Plasmabaseret denox. Hvad er et plasma? Afsluttet PSO projekt: Nyt PSO projekt:

Transkript

1 Hvad er et plasma? Afsluttet PSO projekt: Emissionsreduktion ved hjælp af lavtemperaturplasma, Elkraft PSO projekt nr. FU341, 3-5 Samarbejde mellem Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) og Forskningscenter Risø Nyt PSO projekt: Pilottest og optimering af plasmabaseret denox PSO projekt , 6 9 Samarbejde mellem Dansk Gasteknisk Center a/s, Energi E2 og Forskningscenter Risø

2 Hvad er plasma? denox: rensning af røggas for NOx Hvad er et plasma? Fast stof Væske Gas Plasma

3 Eksempler på plasmaer Lyn Nordlys Interstellare rum Fusions-energi Forskning i fremtidens bæredygtige energikilde. millioner C Overflade 5 C Soludbrud 1 million C Centrum 2 million C

4 - Lavtemperaturplasma Plasmagenerator (Dielectric Barrier Discharge DBD) Plasmagas Plasmaet består af: Elektroner Ioner Exciterede atomer/molekyler (UV lys) Radikaler (fx: N, NH, NH 2 O 3 ) Radikalerne kan fjerne NOx fra røggas HV AC 2 khz, 2 kv Dielektrikum (Al 2 O 3 ) Radikaler

5 Afsluttet PSO projekt: Emissionsreduktion ved hjælp af lavtemperaturplasma, Elkraft PSO projekt nr. FU341, 3-5 Laboratorieforsøg Test på 3 kw gasmotor på DGC

6 Laboratorieforsøg Første forsøg! Plasmagas Ar + NH 3 I røggassen: NH 2 + NO N 2 + H 2 Dyrt: Ar forbruget Lille effekt: NH 2 + NH 2 N 2 H 4 Test med hydrazin: NH, NH 2 radikaler 3 o C: N 2 H 4 NH 2 + NH 2 NH 3 + NH Kan ikke bruges!

7 Laboratorieforsøg Andet forsøg! Plasmagas N 2 I røggassen: N + NO N 2 + NO reduktion observeret Kræver meget N 2 : N + N N 2 (hurtig proces) Test: N radikaler Direkte plasmabehandling af røggassen NOx konstant Kan ikke bruges!

8 Laboratorieforsøg Sidste håb! Rent røggas Plasmagas O 2 eller tør atm luft N 2 O 5 udvaskes N 2 O 5 dannes Ozon injektion NO oxideres O 3 + NO NO 2 + O 2 O 3 + NO 2 NO 3 + O 2 NO 3 + NO 2 N 2 O 5 O 3 e - + O 2 O + O N 2 O 5 opsamles i en scrupper: N 2 O 5 + H 2 O 2HNO 3 O + O 2 O 3 Røggas med NO

9 Laboratorieforsøg Diagnostik: absorptions og emissionsspektroskopi NO x blev fjernet fuldstændigt i laboratorieforsøg Afprøvning på DGC

10 Test på gasmotor Test på 3 kw gasmotor på DGC 1 % (25 l/min) af udstødningen

11 Test på gasmotor 455, T 3 = 11 C, O 2 NO x conc. (ppm) 4 4 NOx conc. (ppm) 3 3 DBD power (W) O 2 flow (l n /min) Colormap Key to to 4 32 to to to 28 to to 12 to 16 8 to 12 4 to 8 to 4 NO x emissionen reduceredes op til 95 % Ingen udslip af ozon

12 Test på gasmotor O 3 + NO NO 2 + O 2 O 3 + NO 2 NO 3 + O 2 NO 3 + NO 2 N 2 O 5 Støkiometrisk: 1.5 O 3 pr NO Selektiv proces O3 consumption/no x removal 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, 11 C 3 l/min 11 C 6 l/min 11 C 7 l/min 16 C 3 l/min 16 C 6 l/min Removal efficiency % O 3 forbrug pr fjernet NOx

13 Test på gasmotor 455, T 3 = 11 C, O , T 3 = 16 C, O 2 4 NO x conc. (ppm) 3 DBD power (W) O 2 flow (l n /min) 4 NOx conc. (ppm) 3 Colormap Key to to 4 32 to to to 28 to to 12 to 16 8 to 12 4 to 8 to 4 NO 2 conc. (ppm) 4 3 DBD power (W) O 2 flow (l n /min) NO 2 conc. (ppm) 4 3 Colormap Key to to 4 32 to to to 28 to to 12 to 16 8 to 12 4 to 8 to 4 NO x reduktion som funktion af effektforbruget i DBD en og iltforbruget ved11 C Plasmagas: O 2 NO x reduktion som funktion af effektforbruget i DBD en og iltforbruget ved16 C Plasmagas: O 2

14 Test på gasmotor 455, T 3 = 11 C, O 2 455, T 3 = 11 C, O 2 NO x conc. (ppm) 4 4 NOx conc. (ppm) 3 DBD power (W) O 2 flow (l n /min) 3 Ozone costs (kr/kg NO 2 ) Colormap Key to to 4 32 to to to 28 to to 12 to 16 8 to 12 4 to 8 to DBD power (W) O 2 flow (l n /min) Ozone costs (kr/kg NO 2 ) Colormap Key to to to to 12 9 to to 9 6 to to 6 3 to to 3 to 15 NO x reduktion som funktion af effektforbruget i DBD en og iltforbruget ved11 C Plasmagas: O 2 Totale omkostninger som funktion af effektforbruget i DBD en og iltforbruget ved11 C Plasmagas: O 2

15 Test på gasmotor Ved at sammenholde ozonforbruget i eksperimenterne med omkostningerne for ozongeneration med en kommerciel ozongenerator blev de totale udgifter beregnet til: 27 DKK pr kg fjernet NO x (NO x er beregnet som NO 2 ) ved ozonproduktion baseret på ilt (heraf 15.5 DKK til iltforbruget og 4,6 DKK til effektforbruget) (95 % NOx reduktion, 11 o C) 21 DKK pr kg fjernet NO x ved ozonproduktion baseret på atmosfærisk luft (heraf 2.4 DKK til forbruget af tør atm luft og 5,2 DKK til effektforbruget) (7 % NOx reduktion, 14 o C) Plasmabaseret denox komplementerer katalysatorer: Røggastemperaturer omkring 11 o C Plasmabaseret denox forventes at kunne anvendes på biomasseanlæg

16 Nyt PSO projekt: Pilottest og optimering af plasmabaseret denox PSO projekt , 6 9 DGC, E2 og Risø Opskalering til pilottest (5 m 3 røggas/time) Test på gas og biomasse fyret anlæg Undersøge indflydelsen af SO 2 og HCl på processen Undersøge reaktionsprodukterne i scrubberen Optimere ozonproduktionen