• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Kemiteknik01. 12. 2018 | Katrine Meyn

Renere skibsfart – højtryks-SCR til NOX-fjernelse

Kemiteknik01. 12. 2018 | Katrine Meyn

Hvordan påvirker tryk den ellers kendte SCR-teknologi?
Selektiv katalytisk reduktion (SCR) af NO og NO2 (NOX) er en kendt røggasrensningsteknologi til fjernelse af NOX fra for eksempel kraftværker, forbrændingsanlæg og i cementindustrien. Nye lovkrav for skibe, gældende fra 2016, har åbnet for et nyt marked, men hvordan påvirkes SCR-kemien af det høje tryk, som findes før turboladeren (op til 5 bar), og hvordan påvirkes SCR-katalysatoren af de høje svovlkoncentrationer i udstødningsgassen, også under øget tryk?

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 8, 2018 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Steen Riis Christensen1, Brian Brun Hansen1, Kim Hougaard Pedersen2 og Anker Degn Jensen1
1 Institut for Kemiteknik, DTU
2 Umicore Danmark ApS

I dag transporteres mere end 80 procent af den internationale handel ved hjælp af skibsdrift. Størstedelen af skibsdriften (>90 procent), drives af dieselmotorer, som har fordel af god brændstoføkonomi og lav emission af CO2 (g/km). Til gengæld udleder dieselmotorer betydelige mængder af partikler, SOX (SO2, SO3 og H2SO4) og NOX (NO og NO2). Det er blevet anslået, at ca. 30 procent af den globale menneskeskabte NOX stammer fra transportsektoren [1], hvoraf skibssektoren står for halvdelen [2].
NOX påvirker miljøet igennem eutrofiering, samt forsuring af søer og have, men også mennesker påvirkes i form af lunge- og hjerteproblemer. Derfor har den internationale maritime organisation (IMO) løbende udarbejdet lovkrav, som skal begrænse udledningen af NOX og SOX fra skibe [3]. Da udledning af SOX-emissioner stammer fra svovl i brændstoffet, kan lavere SOX-udledning opnås ved brug af lav svovls olie (0,1 wt % svovl) i stedet for høj svovls olie (<3,5 wt % svovl).
Dannelse af NOX sker grundet de høje temperaturer i forbrændingskammeret, og sker derfor uafhængigt af olietypen. NOX-emissioner skal derfor enten fjernes ved brug af en primær metode som for eksempel at sænke forbrændingstemperaturen eller en sekundær metode, som fjerner NOX i udstødningsgassen, efter den er produceret. En af de sekundære metoder er installering af en selektiv katalytisk reduktions (SCR) reaktor, som reducerer NOX over en katalysator til harmløst nitrogen og vand, se R1.
SCR til skibe har været i fokus på et netop afsluttet forskningsprojekt på Institut for Kemiteknik på DTU [4], som blev udført som en del af Blue INNOShip-projektet, se mere på http://www.blaainno.dk/.

Selektiv Katalytisk Reduktion af NOX
SCR af NOX ved brug af ammoniak (NH3) blev introduceret i 1970’erne og 1980’erne til at fjerne NOX fra kraftværker. I dag bruges SCR også til fjernelse af NOX på mobile enheder såsom biler, lastbiler og i stigende grad skibe. Katalysatoren består typisk af 1-5 wt % V2O5/10 wt % WO3/TiO2 og placeres varmt (200-500°C), hvorved NOX, NH3 og ilt reagerer ifølge Reaktion 1 og medfører typiske NOX-omsætninger på 80->95 procent, afhængigt af NH3 til NOX-forholdet (ANR) [5].

