Что это система scr: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.. Статьи компании «ЗАО "Евроталер"»

Содержание

ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.. Статьи компании «ЗАО «Евроталер»»

СИСТЕМА SCR: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ И СХЕМА РАБОТЫ.

Система SCR предназначена для снижения уровня оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ). Сокращение SCR означает Selective Catalytic Reduction (избирательное каталитическое восстановление). В данной технологии химическая реакция восстановления (нейтрализации) ОГ происходит избирательно. Это означает, что в составе ОГ целенаправленно снижается содержание только оксидов азота.

Оксиды азота — это собирательное понятие для химических соединений азота и кислорода (например, NO, NO2 …). Они образуются под воздействием высокого давления и температуры во время сгорания топливной смеси в двигателе. Оксиды азота ответственны, в том числе, за ущерб, наносимый лесам «кислотными дождями», и образование смога.

Система SCR состоит из:

1 Бак мочевины
2 Управляющий модуль * (включает в себя блок управления, насос и фильтр)
3 Трубопровод мочевины
4 Подогрев бака мочевины
5 Форсунка впрыска мочевины **
6 Датчики температуры ОГ
7 Датчик 2NOx ***
8 Восстановительный катализатор ****
9 Дроссельная заслонка трубопровода подогрева
10 Пароотводящая трубка *****
11 Температурный датчик мочевины

Примечания:
* Насос мочевины представляет собой мембранный насос, привод которого осуществляется бесщёточным двигателем постоянного тока. Он интегрирован в корпус управляющего модуля и управляется блоком управления.

Задачи насоса мочевины различаются в зависимости от положения клапана обратной перекачки.

● При включённом двигателе и выполнении условий, необходимых для работы системы нейтрализации SCR, насос подаёт мочевину из бака к форсунке мочевины под давлением около 5 бар.

● При выключении дизельного двигателя он перекачивает мочевину из трубопровода подачи мочевины от форсунки обратно в бак.

Расчёт количества впрыскиваемой мочевины:

Требуемое для впрыска количество мочевины рассчитывается блоком управления и зависит от следующих факторов:

● режима работы двигателя;

● температуры ОГ;

● доли оксидов азота в массовом потоке ОГ.

Доля оксидов азота, поступающая в восстановительный катализатор, рассчитывается блоком управления. Массовый поток ОГ соответствует массовому расходу воздуха во впускном канале, который определяется расходомером воздуха, и массе впрыснутого топлива.

** Форсунка дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления с помощью сигнала с широтнооимпульсной модуляцией.

В форсунке мочевина находится под давлением, создаваемым насосом. В положении покоя игла форсунки перекрывает выходное отверстие за счёт усилия пружины. Для впрыска мочевины блок управления посылает управляющий сигнал на электромагнитную катушку форсунки. При этом возникает магнитное поле, которое вытягивает якорь форсунки и иглу форсунки. Форсунка открывается, и происходит впрыск мочевины. Если управляющий сигнал на электромагнитную катушку больше не поступает, магнитное поле исчезает, и игла форсунки перекрывает отверстие под действием пружины.

*** Датчик 2 NOx вкручен в трубу выпуска ОГ непосредственно за восстановительным катализатором. С его помощью определяется доля оксидов азота в ОГ, которая анализируется блоком управления датчика 2 NOx.

**** Конструкция восстановительного катализатора представляет собой сотообразный керамический элемент, покрытие которого состоит из цеолита меди. Оно предназначено для восстановления оксидов азота.

***** Система вентиляции предназначена для выравнивания давления в баке.
При заправке мочевины необходимо следить за тем, чтобы в баке оставался достаточный свободный объём для расширения мочевины.

Принцип действия системы нейтрализации SCR

При нагреве примерно до 200°C катализатор восстановления (8) достигает рабочей температуры. Блок управления (2) получает данные о температуре отработавших газов от датчика температуры (6) установленного перед катализатором восстановления (8). Раствор мочевины ADBLUE забирается насосом (2) из бака (1) и под давлением примерно 5 бар прокачивается через обогреваемый трубопровод (3) к форсунке мочевины (5).

