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Keywords:

  • nitric oxides;
  • ammonia;
  • selective non-catalytic NO reduction;
  • emissions;
  • exhaust

Abstract

Selective non-catalytic reduction of nitric oxide (NO) using ammonia was studied with up to 15% (by volume) oxygen at 102 kPa. The experiments were conducted in an electrically heated laminar-flow, quartz reactor using mixtures of N2, O2, NO, and CO to simulate exhaust gas. The base case condition included 330 ppmv of NO, 495 ppmv of NH3, and 15% O2. At a reactor temperature of 1050 K, 77% of the NO was removed. For a lower oxygen concentration of 1%, the NO removal was as high as 98% at 1100 K. The degraded performance at high oxygen concentrations is attributed to increases in the oxidation reactions.

A major result of this work was the quantification of the amount of N2O in the treated gases. For the base case conditions, 21 ppmv of N2O was measured for a reactor temperature of 1075 K. Increasing the ratio of NH3 to NO (by increasing the NH3 concentration) increased the maximum NO removal and decreased the temperature at which this level of NO removal was achieved. For the higher NH3 concentrations, however, the N2O concentration increased to as high as 54 ppmv. The oxidation products of ammonia (in the absence of NO) for these conditions were found to include first N2O beginning at 900 K and then NO beginning at 1050 K. Comparisons between these experimental results and predictions from the Miller and Bowman (1989) model indicate that further enhancements of the model may be necessary to incorporate the features of high oxygen conditions.

On a étudié la réduction sélective non catalytique du monoxyde d'azote (NO) à l'aide d'ammoniac, en présence d'oxygène (jusqu'à 15% par volume) et à 102 kPa. Les expériences ont été menées dans un réacteur au quartz, en écoulement laminaire et chauffé électriquement, avec des mélanges de N2, O2, NO et CO pour simuler le gaz de sortie. Les conditions du cas de base sont: 330 ppmv de NO, 495 ppmv de NH3 et 15% de O2. À une température de réacteur de 1050 K, 77% du NO est retiré. Pour une faible concentration d'oxygène (1%), à 1100 K, le retrait atteint 98%. La dégradation de la performance aux fortes concentrations d'oxygène est attribuée au renforcement des réactions d'oxydation.

Un des résultats importants de cette étude est la quantification de la quantité de N2O dans les gaz traités. Pour les conditions du cas de base, on a mesuré 21 ppmv de N2O pour une température de réacteur de 1075 K. L'augmentation du rapport NH2 sur NO (par une plus forte concentration de NH3) augmente le retrait maximal de NO et diminue la température à laquelle est obtenu ce retrait de NO. Pour de fortes concentrations de NH3, cependant, la concentration de N2O augmente pour atteindre 54 ppmv. Selon nos observations, les produits d'oxydation de l'ammoniac (en l'absence de NO), pour ces conditions, incluent d'abord le N2O à partir de 900 K, puis le NO à partir de 1050 K. Des comparaisons entre ces résultats expérimentaux et les prédictions de Miller et Bowman (1989) indiquent que de nouvelles améliorations du modèle seraient nécessaires pour incorporer les caractéristiques de conditions élevées d'oxygène.