Hojas de datos EPA: Reducción Catalítica Selectiva (Selective Catalytic Reduction, SCR).

Límites de Emisión Alcanzables/Reducción

Los costos de capital son significativamente más altos que otros tipos de controles de NOx debido al gran volúmen de catalizador que se require. El costo del catalizador es de aproximadamente 10,000 $/m3 (283 $/ft3).
Una caldera de gas natural de 350 MMBtu/hr (135MW/hr) operando al 85% de capacidad, requiere aproximadamente 17 m3 (600 ft3) de catalizador. Para una caldera de carbón del mismo tamaño, el catalizador requerido está por el orden de 42 m3 (1,500 ft3). (NESCAUM 2000).

La SCR es una tecnología patentada y los diseños en unidades grandes de combustión son específicos al sitio donde se aplican. La reconversión de la SCR en una unidad existente puede aumentar los costos más de un 30% (EPA, 2002). El aumento en costos es debido primordialmente a las modificaciones a los ductos, al costo del acero estructural y a la construcción del reactor. Pueden requerirse la reubicación de equipo y/o la demolición de estructuras a gran escala, para proporcionar suficiente espacio para el reactor.

Los costos de operación y mantenimiento (O&M) se rigen por el uso del reactivo, la reposición del catalizador y el incremento en el uso de electricidad. Las aplicaciones de la SCR en unidades grandes (>100 MMBtu/hr ó 10MW/hr) generalmente requieren de 20,000 a 100,000 galones de reactivo por semana (EPA, 2002).

La vida operativa del catalizador está en el orden de 25,000 horas para unidades de carbón y 40,000 horas para unidades de combustóleo y de gas (EPA, 2002). El plan de manejo del catalizador debe ser desarrollado de manera tal, que sólo una fracción del inventario del catalizador, en vez del volúmen entero,sea reemplazado a la vez. Así se distribuyen los costos de reposición y de disposición del catalizador más uniformemente a lo largo de la vida del sistema.

Los costos de operación y de mantenimiento (O&M) y los costos por tonelada de contaminante removido son afectados en gran manera por el factor de capacidad y si la SCR se utiliza estacionalmente o todo el año.

El proceso de la SCR reduce químicamente la molécula de NOx a nitrógeno molecular y vapor de agua. Un reactivo a base de nitrógeno tal como el amoníaco o la urea se inyecta en los ductos, corriente abajo de la unidad de combustión. Los gases de combustión se mezclan con el reactivo y entran a un módulo reactor que contiene un catalizador. Los gases de chimenea calientes y el reactivo se difunden a través del catalizador. El reactivo reacciona selectivamente con el NOx dentro de un rango de temperatura específico y en presencia del catalizador y oxígeno.

La temperatura, la cantidad del agente reductor, el diseño de la rejilla de inyección del amoníaco y la actividad del catalizador son los factores prinicipales que determinan la eficiencia de remoción real. El uso del catalizador resulta en dos ventajas principales del proceso de la SCR sobre la SNCR : eficiencia de control de NOx más alta y reacciones dentro de un rango más amplio y más bajo. Los beneficios se acompañan por un incremento significativo en los costos de capital y de operación.

El catalizador está compuesto de metales activos o cerámicas con una estructura altamente porosa. Las configuraciones de los catalizadores son generalmente de diseños de panal y de placa de metal plisada (monolito). La composición del catalizador, el tipo y las propiedades físicas afectan el funcionamiento, la confiabilidad, la cantidad de catalizador requerido y el costo. El proveedor del sistema de SCR y el proveedor del catalizador generalmente garantizan la vida del catalizador. Los diseños más nuevos de catalizadores aumentan la actividad del catalizador, el área de superficie por unidad de volúmen y el rango de temperatura para la reacción de reducción.

La actividad del catalizador es una medida de la razón de la reacción de reducción de NOx. La actividad del catalizador es una función de muchas variables incluyendo la composición del catalizador y su estructura, las razones de difusión, las razones de transferencia de masa, la temperatura del gas y la composición del gas. La desactivación del catalizador es causada por:

• envenenamiento de los sitios activos por constituyentes del gas de combustión,

• sinterización térmica de los sitios activos debido a las altas temperaturas dentro del reactor,

• taponamiento/cegado/ensuciamiento de los sitios activos por sales de amoníaco y azufre y materia particulada, y

• erosión debida a altas velocidades de gas.

A medida que la actividad del catalizador disminuye, la remoción del NOx disminuye y el escabullimiento de amoníaco aumenta. Cuando el escabullimiento de amoníaco alcanza el nivel máximo del diseño o el permitido por la ley, debe instalarse un nuevo catalizador. Son varias las diferentes localidades corriente abajo de la unidad de combustión donde puede instalarse el sistema de la SCR. La mayoría de las aplicaciones de carbón sitúan el reactor corriente abajo del economizador y corriente arriba del calentador de aire y de los dispositivos de control de particulado (lado caliente). El gas de combustión en ésta localidad está usualmente dentro del rango de temperatura óptima para reacciones de reducción de NOx que utilizan catalizadores de óxidos de metal. La SCR también puede ser aplicada después del equipo de remoción de azufre y MP (lado frío), sin embargo, puede requerirse el recalentamiento del gas de combustión, lo cual incrementa significativamente los costos de operación.

LA SCR es efectiva en costo en unidades que queman gas. Se requiere menos catalizador, ya que la corriente del gas residual tiene niveles más bajos de NOx, azufre y MP. Las turbinas de gas de ciclo combinado usan frequentemente la tecnología de SCR para la reducción de NOx. Un diseño típico de SCR de ciclo combinado coloca la cámara del reactor después del supercalentador dentro de una cavidad del sistema de recuperación de calor del generador de vapor. La temperatura del gas de combustión en ésta área está dentro del rango operativo de catalizadores de base de metal.

La SCR puede ser utilizada separadamente ó en combinación con otras tecnologías de control de combustión de NOx tales como quemadores de bajo NOx y requemado de gas natural. La SCR puede ser diseñada para proveer reducciones de NOx durante todo el año o sólo durante la temporada de ozono.