در خودروهای دیزلی سنگین، ماشین آلات ساختمانی و موتورهای دیزلی خارج از جاده، دمای اگزوز ثابت نیست. عملکرد با بار زیاد، رانندگی مداوم در سربالایی، عملیات استارت-ایست مکرر، و بازسازی فعال DPF همگی می توانند سیستم تصفیه دیزل را در معرض بارهای حرارتی نسبتاً بالایی قرار دهند.

برای یک کاتالیزور لغزش آمونیاکی (ASC) نصب شده در پایین دست سیستم SCR، دمای بالا نه تنها به قابلیت واکنش کاتالیزوری آنی مربوط می شود، بلکه به پایداری طولانی مدت پوشش کاتالیزور، مواد بستر و اجزای فعال نیز مرتبط است. اگر سیستم مواد و محدوده دمای کارکرد کاتالیزور ASC با پلت فرم واقعی موتور مطابقت نداشته باشد، خطرات غیرفعال شدن کاتالیزور در دمای بالا، پیری پوشش و کاهش قابلیت کنترل لغزش آمونیاک ممکن است افزایش یابد.

بنابراین، هنگام انتخاب اجزای یک سیستم تصفیه دیزل، کاتالیزور ASC نباید تنها با بازده تبدیل آمونیاک ارزیابی شود. دمای کار مداوم، حداکثر مقاومت در برابر دما، مواد کاتالیست، ساختار لانه زنبوری و شرایط واقعی بازسازی نیز باید با هم در نظر گرفته شوند.

چرا شرایط دمای بالا خطر غیرفعال شدن کاتالیست ASC را افزایش می دهد؟

معمولاً یک ASC در پایین دست کاتالیزور SCR برای تصفیه بیشتر NH3 باقیمانده که به طور کامل توسط سیستم SCR مصرف نشده است نصب می شود.

اگرچه واکنش‌های کاتالیزوری خود به یک پنجره دمای مناسب نیاز دارند، دماهای بالا پایدار یا شوک‌های حرارتی مکرر ممکن است وضعیت پوشش کاتالیست و اجزای فعال را تغییر دهد و در نتیجه بر عملکرد طولانی‌مدت کاتالیست تأثیر بگذارد.

دماهای بالا درازمدت ممکن است پیری پوشش کاتالیست را تسریع کند

یک کاتالیزور ASC معمولاً از یک بستر لانه زنبوری، پوشش کاتالیست و اجزای فعال تشکیل شده است.

هنگامی که کاتالیزور برای مدت طولانی در دمای خروجی نسبتاً بالا باقی می ماند، پوشش کاتالیست ممکن است بار حرارتی مداوم را تجربه کند. اگر دمای واقعی نزدیک به محدوده طراحی شده محصول یا بیشتر از آن برای مدت طولانی باقی بماند، خطر تغییر ساختار پوشش یا تخریب فعالیت ممکن است افزایش یابد.

بنابراین، هنگام خرید کاتالیزور ASC نباید از دمای عملیات مداوم غافل شد. به جای حداکثر دمایی که کاتالیزور می تواند برای مدت کوتاهی تحمل کند، محدوده دمایی مناسب برای عملکرد طولانی مدت کاتالیزور را منعکس می کند.

بازسازی DPF ممکن است بارهای کوتاه مدت با دمای بالا ایجاد کند

در یک سیستم تصفیه دیزل مجهز به DOC، DPF، SCR و ASC، بازسازی DPF یکی از فرآیندهای عملیاتی است که می تواند به طور قابل توجهی بر دمای سیستم تأثیر بگذارد.

در طول بازسازی فعال DPF، دمای داخل سیستم تصفیه ممکن است به میزان قابل توجهی افزایش یابد. اگرچه ASC در پایین دست SCR قرار دارد، اما همچنان ممکن است تحت تأثیر تغییرات در شرایط حرارتی کل سیستم قرار گیرد.

بنابراین، حداکثر مقاومت در برابر دما نیز یک پارامتر مهم است که باید هنگام انتخاب یک کاتالیزور ASC تأیید شود. برای پلتفرم‌های دیزلی با شرایط بازسازی مکرر، تمرکز تنها بر دمای رانندگی عادی برای انتخاب کاتالیزور مناسب کافی نیست.