Форсунка (5) по команде блока управления (2) впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы ОГ перед восстановительным катализатором (3), где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером в ОГ. По пути к восстановительному катализатору (8), так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (Nh4) и углекислый газ (CO2). В восстановительном катализаторе аммиак (Nh4) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N2) и воду (h3O). Коэффициент полезного действия системы SCR определяется датчиком 2NOx (7).

Для того чтобы блок управления двигателем дал команду на впрыск мочевины, должны быть выполнены следующие условия:

● Восстановительный катализатор достиг рабочей температуры примерно 200°C.

● Если температура окружающей среды низкая
— обеспечено достаточное количество жидкой мочевины для впрыска.

Впрыск мочевины блоком управления двигателя прерывается при следующих условиях:

● При малом объёмном потоке ОГ, например на холостом ходу.

● Когда температура ОГ снижается слишком сильно и рабочая температура восстановительного катализатора не достигается.

Схема работы системы SCR:

После запуска двигателя автомобиля блок управления получает разрешающие сигналы от температурных датчиков:

* температура мочевины нормальная (если замерзла включается ее подогрев)

* температура ОГ достигла 200 ^оС

Блок управления включает насос мочевины и по достижению необходимого давления открывает форсунку.

Затем блок управления получает сигнал от датчика 2NOx и в зависимости от содержания оксидов азота увеличивает или уменьшает подачу мочевины.

После выключения зажигания насос выкачивает всю мочевину из системы обратно в бак.

Замечания по эксплуатации сиcтемы SCR

Последние несколько лет мы тесно сотрудничали с инженерами и механиками фирм, эксплуатирующих и ремонтирующих автомобили оснащенные системой SCR. Мы анализировали причины поломок системы, а также причины отказа в гарантийном обслуживании автомобилей. Разбирали каждый случай и пришли к следующим выводам:

Если не учитывать поломки связанные с естественными причинами (брак, износ), то чаще всего система выходит из строя после замерзания мочевины в баке. Опишем этот процесс подробнее.

При температуре ниже минус 11^оС и неработающем подогреве мочевины, состав в баке начинает замерзать. Большая часть растворенной мочевины выпадает в осадок, а оставшийся «сильно разбавленный» раствор замерзает. Через некоторое время после включения двигателя автомобиля подогрев мочевины растапливает некоторую часть замерзшего «сильно разбавленного» раствора, а большая часть нерастворенной мочевины в виде кристаллов останется на дне бака. Эксплуатация автомобиля с таким «разбавленным» составом не приведет к немедленному выходу системы SCR из строя, но если не предпринимать ничего — поломки системы практически гарантированы.

Во-первых: коэффициент полезного действия такого «сильно разбавленного» состава гораздо ниже и, следовательно, потребление его может существенно возрасти.

Во-вторых: если не прогреть весь объем замерзшей мочевины, плотность состава будет расти, и кристаллы нерастворенной мочевины попадут в систему. Это может привести к закупорке патрубков, быстрому износу мембраны насоса, засорению форсунки.

Мы рекомендуем в случае замерзания мочевины в баке прогреть его, до полного оттаивания мочевины, и проверить плотность состава. Если плотность не соответствует норме (1087-1093 кг/м3) – состав слить, бак, по возможности, помыть.

Что такое SCR система и для чего она необходима

06.06.2012

В настоящее время на территории Европы действуют строгие экологические стандарты Евро 4 и Евро 5. Чтобы добиться соответствия автомобилей этим стандартам, производители устанавливают на выпускаемые машины систему SCR. Она не только позволяет заботиться об окружающей среде, но и отличается наивысшей рентабельностью и экономичностью. Таким образом, данная система помогает достичь сразу двух целей – соответствия международным нормам и обеспечения наиболее выгодных условий эксплуатации и окупаемости.

Принцип работы SCR предельно прост. Вне мотора происходит преобразование отработанных газов при помощи катализатора (в этой роли выступает 32-процентный раствор мочевины) AdBlue и каталитического нейтрализатора. Что делает система? Посредством впрыска она помещает определенное количество рабочей жидкости AdBlue в выхлопные газы. В результате запускается химическая реакция взаимодействия аммиака и окислов азота, на выходе которой получаются вода и азот – абсолютно безвредные для окружающей среды вещества.

