SNCR vs SCR: menyisihkan NOx pada insinerator skala kecil

Penyisihan NOx dari gas buang insinerator: SNCR dan SCR

Scrubber basah menyisihkan gas asam karena gas itu larut. Nitrogen monoksida, yang merupakan bagian terbesar dari nitrogen oksida yang dihasilkan tungku, tidak larut dalam kadar yang berguna, sehingga rangkaian yang menyisihkan hidrogen klorida secara efisien nyaris tidak menyisihkan NOx sama sekali. Itulah sebabnya batas nitrogen oksida dipenuhi di dalam tungku atau di dalam reaktor tepat setelahnya, dan sebabnya dua jalur — SNCR (selective non-catalytic reduction, reduksi selektif non-katalitik) dan SCR (selective catalytic reduction, reduksi selektif katalitik) — menjadi topik di sini, bukan scrubber.

Keduanya berbagi satu kimia. Reagen pembawa nitrogen, amonia atau urea, disuntikkan ke dalam gas dan bereaksi dengan nitrogen monoksida menghasilkan nitrogen dan air, sehingga nitrogen keluar sebagai molekul inert, bukan sebagai oksida.

• Reagen yang memasok zat pereduksi — air amonia, amonia anhidrat, atau larutan urea.
• Rentang suhu tempat reaksi cukup cepat untuk bersaing dengan segala hal lain yang terjadi dalam gas.
• Pencampuran yang cukup baik agar reagen bertemu gas, bukan melintas di sisinya, dan itulah batas praktis penyisihan NOx dari gas buang insinerator.
• Waktu tinggal dalam rentang itu, karena reaksinya tidak berlangsung seketika.
• Cara menangani reagen yang tidak bereaksi, karena reagen itu keluar sebagai amonia, bukan menghilang.

Reduksi selektif non-katalitik untuk gas buang insinerator

SNCR menyuntikkan reagen ke dalam jalur gas panas dan hanya mengandalkan suhu. Rentang yang biasanya dikutip kira-kira 850 sampai 1100 °C, dan angka itu harus dibaca sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi: angka itu menggambarkan tempat reaksi berlangsung cepat pada gas tipikal, dan nilainya bergeser mengikuti komposisi gas serta pencampuran yang disediakan tungku. Di bawah rentang itu, reagen melewatinya tanpa bereaksi dan keluar sebagai ammonia slip (amonia yang lolos); di atasnya, amonia teroksidasi dan dapat menghasilkan lebih banyak nitrogen oksida daripada yang disisihkannya.

Rentang itu tumpang tindih dengan suhu yang sudah dipertahankan ruang sekunder, dan itulah daya tariknya. Pabrik yang beroperasi pada atau di atas 850 °C sudah memiliki kondisinya, sehingga SNCR hanya menambahkan pipa injeksi, sistem reagen, dan loop kendali, bukan bejana bertekanan. Reagennya biasanya larutan urea pada pabrik kecil, karena lebih aman disimpan dan ditangani daripada air amonia.

Keterbatasannya adalah rentang itu merupakan rentang di dalam gas, bukan setelan pada panel. Suhu gas bergeser mengikuti beban, limbah, dan udara berlebih, dan zona tempat reagen benar-benar bertemu gas pada suhu yang tepat hanyalah satu irisan tungku, bukan seluruhnya. Karena itu penyisihannya sebagian — angka yang dikutip untuk SNCR berada pada kisaran sepertiga sampai setengah dari nitrogen oksida masuk — dan apa yang tidak disisihkan dibayar dua kali, sekali sebagai reagen dan sekali sebagai amonia yang keluar bersama gas.

Reduksi selektif katalitik untuk insinerasi limbah

SCR menjalankan kimia yang sama pada katalis, yang memungkinkan suhu jauh lebih rendah melakukan tugasnya — secara garis besar rentang 200 sampai 400 °C, yang lagi-lagi dibaca sebagai metode awal, bukan sebagai spesifikasi. Katalisnya biasanya vanadium oksida pada penyangga titanium, dibentuk menjadi elemen sarang lebah atau pelat di dalam reaktor, dan gas melewatinya.

