SCR में उपयोग होने वाले उत्प्रेरकों के प्रकार कौन-कौन से हैं?

उत्प्रेरकों को आकार के आधार पर सेल-आकार, वेव्ड-प्लेट आकार एवं प्लेट-आकार में वर्गीकृत किया जाता है; विभिन्न प्रकार की धूलों एवं स्थानीय परिस्थितियों के अनुसार ही इनका चयन तापमान के आधार पर, इसे उच्च तापमान एवं निम्न तापमान में विभाजित किया जाता है; इनकी सीमा 280-320℃ है। वर्तमान में देश में 320℃ से अधिक तापमान पर काम करने वाली तकनीकें बहुत ही विकसित हो चुकी हैं, जबकि निम्न तापमान पर काम करने वाली तकनीकों का उपयोग कई कंपनियों द्वारा अभी भी पूरी तरह से इसके अलावा, घटकों के आधार पर भी इसे वर्गीकृत किया जा सकता है; लेकिन यह काफी जटिल है। उदाहरण के लिए, विषाक्त/गैर-विषाक्त होना (वैनेडियम की मात्रा के आधार प

वर्तमान में बाजार में उपलब्ध प्रमुख SCR उत्प्रेरकों के 3 प्रकार हैं: सेल-आकार के, प्लेट-आकार के, एवं वेव्ड-प्लेट आकार के। सेल्युलर प्रकार का उपयोग अधिक होता है।

एससीआर प्रणालियों में उपयोग होने वाले व्यावसायिक उत्प्रेरकों में मुख्य रूप से मूल्यवान धातुओं से बने उत्प्रेरक, धातु ऑक्साइड आधारित उत्प्रेरक, पेरोव्स्काइट-प्रकार के उत्प्रेरक, आणविक छानन आधारित उत्प्रेरक, एवं कार्बन-आधारित उत्प्रेरक आदि शामिल हैं।

औद्योगिक क्षेत्र में आमतौर पर प्लेट-आकार, तरंगदार एवं सेल-आकार के कैटलिस्टों का ही उपयोग किया जाता है। ये कैटलिस्ट, फ्लाई ऐश के जमाव एवं क्षय के खिलाफ अच्छी प्रतिरोधक क्षमता रखते हैं। यांत्रिक मजबूती एवं सतही उपयोगिता के मामले में सेल-आकार एवं तरंगदार आकार के कैटलिस्ट बेहतर होते हैं। इसके अलावा, इनकी स्थापना एवं प्रतिस्थापन प्रक्रिया भी आसान होती है। इसी कारण, बड़े ऊर्ध्वाधर SCR रिएक्टरों में ऐसी ही संरचना वाले कैटलिस्टों का ही उपयोग किया जाता है। प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों का उपयोग मुख्य रूप से लंबवत रिएक्टरों में किया जाता है, जबकि कणीय एवं बेलनाकार उत्प्रेरक केवल कम मात्रा में गैसों के संसाधन हेतु उपयोग में आते हैं। सेल्युलर कैटालिस्ट यूनिटों के डिज़ाइन में उचित “पिच” एवं “दीवार की मोटाई” का ध्यान रखना आवश्यक है; साथ ही, इनके चारों किनारों पर सतह को मजबूत बनाने हेतु सतह-सख्तीकरण प्रक्रिया भी आवश्यक है, ताकि इनकी घर्षण-प्रतिरोधक क्षमता बढ़ सके। फैन-आकार के उत्प्रेरक, धुएँ के ऊपर से नीचे की ओर बहने वाली प्रवाह-दिशा हेतु उपयुक्त होते हैं; जबकि प्लेट-आकार के उत्प्रेरक, धुएँ के ऊर्ध्वाधर प्रवाह हेतु उपयुक्त होते हैं, एवं क्षैतिज प्रवाह हेतु भी इनका बाजार में, कैटलिस्टों के मुख्य रूप स्प्लेट-टाइप (जिसमें वेव्ड टाइप भी शामिल है) एवं हनीकॉम्ब-टाइप हैं। प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों में, सक्रिय पदार्थ को धातु की संरचना पर “लेपित” किया जाता है। प्लेटों के बीच के छिद्र बड़े होते हैं, इसलिए प्रतिरोध कम होता है; लेकिन प्रति घन इकाई में संपर्क सतह का क्षेत्रफल कम होता है, इसलिए अधिक मात्रा में उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। चूँकि प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों में धातुओं से बना कंकाल होता है, इसलिए इनकी मजबूती अधिक होती है। इनकी लंबाई 1500 मिमी तक हो सकती है। समान डी-नाइट्रोजनीकरण दक्षता प्राप्त करने हेतु, ऐसे उत्प्रेरकों में परतों की संख्या कम रखी जा सकती है। इस तरह, SCR रिएक्टरों को और अधिक संकीर्ण एवं स्थान-बचाने वाला बनाया जा सकता है। प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों का सबसे बड़ा लाभ यह है कि इनमें धूल जमने की संभावना बहुत कम होती है। चूँकि SCR आमतौर पर एयर-प्रीहीटर से पहले ही लगाया जाता है, इसलिए धुएँ में फ्लाई ऐश की सांद्रता 15–20 ग्राम/मी³ (मानक स्थिति में) तक होती है। यदि कैटालिस्ट के बीच की दूरी बहुत कम हो, तो इससे फ्लाई ऐश जम जाता है, कैटालिस्ट का क्षय बढ़ जाता है, एवं सिस्टम में प्रतिरोध भी बढ़ जाता है। आम तौर पर, कैटालिस्टों के बीच की जगह में धुएँ की गति समान नहीं होती; औसत गति लगभग 8 मीटर/सेकंड होती है। 