Применение SCR системы вкупе с реагентом AdBlue, помимо описанных выше двух целей, помогло также добиться экономии топлива. Вот конкретные цифры: уровень экономии топлива составляет около 3-5%, а расход самого реагента AdBlue – примерно 4-5% от объема расходуемого топлива. Чтобы цифры были более убедительными, отметим, что в европейских странах стоимость дизельного горючего существенно выше стоимости AdBlue.

Как результат – Европа с энтузиазмом приняла данный продукт. Сегодня на континенте около 4 тыс. торговых точек и 1,3 тыс. заправочных станций предлагают приобрести водный раствор мочевины AdBlue.

Система SCR подразумевает применение катализаторов. Они состоят из соединений переходных металлов (разумеется, каталитически активных) на кристаллоносителях из керамики. От того, какой размер имеют поры кристаллоносителя и насколько активны катализаторы, зависит способность системы преобразовывать окислы азота в воду и азот. От первого параметра зависит также скорость, с которой происходит диффузия отработанных газов.

Для того чтобы система SCR сохраняла свою максимальную эффективность на протяжении довольно долгого времени, используемая в ней жидкость должна подвергаться скрупулезному контролю. Так и происходит с AdBlue, каждый этап изготовления которого проверяется специалистами. Это необходимо потому, что в составе реагента присутствуют компоненты, превышение содержания которых разрушит каталитическую систему, заблокировав поры или выведя из строя активные центры.

По той же причине стоит следить, чтобы в состав реагента не попадали посторонние соединения и частицы, а сама жидкость не попадала в физические состояния, находящиеся за пределами установленных для нее норм (температурных, например).

Описанные аспекты очень важны, так как недостаточная эффективность SCR сводит на нет все усилия, не только увеличивая объемы выбросов, но и нередко вызывая повреждение мотора (последнее происходит из-за повышения давления в отработавших газах).

В общих чертах химическая реакция, протекающая в SCR системе, выглядит следующим образом. Раствор мочевины AdBlue путем впрыска попадает в отработавший газ, нагретый до высокой температуры (свыше 180 °С), после чего происходит гидролиз с образованием аммиака. Вот уравнение, описывающее данный процесс:

(Nh3)2CO + h3O > 2 Nh4 + CO2

Далее – второй и заключительный этап – разложение на азот и воду. В качестве катализатора реакции выступает основной металл SCR. Это описывается следующим уравнением:

4Nh4 + 4NO + O2 > 4 N2 + 6h3O

8Nh4 + 6NO2 > 7N2 + 12h3O

Categories: Статьи

20695

Системы SCR

для дизельных двигателей Системы SCR

для дизельных двигателей

В. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Системы дозирования и введения мочевины
Регулятор дозирования мочевины
Хранение твердого восстановителя для систем SCR

Abstract : Технология SCR на основе мочевины была принята в качестве стратегии сокращения выбросов NOx в большинстве типов мобильных дизельных двигателей. Системы SCR мочевины обычно включают катализатор SCR, вспомогательный катализатор окисления и систему впрыска мочевины, которая подает водный раствор мочевины перед катализатором SCR. Высокие показатели сокращения выбросов NOx зависят от температурного диапазона катализатора и сложной стратегии управления впрыском мочевины с электронным управлением.

Введение
Конфигурация системы
Потребление и пополнение запасов мочевины
Характеристики выбросов
Интеграция DPF
Работа при низких температурах
Коммерческие системы SCR

Системы снижения NOx, основанные на технологии селективного каталитического восстановления (SCR), были разработаны и коммерциализированы для ряда мобильных дизельных двигателей в юрисдикциях со строгими стандартами выбросов дизельных двигателей, начиная с ЕС (Euro IV/V, 2005/2008), Японии. (JP 2005) и США (US EPA 2010). Использование аммиака было практически исключено из соображений безопасности, а мочевина (в водном растворе) обычно использовалась в качестве предпочтительного восстановителя.