Suhu yang lebih rendah adalah keunggulannya, dan katalis adalah biayanya. Pada pabrik limbah, pertanyaan yang menentukan susunannya adalah di mana reaktor ditempatkan. Tempatkan di hulu kolektor debu, dan katalis akan melihat fly ash, logam berat, dan gas asam, dan di situlah deaktivasi berasal. Tempatkan di hilir filter, dan gasnya bersih tetapi dingin, sehingga harus dipanaskan ulang sebelum reaktor dan energi untuk itu harus dicari di suatu tempat dalam pabrik. Insinerator kecil biasanya tidak memiliki panas berlebih untuk diberikan, dan itulah alasan praktis pilihan ini begitu sering jatuh ke SNCR.

Reaktor juga memerlukan ruang, struktur penopang, dan jalur gas yang dapat dihentikan sementara untuk penggantian katalis. Susunan mana yang cocok untuk suatu unit, dan volume katalis yang menyertainya, dikonfirmasi dengan pabrik untuk komposisi limbah Anda.

Jendela suhu yang dibutuhkan masing-masing

Kedua jendela dinyatakan pada beban penuh dengan gas berkomposisi tertentu, dan keduanya bergeser saat pabrik bergeser. Yang penting adalah jendela yang benar-benar dilewati gas, pada rentang beban yang dijalankan pabrik, bukan jendela yang tercantum pada lembar data.

• SNCR bergantung pada suhu yang sudah dipertahankan ruang bakar, tetapi waktu tinggal dalam rentang itu memendek saat beban naik dan gas makin cepat, dan rentang itu sendiri bergeser mengikuti limbah.
• SCR bergantung pada suhu yang harus dihasilkan pabrik, sehingga pabrik yang tidak dapat memanaskan ulang gasnya secara andal akan memiliki reaktor yang entah dingin dan tidak aktif, atau cukup panas untuk merusak katalis.
• Pada beban rendah, keduanya lebih dulu kehilangan kinerja, itulah sebabnya jaminan biasanya dinyatakan pada lebih dari satu beban, bukan hanya pada titik desain.
• Reagen yang tidak bereaksi tidak hilang begitu saja: ia keluar sebagai amonia, dan slip itu merupakan parameter tersendiri.

Peracunan katalis pada insinerasi limbah

Gas limbah bukan gas pembangkit listrik. Gas itu membawa logam alkali, logam berat, dan sulfur, dan ketiganya menyerang katalis.

• Logam alkali dalam fly ash — natrium dan kalium — mengendap pada permukaan dan menyumbat situs aktif, sebagian secara reversibel dan sebagian permanen.
• Arsenik terikat pada bahan aktif dan tidak dapat disisihkan, sehingga katalis memiliki umur terbatas yang sebanding dengan kandungan dalam limbah.
• Sulfur dioksida bersama amonia membentuk amonium bisulfat, yang mengendap di ujung dingin reaktor dan menutupi elemen.
• Logam berat dan abu halus menutupi saluran secara fisik bila reaktor ditempatkan di hulu kolektor debu.
• Vanadium terpenguap di atas rentang kerjanya, sehingga bahan aktifnya sendiri hilang bila reaktor beroperasi panas.

Dua di antaranya berdampak di luar reaktor. Endapan amonium bisulfat mengotori saluran atau penukar panas di belakangnya, dan katalis vanadium mengoksidasi sebagian sulfur dioksida dalam gas menjadi sulfur trioksida, yang menaikkan titik embun asam di hilir dan mengubah bahan yang harus dipakai untuk saluran dan cerobong. Karena itu, katalis dan posisi reaktor ditetapkan bersama rangkaian gas, bukan terpisah darinya.