På et skib afbrændes diesel indeholdende betydelige mængder af svovl (0,1-3,5 wt % S), som under forbrændingen omdannes til svovldioxid (24-600 ppm SO2) og svovltrioxid (SO3 < 10 procent af total SO2). Ydermere vil ca. 1-3 procent af SO2 blive oxideret til SO3 over SCR-katalysatoren (R2). SO3 skaber problemer, både grundet reaktion med vand, som giver svovlsyre, men også fordi SO3 og H2O kan reagere med den tilførte NH3 og danne ammoniumbisulfat (ABS, R3) og ammoniumsulfat (AS, R4) [6].

Sulfaterne skaber problemer ved at kondensere som faste aflejringer ved temperaturer under 300°C enten i katalysatorens poresystem eller på varmeveksleroverflader placeret senere i udstødningskanalen. Katalysatoren kan derved miste aktivitet, da overfladen og porerne bliver blokeret af ABS og NOX ikke længere kan blive reduceret. Dette kan undgås ved røggastemperaturer højere end ca. 300°C, hvilket kun er til stede før turboladeren på de effektive 2-takts motorer. Hvis SCR-reaktoren placeres før turboladeren, vil temperaturen være mere optimal for SCR-reaktionerne og for undgåelse af ABS-deaktivering, men trykket vil tilsvarende også være højere, op til 5 bar. Kinetikken for oxidation af SO2 over den vanadium-baserede katalysator blev i et tidligere studie af samme forfattere [7] fundet til ikke at være afhængig af trykket, hvorved en første ordens reaktion mht. SO2 også blev fundet ved et øget tryk på 4,5 bar. Litteratur omkring trykkets påvirkning på selve SCR-reaktionen (R1) er fortsat begrænset og er derfor også blevet undersøgt.

Tryksat SCR
SCR-forsøg ved forhøjet tryk blev udført på DTU Kemiteknik, hvor en katalysator blev neddelt til pulver (150-300 mikrometer) for at minimere eksterne og interne transportbegrænsninger. SCR-forsøg blev udført med et total flow på 300 NmL/min. ved 1,2 bar. Efterfølgende blev forsøg udført ved 2,4, 3,6, og 4,8 bar, hvor opholdstiden i katalysatoren blev fastholdt som i 1,2 bar forsøget, hvilket betød, at totalflowet var fordoblet (600 NmL/min.) ved det dobbelte tryk (2,4 bar) osv. NOX-omsætningen som funktion af temperaturen er vist i figur 1 ved de fire forskellige tryk.
Figur 1 viser, at når opholdstiden holdes konstant, fås den samme NOX-omsætning uafhængigt af trykket, hvilket betyder, at det øgede tryk på op til 5 bar før turboladeren ikke påvirker kinetikken for SCR-reaktionen. Ydermere ses det, hvordan reaktionen flader ud omkring 80 procent NOX-omsætning, hvilket skyldes fuld omsætning af NH3 (ANR = 0,8). På figur 1vises også en stiplet linje, som tilhører et tilsvarende forsøg, som blev udført med overskud af NH3 (720 ppm, ANR = 1,2), som også viste, at NOX-omsætningen var uafhængig af trykket, dog med den forskel at reaktionen ikke er begrænset til maksimalt at opnå 80 procent NOX-omsætning. Dette medfører, at SCR-reaktionen også ved et forøget tryk kan antages at følge en Eley-Rideal mekanisme, som vist i Ligning 1 [8],

hvor kNO (1/s) er NO hastighedskonstanten, CNO (mol/m3) er koncentrationen af NO i gasfasen, KNH3 (m3/mol) er adsorptionsligevægtskonstanten for NH3 på katalysatoren og CNH3 (mol/m3) er koncentrationen af NH3 i gasfasen.
På et skib bruger man ikke katalysatorer som granulerede partikler, men i stedet for som monolitter, se figur 2a, som har et stort overfladeareal og et lavt tryktab. For hurtige reaktioner, såsom SCR-reaktionen, vil ekstern og intern massetransport dog begynde at begrænse reaktionen ved temperaturer over 250°C [9]. Derfor blev samme katalysator som brugt ovenfor, testet i form af en monolit for at undersøge, hvordan massetransporten påvirkes af øget tryk. Forsøget blev udført ved igen at holde opholdstiden konstant ved at øge total flowet proportionalt med trykket. Figur 2b viser, at ved lav temperatur (T<250) måles den samme NOX-omsætning uafhængigt af trykket, men ved højere temperaturer observeres et tab i NOX-omsætning ved øget tryk, hvilket skyldes, at reaktionen er mere begrænset af eksterne og interne diffusionsbegrænsninger. Den øgede diffusionsbegrænsning ved øget tryk skyldes, at den molekylære diffusionskoefficient falder proportionalt med trykket.