Контроль NOx только для системы SCR. В приложениях с умеренно жесткими ограничениями выбросов наиболее привлекательная стратегия выбросов SCR включает калибровку двигателя для низкого содержания твердых частиц (момент впрыска, высокое давление впрыска) и использование катализатора SCR для снижения повышенного содержания NOx, рис. 1. Этот подход также могут соответствовать некоторым применимым предельным значениям выбросов ТЧ, как это было в случае многих применений SCR на двигателях Euro IV/V или на внедорожных двигателях Stage IV ЕС и США Tier 4. Из-за опережающего момента впрыска может быть достигнуто улучшение экономии топлива, что делает систему SCR на основе мочевины более привлекательной, чем конкурирующая технология EGR, которая приводит к снижению экономии топлива.

Мочевина-SCR также может иметь преимущество в экономии топлива по сравнению с катализаторами адсорбера NOx — еще одной конкурирующей технологией снижения NOx — из-за штрафа за экономию топлива в результате регенерации адсорбера. Однако любая экономия топлива в двигателях SCR в некоторой степени компенсируется стоимостью мочевины.

Рисунок 1 . Стратегия ограничения выбросов NOx только с помощью SCR

Система доочистки SCR без EGR и DPF

Стратегия только SCR широко использовалась в Европе для одновременного соблюдения ограничений Euro IV/V как для NOx (3,5/2 г/кВтч соответственно), так и для PM (0,02 г/кВтч) [623] . Двигатели были откалиброваны для низких уровней выбросов ТЧ, ниже 0,02 г/кВтч, в то время как выбросы NOx на выходе двигателя были повышены примерно до 9-11 г/кВтч. Затем использовалась доочистка SCR для снижения выбросов NOx до уровня ниже 2 г/кВтч. Требуемая эффективность преобразования NOx системы SCR составляла около 80-85% для Евро-5 и только около 65% для Евро-4.

Необходимость в дизельном сажевом фильтре была устранена, что привело к уменьшению размера, сложности и стоимости системы дополнительной обработки выхлопных газов. Калибровка Euro V может обеспечить экономию топлива примерно на 3-5%.

Системы SCR также рассматривались как потенциальное решение для соответствия средним стандартам США по выбросам NOx в 2007-2010 гг., составляющим около 1,1 г/л.с.-ч, без использования EGR [980] . В этом случае система контроля выбросов объединила катализатор SCR и сажевый фильтр (DPF), чтобы соответствовать установленному в США в 2007 году пределу содержания твердых частиц в 0,01 г/л.с.-ч. Согласно анализу затрат, доочистка SCR представляет собой наиболее экономически эффективную технологию для соответствия стандартам выбросов США 2007 года. Это показано на Рисунке 2, где представлены результаты анализа, проведенного DaimlerChrysler 9.0048 [977]

. С точки зрения экономии топлива пакет SCR + DPF, соответствующий требованиям 2007 года, может обеспечить преимущество на 6% по сравнению с базовым уровнем 2004 модельного года, что очень выгодно по сравнению с альтернативой EGR + DPF.

Кроме того, общее изменение стоимости жизненного цикла для SCR выгодно отличается от конкурирующих вариантов адсорбции EGR и NOx во всем проанализированном диапазоне стоимости растворов мочевины. Несмотря на очевидную экономическую выгоду, технология EGR использовалась для контроля NOx в двигателях США 2007-2009 гг., а SCR была принята тремя годами позже, в 2010 г.

Рисунок 2 . Расход топлива (слева) и относительное увеличение затрат (справа) для стратегий выбросов США в 2007 г.

DPF = сажевый фильтр с катализатором; NAC = каталитический нейтрализатор NOx
Только прямые затраты, без накладных расходов или прибыли

В легковых автомобилях сравнение путей адсорбента мочевины и NOx в соответствии со стандартами США на выбросы Tier 2 Bin 2, проведенное Ford, показало, что SCR мочевины может обеспечить экономическое преимущество как с точки зрения стоимости системы, так и с точки зрения эксплуатационных расходов. [1067] .