Membandingkan SNCR dan SCR pada insinerator kecil

• Reagen — keduanya memakai amonia atau urea, dan SNCR memakai lebih banyak per satuan nitrogen oksida yang disisihkan karena sebagiannya tidak pernah bereaksi.
• Suhu — SNCR bekerja di dalam suhu ruang bakar yang sudah dipertahankan pabrik; SCR memerlukan gas berada dalam jendelanya sendiri, yang pada susunan gas bersih biasanya berarti pemanas ulang.
• Penyisihan — SNCR menjangkau sebagian dari nitrogen oksida masuk dan SCR menjangkau sebagian besarnya. Bila batasnya menyisakan sedikit margin, perbedaan itulah yang menjadi seluruh keputusannya.
• Bahan habis pakai — SCR memiliki katalis yang diracuni limbah; SNCR tidak memiliki katalis.
• Produk samping — SNCR meninggalkan ammonia slip; SCR meninggalkan ammonia slip dan, dengan katalis vanadium, sebagian konversi sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida.
• Jejak ruang dan struktur — SNCR hanyalah pipa injeksi, skid pompa, dan tangki; SCR berupa reaktor, struktur penopang, dan sering kali pemanas ulang.
• Tugas operasi — reaktor katalis mempertahankan angka yang lebih stabil dan menuntut inspeksi serta penggantian terjadwal yang harus mampu dilakukan lokasi kecil.

Bekerja mundur dari batas NOx

Batas emisi NOx untuk insinerator limbah medis pada bagan di sini adalah 300 mg/m³ sebagai rata-rata satu jam dan 250 mg/m³ sebagai rata-rata 24 jam, mengacu pada gas kering pada 11 % oksigen. Kedua angka itu merupakan periode perata-rataan alternatif untuk parameter yang sama, dan keduanya menuntut hal berbeda dari sistem kendali: rata-rata satu jam dipenuhi oleh pabrik yang merespons cepat, dan rata-rata 24 jam dipenuhi oleh pabrik yang tidak melayang-layang. Reaktor katalis pada gas yang stabil menghasilkan angka yang datar; SNCR menghasilkan angka yang mengikuti tungku, itulah sebabnya rata-rata 24 jam, bukan rata-rata satu jam, biasanya menjadi angka yang menentukan apakah SNCR cukup dengan sendirinya.

Ada dua hal yang mengikutinya bagi pabrik kecil. Konsumsi reagen merupakan biaya operasi yang meningkat seiring limbah dan seberapa besar nitrogen oksida yang bertahan melewati tungku, sehingga tungku yang tercampur baik dan konsisten panas memperkecil masalah di hilir. Dan jalur mana pun yang dipilih, ia hanyalah satu tahap dalam suatu rangkaian, bukan solusi tersendiri: batas nitrogen oksida berada dalam satu set batas yang dipenuhi bersama-sama, sebagaimana ditunjukkan bagan emisi.

Kesalahan umum

• Menganggap scrubber akan menangani nitrogen oksida. Ia tidak akan: nitrogen monoksida hampir tidak larut.
• Mengutip angka penyisihan SNCR tanpa menyebutkan beban dan suhu gas saat angka itu dicapai.
• Memasang SCR di hulu kolektor debu untuk menghemat pemanas ulang, lalu membayarnya lewat penggantian katalis.
• Menentukan ukuran sistem reagen hanya berdasarkan reaksinya, tanpa memperhitungkan amonia yang tidak bereaksi.
• Memperlakukan katalis sebagai komponen permanen. Pada pabrik limbah, ia adalah bahan habis pakai yang umurnya ditentukan oleh kandungan dalam abu.
• Melupakan acuan oksigen. Batas yang dituliskan pada 11 % oksigen bukan angka yang sama dengan konsentrasi yang diukur dalam saluran.

Dari batas NOx ke sistem reagen

SNCR dan SCR menjawab kimia yang sama dari dua tempat berbeda dalam pabrik, dan pilihannya mengikuti seberapa panas gas di tempat pabrik mampu menempatkan reaktor, serta apa yang mampu dijaganya tetap bersih. Bagan emisi menetapkan batas nitrogen oksida bersama batas lain yang harus dipenuhi rangkaian, dan artikel tentang pengolahan gas buang membahas tahap-tahap di antara tempat sistem nitrogen oksida berada. Reagen, titik injeksi, dan susunan katalis untuk pabrik Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk komposisi limbah Anda dan baku mutu emisi yang berlaku.