Azot bir ametaldir ve periyodik tablonun VA grubunda yer alır. Nitrojen olarak da bilinir. Kimyasal sembolü ‘N’ olarak tanımlıdır. Gaz halde bulunur. Rengi ve kokusu yoktur. Havanın % 78’ i azottur. Sanayide ise ayrımsal damıtma işlemiyle sıvı havadan damıtılarak elde edilir.
 

Azot oksitin bir diğer adı azot monoksit olmakla birlikte ‘NO’ kimyasal formülü ile gösterebiliriz. NO gazı, memeli canlılar için önemli bir vücut sinyali molekülüdür. Aynı işlevi bir memeli olan insan için de geçerlidir. Yani birçok biyolojik süreçte rol oynar. Sanayide de önemli bir ara ürün olarak bulunur. Fakat çeşitli yanma faaliyetleri sonucu oluşumu ciddi derecede hava kirliliğine yol açar. Mesela araba motorlarındaki yanma veya elektrik santrallerindeki yanmalar kirliliğe neden olur. İçten yanmalı motorlarda bu durum çok görülür. Katalitik dönüştürücüye sahip arabalarda ise oluşan NO tekrar N2 ve O2’ ye dönüştürülür ve böylece etrafa NO yayılması azaltılmış olur. Şimşekler de NO oluşumu için doğal bir yoldur.

 

NOx grubu NO, NO₂, N₂O bileşiklerini içerir. Kömürlerin yanması ile oluşan NOx’in büyük bir kısmı NO, az bir kısmı da NO₂ seklinde olup ısıl-NOx ve yakıt-NOx kaynaklıdır. Taşkömürü ve linyitlerde genelde %0,5-2 oranında aromatik halkaya bağlı bulunan yakıt azotunun %20-60 kadarı  yanma  sırasında  NO’a  dönüşerek  toplam  NOx  salımı  içinde  yakıt  kökenli  NO payı %80'e ulaşmaktadır. Kapasite azaltımıyla kazan sıcaklığı düşerek ısıl azotoksit oluşumu azalır. Azotoksit salınımını gidermek için genel anlamda birincil ve ikincil teknolojiler kullanım bulur.

 

Kazanın yanma hücresinde NOx oluşumunu azaltan birincil teknikler şu şekilde tanımlanabilir:
 

1. Az hava fazlası ile yakma (kazandaki hava kaçaklarını azaltmaya, yakma havasını daha hassas ayarlamaya, yanma hücresi tasarımını değiştirmeye dayanan ve her büyüklükteki yakma sistemlerine uygulanabildiğinden en çok kullanılan yöntemdir)

2. Kademeli hava besleme (mevcut yakıcıların farklı amaçlı kullanımları, yakma havasının bir bölümünün ayrı bir üfleçten beslenmesi, hava kademeli düşük NOx yakıcıların kullanımı)

3. Kademeli yakıt besleme (tekrar yakma, yakıt kademeli düşük NOx yakıcılar kullanımı)

4. Baca gazı sirkülasyonu (taze yakma havasına kazandan çıkan gazın karıştırılması, hava kademelendirme yöntemiyle veya baca gazı sirkülasyon yakıcıları aracılığıyla uygulama, ergimiş küllü kazan ve sıvı veya gaz yakıtlı yüksek sıcaklıkta yakma sistemlerinde kullanılması)

5. Yakma havası önısıtma sıcaklığının düşürülmesi (sıvı ve gaz yakıtlı sistemlerde kullanılması).

 

NOx salımı; yakma havasını kademeli olarak besleyen yakıcılar ile %25-35, yakıtı kademeli olarak besleyen yakıcılar ile ise %50-60, yakma havasını baca gazı ile karıştırarak besleyen yakıcılar ile %20’ye kadar ve yeni nesil yakıcılar ile %50-70 oranında azaltılabilmektedir.

 

Yanma sırasındaki tekniklerle NOx salımlarının kontrolünün yeterli olmaması durumunda, yanma sonrasında NOx ’lerin uzaklaştırılması için ikincil teknolojiler devreye girer. Bu teknolojilerden yaygınca kullanılanları;
 

Seçici katalitik indirgeme (selective catalytic reduction-SCR), katalitik olmayan seçici indirgeme (selective non-catalytic reduction-SNCR) olarak tanımlanabilir. Bu teknikler, ayrı ayrı uygulanmalarının yanı sıra birlikte de uygulanabilir. Yakıtın özellikleri, santral kapasitesi ve istenilen salım sınır değerler, iki tekniğin beraber kullanılma nedenlerindendir. Bu teknolojiler başlangıçta ve genelde linyit harici kömürleri yakan tesislerde kullanılmışken, günümüzde bu sistemlerin başarıyla kullanıldığı linyit yakan tesisler de bulunmaktadır.