Контроль NOx SCR+EGR. Приложения с более строгими стандартами выбросов требуют одновременного использования SCR и EGR для контроля NOx. Конфигурация SCR + EGR использовалась в двигателях США 2010 года для соответствия стандарту NOx 0,2 г / л.с.-ч. По сравнению со стандартом 2004 г. ограничение 2010 г. требовало сокращения NOx более чем на 90% в течение переходного цикла FTP. В приложениях с такими высокими требованиями к сокращению NOx технология SCR не имеет дополнительных возможностей для обработки любых повышенных уровней NOx на выходе из двигателя в результате калибровки двигателя с экономичным расходом топлива [622] , и необходимо комбинировать SCR с EGR, чтобы соответствовать этим более строгим ограничениям NOx.

Дополнительные преимущества использования системы рециркуляции отработавших газов в двигателях SCR включают улучшенный контроль над выбросами NOx при низких температурах, например, в приложениях, испытанных в ходе циклов низкотемпературных испытаний [1160] , и более надежную конфигурацию для соответствия требованиям бортовой системы диагностики.

Проблемы с SCR. Применение технологии SCR к мобильным двигателям требует решения ряда технических и нормативных проблем, а также проблем с инфраструктурой распределения мочевины. Ниже приведены наиболее важные вопросы:

Эффективность при низких температурах : Катализаторы SCR в мобильных устройствах работают в гораздо более широком диапазоне температур, чем в стационарных двигателях. Активность катализатора при низких температурах продолжает оставаться проблемой как с точки зрения эффективности преобразования NOx, так и с точки зрения долговечности катализатора (дезактивация нитратом и/или сульфатом аммония). Кроме того, выбор рецептуры катализатора ограничен, поскольку в США и Японии высказывались опасения по поводу возможного воздействия на здоровье выбросов ванадия из систем на основе ванадия.
Стратегия контроля : Работа в переходном режиме в мобильных дизельных двигателях создает проблемы при разработке стратегий впрыска мочевины и затрудняет контроль проскальзывания аммиака и других вторичных выбросов (таких как N ₂ O или NH ₄ NO ₃). Высокоэффективные системы SCR с низким уровнем выбросов NOx требуют передовых стратегий управления SCR с обратной связью и усовершенствованной технологии датчиков NOx.
Инфраструктура распределения мочевины : Для технологии SCR требуется инфраструктура распределения мочевины, которая позволяет пополнять бортовой резервуар мочевины через разумные промежутки времени.
Соответствие нормативам : Дизельный двигатель может работать без восстановителя SCR [1068] . Чтобы обеспечить соблюдение требований по выбросам, системы SCR должны быть спроектированы таким образом, чтобы было очень трудно работать без мочевины. Поскольку пополнение раствора мочевины является расходом для оператора транспортного средства, системы SCR являются очевидной мишенью для несанкционированного доступа.

###

Селективное каталитическое восстановление

В. Адди Маевски

Стационарные системы SCR
Системы SCR для дизельных двигателей

Резюме : В процессе селективного каталитического восстановления (SCR) NOx реагирует с аммиаком с образованием азота и воды, при этом в качестве предшественника аммиака обычно используется мочевина. Различные катализаторы СКВ, такие как оксид ванадия или цеолиты, замещенные металлами, имеют разные диапазоны рабочих температур и другие свойства, и их необходимо тщательно выбирать для конкретного процесса СКВ. Поскольку скорость конверсии NOx зависит от концентрации NO ₂ :NO катализатор окисления обычно используется для увеличения концентрации NO ₂ на входе в СКВ. Многие системы SCR также включают катализатор проскальзывания аммиака для контроля выбросов непрореагировавшего аммиака.

Введение
Восстановители и каталитические реакции
Катализаторы СКВ
Влияние компонентов выхлопных газов на катализ SCR
Вспомогательные катализаторы

Введение

Селективное каталитическое восстановление (SCR) NOx соединениями азота, такими как аммиак или мочевина , обычно называемые просто «SCR», были разработаны и хорошо зарекомендовали себя в промышленных стационарных применениях. Впервые он был применен на тепловых электростанциях в Японии в конце 1970-х годов, а затем широко распространился в Европе с середины 1980-х годов. В США системы СКВ были внедрены для газовых турбин в 1990-х годах, за которыми последовало растущее число установок для контроля выбросов NOx на угольных электростанциях. Другими областями применения СКВ являются нагреватели и бойлеры заводов и нефтеперерабатывающих заводов в химической промышленности, печи, коксовые печи, а также мусоросжигательные заводы и мусоросжигательные заводы. Список видов топлива, используемых в этих приложениях, включает промышленные газы, природный газ, сырую нефть, легкую или тяжелую нефть и пылевидный уголь [203] .

