Quelltext der Seite Selektive nichtkatalytische Reduktion

Die '''Selektive nichtkatalytische Reduktion''' (kurz '''SNCR''', von {{EnS|''selective non-catalytic reduction''}}) ist ein sekundäres Verfahren zur [[Rauchgasentstickung]]. Durch [[Thermolyse]] wird [[Ammoniak]] (NH<sub>3</sub>) oder [[Harnstoff]] mit den gasförmigen [[Stickoxid]]en (NO<sub>x</sub>) zu [[Wasser]]dampf und [[Stickstoff]] umgesetzt.

== Verfahren ==
Ammoniak (NH<sub>3</sub>) wird als wässrige [[Ammoniakwasser|Lösung]] bei Temperaturen zwischen 900 und 1000&nbsp;°C in mehreren Ebenen direkt in den [[Feuerraum]] eingedüst. Es reagiert dort mit [[Stickstoffmonoxid]] (NO) zu Stickstoff und Wasserdampf.<ref>W. Duo, K. Dam-Johansen, K. Østergaard: ''Kinetics of the gas-phase reaction between nitric oxide, ammonia and oxygen.'' In: [[Canadian Journal of Chemical Engineering]]. 70 (5), 1992, S. 1014–1020, {{doi|10.1002/cjce.5450700525}}.</ref>

:<math>\mathrm{4 \ NO + 4 \ NH_3 + O_2 \longrightarrow 4 \ N_2 + 6 \ H_2O}</math>

Statt Ammoniak kann auch Harnstoff (NH<sub>2</sub>CONH<sub>2</sub>) eingedüst werden. Harnstofflösung ist einfacher und gefahrloser zu handhaben, da sie nicht [[Ätzende Stoffe|ätzend]] ist und unter Umgebungsbedingungen kein Ammoniak [[Ausgasung|ausgast]]. Harnstoff reagiert in der Anwendung wie Ammoniak. Zusätzlich wird [[Kohlendioxid]] frei.

:<math>\mathrm{NH_2CONH_2 + H_2O \longrightarrow 2 \ NH_3 + CO_2}</math>

In der Anwendung tritt ein [[#Ammoniakschlupf und Lachgasemission|Ammoniakschlupf]] im Abgas auf, der durch entsprechende Prozessführung gering gehalten, aber nicht verhindert werden kann.

== Prozessreaktionen ==
Aus Ammoniak bilden sich bei hohen Temperaturen NH<sub>2</sub>-Radikale. Sie stammen aus der Reaktion von Ammoniak mit [[Hydroxyl-Radikal|Hydroxyl-]] und [[Sauerstoffradikal]]en, die bei üblichen Temperaturen im Feuerraum aus anderen Reaktionen vorliegen.

:<math>\mathrm{NH_3 + O \cdot \longrightarrow NH_2 + OH \cdot}</math>
:<math>\mathrm{NH_3 + OH \cdot \longrightarrow NH_2 + H_2O}</math>

Die NH<sub>2</sub>-Radikale [[Reduktion (Chemie)|reduzieren]] Stickstoffmonoxid zu Stickstoff N<sub>2</sub>:

:<math>\mathrm{NH_2 + NO \cdot \longrightarrow N_2 + H_2O}</math>

In der Gesamtreaktion treten die Radikalbildungsreaktionen zweimal und die Reduktionsreaktion viermal auf:

:<math>\mathrm{4 \ NO + 4 \ NH_3 + O_2 \longrightarrow 4 \ N_2 + 6 \ H_2O}</math>

Wird Harnstoff verwendet, wird dieser ebenfalls in NH<sub>2</sub>-Radikale gespalten. Das entstehende Kohlenmonoxid kann durch Sauerstoff oxidiert werden.

:<math>\mathrm{NH_2CONH_2 \longrightarrow 2 \ NH_2 + CO}</math>
:<math>\mathrm{2 \ CO + O_2 \longrightarrow 2 \ CO_2}</math>

Es folgen die gleichen Reaktionen wie bei der Ammoniak-Anwendung.