Det skal bemærkes, at på et skib er opholdstiden ikke konstant, når trykket øges. Når lasten øges på motoren, øges volumenstrømmen af udstødningsgassen, og trykket stiger, men trykket stiger mere end volumenstrømmen. En SCR-reaktor på et skib vil derfor samlet set opnå en fordel ved at sidde før turboladeren, da opholdstiden i katalysatoren stiger ved øget tryk. Praktisk betyder dette, at volumenet af katalysatoren kan være mindre ved øget tryk. Kröcher et al. [9] estimerede, at 30 procent katalysator kunne spares ved at øge trykket til 4 bar, hvilket ville have været 75 procent, hvis transportbegrænsninger ikke havde været til stede. Massetransportbegrænsninger er derfor en vigtig designparameter, når man designer SCR-katalysatorer til brug ved forhøjet tryk på skibe.

Konklusion
SCR af NOX er en lovende teknologi til at fjerne NOX fra skibes udstødningsgas, men for at undgå katalysatordeaktivering grundet kondensation af ammoniumsulfater skal SCR-reaktoren placeres ved temperaturer højere end ca. 300°C, hvilket findes før turboladeren på 2-taktsmotorer. Før turboladeren haves samtidigt et højere tryk på op til 5 bar, og trykpåvirkningen af SCR-reaktionen er derfor blevet undersøgt.
Ved brug af granuleret katalysator blev det fundet, at et forøget tryk (op til 4,8 bar) ikke havde nogen påvirkning på NOX-omsætningen, når opholdstiden blev holdt konstant. Dermed påvirkes SCR-kinetikken ikke af det forøgede tryk. Et lignende forsøg blev også udført ved brug af en monolit, hvor det blev fundet, at ved at øge trykket fra 1 bar til 3,1 bar, ligeledes ved konstant opholdstid, var NOX-omsætningen lavere ved det øgede tryk, når temperaturen var over 250°C. Dette skyldes en forringet ekstern og intern massetransport. Det skal bemærkes, at på skibe vil opholdstiden samlet set stige med trykket, og den totale påvirkning af øget tryk er derfor positiv. Projektets resultater har således medvirket til at bane vejen for anvendelse af SCR ved højt tryk på skibe.

Forfatterne takker for støtte fra Innovationsfonden (155-2014-10) og den Danske Maritime Fond.