3 मीटर/सेकंड से कम गति वाले क्षेत्रों में, फ्लाई ऐश केटलिस्ट पर चिपक सकता है; जिससे केटलिस्ट एवं धुएँ के बीच संपर्क में बाधा आ जाती है। बीएचके के एक अध्ययन के अनुसार, प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों में प्रवाह गति 3 मीटर/सेकंड से कम होने वाले क्षेत्रों का अनुपात लगभग 13% है; जबकि सेल-आकार के उत्प्रेरकों में ऐसे क्षेत्रों का अनुपात लगभग 22% है। इसलिए, सेल्युलर प्रकार की संरचनाओं में धूल जमने की समस्या, प्लेट-आकार की संरचनाओं की तुलना में अधिक गंभीर होती है। इस समस्या का समाधान, कैटालिस्ट यूनिटों की लंबाई को बढ़ाना है कोयला-आधारित ऊर्जा उत्पादन इकाइयों में, सेल्युलर कैटालिस्टों की लंबाई आम तौर पर 6 मिमी से अधिक होनी चाहिए। जितनी अधिक इनकी लंबाई होती है, कैटालिस्ट का सतही क्षेत्रफल उतना ही कम हो जाता है; इसलिए अधिक मात्रा में कैटालिस्ट की आवश्यकता होती है। यदि कोयला-आधारित ऊर्जा उत्पादन इकाइयों में सेल-आकार के उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाए, तो इनकी आवश्यक मात्रा प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों की तुलना में लगभग 20% कम हो जाती है। लेकिन इनकी एकल इकाई की कीमत प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों की तुलना में लगभग 20% अधिक होती है। इस प्रकार, दोनों की लेकिन, गैस/ईंधन आधारित इकाइयों में, चूँकि फ्लाई ऐश की मात्रा बहुत कम होती है, इसलिए हनीकॉम्ब आकार की उत्प्रेरक कोशिकाओं की लंबाई को कम किया जा सकता है; इससे सतह क्षेत्रफल बढ़ जाता है, एवं उत्प्रेरक की आवश्यक मात्रा में कमी आ जाती है। इसके अलावा, गैस इंजनों में तेज़ गति से शुरू/बंद होने की क्षमता होती है, एवं तापमान भी जल्दी ही बढ़ जाता है। धातुई संरचना पर लगे प्लेट-आकार के उत्प्रेरकों में मौजूद सक्रिय पदार्थ, ऊष्मा-तनाव के कारण आसानी से विकृत हो जाते हैं, जिससे वे अप्रभावी हो जाते हैं। इसलिए, गैस इंजनों में सेल्युलर कैटालिस्टों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सामान्य सेल्युलर कैटालिस्ट यूनिटों का क्षेत्रफल 150 मिमी × 150 मिमी होता है। चूँकि इकाई आयतन में प्रभावी क्षेत्रफल अधिक होता है, इसलिए समान डी-नाइट्रोजनीकरण प्रभाव प्राप्त करने हेतु आवश्यक उत्प्रेरक की मात्रा, समतल प्रकार की संरचनाओं की तुलना में कम होती है। लेकिन चूँकि मैं उत्प्रेरक का वाहक TiO2 हूँ, इसलिए समग्र मजबूती की सीमाओं के कारण, सामान्य सेल-आकारीय उत्प्रेरकों की लंबाई अधिकतम 1000 मिमी ही हो पाती है। सेल-आकार वाली संरचना वाले उत्प्रेरकों के वास्तविक उपयोग में, प्रत्येक इकाई का अनुप्रस्थ आकार मानक होता है; जबकि इसकी लंबाई बेड-लेयर की ऊँचाई पर निर्भर होती है। चूँकि सेल्युलर कैटालिस्टों के बीच की दूरी कम होती है, इसलिए प्रवाह में प्रतिरोध अधिक होता है। ऐसी स्थिति में, धुएँ के प्रवाह की गति कम होनी आवश्यक होती है; जबकि प्लेट-आकार के कैटालिस्टों की तुलना में रिएक्टर का क्षेत्रफल अधिक होता है। तालिका 7-3 में, 600MW