در سیستم های کنترل انتشار گازوئیل سنگین، فناوری کاهش کاتالیستی انتخابی (SCR) به طور گسترده ای برای کاهش انتشار اکسید نیتروژن استفاده می شود. با این حال، در شرایط عملیاتی واقعی، اگر انحرافاتی در دوز DEF، دمای خروجی اگزوز، راندمان کاتالیزوری SCR یا استراتژی کنترل سیستم وجود داشته باشد، آمونیاکی که به طور کامل در واکنش شرکت نمی کند ممکن است از پایین دست سیستم SCR عبور کند و منجر به لغزش آمونیاک شود.

برای خودروهای تجاری و سیستم‌های تصفیه دیزل سنگین، لغزش بیش از حد آمونیاک نه تنها ممکن است باعث ایجاد بوی قابل توجه آمونیاک در اگزوز شود، بلکه ممکن است نشان دهنده عدم تطابق بین دوز DEF، قابلیت واکنش SCR و تصفیه پایین دست باشد. بنابراین، نصب یک کاتالیست لغزش آمونیاکی (ASC) در پایین دست سیستم SCR یکی از راه حل های فنی مهم برای کنترل NH3 باقی مانده است.

چرا آمونیاک در خودروهای دیزلی سنگین رخ می دهد؟

یک سیستم SCR معمولاً محلول اوره آبی را به جریان اگزوز تزریق می‌کند و به آن اجازه تجزیه و تولید NH3 می‌دهد، پس از آن کاتالیزور SCR واکنش بین NH3 و NOx را ترویج می‌کند.

تحت شرایط ایده آل، NH3 تولید شده از دوز DEF باید به طور منطقی با تقاضای تبدیل NOx فعلی مطابقت داشته باشد. با این حال، در طول عملیات واقعی خودرو، بار موتور، جریان اگزوز، دمای اگزوز و غلظت NOx به طور مداوم تغییر می کند. بنابراین، تنها با تکیه بر کنترل دوز DEF، نمی توان به طور کامل از لغزش آمونیاک جلوگیری کرد.

دوز DEF با تقاضای NOx مطابقت ندارد

هنگامی که مقدار DEF تزریق شده بیشتر از سطح مورد نیاز برای تبدیل NOx فعلی باشد، NH3 اضافی ممکن است به طور کامل در کاتالیزور SCR مصرف نشود و ممکن است در پایین دست سیستم SCR ادامه یابد.

این شرایط در طول تغییرات سریع بار، عملکرد گذرا خودرو، یا شرایط کاری که در آن پارامترهای اگزوز به سرعت تغییر می‌کنند، شایسته توجه بیشتر است.

تغییرات عملکرد کاتالیست SCR

با افزایش زمان کارکرد، عواملی مانند پیری پوشش کاتالیزور، بار حرارتی یا مسمومیت با گوگرد ممکن است بر شرایط عملکرد واقعی کاتالیزور SCR تأثیر بگذارد.

اگر استراتژی دوز DEF مطابق با قابلیت تبدیل واقعی کاتالیزور SCR تنظیم نشود، مقدار NH3 عرضه شده ممکن است با قابلیت مصرف واقعی NH3 سیستم SCR مطابقت نداشته باشد و در نتیجه خطر لغزش آمونیاک افزایش یابد.

نوسان دمای اگزوز بر واکنش های کاتالیزوری تاثیر می گذارد

وسایل نقلیه دیزلی سنگین معمولاً تحت شرایط متفاوتی کار می کنند، از جمله در حالت آرام، کارکرد با سرعت کم، کارکرد با بار بالا، رانندگی با سرعت بالا و بازسازی پس از درمان. بنابراین دمای اگزوز ثابت نیست.

تغییرات دمای اگزوز بر تجزیه اوره، تشکیل NH3 و فرآیند واکنش کاتالیزوری SCR تأثیر می گذارد. بنابراین، هنگام تجزیه و تحلیل لغزش آمونیاک، لازم است به جای تمرکز بر یک شرایط دمایی پایدار، شرایط دمای واقعی کل سیستم تصفیه دیزل را در نظر بگیرید.

چگونه یک کاتالیست ASC آمونیاک را به پایین دست سیستم SCR کنترل می کند؟

ASC یا کاتالیست لغزش آمونیاک معمولاً در پایین دست کاتالیزور SCR نصب می شود و ممکن است به عنوان کاتالیست لغزش آمونیاک SCR یا کاتالیست اکسیداسیون لغزش آمونیاک نیز نامیده شود.

عملکرد اصلی یک ASC درمان بیشتر NH3 باقیمانده است که به طور کامل توسط سیستم SCR بالادست مصرف نشده است.

