Stickoxide (NOx) sind anorganische gasförmige Verbindungen, die durch die Kombination von Sauerstoff und Stickstoff entstehen. Ihr Ursprung liegt typischerweise in verschiedenen Verbrennungsprozessen, die bei hohen Temperaturen ablaufen.
Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid sind die beiden gefährlichsten Stickoxide, da sie toxikologisch sehr schädlich sein können. Stickstoffdioxid hat zudem einen unangenehmen und sehr starken Geruch. Trotz dessen sind beide nicht brennbar.
Stickoxide können in verschiedenen Industrien und Prozessen entstehen, wie z. B. in der Energieerzeugung, der Verbrennung von Kohle, Öl oder Erdgas, der Galvanik, dem Metallgravieren oder verschiedenen Schweißverfahren.
Die Emission von Stickoxiden ist sehr gesundheitsschädlich, da sie die Atmungssysteme von Menschen und Tieren beeinträchtigt und aufgrund ihrer sauren Natur zu Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen kann. Darüber hinaus können sie nach der Emission weitere sekundäre Schadstoffe wie PAN (Peroxyacetylnitrat) bilden. Die in der Atmosphäre durch diese Verbindungen ausgelösten Reaktionen sind sehr komplex und involvieren Radikale wie OH, O3, NO und andere.
Aus all diesen Gründen ist es sehr wichtig, dass Industrien, die NOx-Emissionen infolge ihrer Produktionsprozesse erzeugen, die notwendigen Maßnahmen ergreifen, um die Emission dieser anorganischen Verbindungen zu begrenzen. Luft- behandlungstechnologien zur Kontrolle von NOx-Emissionen lassen sich in zwei Gruppen einteilen: solche, die bei der Verbrennung angewendet werden, um die Bildung von NOx zu reduzieren, und solche, die die Behandlung des Abgases zur Entfernung von NOx beinhalten.
Im ersten Fall gibt es verschiedene Optionen wie Niedrig-NOx-Brenner, Gasrezirkulation, Wasser- oder Dampfinjektion usw. Das Problem bei diesen Lösungen ist, dass die erzielte NOx-Reduktion in vielen Fällen nicht ausreicht, um die bestehenden strengen Vorschriften einzuhalten.
Daher ist es wesentlich sicherer, Technologien zur Entfernung von NOx zu wählen, die auf der Rückhaltung von NOx oder deren Umwandlung in harmlose Verbindungen oder Elemente basieren. Unter den verschiedenen Methoden zur Behandlung von Verbrennungsgasen hat sich die katalytische Technologie als die effektivste erwiesen. So ist das Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR), das Ammoniak als Reduktionsmittel verwendet, derzeit die weltweit am weitesten verbreitete und entwickelte Technologie, da es eine effektive, selektive und wirtschaftliche Entfernung von NOx ermöglicht.
Das SCR-Verfahren basiert auf der Reduktion von NOx mit NH3 in Gegenwart von überschüssigem O2 und einem geeigneten Katalysator, um diese in harmlose Substanzen wie Wasser und Stickstoff umzuwandeln, gemäß den folgenden Reaktionen. Ammoniak in Form von flüssigem Ammoniumhydroxid wird verdampft, mit Luft verdünnt und direkt über einen Verteiler in den zu behandelnden Gasstrom eingespritzt.
Es können jedoch auch unerwünschte Nebenreaktionen auftreten, wie die Bildung von Distickstoffmonoxid oder molekularem Stickstoff und Stickstoffmonoxid, wenn Ammoniak mit Sauerstoff reagiert. Bei Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt wird während der Verbrennung auch SO2 gebildet, das katalytisch zu SO3 oxidiert werden kann. Die Oxidation von SO3 kann mit Wasser und nicht umgesetztem Ammoniak reagieren und Schwefelsäure sowie Ammoniumsulfat bilden.
Sulfatsalze können sich auf dem Katalysator ablagern und ansammeln, was zu dessen Deaktivierung führt, wenn die Katalysatortemperatur nicht ausreichend hoch ist, und die gebildete Schwefelsäure kann Korrosionsprobleme in nachgelagerten Anlagenteilen verursachen. Daher muss je nach den erforderlichen Betriebsbedingungen ein hochselektives DeNOx-Katalysatorsystem zur Verfügung stehen, das NOx mit NH3 in Gegenwart von O2 reduziert und alle unerwünschten Nebenreaktionen vermeidet.
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