تغییرات دما ممکن است بر فعالیت و گزینش کاتالیستی تأثیر بگذارد

یک کاتالیزور ASC باید NH3 باقیمانده را تصفیه کند و در عین حال گزینش واکنش مناسب را نیز حفظ کند.

اگر کاتالیزور برای دوره های طولانی خارج از محدوده دمایی مناسب کار کند، نه تنها ممکن است قابلیت تبدیل آمونیاک تغییر کند، بلکه انتخاب نیتروژن نیز باید در نظر گرفته شود.

بنابراین، ارزیابی عملکرد در دمای بالا نباید صرفاً به این صورت درک شود که "هرچه مقاومت در برابر درجه حرارت بالاتر باشد، بهتر است." درعوض، تایید اینکه آیا کاتالیزور می‌تواند وضعیت واکنش کاتالیزوری مناسب را در پنجره دمای موتور هدف حفظ کند، ضروری است.

هنگام انتخاب یک کاتالیست ASC با دمای بالا چه پارامترهای کلیدی باید در نظر گرفته شود؟

برای کاربردهای خودروهای دیزلی سنگین و موتورهای دیزلی خارج از جاده، انتخاب ASC باید عملکرد حرارتی، عملکرد کاتالیزوری و پارامترهای ساختاری را با هم در نظر بگیرد.

1. دمای عملیاتی مداوم

دمای عملیاتی پیوسته یک پارامتر مهم برای تعیین اینکه آیا یک کاتالیزور ASC می‌تواند با یک محیط عملیاتی طولانی‌مدت سازگار باشد یا خیر است.

خریداران باید تأیید کنند که آیا ASC می تواند به طور مداوم در محدوده دمایی مورد نظر مطابق با شرایط معمول عملکرد موتور، توزیع دمای اگزوز و محدوده دمای واقعی خروجی SCR کار کند.

اگر دمای عملیات طولانی مدت تجهیزات از قبل به حد طراحی ASC نزدیک باشد، مناسب بودن مواد کاتالیزور و سیستم پوشش آن برای آن شرایط عملیاتی باید بیشتر ارزیابی شود.

2. حداکثر مقاومت در برابر دما

حداکثر مقاومت در برابر دما عمدتاً برای ارزیابی توانایی کاتالیزور در مقاومت در برابر حوادث کوتاه مدت در دمای بالا استفاده می شود.

این پارامتر به ویژه برای سیستم هایی که ممکن است بازسازی DPF، عملیات مداوم با بار بالا یا سایر رویدادهای با دمای بالا را تجربه کنند، مهم است.

دمای کار مداوم و مقاومت حداکثر دما نباید به عنوان یک پارامتر در نظر گرفته شوند. اولی منعکس کننده قابلیت عملیاتی طولانی مدت است، در حالی که دومی عمدتاً توانایی مواد و ساختار کاتالیزور را برای مقاومت در برابر بارهای کوتاه مدت با دمای بالا نشان می دهد.

3. مواد کاتالیست و سیستم پوشش

کاتالیزورهای ASC ممکن است از سیستم‌های کاتالیزور فلزات گرانبها، بسترهای لانه زنبوری سرامیکی و پوشش‌های کاتالیست عملکردی مختلف استفاده کنند.

سیستم مواد بر پایداری حرارتی، عملکرد اکسیداسیون آمونیاک، گزینش پذیری نیتروژن و مقاومت گوگردی کاتالیزور تأثیر می گذارد.

بنابراین، زمانی که کاربرد شامل دمای نسبتاً بالای اگزوز می‌شود، باید توجه ویژه‌ای به اینکه آیا پوشش کاتالیزور و مواد زیرلایه برای شرایط عملیاتی واقعی مناسب هستند، معطوف شود. انتخاب نباید فقط بر اساس نام محصول ASC یا ابعاد خارجی باشد.

4. ساختار بستر لانه زنبوری

زیرلایه لانه زنبوری یک فرم ساختاری رایج است که در کاتالیزورهای ASC استفاده می شود.