هنگامی که مقدار مشخصی از NH3 در خروجی SCR باقی می ماند، پوشش کاتالیست ASC می تواند واکنش های کاتالیزوری بیشتر آمونیاک باقیمانده را افزایش دهد، در نتیجه لغزش آمونیاک تخلیه شده مستقیم با گاز خروجی را کاهش می دهد.

بنابراین، در سیستم‌های تصفیه دیزل سنگین، ASC جایگزین کاتالیزور SCR نیست. در عوض، به عنوان یک واحد تصفیه تکمیلی در پایین دست سیستم SCR عمل می کند و همراه با کاتالیزور SCR، سیستم دوز DEF، سنسورها و استراتژی کنترل برای تشکیل یک زنجیره کنترل انتشار کامل کار می کند.

هنگام انتخاب کاتالیست ASC برای خودروهای دیزلی سنگین چه پارامترهایی باید در نظر گرفته شود؟

انتخاب کاتالیزور ASC نباید تنها بر اساس قطر محصول، طول یا ابعاد خارجی باشد.

برای پروژه‌های OEM، پلت فرم‌های خودروهای تجاری و پروژه‌های یکپارچه‌سازی سیستم تصفیه پس از دیزل، ارزیابی جامع رابطه تطابق بین کاتالیزور ASC و پلت فرم موتور، جریان اگزوز، دمای اگزوز و شرایط عملکرد سیستم SCR مهم‌تر است.

1. محدوده دمای عملیاتی

دمای کار مداوم و مقاومت حداکثر دما پارامترهای مهمی هستند که هنگام انتخاب کاتالیزور ASC باید در نظر گرفته شوند.

در طول عملیات بارگذاری بالا یا بازسازی پس از تصفیه، دمای اگزوز دیزل سنگین ممکن است به طور قابل توجهی تغییر کند. بنابراین، پوشش کاتالیزور و بستر لانه زنبوری باید در محدوده دمای واقعی پلت فرم موتور هدف مقاومت کنند.

اگر یک کاتالیزور ASC برای مدت طولانی تحت شرایطی کار کند که از محدوده دمایی طراحی شده آن فراتر رود، خطر پیری پوشش کاتالیست یا تخریب عملکرد ممکن است افزایش یابد.

2. پوشش کاتالیست و سیستم مواد

کاتالیزورهای ASC معمولا شامل پوشش کاتالیزور، مواد زیرلایه و طراحی اجزای فعال، از جمله سیستم های کاتالیزور فلزات گرانبها، بسترهای لانه زنبوری سرامیکی، و پوشش های مختلف کاتالیست عملکردی هستند.

مواد و فرمول‌های مختلف ممکن است سطوح مختلفی از قابلیت اکسیداسیون آمونیاک، گزینش پذیری نیتروژن، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر گوگرد را فراهم کنند.

بنابراین، هنگام خرید کاتالیزور ASC، خریداران نباید تنها بر روی استفاده از یک ماده خاص فلز گرانبها تمرکز کنند. محلول کاتالیزور نیز باید با توجه به شرایط واقعی اگزوز، سطح لغزش آمونیاک هدف، و الزامات تطبیق سیستم کامل پس از تصفیه ارزیابی شود.

3. راندمان تبدیل آمونیاک و انتخاب نیتروژن

بازده تبدیل آمونیاک یکی از شاخص های عملکرد مهمی است که برای ارزیابی قابلیت تصفیه کاتالیست ASC استفاده می شود، اما نباید به عنوان تنها معیار ارزیابی مورد استفاده قرار گیرد.

انتخاب نیتروژن نیز باید در نظر گرفته شود.

هدف ASC صرفاً افزایش درجه اکسیداسیون NH3 نیست، بلکه کنترل NH3 باقیمانده و در عین حال به حداقل رساندن محصولات جانبی حاوی نیتروژن ناخواسته است.

بنابراین، طراحی کاتالیزور ASC معمولاً به تعادل معقولی بین قابلیت تبدیل آمونیاک و گزینش واکنش نیاز دارد.

4. ساختار لانه زنبوری، تراکم سلولی و ضخامت دیواره

برای کاتالیست ASC لانه زنبوری، چگالی سلول، ضخامت دیوار، قطر بستر و طول کاتالیزور همگی بر ویژگی‌های جریان اگزوز، ناحیه واکنش کاتالیزوری و فشار برگشتی سیستم تأثیر می‌گذارند.

موتورهای دیزلی سنگین معمولاً نرخ جریان خروجی نسبتاً بالایی دارند، بنابراین نمی توان به سادگی فرض کرد که تراکم سلول بالاتر همیشه بهتر است.