== Ammoniakschlupf und Lachgasemission ==
Die NO<sub>x</sub>-Reduktion mithilfe von Ammoniak oder Harnstoff basiert auf vielen Teilreaktionen, deren [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewicht]] abhängig ist von Reaktionstemperatur und Ausgangskonzentration der beteiligten Verbindungen. Auch bei [[Stöchiometrie|überstöchiometrischem]] Verhältnis von NH<sub>3</sub> zu NO<sub>x</sub> kann Stickstoffmonoxid deshalb nicht vollständig entfernt werden. Ebenso geht ein Teil des Reduktionsmittels wieder als Ammoniak aus der Reaktion hervor. So ist auch bei maximaler NO-Reduktionsrate um Temperaturen von etwa 950 °C ein Ammoniakschlupf vorhanden. Dieser nimmt mit niedrigeren Temperaturen zu. Mit höheren Temperaturen geht vermehrt wieder Stickstoffmonoxid aus der Gesamtreaktion hervor. Bei Temperaturen ab etwa 1700 °C findet außerdem eine Reaktion zum [[Treibhausgas]] [[Distickstoffmonoxid]] statt.

:<math>\mathrm{NH_2 + NO \cdot \longrightarrow N_2O + H_2}</math>

Für eine maximale NO-Abbaurate und geringe NH<sub>3</sub>- bzw. N<sub>2</sub>O-Emissionen ist ein Temperaturfenster einzuhalten. Dazu werden häufig Düsen in mehreren Ebenen in der Feuerraumwand angebracht. Anhand von Temperaturmessungen (z.&nbsp;B. [[Akustische Gastemperaturmessung|akustischer Gastemperaturmessung]]) werden diejenigen Düsen geöffnet, die der Ebene mit der optimalen Reaktionstemperatur am nächsten liegen. Aufwendiger ist eine Einzeldüsensteuerung, die auf Basis einer örtlich und zeitlich hoch aufgelösten Temperaturberechnung (z.&nbsp;B. Online-CFD) erfolgt. Weiterhin bleibt nur bei einer ausreichenden Verweilzeit bei diesen Temperaturen der Ammoniakschlupf minimal.

Der Schlupf ist bei den auftretenden Konzentrationen in erster Linie wegen der niedrigen Geruchsschwelle von NH<sub>3</sub> und der Gewässergefährdung unerwünscht. NH<sub>3</sub> wird auch in der Atmosphäre zu Stickoxid umgewandelt.

Es gibt Additive, durch deren Anwendung der Schlupf minimiert werden kann.<ref>Produktinformation ERC GmbH: {{Webarchiv|url=http://www.erc-online.com/fileadmin/kunde/bilder/Industrie/Downloads/produktinfo_additive/Carbamin_5722_EN.pdf |wayback=20160305105306 |text=Additives in Carbamine 5722 avoid side reactions, such as NH3-slip}}, abgerufen am 13. April 2015.</ref>

Mit Hilfe des sogenannte TWIN-NOx<sup>−</sup>Verfahrens lassen sich optimierte Ergebnisse bezüglich des Ammoniakschlupfs, der NOx-Emission und der Leistungsfähigkeit einer SNCR-Anlage erreichen. Das Verfahren kombiniert die Vorteile von Ammoniakwasser und von Harnstoff als Reduktionsmittel. Beide Chemikalien werden abwechselnd oder auch als Mischung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eingesetzt. Die jeweiligen Vorteile können so je nach Bedarf alternativ oder kombiniert genutzt werden, um die Leistungsfähigkeit des SNCR-Verfahrens erheblich zu verbessern.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.ms-umwelt.de/liefer-und-leistungsspektrum/sncr-denox/ |titel=SNCR-Anlagen {{!}} SNCR-Verfahren {{!}} M&S Umwelttechnik |datum=2020-04-03 |sprache=de-DE |abruf=2022-02-18}}</ref>

== Ähnliche Verfahren ==
Auch bei der [[Selektive katalytische Reduktion|Selektiven katalytischen Reduktion]] (SCR) ist Ammoniak notwendig. Die Reaktion findet aber bei niedrigeren Temperaturen an einem Katalysator statt.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Abgasreinigungstechnik]]