Использование систем SCR для контроля выбросов NOx в мобильных приложениях началось с судовых двигателей. Большой размер и установившиеся режимы работы морских установок сделали адаптацию стационарной технологии SCR относительно простой. Первые блоки SCR были установлены в 1989 и 1990 годах на двух корейских 30000-тонных перевозчиках [202] . Корабли, оснащенные двухтактными дизельными двигателями MAN B&W мощностью 8 МВт, были оборудованы системой SCR аммиака, рассчитанной на 9Снижение NOx на 2%. Выхлопные газы пропускались через реактор только при плавании судов в водах, на которые распространяются нормы выбросов NOx. В 1992 году в рамках другого раннего морского проекта SCR паром «Аврора из Хельсингборга», курсировавший между Швецией и Данией, был оборудован системой SCR на основе мочевины [201] . Паром был оснащен двигателем Wärtsilä типа 6R32E мощностью 2,4 МВт, а реактор SCR включал три слоя монолитных экструдированных катализаторов SCR и один слой катализатора окисления. Технология SCR также рассматривалась для дизельных двигателей 9 локомотивов.0048 [207] .

С середины 1990-х годов было проведено множество проектов по адаптации технологии SCR для дизельных двигателей грузовых автомобилей и автомобилей. Несколько ранних систем SCR для двигателей большегрузных грузовиков были разработаны и испытаны голландским TNO [200] [199] [621] , в то время как Johnson Matthey разрабатывала свою компактную систему SCR-Trap — устройство, состоящее из фильтр твердых частиц (CRT) перед катализатором SCR [981] . Неудивительно, что мобильные системы также разрабатывались компаниями с традиционным опытом в области стационарных установок, такими как Haldor Topsøe 9.0048 [623] или Argillon (ранее Siemens, теперь Johnson Matthey) с автомобильной системой SCR под названием SINOx [334] [331] . В некоторых ранних тестах система SINOx была соединена с сажевым фильтром перед катализатором SCR [980] [1172] . Компания Ford разработала систему SCR с мочевиной для легких условий эксплуатации, соответствующую ограничениям на выбросы загрязняющих веществ Tier 2 Bin 5 Агентства по охране окружающей среды США [206] [983] .

Применение мобильного двигателя потребовало решения ряда проблем, связанных с технологией дозирования карбамида в переходных режимах работы, оптимизацией катализаторов, а также инфраструктурой карбамида. Некоторые регулирующие органы, в частности Агентство по охране окружающей среды США, изначально скептически отнеслись к пути соответствия SCR стандартам выбросов как с точки зрения обеспечения доступности восстановителя (мочевины) вместе с дизельным топливом по всей национальной распределительной сети, так и с точки зрения того, что это всегда своевременно. пополняется операторами транспортных средств. В конечном итоге СКВ оказалась более надежной технологией выбросов, чем основной альтернативный вариант, адсорберы NOx, и широко используется во всех типах мобильных дизельных двигателей.

Примерно с середины 2000-х годов технология SCR с мочевиной постепенно коммерциализировалась для наземных мобильных дизельных двигателей. Основные шаги в этом процессе:

