Neue Sensorik für die Prozessoptimierung von SCR-Verfahren

Titelangaben

Wöhrl, Thomas ; Hagen, Gunter ; Moos, Ralf ; Noack, Frank ; Bleicker, Dirk ; Hartmann, Ingo ; König, Mario:
Neue Sensorik für die Prozessoptimierung von SCR-Verfahren.
2022
Veranstaltung: DBFZ Jahrestagung 2022 Thema "Green Deal & beyond - Der Beitrag biomassebasierter Forschung und Innovation" , 21.-23. Juni 2022 , Leipzig.
(Veranstaltungsbeitrag: Kongress/Konferenz/Symposium/Tagung , Poster )

Angaben zu Projekten

Abstract

Bei der Nutzung biogener Reststoffe in Verbrennungsanlagen sowie bei der Verbrennung von Biogas in BHKWs treten erhöhte Stickstoffoxidemissionen auf, welche gemindert werden müssen. SCR-Verfahren mit NH3- oder NH3-bildenden Reduktionsmitteln sind dafür in der Entwicklung. In dem Forschungsvorhaben wird die Entwicklung neuartiger Sensorik zur Messung von NH3 angestrebt, welche für die optimale Steuerung von SCR-Systemen und für das Monitoring von Biomasseanlagen eingesetzt werden können. Methodik: Für diesen Einsatzbereich soll ein ammoniakempfindlicher Sensor entwickelt werden, um die Dosierung des Reduktionsmittels möglichst effizient kontrollieren zu können. Dazu befinden sich auf einem Aluminiumoxid-Trägersubstrat unterschiedliche Schichten, die im Siebdruck-Verfahren aufgebracht werden. Eine rückseitige Heizleiterstruktur erwärmt die auf der Vorderseite befindliche Zeolith-Schicht auf die erforderliche Betriebstemperatur. Die von der Ammoniakkonzentration abhängigen elektrischen Eigenschaften der Zeolith-Schicht werden mit Hilfe einer darunter befindlichen Interdigital-Elektroden-Struktur in Form der betragsmäßigen Impedanz |Z| ermittelt.

Erste Untersuchungen in synthetischem Gas zur Variation verschiedener Parameter bei der Herstellung und im Betrieb des Sensors haben ergeben, dass bei den betrachteten H-ZSM5-Zeolithen, Funktionsschichten mit einem niedrigen Modul M (hier M = 27) die höchste Empfindlichkeit gegenüber Ammoniak aufweisen. Bei der Sensortemperatur hingegen muss ein Kompromiss zwischen schneller Ansprechzeit und hoher Empfindlichkeit getroffen werden. Dabei bietet sich bevorzugt ein Temperaturbereich zwischen 420 °C und 460 °C an. Neben der Empfindlichkeit gegenüber Ammoniak hat auch der Wassergehalt im Abgas einen leichten Einfluss auf die Leitfähigkeit des Zeolithen. Hingegen zeigt der Sensor nur geringe Querempfindlichkeiten gegenüber NOX und O2. Das schnelle zeitliche Ansprechen ist gezeigt.

Im Vergleich zu fossilen Brennstoffen treten in den Abgasen von Biomasse-verbrennungsanlagen erhöhte Konzentrationen von SO2 und HCl auf, deren Einflüsse im weiteren Verlauf näher untersucht werden. Nach der Ermittlung einer idealen Konfiguration soll das Sensorprinzip praxisnah an einer Biomassefeuerung evaluiert werden.