Referencer
1. J. Briggs, J. Mccarney, Field experience of Marine SCR, in: CIMAC Congr., 2013.
2. K. Lehtoranta, H. Vesala, P. Koponen, S. Korhonen, Selective Catalytic Reduction Operation with Heavy Fuel Oil: NOX , NH3, and Particle Emissions, Environ. Sci. & Technol. 49 (2015) 4735-4741. doi:10.1021/es506185x.
3. Det Norske Veritas (DNV), Marpol 73/78 Annex VI, (2009). http://hulpinnood.nl/wp-content/uploads/2015/03/BIJLAGE3_Marpol-annex-VI.pdf (accessed May 9, 2016).
4. S.R. Christensen, Selective Catalytic Reduction of NOX on Ships, Ph.D. Thesis, DTU Chemical Engineering, 2018.
5. M. Koebel, M. Elsener, T. Marti, NOX reduction in diesel exhaust gas with urea and selective catalytic reduction.pdf, Combust. Sci. Technol. 121 (1996) 85-102.
6. J.M. Burke, K.L. Johnson, Ammonium sulfate and bisulfate formation in air preheaters (Project Summary), 1982. http://nepis.epa.gov/Exe/ZyPURL.cgi?Dockey=2000TU1N.txt.
7. S.R. Christensen, B.B. Hansen, K. Johansen, K.H. Pedersen, J.R. Thøgersen, A.D. Jensen, SO2 Oxidation Across Marine V2O5-WO3-TiO2 SCR Catalysts: a Study at Elevated Pressure for Preturbine SCR Configuration, Emiss. Control Sci. Technol. (2018). doi:10.1007/s40825-018-0092-8.
8. P. Forzatti, L. Lietti, Recent Advances in DeNOxing Catalysis for Stationary Applications, Heterog. Chem. Rev. 3 (1996) 33-51.
9. O. Kröcher, M. Elsener, M.-R. Bothien, W. Dölling, Pre-Turbo SCR – Influence of Pressure on NOX Reduction, MTZ Worldw. 75 (2014) 46-51. doi:10.1007/s38313-014-0140-x.

Blue INNOShip projekt 13
Partnere:
DTU Kemiteknik
Haldor Topsøe A/S (1. september 2015 til 30. november 2017)
Umicore Denmark ApS (fra 1. december 2017)
Alfa Laval Aalborg
Mærsk Maritime Technology

Projekt fokus:
Indvirkningen af øget tryk på både SCR-reaktionen og oxidation af SO2 til SO3. Derudover dannelse af ammoniumsulfater og disses deaktivering af V/W/Ti katalysatoren.

Skrevet i: Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

Artikler fra Dansk KemiBioteknologiTop19. 10. 2026

Forskere undersøger, hvordan mælkesyrebakterier fra honningbier kan bruges til at udvikle næste generation af plantebaserede fødevarer. Ved hjælp af avanceret droplet microfluidics kan tusindvis af bakteriestammer hurtigt screenes for deres evne til at fermentere plantebaserede råvarer og producere

Ny metode kan reparere fejl i gener

AktueltBioteknologiMedicinalkemi19. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har vist, at en ny form for genbehandling kan rette fejl i patienters stamceller. På sigt kan metoden måske bruges til behandling af sjældne, arvelige sygdomme, som påvirker vores immunforsvar. Nogle mennesker bliver født med en fejl i deres genetiske

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

AktueltBranchenytMedicinalkemiOrganisk kemi12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026

Ved at udnytte at reaktionen mellem formaldehyd og d-Biotin (et vitamin, og et naturligt forekommende N,N'-dialkylurinstof) er reversibel, kan oligomeriseringsreaktionen guides ved at tilsætte en templat. I dette bidrag forklarer jeg, hvordan dette er blevet udnyttet til at syntetisere makrocykler,

“I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

I dybden med kemi af Lone Brun Jakobsen og Klædt på til skriftlig kemi af Lone Brun Jakobsen m.fl. Begge udgivelser på Nucleus Forlag ApS, 2026, 1. udgave, 1. oplag. Boganmeldelsen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder (læs

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Effektiv laboratorieopvask starter med den rigtige løsning

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum reducerer vedligeholdelsesarbejdet og energiforbruget i osteproduktion

  • Holm & Halby

    Autoklave Kørekort i Aarhus – sikker sterilisering i praksis

  • Holm & Halby

    Holm & Halby på Cleanroom EXPO 2026

  • Holm & Halby

    Frysetørringsseminar – få styr på teorien bag den gode proces

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Besøg Busch Vakuumteknik på FoodTech 2026

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    19.10.2026

  • Ny metode kan reparere fejl i gener

    19.10.2026

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

  • Ny erfaren institutdirektør på DTU Kemi

    06.10.2026

  • 30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

    05.10.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}