970’erne og 1980’erne til at fjerne NOX fra kraftværker. I dag bruges SCR også til fjernelse af NOX på mobile enheder såsom biler, lastbiler og i stigende grad skibe. Katalysatoren består typisk af 1-5 wt % V2O5/10 wt % WO3/TiO2 og placeres varmt (200-500°C), hvorved NOX, NH3 og ilt reagerer ifølge Reaktion 1 og medfører typiske NOX-omsætninger på 80->95 procent, afhængigt af NH3 til NOX-forholdet (ANR) [5]. 4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O (R1) På et skib afbrændes diesel indeholdende betydelige mængder af svovl (0,1-3,5 wt % S), som under forbrændingen omdannes til svovldioxid (24-600 ppm SO2) og svovltrioxid (SO3 < 10 procent af total SO2). Ydermere vil ca. 1-3 procent af SO2 blive oxideret til SO3 over SCR-katalysatoren (R2). SO3 skaber problemer, både grundet reaktion med vand, som giver svovlsyre, men også fordi SO3 og H2O kan reagere med den tilførte NH3 og danne ammoniumbisulfat (ABS, R3) og ammoniumsulfat (AS, R4) [6]. SO2 + ½ O2 → SO3 NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 2 NH3 + SO3 + H2O → (NH4) 2SO4 (R2) (R3) (R4) Sulfaterne skaber problemer ved at kondensere som faste aflejringer ved temperaturer under 300°C enten i katalysatorens poresystem eller på varmeveksleroverflader placeret senere i udstødningskanalen. Katalysatoren kan derved miste aktivitet, da overfladen og porerne bliver blokeret af ABS og NOX ikke længere kan blive reduceret. Dette kan undgås ved røggastemperaturer højere end ca. 300°C, hvilket kun er til stede før turboladeren på de effektive 2-takts motorer. Hvis SCR-reaktoren placeres før turboladeren, vil temperaturen være mere optimal for SCRreaktionerne og for undgåelse af ABS-deaktivering, men trykket 20 Dansk Kemi, 99, nr. 8, 2018 -
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Dansk Kemi her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her