چگالی سلول، ضخامت دیوار، قطر بستر و طول کاتالیزور نه تنها بر ناحیه واکنش کاتالیزوری تأثیر می گذارد، بلکه بر جریان خروجی اگزوز و فشار برگشتی سیستم نیز تأثیر می گذارد.

در شرایط جریان اگزوز بالا و شرایط دمای بالا، پارامترهای ساختاری باید با جابجایی موتور، جریان خروجی اگزوز و فضای نصب مطابقت داده شود.

بنابراین، تراکم سلولی بالاتر لزوماً به این معنی نیست که کاتالیزور برای یک پلت فرم دیزلی با دمای بالا مناسب تر است.

5. راندمان تبدیل آمونیاک و انتخاب پذیری نیتروژن

راندمان تبدیل آمونیاک برای ارزیابی توانایی کاتالیزور ASC برای تصفیه NH3 باقیمانده استفاده می شود، در حالی که از انتخاب نیتروژن برای ارزیابی انتخاب پذیری محصولات واکنش استفاده می شود.

برای کاربردهای ASC در دمای بالا، این دو شاخص باید همراه با دمای عملیاتی مورد نظر ارزیابی شوند.

اگر فقط بازده تبدیل آمونیاک در یک نقطه دمایی واحد مقایسه شود در حالی که پنجره دمای واقعی موتور و گزینش واکنش نادیده گرفته شود، نتیجه ممکن است به درستی منعکس کننده مناسب بودن ASC در شرایط کارکرد واقعی خودرو نباشد.

چرا باید پایداری در دمای بالا بر اساس پلت فرم واقعی دیزل ارزیابی شود؟

پلت فرم های مختلف موتور دیزل دارای ویژگی های دمایی اگزوز متفاوتی هستند.

وسایل نقلیه سنگین بزرگراه، ماشین‌آلات ساختمانی، تجهیزات معدن، ماشین‌آلات کشاورزی و مجموعه‌های دیزل ژنراتور ممکن است تغییرات بار، مدت زمان عملیات و استراتژی‌های بازسازی متفاوتی داشته باشند.

به عنوان مثال، تجهیزاتی که تحت بار زیاد برای دوره‌های طولانی کار می‌کنند ممکن است به توجه بیشتری به بار حرارتی مداوم نیاز داشته باشند، در حالی که سکوهایی که اغلب بازسازی فعال DPF را انجام می‌دهند نیاز به بررسی بیشتر در مورد تأثیر کوتاه‌مدت دمای بالا دارند.

بنابراین، مقاومت در برابر دمای بالا نباید مستقل از شرایط عملیاتی خاص ارزیابی شود.

برای OEMها و یکپارچه‌کننده‌های سیستم پس تصفیه، یک رویکرد مناسب‌تر این است که یک کاتالیزور ASC را با توجه به مشخصات دمای واقعی، جریان خروجی اگزوز و شرایط خروجی SCR انتخاب کنید تا صرفاً انتخاب محصولی با حداکثر مقاومت دمایی اعلام‌شده بالاتر.

در شرایط دمای بالا چه فاکتورهای تطبیق سیستم دیگری را باید در نظر گرفت؟

غیرفعال کردن کاتالیست در دمای بالا تنها موضوعی نیست که باید برای خود کاتالیست ASC در نظر گرفته شود.

در یک سیستم تصفیه کامل دیزل، DOC، DPF، SCR، ASC، سیستم دوز DEF، سنسورها و سیستم کنترل با یکدیگر تعامل دارند.

دمای خروجی SCR

از آنجایی که ASC در پایین دست سیستم SCR نصب شده است، دمای خروجی SCR مستقیماً با محیط عملیاتی واقعی ASC مرتبط است تا دمای خروجی موتور به تنهایی.

هنگام انتخاب یک کاتالیزور ASC، محدوده دمای واقعی خروجی SCR باید تا حد امکان ارائه شود، نه اینکه فقط قدرت یا جابجایی نامی موتور را ارائه کند.

استراتژی بازسازی DPF

پلتفرم‌های دیزلی مختلف ممکن است دمای بازسازی DPF، مدت زمان بازسازی و فرکانس‌های بازسازی متفاوتی داشته باشند.