क्षमता वाले एक दहन इकाई में दो अलग-अलग प्रकार के कैटालिस्टों के उपयोग से प्राप्त रिएक्टर के आयतन के आकार दिए गए हैं। कुछ लोगों का मानना है कि सबसे बेहतरीन प्रदर्शन वाला SCR उत्प्रेरक, तरंगदार संरचना वाला होता है। ऐसे उत्प्रेरकों में टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) को वाहक के रूप में उपयोग किया जाता है, एवं V2O5 एवं WO3 का सूक्ष्म मिश्रण उत्प्रेरक की सतह पर समान रूप से वितरित होता है। इस विशेष उत्पादन विधि के कारण उत्प्रेरकों में अधिक सक्रियता होती है, एवं उनका निष्क्रिय होने की दर कम रहती है। साथ ही, ऐसे उत्प्रेरकों में यांत्रिक मजबूती एवं जंग-प्रतिरोधक क्षमता भी अच्छी होती है। वर्तमान में, निर्माता 6 अलग-अलग मानकों वाले वेव्ड कैटालिस्ट उपलब्ध कराते हैं; ये कैटालिस्ट कम एवं उच्च राख-स्तर वाली परिस्थितियों में उपयोग में आ सकते हैं। इन कैटालिस्टों में छिद्रपूर्ण संरचना एवं V2O5 की मात्रा कम होती है; इस कारण SO2 का ऑक्सीकरण दर कम होती है, जबकि नाइट्रोजन निष्कासन की क्षमता अधिक होती है। व्यावहारिक उपयोग से भी यह बात साबित हो चुकी है। इस उत्प्रेरक उत्पाद के दो मानक मॉडल हैं – A एवं H। इनका वजन क्रमशः लगभग 50 किग्रा एवं 27 किग्रा है। ये कंपनों का सामना कर सकते हैं, एवं आसानी से एक जगह से दूसरी जगह ले जाए जा सकते हैं। छोटे प्रसंस्करण उपकरणों में आमतौर पर एकल मॉड्यूल ही उपयोग में आते हैं, जबकि बड़े उपकरणों के लिए मॉड्यूलों का संयोजन आवश्यक होत बड़े उपकरणों में, स्थापना को आसान बनाने हेतु, आमतौर पर कई छोटे मॉड्यूलों को एक साथ जोड़कर बड़े मॉड्यूल बनाए जाते हैं। ऐसे बड़े मॉड्यूलों में आमतौर पर 12 से 16 छोटे मॉड्यूल होते हैं। मॉड्यूलों की संख्या, सिस्टम के आकार एवं उपकरणों की व्यवस्था के आधार पर निर्धारित की जाती है। निर्माता के अनुसार, इस उत्प्रेरक का उपयोग उच्च मात्रा में धूल एवं उच्च NOx सांद्रता वाली परिस्थितियों में भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, धुएँ का प्रवाह दर 2100000 मीटर³/घंटा तक हो सकता है। ； NOx का आयतन-अनुपात 2000 ×10-6 है। ； फ्लाई ऐश का द्रव्यमान सांद्रता 25 ग्राम/मी³ है। उत्प्रेरक, विषाक्तता, संकुचन, अवरोध, क्षय एवं वृद्धावस्था के कारण धीरे-धीरे अपनी कार्यक्षमता खो देता है; यह सामान्य बात है। इसलिए इसका नियमित रूप से प्रतिस्थापन आवश्यक है। आम तौर पर, उत्प्रेरक आपूर्तिकर्ताओं द्वारा दिए गए कोयला-जलने से उत्पन्न धुएँ हेतु उपयोग में आने वाले उत्प्रेरकों की उपयोगी आयु 1 से 30,000 घंटों तक होती है। जब उत्प्रेरक की सक्रियता एक निश्चित स्तर तक गिर जाती है, तो प्रणाली में नाइट्रोजन निष्कासन की दक्षता में कमी आ जाती है, या अमोनिया का निकास बढ़ जाता है। जब इनमें से कोई भी मापदंड डिज़ाइन मानकों के अनुरूप नहीं रहता, तो उत्प्रेरक को बदलना ही पड़ता है। फैन-केज आकार के उत्प्रेरकों को आमतौर पर मानक आकार की इकाइयों के रूप में ही तैयार किया जाता है। इन इकाइयों से कई मॉड्यूल बनाए जाते हैं, एवं इन मॉड्यूलों को विशेष फ्रेमों में रखा जाता है। इसके बाद कई मॉड्यूलों से ही उत्प्रेरक स्तर बनता है। आमतौर पर, प्रत्येक रिएक्टर में 3–4 ऐसे उत्प्रेरक स्तर होते हैं। इनकी संख्या, वास्तविक परिस्थितियों एवं आवश्यक नाइट्रोजन निष्कासन दक्षता के आधार पर ही निर्धारित की जाती है। चाहे नए सामान को लोड किया जाए या नियमित रूप से उसकी जगह बदली जाए, हमेशा निर्धारित प्रक्रियाओं का ही पालन करना आवश्यक है। इसके लिए विशेष उपकरणों एवं उचित स्थान की आवश्यकता होती है।