Reducción selectiva no catalítica

La reducción selectiva no catalítica ( SNCR ) es un método para disminuir las emisiones de óxido de nitrógeno (NO _x ) aguas abajo de un proceso de combustión. Su aplicación convencional se encuentra en centrales eléctricas que queman combustibles fósiles , especialmente carbón . Actualmente se aplica ampliamente en muchas industrias para tratar los gases de combustión de diversos procesos y fuentes de combustión, incluyendo la incineración de residuos , hornos de cemento , calderas de pulpa y papel , altos hornos metalúrgicos y refinerías de petróleo . ^{[ 1 ]} El proceso consiste en inyectar amoníaco o urea directamente en los gases de combustión para que reaccionen con los óxidos de nitrógeno formados en el proceso de combustión. Los productos resultantes de la reacción redox química son nitrógeno molecular (N ₂ ), dióxido de carbono (CO ₂ ) y agua (H ₂ O). ^{[ 1 ]}

La conversión de NO _x nocivo a N ₂ inocuo se describe mediante la siguiente ecuación simplificada: ^{[ 2 ]}

4 NO + 4 NH ₃ + O ₂ → 4 N ₂ + 6 H ₂ O

Cuando se utiliza urea, se produce una reacción previa para convertirla primero en amoníaco:

NH ₂ CONH ₂ + H ₂ O → 2 NH ₃ + CO ₂

El amoníaco reacciona entonces con NO _x como se muestra en la primera ecuación.

La reacción requiere un tiempo de reacción suficiente dentro de un cierto rango de temperatura, típicamente entre 1400 y 2000 °F (760 y 1090 °C) , para ser efectiva. La eficiencia de reducción de NO _x es la relación entre la cantidad de NO _x convertida y la cantidad de reactivo inyectado, y se maximiza cuando la reacción se produce a altas temperaturas, como en la cámara de combustión de una caldera. Para el amoníaco, el rango de temperatura óptimo es entre 1600 y 2000 °F (870 y 1090 °C) , con una eliminación máxima que generalmente ocurre a 1750 °F (950 °C) . ^{[ 1 ]} Para la urea, el rango óptimo es entre 1650 y 2100 °F (900 y 1150 °C) , con una eliminación máxima que generalmente ocurre a 1850 °F (1010 °C) . ^{[ 1 ]}          

A bajas temperaturas, el monóxido de nitrógeno (NO) y el amoníaco no reaccionan. El amoníaco que no ha reaccionado se denomina amoníaco residual y generalmente es indeseable, ya que el amoníaco en sí mismo es un contaminante nocivo. El exceso de amoníaco también puede reaccionar con otros subproductos de la combustión, como el trióxido de azufre (SO₃ ₎ , para formar sales de amonio . ^{[ 3 ]}

A temperaturas superiores a 2000 °F (1090 °C), el amoníaco se oxida:  

4 NH₃ ₊ 5 O₂ _- > 4 NO + 6 _H₂O

En este caso, en lugar de eliminarse, se produce NO, lo cual generalmente no es deseable.

Cuando el reactivo se inyecta directamente en un recipiente de reacción, como una caldera, la dinámica de mezcla dentro del recipiente puede generar complicaciones adicionales para el control de NO _x . En un proceso de combustión, el NO _x se produce principalmente a través de dos mecanismos: la oxidación de compuestos nitrogenados en el combustible de combustión y la reacción directa del nitrógeno elemental (N ₂ ) con el oxígeno elemental (O ₂ ) a altas temperaturas. En un recipiente de reacción, ambos mecanismos generalmente se desarrollan con mayor intensidad en el centro del recipiente, debido a las temperaturas más elevadas en esa zona. Por lo tanto, se generará más NO _x en el centro del recipiente que cerca de las paredes. Así, para que la reducción selectiva no catalítica sea efectiva, una cantidad suficiente del reactivo inyectado debe llegar al centro del recipiente; de ​​lo contrario, el NO _x en el centro no encontrará suficiente reactivo para la reducción y el exceso de reactivo cerca de las paredes pasará a través del recipiente.

La elección del reactivo también puede influir en la eficiencia de reducción, los costos operativos y la seguridad. La urea se almacena típicamente como una solución acuosa al 50-70%, que debe calentarse y circularse constantemente en climas fríos debido a su alto punto de congelación de 64 °F (18 °C) . ^{[ 1 ]} La urea también puede manipularse y almacenarse como gránulos sólidos; sin embargo, la mezcla y dilución adicionales requeridas no son económicas para la mayoría de las instalaciones. ^{[ 1 ]} El amoníaco (NH₃ ₎ se almacena típicamente como una solución acuosa de amoníaco al 19-29% o como gas amoníaco anhidro , lo que añade un requisito adicional de presurización durante el transporte y el almacenamiento. ^{[ 1 ]} Es importante destacar que la urea no es tóxica y es mucho más segura de manipular que el amoníaco. Debido a estas ventajas, la urea se utiliza con mayor frecuencia en aplicaciones de calderas grandes en la industria. ^{[ 1 ]}  

Aunque en teoría la reducción selectiva no catalítica puede alcanzar la misma eficiencia de aproximadamente el 90 % que la reducción selectiva catalítica (SCR) , las limitaciones prácticas de temperatura, tiempo y mezcla suelen dar lugar a peores resultados en la práctica. En diversas industrias, las reducciones medias alcanzadas por los sistemas SNCR basados ​​en amoníaco oscilan entre el 61 y el 65 %, mientras que las alcanzadas por los sistemas SNCR basados ​​en urea oscilan entre el 25 y el 60 %. ^{[ 1 ]} Sin embargo, la reducción selectiva no catalítica puede seguir siendo competitiva debido a su ventaja económica sobre la reducción selectiva catalítica, ya que se elimina el coste del catalizador.

• Cómo funciona SNCR

Reducción catalítica selectiva