Dalībnieks:Roberts Posts
Selektīvā katalītiskā reducēšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]
Selektīvā katalītiskā reducēšana(SKR)(No Angļu valodas Selective catalytic reduction vai SCR) ir slāpekļa oksīdu(NOx) pārveidošanas metode ar katalizātora palīdzību uz divatomisku slāpekli(N2) un ūdeni(H2O). Parasti papildus tiek pievienoti reducējošie līdzekļi, kā piemēram amonjaks(ūdens un bezūdens veida) un urīnvielu, kas tiek absorbēti katalizātorā.
Selektīvā katalītiskā reducēšana ar amonjaku tika patentēta 1957.gadā ASV, Engelharda Korporācijā. SKR tehnoloģijas attīstība tika turpināta 1960.gadu sākumā Japānā, ar galveno mērķi samazināt katalizātora līdzekļu izmaksas un palielināt tā izturību. Pirmais liela mēroga SKR tika uzstādīts 1978.gadā IHI Korporācijā.
Komerciālās selektīvi katalītiskās reducēšanas sistēmas ir parasti sastopamas liela mēroga komunālajos, industriālajos un sadzīves cieto atkritumu katlos, un ir pierādīts ka šīs sistēmas samazina NOx izmešu daudzumus no 70% līdz pat 95%. Visjaunākās iekārtas izmanto liela mēroga dīzeļa dzinējus kas arī tiek izmantoti uz lieliem kuģiem, dīzeļa lokomotīvēm, gāzes turbīnām un citam auto transportam.
Katalizātors[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]
SKR katalizātori tiek taisīti no dažādiem keramiskajiem materiāliem, kā piemēram titāna oksīda, un aktīvās katalizatora daļas tiek taisītas no bāzes metālu oksīdiem, kā piemēram vanādija, molidbēna, un volframa, kā arī no ceolītiem un dažādiem dārgmetāliem. Tika arī radīts katalizators ar aktivizētu oglekli kas ir domāts NOx attīrīšanai zemās temperatūrās. Katrai katalizatora sastāvdaļai ir savas priekšrocības un mīnusi.
Bāzes metālu katalizatoriem trūkst siltumizturības, bet tie ir lētāki un strādā ļoti efektīvi vis biežāk izmantotajos katlos. Siltumizturība ir īpaši svarīa automatizētajās SKR sistēmās kas izmanto dīzeļa daļiņu filtrus ar piespiesto reģenerāciju. Tiem arī ir augsts katalizācijas potenciāls SO2 oksidēšanā uz SO3, kas var būt ļoti noderīgs dēļ SO3 skābes fizikālajām īpašībām.
Ceolīta katalizatoriem ir potenciāls darboties būtiski augstās temperatūrās, atkarībā no bāzes metālu katalizatoriem. Tie var izturēt paildzinātas darbības līdz pat 900 K temperatūrās un pārejošas darbības līdz pat 1120 K temperatūrās. Ceolītiem arī ir mazāka iespēja sabojāt SO2 oksidāciju.
Ir izgudrotas dzelzs un vara apmaiņas ceolīta urīnvielas SKR iekārtas, kurām ir aptuveni tik pat liels sniegums kā vanādija un ceolīta SKR iekārtām, ar gadijumu kad NO2 ir 20% - 50 % no kopēja NOx apjoma. Vis biežāk izmantotie SKR katalizātoru ģeometrijā ir šūnveida un plākšņu veida dizaini. Šūnveida forma parasti ir ekstrudēta keramika, kas vienmērīgi tiek pielietota visā keramikas nesējā vai pārklāta uz pamatnes. Tā kā citu dažādu veidu katalizatoriem, arī šajām konfigurācijām ir savas priekšrocības un trūkumi. Plākšņu veida katalizatoriem ir zemākas spiediena maiņas un tie ir mazāk pakļauti piesūcināšanai un piesārņošanai nekā šūnu tipi, bet plakšņu veida konfigurācijas ir stipri lielākas un dārgākas. Šūnuveida konfigurācijas ir mazākas salīdzinot ar plākšņu veida konfigurācijām, bet tām ir augstākas spiediena maiņas un tās tiek stpiri vairāk pakļautas piesārņošanai. Trešais katalizatoru veids ir gofrētas formas katalizatori, bet tie sastāda tikai 10% no kopējā tirgus saistībā ar elektrostacijām.
Ķīmija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]
NOx samazināšanas reakcija notiek tad, kad gāzes iziet cauri katalizatora kamerai. Pirms iejiešanas katalizatora kamerā gāzes tiek sajauktas ar kādu no reducējošajiem līdzekļiem(kā piemēram urīnvielu). Stehiometriskās reakcijas process izmantojot ūdens vai bezūdens amonjaku ir:
- 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
- 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
- NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
Ar vairākām sekundārajām reakcijām:
2SO2 + O2 → 2SO3
- 2NH3 + SO3 + H2O → (NH4)2SO4
NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO
Reakcija ar urīnvielu (atšķirībā kā ar ūdens vai bezūdens amonjaku):
4NO + 2(NH2)2CO + O2 → 4N2 + 4H2O + 2CO
Optimāla temperatūra ideālai reakcija ir no 630 līdz 720 K, bet arī var strādāt no 500 līdz 720 K ar ilgākiem uzturēšanās laikiem sistēmā. Minimālā efektivitātes temperatūra ir atkarīga no dažādām devielām, gāzes sastāvdaļām, katalizatora ģeometrijas. Vēl citi reducējošie līdzekļi var būt cianurīnskābe un amonija sulfāts.