Ряд производителей выбрали Urea-SCR в качестве предпочтительной технологии для соответствия нормам NOx Euro V (2008 г.) и JP 2005 г. (оба равны 2 г/кВтч) для двигателей большегрузных грузовиков и автобусов. Первые коммерческие дизельные грузовики были запущены в производство в ноябре 2004 года компанией Nissan Diesel в Японии [1160] и в начале 2005 года компанией Daimler (в то время DaimlerChrysler) в Европе [986] .
В Соединенных Штатах системы SCR были введены большинством производителей двигателей в 2010 году, чтобы соответствовать пределу NOx Агентства по охране окружающей среды США, составляющему 0,2 г/л. с.-ч для двигателей большой мощности.
В транспортных средствах малой грузоподъемности SCR была введена в некоторых транспортных средствах уровня 2 Агентства по охране окружающей среды США, в то время как в других использовались адсорберы NOx. Примерно к 2012-2015 годам большинство моделей автомобилей Уровня 2 с адсорберами NOx были оснащены СКВ на основе мочевины.
В Европе система SCR была внедрена на некоторых моделях стандарта Евро-5, а в автомобилях стандарта Евро-6 эта технология применялась гораздо шире.
В недорожных двигателях технология SCR на основе мочевины была внедрена во многих моделях двигателей, чтобы соответствовать стандартам США Tier 4i/EU Stage IIIB и более поздним стандартам выбросов.

В следующих разделах рассматриваются основы СКВ — восстановители, химические реакции и катализаторы. Краткий обзор установок СКВ для контроля выбросов NOx в промышленных процессах представлен в разделе «Стационарные системы СКВ». Разработка и опыт использования систем SCR для мобильных дизельных двигателей обсуждаются в разделе «Системы SCR для дизельных двигателей».

Восстановители и каталитические реакции

Аммиак

В системах СКВ можно использовать две формы аммиака: (1) чистый безводный аммиак и (2) водный раствор аммиака. Безводный аммиак токсичен, опасен и требует толстостенных резервуаров для хранения под давлением и трубопроводов из-за высокого давления паров. Водный аммиак, NH ₃ ·H ₂ O, менее опасен и с ним проще обращаться. Типичный аммиак промышленного качества, содержащий около 27% аммиака и 73% воды по весу, имеет давление паров, близкое к атмосферному, при нормальных температурах и может безопасно транспортироваться по шоссе в США и других странах.

В системе SCR с аммиаком происходит ряд химических реакций, что выражается уравнениями (1)-(5). Все эти процессы представляют собой желательные реакции, которые восстанавливают NOx до элементарного азота. Уравнение (2) представляет основной механизм реакции [306] . Реакции, представленные уравнениями (3)-(5), включают диоксид азота в качестве реагента. Путь реакции, описываемый уравнением (5), очень быстрый. Эта реакция отвечает за продвижение низкотемпературной СКВ с помощью NO 9.0088 2 [972] . Обычно концентрации NO ₂ в большинстве дымовых газов, включая дизельные выхлопы, низкие. В дизельных системах SCR уровни NO ₂ часто преднамеренно увеличиваются для повышения конверсии NOx при низких температурах.

6NO + 4NH ₃ → 5N ₂ + 6H ₂ O(1)

4NO + 4NH ₃ + O ₂ → 4N ₂ + 6H ₂ O «стандартная» реакция SCR(2)

6НО ₂ + 8NH ₃ → 7N ₂ + 12H ₂ O(3)

2NO ₂ + 4NH ₃ + O ₂ → 3N ₂ + 6H ₂ O(4)

NO + NO ₂ + 2NH ₃ → 2N ₂ + 3H ₂ O«быстрая» реакция СКВ(5)

Вышеуказанные реакции ингибируются водой [974] . В выхлопных газах дизеля и других дымовых газах всегда присутствует влага. Для получения достоверных результатов водяной пар всегда должен присутствовать в лабораторных газовых испытаниях процессов СКВ и при моделировании процессов.

Если содержание NO ₂ увеличивается до превышения концентрации NO в сырьевом газе, возможны пути образования N ₂ O, уравнения (6) и (7) [1170] .

8 NO ₂ + 6 NH ₃ → 7 N ₂ O + 9 H ₂ O(6)

4 NO ₂ + 4 NH ₃ + O ₂ → 4 N ₂ O + 6 H ₂ O(7)

К нежелательным процессам, протекающим в системах СКВ, относятся конкурентные, неселективные реакции с кислородом, которого в системе много. Эти реакции могут либо производить вторичные выбросы, либо, в лучшем случае, непродуктивно расходовать аммиак. Частичное окисление аммиака, определяемое уравнениями (8) и (9), может производить закись азота (N ₂ O) или элементарный азот соответственно. Полное окисление аммиака, выраженное уравнением (10), приводит к образованию оксида азота (NO).

