Selektive nicht-katalytische Reduktion

Die Selektive nicht-katalytische Reduktion (kurz SNCR - von englisch Selective Non Catalytic Reduction) ist ein DeNOx-Verfahren (Denitrifikations-Verfahren, Rauchgasentstickung), um Stickoxide (NO_x) in Rauchgasen abzubauen. Durch Thermolyse wird Ammoniak (NH₃), Ammoniakwasser oder Harnstoff mit den gasförmigen Stickoxiden zu Wasserdampf und Stickstoff umgesetzt.

Prozessreaktionen

Chemisch bilden sich aus Ammoniakwasser (NH₄OH) bzw. Harnstoff (NH₂CONH₂) bei ausreichender Temperatur NH₂-Radikale. Diese reduzieren Stickoxid zu Stickstoff N₂:^[1]

$\mathrm{4 \ NO + 4 \ NH_3 + O_2 \longrightarrow 4 \ N_2 + 6 \ H_2O}$

Harnstoff ist einfacher und gefahrloser zu handhaben als Ammoniak. Deshalb wird er in der Praxis zur Reduktion der giftigen Stickoxide eingesetzt, wobei die harmlosen Stoffe Stickstoff und Wasser entstehen:

$\mathrm{NH_2CONH_2 + H_2O \longrightarrow 2 \ NH_3 + CO_2}$

Ein hoher NO_x-Reduktionsgrad erfordert ein überstöchiometrisches Verhältnis von NH₃ zu NO_x, wodurch ein NH₃-Schlupf (nicht umgesetztes NH₃ im Abgas) entsteht, der in einem weiteren Schritt abgetrennt werden kann oder muss.

Ammoniakschlupf

Der sogenannte Ammoniakschlupf besteht aus nicht umgesetztem Ammoniak. Gründe hierfür sind entweder ein im Verhältnis zum vorhandenen Stickoxid-Anteil überdosierter Ammoniak, nicht die richtige Temperatur oder zu kurze Reaktionszeit zur erfolgreichen Umsetzung. Man findet dieses NH₃ – bei den relevanten Temperaturen stets gasförmig – hauptsächlich im Abgas. Der Schlupf ist wegen des Geruches und seines Gefahrenpotentials unerwünscht. Letztendlich findet auch in der Atmosphäre eine Oxidation statt, die NH₃ zu Stickoxid umwandelt.

Der Ammoniak oder Harnstoff wird in einer wässrigen Lösung von typisch 25 % bei Temperaturen zwischen 900 und 1000 °C in mehreren Ebenen direkt in den Feuerraum eingedüst. Das Temperaturfenster sollte eingehalten werden, denn zu hohe Temperaturen führen zur Bildung von NO (Stickstoffmonoxid), zu niedrige Temperaturen erhöhen den NH₃-Schlupf.

Daher erfolgt die Eindüsung mit mehreren Ebenen. Die Steuerung bestimmt auf Grund von Temperaturmessungen, bei welcher Ebene die Temperatur am besten ist und gibt diese optimale Ebene frei für die Eindüsung. Aufwendiger ist die Einzeldüsensteuerung, die auf Basis einer örtlich und zeitlich hoch aufgelösten Temperaturberechnung (z. B. Online-CFD) erfolgt.

ähnliche Verfahren

• Selektive katalytische Reduktion (SCR)

Einzelnachweise

1. ↑ Duo et al.: Kinetics of the gas-phase reaction between nitric oxide, ammonia and oxygen, 1992 Can. J. Chem. Eng. 70, 1014-1020, doi:10.1002/cjce.5450700525.