 

Seçici katalitik indirgeme teknolojisi, 300-450°C’de NOx’lerin amonyak (veya üre) ve katalizör kullanılarak su ve nitrojene ayrıştırılması esasına dayanır. İndirgeme prosesindeki tepkimeler şu şekildedir:

 

İndirgeyici amonyak iken:

 

4NO + 4NH3 +O2  ↔ 4N2 +6H2O,

 

2NO2  + 4NH3 +O2 ↔ 3N2 + 6H2O,

 

6NO2 + 8NH3 ↔ 7N2 + 12H2O;

 

İndirgeyici üre iken:

 

4NO + 2(NH2 ) 2CO +2H2O + O2 ↔ 4N2 +6H2O +2CO2  ,

 

6NO2 + 4(NH2 )2 CO +4H2O ↔ 7N2 + 12H2O +4CO2  .

 

Bazik metal oksitler (Ti2O5 , V2O5 vs.), zeolitler, demir oksitler veya aktif karbon, proseste katalizör olarak kullanılır. Tekil katalizör elemanları birleştirilerek modül haline getirilir, modüller aracılığıyla katalizör katmanları oluşturulur. Katalizör katmanları ile birlikte seçici katalitik indirgeme reaktörlerinin (SCR) %80-95 aralığında NOx bertaraf verimlilikleri olduğundan, daha yüksek miktarlarda NOx giderimi için tercih edilir.
 

Katalizör, NOx ve amonyak ile tepkimeye girerek bir yüzey oluşturur ve SCR’de NOx ikincil kirleticiler oluşturmadan elementer azot ve su buharı oluşturur. Baca gazı katalizör odasından geçerken, NOx'te azalma sağlanır.
 

Seçici Katalitik İndirgeme (SCR), DeNOx sistemlerindeki en yaygın teknolojidir. SCR sistemi elemanları şu şekilde ifade edilebilir:
 

► Amonyak depolama sistemi,

► Amonyak ve hava karıştırma sistemi,

► Amonyak enjeksiyon sistemi,

► Reaktör,

► Ekonomizer,

► SCR by-pass sistemi,

► Kontrol sistemi,

► Yardımcı sistemler.

 

 

Katalitik Reaktör Yapısı

SCR reaktörleri genel olarak kazan çıkışında, hava ısıtıcılarından ve toz tutucudan önce konumlandırılırlar.
 

Katalitik olmayan seçici indirgeme (SNCR) teknolojisi ise azotoksitlerin yakma sisteminin üst kısmına beslenen amonyak veya üre ile 850-1050°C’de tepikmeye girerek su ve nitrojene ayrışması esasına dayanır. Yüksek sıcaklıklarda istenmeyen tepkime baskındır ve NOx salımı artar, düşük sıcaklıklarda ise dönüşüm çok yavaş olduğundan amonyağın bir kısmı tepkimeye girmeden ortamı terk eder. Uygun sıcaklık aralığının ayarlanabilmesi, kazanda çeşitli enjeksiyon seviyelerinin kullanımıyla mümkündür. Bu prosesteki tepkimeler ise şu şekilde ifade edilmektedir:

Ana reaksiyon: 4NO + 4NH3 +O2 → 4N2+6H2O (indirgeme),

 

İstenmeyen yan reaksiyon: 4NH3+ 5O2→ 4NO + 6H2O(oksidasyon).
 

Seçici Katalitik Olmayan İndirgeme (SNCR) Tekniği

SNCR uygulamalarındaki sorunlar indirgeyici maddenin kazan içinde üniform dağılmamasından ve amonyağın enjektesinin yanlış bölgeye yapılmasından kaynaklanır. Bu sorunlar, bilgisayar ortamında modellemeyle indirgeyici dağıtımın iyileştirilmesi ve sonrasında enjeksiyon parametrelerinin hassasiyeti için sıcaklık ölçme/kontrol sistemlerinin kullanılmasıyla aşılır. İşletme maliyeti, katalizör kullanılmadığından daha düşüktür. Aynı zamanda tesisin az yer kaplaması nedeniyle üstün olup, mevcut tesislerde çok az değişiklik gerektirir. Düşük NOx giderme veriminin (%30-50) yanında stokiyometrik değerin üzerinde amonyak beslemesi gerektiği için yüksek amonyak atılması gereksinimi sakıncalarıdır.

 

Kaynak:
 

► A. Orhan, MMO, “Kömür Yakıtlı Santrallerde Yakma Kaynaklı Hava Kirletici Salımların Giderilmesi ve Azaltımı İçin Genel Teknikler”, 2018, https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/11_3.pdf

► S A Nihalani , Y Mishra , J Juremalani, “Emission Control Technologies for Thermal Power Plants”, 2017, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757- 899X/330/1/012122/pdf