2NH ₃ + 2O ₂ → N ₂ O + 3H ₂ O(8)

4NH ₃ + 3O ₂ → 2N ₂ + 6H ₂ O(9)

4NH ₃ + 5O ₂ → 4NO + 6H ₂ O(10)

Аммиак также может реагировать с NO ₂, производящий взрывоопасную нитрат аммония (NH ₄ NO ₃), уравнение (11). Эта реакция из-за ее отрицательного температурного коэффициента протекает при низких температурах, примерно ниже 100-200°С. Нитрат аммония может осаждаться в твердой или жидкой форме в порах катализатора, что приводит к его временной дезактивации [973] .

2NH ₃ + 2NO ₂ + H ₂ O → NH ₄ NO ₃ + NH ₄ NO ₂ (11)0003

Образования нитрата аммония можно избежать, следя за тем, чтобы температура никогда не опускалась ниже 200°C. Склонность к образованию NH ₄ NO ₃ также может быть сведена к минимуму путем подачи в газовый поток меньшего количества NH ₃, чем точное количество, необходимое для стехиометрической реакции с NOx (молярное соотношение 1:1).

Когда дымовые газы содержат серу, как в случае с дизельными выхлопами, SO ₂ может окисляться до SO ₃ с последующим образованием H ₂ SO ₄ при реакции с H ₂ O. Эти реакции аналогичны реакциям, протекающим в дизельном катализаторе окисления. В другой реакции NH ₃ соединяется с SO ₃ с образованием (NH ₄) ₂ SO ₄ и NH ₄ HSO ₄, которые осаждаются (1) и уравнение (1) и засорить катализатор, а также трубопроводы и оборудование. При низких температурах выхлопных газов, обычно ниже 250°C, загрязнение сульфатом аммония может привести к дезактивации катализатора SCR 9.0048 [205] .

NH ₃ + SO ₃ + H ₂ O → NH ₄ HSO ₄ (12)

2NH ₃ + SO ₃ + H ₂ O → (NH ₄ ) ₂ SO ₄ (13)

Процесс SCR требует точного контроля скорости впрыска аммиака. Недостаточная скорость закачки приводит к неприемлемо низкой конверсии NOx. Слишком высокая скорость впрыска приводит к нежелательному выбросу аммиака в атмосферу. Эти выбросы аммиака из систем SCR, известные как проскальзывание аммиака , увеличивается с увеличением соотношения NH ₃ /NOx (сокращенно ANR и также упоминается как альфа-коэффициент ). В соответствии с доминирующей реакцией СКВ, уравнение (2), стехиометрическое отношение NH ₃/NOx в системе СКВ составляет около 1. Соотношения выше 1 значительно увеличивают проскок аммиака. На рис. 1 представлен пример зависимости между отношением NH ₃ /NOx, конверсией NOx, температурой и проскальзыванием аммиака [187] . Проскок аммиака уменьшается с повышением температуры, в то время как конверсия NOx в катализаторе СКВ может как увеличиваться, так и уменьшаться с температурой, в зависимости от конкретного температурного диапазона и каталитической системы, что будет обсуждаться позже.

Рисунок 1 . Преобразование NOx и проскальзывание аммиака для различных соотношений NH ₃ /NOx

V ₂ O ₅ /TiO ₂ Катализатор SCR, 200 cpsi

Отношения альфа от 0,9 до 1 могут использоваться для минимизации проскальзывания аммиака, при этом обеспечивая удовлетворительную конверсию NOx. Однако в приложениях с очень высокими целевыми показателями NOx система SCR должна работать с коэффициентом альфа ≥ 1. В таких случаях проскок аммиака можно контролировать с помощью защитный катализатор (катализатор окисления аммиака), расположенный после катализатора SCR.

В стационарных условиях обычно указывается максимально допустимое проскальзывание NH ₃ с типичным значением 5-10 частей на миллион NH ₃ .

Что это система scr: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.. Статьи компании «ЗАО «Евроталер»»