Comparison of purifying flue gas with Selective Catalytic and Non-Catalytic Reduction in Waste-to-energy plants with Life Cycle Assessment (LCA

Abstract

[EN] The amount of Municipal Solid Waste (MSW) is increasing and moreover, its nature is changing. Incineration is a good treatment option in the overall waste management strategy. Two technologies of NOx removal from the flue gas of a waste-to-energy plant were investigated and compared in this thesis from an environmental point of view. These technologies are Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) and Selective Catalytic Reduction (SCR). The plant studied is ZEVO Praha Malesice and the results will be an important basis for optimization of the operating of the plant. It is also the object of this work a bibliographic review of Waste Management, MSW incineration, and the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. The analysis is made with LCA using GaBi 6.0. software. To represent the operating of the plant, 6 scenarios were modeled and then compared in pairs. The scenarios are established in a way that is possible to observe the differences on the impact categories when using SNCR or SCR. The LCA study evaluated the impact categories in the characterization model CML 2001 April 2013. These are: abiotic depletion, acidification, eutrophication, freshwater aquatic ecotoxicity, global warming, human toxicity, photochemical ozone creation and terrestric ecotoxicity. According to the LCA results of this study, the highest environmental impacts arise from Burning, SNCR, SCR and the emissions from the Chimney processes in almost every category. From Normalization, it is obtained that the impact categories with more repercussion on the global environment are: eutrophication, acidification, human toxicity and terrestric ecotoxicity. It is shown that SNCR generally ends with more emission of NOx and HCl and less of SO2 and CO. SNCR also involves slightly more electrical power consumption and on the other hand, SCR involves a lot more of gas natural consumption. This results, generally, in less environmental impact in categories such as acidification and eutrophication for SCR but more on Abiotic depletion. The other impact categories didn't present significant differences. After the study, economic assessment is recommended because it could be a decisive factor.

[ES] La cantidad de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) está aumentando, y además, su naturaleza está cambiando. La incineración de éstos es una buena opción de tratamiento en el conjunto de la estrategia de la gestión de residuos. En este trabajo se investigan y comparan dos tecnologías de eliminación de NOx de los gases de combustión en plantas con recuperación de energía desde un punto de vista ambiental. Estas tecnologías son la Reducción Selectiva No-Catalítica (SNCR) y la Reducción Catalítica Selectiva (SCR). La planta estudiada es Zevo Praha Malesice y los resultados obtenidos serán una base importante para la optimización del funcionamiento de la planta. También es objeto de éste trabajo realizar una revisión bibliográfica de la gestión de residuos, la incineración de RSU, y la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV). El análisis se realiza con ACV utilizando el programa informático GaBi 6.0. Para representar el funcionamiento de la planta se modelan 6 escenarios y luego se comparan por parejas. Los escenarios se establecen de una manera que es posible observar las diferencias en las categorías de impacto cuando se usa SNCR o SCR. El estudio LCA evalúa las categorías de impacto en el modelo de caracterización CML 2001-April_2013. Estas son: agotamiento abiótico, acidificación, eutrofización, ecotoxicidad acuática en agua dulce, calentamiento global, toxicidad humana, creación de ozono fotoquímico y ecotoxicidad terrestre. De acuerdo con los resultados de este estudio, los mayores impactos ambientales surgen de los procesos Horno, SNCR, SCR y de las emisiones por la chimenea en casi todas las categorías. De la Normalización se obtiene que las categorías de impacto con más repercusión en el medio ambiente mundial son: eutrofización, acidificación, toxicidad humana y ecotoxicidad terrestre. Se muestra que el proceso SNCR generalmente conlleva más emisiones de NOx y HCl y menos de SO2 y CO. El proceso SNCR también implica un mayor consumo de energía eléctrica y, por otra parte, el proceso SCR implica un mayor consumo de gas natural. Esto da como resultado, por lo general, un menor impacto ambiental en categorías tales como la acidificación y la eutrofización para SCR pero mayor impacto sobre el agotamiento abiótico. Las otras categorías de impacto no presentaron diferencias significativas. Tras el estudio, se recomienda la evaluación económica, porque podría ser un factor decisivo.

[CA] La quantitat de Residus Sòlids Urbans (RSU) està augmentant, ia més, la seva naturalesa està canviant. La incineració d'aquests és una bona opció de tractament en el conjunt de l'estratègia de la gestió de residus. Dues tecnologies d'eliminació de NOx dels gasos de combustió en plantes amb recuperació d'energia són investigades i comparades des d'un punt de vista ambiental. Aquestes tecnologies són la Reducció Selectiva No-Catalítica (SNCR) i la Reducció Catalítica Selectiva (SCR). La planta estudiada és Zevo Praha Malesice i els resultats seran una base important per a l'optimització del funcionament de la planta. També és objecte d'aquest treball una revisió bibliogràfica de la gestió de residus, la incineració de RSU, i la metodologia d'Anàlisi de Cicle de Vida (ACV). L'anàlisi es realitza amb ACV utilitzant el programa informàtic GaBi 6.0. Per representar el funcionament de la planta es modelen 6 escenaris i després es comparen per parelles. Els escenaris s'estableixen d'una manera que és possible observar les diferències en les categories d'impacte quan s'utilitza SNCR o SCR. L'estudi LCA avalua les categories d'impacte en el model de caracterització CML 2001-April_2013. Aquestes són: esgotament abiòtic, acidificació, eutrofització, ecotoxicitat aquàtica en aigua dolça, escalfament global, toxicitat humana, creació d'ozó fotoquímic i ecotoxicitat terrestre. D'acord amb els resultats d'aquest estudi, els majors impactes ambientals sorgeixen dels processos Forn, SNCR, SCR i de les emissions per la xemeneia en gairebé totes les categories. De la Normalització s'obté que les categories d'impacte amb més repercussió en el medi ambient mundial són: eutrofització, acidificació, toxicitat humana i ecotoxicitat terrestre. Es mostra que el procés SNCR generalment comporta més emissions de NOx i HCl i menys de SO2 i CO. SNCR també implica una mica més consum d'energia elèctrica i, d'altra banda, SCR implica una gran quantitat més de consum de gas natural. Això dóna com a resultat, en general, un menor impacte ambiental en categories com ara l'acidificació i l'eutrofització per SCR però més sobre l'esgotament abiòtic. Les altres categories d'impacte no van presentar diferències significatives. Després de l'estudi, es recomana l'avaluació econòmica, perquè podria ser un factor decisiu.