<p>Waste appears to be a low-cost fuel compared to biofuel. This Masters thesis was conducted for Vattenfall Utveckling AB and deals with how waste in the fuel affects the performance of a SCR-catalyst. Different mechanisms of deactivation were surveyed, focusing on the poisoning mechanism. A literature study was carried out, which was used as a reference when analysing the results.</p><p>Small samples (9x2x2 cm, 64 pieces) cut out from a full-scale unused honeycomb catalyst were exposed up to 1500h in two different combustion plants, Johannes in Gävle (co-combustion) and Högdalen in Stockholm (waste-combustion). The activity was measured mainly at 300°C but also at 250, 350, 375 and 400°C. SEM/EDS-analysis (about 20 samples) and wet chemical analysis (about 20 samples + 2 fly-ash samples) was then performed on the samples. A sample from each boiler was sent for BETanalysis.</p><p>The results from the analysis above were compared to earlier studies conducted on bio-fuel plants in order to investigate what might have deactivated the catalyst samples. Also a small multivariate data analysis (MVDA) was performed. The results from the study show that the catalyst samples exposed in Johannes have slightly less than 60 % of the activity left after 1500h, for Högdalen only 20 % of the activity remains after 1500h. For Johannes when only firing biofuel the corresponding figure is 74 % and in a coal-fired boiler just over 80 % of the activity remains after 1500h. For catalysts with a higher initial activity the deactivation rate is slower. The main mechanism of deactivation is poisoning from alkali metals. In Johannes the poisoning is mainly due to water-soluble potassium. In Högdalen water-soluble potassium, sodium and acid soluble lead causes the deactivation. Potassium stands for just over half of the poisoning effect, sodium just over 1/3 and lead for less than 1/6. SEM/EDS-analysis shows that the potassium content is about 3 times higher the first centimetre from the inlet, than the rest of the sample. The difference in potassiumconcentration between the surface and the walls of the catalyst is rather small. The concentration of lead on the other hand was found to be constant along the catalyst, but the concentration on the surface is much higher than in the walls. Erosion, sintering and plugging have not been studied in detail. Erosion tends to be a bigger problem in Johannes than in Högdalen, probably due to the texture of the fly ash. It does not seem to be any risk of sintering where the test-bench was exposed. For Johannes plugging was estimated to affect around 25 % of the channels in the samples after 1000h of exposure. Solely exposure for fly ash wasn’t found to affect the activity significantly.</p> / <p>Avfall framstår som ett billigt bränsle jämfört med biobränsle. Detta examensarbete utfördes åt Vattenfall Utveckling AB och studerar hur prestanda för katalysatorn i en SCR-anläggning (för NOx-rening) påverkas vid inblandning av avfall i bränslet. Olika deaktiveringsmekanismer kartlades, med en tyngdpunkt på mekanismen förgiftning. Även en litteraturstudie genomfördes, för att användas som referens vid resultatanalysen.</p><p>Små provbitar (9x2x2 cm, 64 stycken) utsågade ur en fullskalig oanvänd honeycombkatalysator exponerades upp till 1500h i två anläggningar, Johannes i Gävle (sameldning) samt Högdalen i Stockholm (avfallseldning). Aktiviteten mättes, därefter gjordes SEM/EDS-analyser (cirka 20 prov) och våtkemiska analyser (cirka 20 prov + 2 stycken flygaska). Ett prov från varje panna skickades på BET-analys. Analyserna ovan jämfördes med tidigare studier utförda på biobränsleeldade anläggningar för att ta reda på vad som kan ha deaktiverat katalysatorerna. Även en mindre multivariat dataanalys (MVDA) utfördes.</p><p>Resultat från studien är bland annat att katalysatorproven exponerade i Johannes har knappt 60 % av aktiviteten kvar efter 1500h, för Högdalen är motsvarande siffra runt 20 %. Det kan jämföras med 74 % för Johannes om bara biobränsle eldas och drygt 80 % för katalysatorer i en koleldad panna efter samma exponeringstid. Katalysatorer med en högre begynnelseaktivitet deaktiverades långsammare. Den huvudsakliga deaktiveringsmekanismen är alkaliförgiftning. I Johannes beror förgiftningen främst av vattenlösligt kalium. I Högdalen sker förgiftningen sannolikt av både vattenlösligt kalium och natrium, samt syralösligt bly. Av förgiftningen i Högdalen står kalium för lite drygt hälften, natrium för drygt 1/3 och blyet för resten. SEM/EDS-analyserna visade att kalium finns i cirka 3 gånger så hög koncentration den första centimetern från inloppet på proverna för att sedan bli ganska konstant. Det är ingen större skillnad i kaliumkoncentration på ytorna eller i väggarna. För bly är koncentrationen mer jämn i längdled, men i väggarna avsevärt lägre halter än på ytorna. Erosion, sintring och igensättning har inte studerats utförligt. Vad som kan sägas är att erosionen verkar vara ett större problem i Johannes än i Högdalen, troligen på grund av annan textur på flygaskan. Det verkar inte föreligga någon risk för sintring vid platsen för exponeringen. Igensättningen uppskattades i Johannes till 25 % av kanalerna i proverna efter 1000h exponering. Exponering för enbart flygaska i 500h påverkade inte aktiviteten signifikant.</p>