در انتخاب واقعی، جریان اگزوز، فشار برگشتی مجاز، فضای نصب، ابعاد بستر و حجم کاتالیزور مورد نیاز باید با هم ارزیابی شوند.

چرا تطبیق ASC با سیستم SCR مهمتر از انتخاب کاتالیست به تنهایی است؟

کاتالیزور ASC یک جزء مستقل نیست، بلکه بخشی از سیستم تصفیه کامل اگزوز دیزل است.

یک سیستم معمولی دیزل دیزل سنگین ممکن است شامل DOC، DPF، SCR، ASC، سیستم دوز DEF، سنسورهای NOx، سنسورهای دما و سیستم کنترل الکترونیکی باشد.

انحراف در هر قسمت از این سیستم ممکن است بر نتیجه نهایی کنترل لغزش آمونیاک تأثیر بگذارد.

به عنوان مثال، انحراف کنترل حسگر NOx ممکن است استراتژی دوز DEF را تحت تاثیر قرار دهد. دوز بیش از حد DEF ممکن است NH3 باقیمانده را افزایش دهد. و پیری کاتالیزور SCR ممکن است قابلیت مصرف واقعی NH3 سیستم را تغییر دهد.

بنابراین، برای OEM ها و یکپارچه‌کننده‌های سیستم پس‌درمان، انتخاب ASC باید از دیدگاه تطبیق سطح سیستم انجام شود و نه تنها با مقایسه مشخصات یک کاتالیزور ASC منفرد.

چگونه می توانید تعیین کنید که آیا کاتالیست ASC برای پلتفرم دیزل هدف مناسب است یا خیر؟

قبل از تعیین محلول کاتالیست ASC، توصیه می شود اطلاعات عملیاتی کلیدی زیر را در اختیار تامین کننده قرار دهید:

• جابجایی موتور و نوع کاربرد؛

• محدوده جریان اگزوز؛

• محدوده دمای خروجی SCR؛

• غلظت NH3 خروجی SCR یا حد لغزش آمونیاک هدف.

• فضای نصب موجود؛

• الزامات ابعاد بستر لانه زنبوری؛

• مقررات انتشار یا استانداردهای انتشار قابل اجرا؛

• خواه عملیات در دمای بالا، قرار گرفتن در معرض گوگرد، یا شرایط بازسازی مکرر وجود داشته باشد.

این پارامترها می توانند به تامین کننده کاتالیست کمک کنند تا ابعاد ASC مورد نیاز، ساختار بستر، تراکم سلول و محلول پوشش کاتالیست را تعیین کند.

برای وسایل نقلیه دیزلی سنگین، ماشین‌آلات ساختمانی و پلت‌فرم‌های موتور دیزلی خارج از جاده، قابلیت‌های سفارشی‌سازی مانند ابعاد کاتالیست سفارشی، تراکم سلولی سفارشی و پوشش کاتالیست سفارشی می‌تواند به دستیابی به تطابق سیستم پس‌فرآوری مناسب‌تر با توجه به شرایط خاص موتور و سیستم SCR کمک کند.

نتیجه گیری: ASC یک مرحله پایین دستی مهم برای کنترل لغزش آمونیاک در خودروهای دیزلی سنگین است.

بوی آمونیاک در اگزوز معمولا تنها یکی از علائم قابل توجه مشکل لغزش آمونیاک است.

برای وسایل نقلیه دیزلی سنگین، مسئله مهمتر این است که آیا دوز DEF، قابلیت واکنش کاتالیزوری SCR، کنترل سنسور، دمای اگزوز و درمان ASC پایین دست به درستی مطابقت دارند یا خیر.

یک کاتالیزور ASC نصب شده در پایین دست سیستم SCR می تواند NH3 باقیمانده را درمان کند و در نتیجه کامل بودن زنجیره تصفیه اگزوز دیزل را بهبود بخشد.

هنگام انتخاب کاتالیزور ASC، دمای عملیاتی، راندمان تبدیل آمونیاک، گزینش پذیری نیتروژن، مواد کاتالیست، ساختار لانه زنبوری، تراکم سلول، ضخامت دیواره، جریان خروجی اگزوز، فشار برگشتی سیستم و فضای نصب باید با هم ارزیابی شوند.

بنابراین، برای OEMها، خریداران کاتالیزور و یکپارچه‌کننده‌های سیستم پس‌فرآوری دیزل، تمرکز انتخاب ASC نباید صرفاً مقایسه مشخصات محصول جداگانه باشد، بلکه باید تعیین کند که آیا راه‌حل ASC واقعاً با شرایط عملیاتی اگزوز و طراحی سیستم SCR پلت فرم دیزلی مورد نظر مطابقت دارد یا خیر.