این اطلاعات به تعیین بارهای کوتاه مدت با دمای بالا که ASC ممکن است تجربه کند کمک می کند و بیشتر تأیید می کند که آیا حداکثر مقاومت در برابر دما مطابق با الزامات سیستم است یا خیر.

جریان اگزوز و فشار برگشتی

دمای بالا اغلب با بار زیاد موتور و جریان نسبتاً زیاد اگزوز همراه است.

بنابراین، هنگام تعیین ابعاد کاتالیست ASC، تراکم سلولی و ضخامت دیوار، فشار برگشتی مجاز سیستم نیز باید در نظر گرفته شود.

اگر فقط بر ناحیه واکنش کاتالیزوری تاکید شود در حالی که شرایط جریان خروجی اگزوز نادیده گرفته شود، ساختار کاتالیزور ممکن است با الزامات واقعی سیستم مطابقت نداشته باشد.

نحوه انتخاب کاتالیست ASC مناسب برای کاربردهای دیزل در دمای بالا

قبل از تایید راه حل ASC، توصیه می شود که پارامترهای کلیدی زیر را به تامین کننده کاتالیزور ارائه دهید:

• نوع و جابجایی موتور؛

• سناریوی کاربردی خاص؛

• محدوده دمای کارکرد معمولی اگزوز؛

• محدوده دمای خروجی SCR؛

• حداکثر دمای ممکن اگزوز؛

• دمای بازسازی DPF و فرکانس بازسازی؛

• محدوده جریان اگزوز؛

• غلظت NH3 خروجی SCR یا حد لغزش آمونیاک هدف.

• فضای نصب موجود؛

• فشار برگشتی مجاز سیستم؛

• ابعاد بستر لانه زنبوری و تراکم سلولی مورد نیاز.

• آیا شرایط عملیاتی خاص مانند قرار گرفتن در معرض گوگرد وجود دارد یا خیر.

این اطلاعات می تواند به تامین کننده کمک کند تا پوشش کاتالیست، ساختار لانه زنبوری، ابعاد و سیستم مواد مورد نیاز برای ASC را تعیین کند.

برای پروژه‌هایی با تفاوت‌های قابل‌توجه در شرایط عملیاتی در دمای بالا، قابلیت‌های سفارشی‌سازی مانند پوشش کاتالیست سفارشی، ابعاد کاتالیست سفارشی، و تراکم سلولی سفارشی می‌تواند برای دستیابی به تطابق سطح سیستم با توجه به پلتفرم دیزلی خاص استفاده شود.

نتیجه‌گیری: انتخاب ASC در دمای بالا نباید فقط بر اساس مقاومت در برابر حداکثر دما باشد.

غیرفعال کردن کاتالیست در دمای بالا یکی از خطراتی است که باید در طراحی سیستم تصفیه دیزل در نظر گرفته شود، اما انتخاب ASC نباید صرفاً به «انتخاب کاتالیست با حداکثر مقاومت دمایی بالاتر» کاهش یابد.

آنچه واقعاً باید ارزیابی شود این است که آیا کاتالیزور ASC می تواند تعادل مناسبی را بین مواد کاتالیزور، سیستم پوشش، راندمان تبدیل آمونیاک، گزینش پذیری نیتروژن، ساختار لانه زنبوری و فشار برگشتی سیستم در پنجره دمای واقعی پلت فرم دیزلی هدف به دست آورد یا خیر.

برای خودروهای دیزلی سنگین، ماشین‌آلات ساختمانی و پلت‌فرم‌های موتور دیزلی خارج از جاده، پارامترهایی مانند دمای عملیاتی مداوم، حداکثر مقاومت در برابر دما، راندمان تبدیل آمونیاک، انتخاب‌پذیری نیتروژن، تراکم سلولی و ضخامت دیواره همگی باید بر اساس شرایط عملیاتی واقعی ارزیابی شوند.

بنابراین، قبل از انتخاب محلول کاتالیست ASC، OEMها، خریداران کاتالیزور ASC و یکپارچه‌کننده‌های سیستم پس‌درمان ابتدا باید مشخصات دمای واقعی موتور، شرایط بازسازی DPF و شرایط عملکرد خروجی SCR را تأیید کنند.