IVL Swedish Environmental Research Institute

A number of techniques to measure the concentration of ammonia in exhaust gas have been evaluated. The objective is to obtain reliable methods for measuring ammonia slip from ships equipped with SCR systems for cleaning of nitrogen oxide emissions. The methods tested are FTIR, laser absorption, a wet chemical method and a method where ammonia is oxidised into NOX over a catalyst. The laser method is an in-situ technique, where the transmitter and receiver are positioned on opposite flanges at the exhaust channel, while the other methods are ex-situ, i. e., a probe volume of gas is taken from the exhaust channel into the instrumentation. The laser method worked well in the field studies and gave results with high sensitivity and good time resolution. FTIR did not work well for low concentrations. The time resolution is good but with a delay. In cases with an uneven distribution of ammonia throughout the exhaust channel, the concentration will vary depending on the location of the probe. A strong influence of the oxygen concentration on the observed ammonia concentration was found in the laboratory study. The wet chemical method gave reliable results. The time resolution is poor and the method is sensitive to uneven distribution in the exhaust channel. The method with the oxidation catalyst worked well in the lab but not in field where the catalyst was deactivated, probably by sulphur. Ett antal tekniker för att mäta ammoniakkoncentration i rökgaser har utvärderats. Syftet är att finna tillförlitliga metoder att analysera ammoniakslip från fartyg utrustade med SCR-utrustning för kväveoxidrening. Tester har gjorts ombord två fartyg samt i laboratoriemiljö. De testade metoderna är FTIR, laserabsorption, våtkemisk metod samt en metod, där ammoniak oxideras till NOX över en katalysator. Lasermetoden är en in-situ metod, där sändare och mottagare placeras på flänsar på ömse sidor på avgaskanalen, emedan de övriga metoderna är ex-situ, dvs bygger på att en viss gasmängd sugs ut ur avgaskanalen till instrumenteringen. I fältstudierna fungerade lasermetoden bra och gav resultat med hög känslighet och bra tidsupplösning. FTIR fungerade ej bra för låga koncentrationer. Tidsupplösningen är bra men med en viss fördröjning. Vid stråkbildning fås varierande koncentration beroende på var sonden är placerad i rökgaskanalen. Vid laboratoriestudierna observerades ett stort inflytande av syre på den uppmätta ammoniakkoncentrationen. Den våtkemiska metoden gav tillförlitliga resultat. Tidsupplösningen är mycket dålig och metoden är känslig för stråkbildning. Katalysatormetoden fungerade i laboratoriet men inte i fält då katalysatorn deaktiverades, troligen av svavel i rökgasen.

A number of techniques to measure the concentration of ammonia in exhaust gas have been evaluated. The objective is to obtain reliable methods for measuring ammonia slip from ships equipped with SCR systems for cleaning of nitrogen oxide emissions. The methods tested are FTIR, laser absorption, a wet chemical method and a method where ammonia is oxidised into NOX over a catalyst. The laser method is an in-situ technique, where the transmitter and receiver are positioned on opposite flanges at the exhaust channel, while the other methods are ex-situ, i. e., a probe volume of gas is taken from the exhaust channel into the instrumentation. The laser method worked well in the field studies and gave results with high sensitivity and good time resolution. FTIR did not work well for low concentrations. The time resolution is good but with a delay. In cases with an uneven distribution of ammonia throughout the exhaust channel, the concentration will vary depending on the location of the probe. A strong influence of the oxygen concentration on the observed ammonia concentration was found in the laboratory study. The wet chemical method gave reliable results. The time resolution is poor and the method is sensitive to uneven distribution in the exhaust channel. The method with the oxidation catalyst worked well in the lab but not in field where the catalyst was deactivated, probably by sulphur. Ett antal tekniker för att mäta ammoniakkoncentration i rökgaser har utvärderats. Syftet är att finna tillförlitliga metoder att analysera ammoniakslip från fartyg utrustade med SCR-utrustning för kväveoxidrening. Tester har gjorts ombord två fartyg samt i laboratoriemiljö. De testade metoderna är FTIR, laserabsorption, våtkemisk metod samt en metod, där ammoniak oxideras till NOX över en katalysator. Lasermetoden är en in-situ metod, där sändare och mottagare placeras på flänsar på ömse sidor på avgaskanalen, emedan de övriga metoderna är ex-situ, dvs bygger på att en viss gasmängd sugs ut ur avgaskanalen till instrumenteringen. I fältstudierna fungerade lasermetoden bra och gav resultat med hög känslighet och bra tidsupplösning. FTIR fungerade ej bra för låga koncentrationer. Tidsupplösningen är bra men med en viss fördröjning. Vid stråkbildning fås varierande koncentration beroende på var sonden är placerad i rökgaskanalen. Vid laboratoriestudierna observerades ett stort inflytande av syre på den uppmätta ammoniakkoncentrationen. Den våtkemiska metoden gav tillförlitliga resultat. Tidsupplösningen är mycket dålig och metoden är känslig för stråkbildning. Katalysatormetoden fungerade i laboratoriet men inte i fält då katalysatorn deaktiverades, troligen av svavel i rökgasen.