Waste appears to be a low-cost fuel compared to biofuel. This Masters thesis was conducted for Vattenfall Utveckling AB and deals with how waste in the fuel affects the performance of a SCR-catalyst. Different mechanisms of deactivation were surveyed, focusing on the poisoning mechanism. A literature study was carried out, which was used as a reference when analysing the results. Small samples (9x2x2 cm, 64 pieces) cut out from a full-scale unused honeycomb catalyst were exposed up to 1500h in two different combustion plants, Johannes in Gävle (co-combustion) and Högdalen in Stockholm (waste-combustion). The activity was measured mainly at 300°C but also at 250, 350, 375 and 400°C. SEM/EDS-analysis (about 20 samples) and wet chemical analysis (about 20 samples + 2 fly-ash samples) was then performed on the samples. A sample from each boiler was sent for BETanalysis. The results from the analysis above were compared to earlier studies conducted on bio-fuel plants in order to investigate what might have deactivated the catalyst samples. Also a small multivariate data analysis (MVDA) was performed. The results from the study show that the catalyst samples exposed in Johannes have slightly less than 60 % of the activity left after 1500h, for Högdalen only 20 % of the activity remains after 1500h. For Johannes when only firing biofuel the corresponding figure is 74 % and in a coal-fired boiler just over 80 % of the activity remains after 1500h. For catalysts with a higher initial activity the deactivation rate is slower. The main mechanism of deactivation is poisoning from alkali metals. In Johannes the poisoning is mainly due to water-soluble potassium. In Högdalen water-soluble potassium, sodium and acid soluble lead causes the deactivation. Potassium stands for just over half of the poisoning effect, sodium just over 1/3 and lead for less than 1/6. SEM/EDS-analysis shows that the potassium content is about 3 times higher the first centimetre from the inlet, than the rest of the sample. The difference in potassiumconcentration between the surface and the walls of the catalyst is rather small. The concentration of lead on the other hand was found to be constant along the catalyst, but the concentration on the surface is much higher than in the walls. Erosion, sintering and plugging have not been studied in detail. Erosion tends to be a bigger problem in Johannes than in Högdalen, probably due to the texture of the fly ash. It does not seem to be any risk of sintering where the test-bench was exposed. For Johannes plugging was estimated to affect around 25 % of the channels in the samples after 1000h of exposure. Solely exposure for fly ash wasn’t found to affect the activity significantly. / Avfall framstår som ett billigt bränsle jämfört med biobränsle. Detta examensarbete utfördes åt Vattenfall Utveckling AB och studerar hur prestanda för katalysatorn i en SCR-anläggning (för NOx-rening) påverkas vid inblandning av avfall i bränslet. Olika deaktiveringsmekanismer kartlades, med en tyngdpunkt på mekanismen förgiftning. Även en litteraturstudie genomfördes, för att användas som referens vid resultatanalysen. Små provbitar (9x2x2 cm, 64 stycken) utsågade ur en fullskalig oanvänd honeycombkatalysator exponerades upp till 1500h i två anläggningar, Johannes i Gävle (sameldning) samt Högdalen i Stockholm (avfallseldning). Aktiviteten mättes, därefter gjordes SEM/EDS-analyser (cirka 20 prov) och våtkemiska analyser (cirka 20 prov + 2 stycken flygaska). Ett prov från varje panna skickades på BET-analys. Analyserna ovan jämfördes med tidigare studier utförda på biobränsleeldade anläggningar för att ta reda på vad som kan ha deaktiverat katalysatorerna. Även en mindre multivariat dataanalys (MVDA) utfördes. Resultat från studien är bland annat att katalysatorproven exponerade i Johannes har knappt 60 % av aktiviteten kvar efter 1500h, för Högdalen är motsvarande siffra runt 20 %. Det kan jämföras med 74 % för Johannes om bara biobränsle eldas och drygt 80 % för katalysatorer i en koleldad panna efter samma exponeringstid. Katalysatorer med en högre begynnelseaktivitet deaktiverades långsammare. Den huvudsakliga deaktiveringsmekanismen är alkaliförgiftning. I Johannes beror förgiftningen främst av vattenlösligt kalium. I Högdalen sker förgiftningen sannolikt av både vattenlösligt kalium och natrium, samt syralösligt bly. Av förgiftningen i Högdalen står kalium för lite drygt hälften, natrium för drygt 1/3 och blyet för resten. SEM/EDS-analyserna visade att kalium finns i cirka 3 gånger så hög koncentration den första centimetern från inloppet på proverna för att sedan bli ganska konstant. Det är ingen större skillnad i kaliumkoncentration på ytorna eller i väggarna. För bly är koncentrationen mer jämn i längdled, men i väggarna avsevärt lägre halter än på ytorna. Erosion, sintring och igensättning har inte studerats utförligt. Vad som kan sägas är att erosionen verkar vara ett större problem i Johannes än i Högdalen, troligen på grund av annan textur på flygaskan. Det verkar inte föreligga någon risk för sintring vid platsen för exponeringen. Igensättningen uppskattades i Johannes till 25 % av kanalerna i proverna efter 1000h exponering. Exponering för enbart flygaska i 500h påverkade inte aktiviteten signifikant.