Selektiv katalitik reduksiya - Selective catalytic reduction

Selektiv katalitik reduksiya (SCR) konvertatsiya qilish vositasidir azot oksidlari, shuningdek, deb nomlanadi YOQ
_x yordamida a katalizator ichiga diatomik azot (N
₂) va suv (H
₂O). A reduktant, odatda suvsiz ammiak, suvli ammiak yoki karbamid eritmasi, oqimiga qo'shiladi baca yoki chiqindi gaz va so'riladi^{[iqtibos kerak ]} ustiga a katalizator. Reaksiya yakunlanishga intilayotganda, karbonat angidrid, CO
₂ ishlab chiqariladi.

Ning selektiv katalitik kamayishi YOQ
_x ammiakni kamaytirish agenti sifatida ishlatish AQSh tomonidan patentlangan Engelhard korporatsiyasi 1957 yilda. SCR texnologiyasining rivojlanishi 60-yillarning boshlarida Yaponiyada va AQShda arzonroq va bardoshli katalizator agentliklariga bag'ishlangan tadqiqotlar bilan davom etdi. Birinchi yirik SCR o'rnatildi IHI korporatsiyasi 1978 yilda.^[1]

Savdo selektiv katalitik kamaytirish tizimlari odatda katta hajmda uchraydi kommunal qozonxonalar, sanoat qozonlari va qattiq maishiy chiqindilar uchun qozonxonalar va kamaytirilishi ko'rsatilgan YOQ
_x 70-95% gacha.^[1] So'nggi dasturlarga quyidagilar kiradi dizel dvigatellari masalan, katta kemalarda bo'lganlar, teplovozlar, gaz turbinalari va hatto avtomobillar.

SCR tizimlari endi Tier 4 Final va uchun eng maqbul usuldir Evro 6 og'ir yuk mashinalari, shuningdek engil va tijorat transport vositalari uchun dizel chiqindilari standartlari. Ko'pgina hollarda, 1990-yillar boshidagi transport vositalari bilan taqqoslaganda NOx va PM (Particulate Matter) chiqindilari 90% ga kamaygan.^{[iqtibos kerak ]}

Kimyo

The YOQ
_x qaytarilish reaktsiyasi gazlar katalizator kamerasidan o'tayotganda sodir bo'ladi. Katalizator kamerasiga kirmasdan oldin ammiak yoki boshqa reduktant (masalan karbamid ), AOK qilinadi va gazlar bilan aralashtiriladi. A uchun kimyoviy tenglama stexiometrik tanlab katalitik qaytarilish jarayoni uchun suvsiz yoki suvli ammiak yordamida reaksiya:

${ displaystyle 2 { text {NO}} + 2 { text {NH}} _ {3} + { frac {1} {2}} { text {O}} _ {2} , rightarrow , 2 { text {N}} _ {2} +3 { text {H}} _ {2} { text {O}}}$

${ displaystyle { text {NO}} _ {2} +2 { text {NH}} _ {3} + { frac {1} {2}} { text {O}} _ {2} , rightarrow , { frac {3} {2}} { text {N}} _ {2} +3 { text {H}} _ {2} { text {O}}}$

${ displaystyle { text {NO}} + { text {NO}} _ {2} +2 { text {NH}} _ {3} , rightarrow , 2 { text {N}} _ {2} +3 { text {H}} _ {2} { text {O}}}$

Bir nechta ikkinchi darajali reaktsiyalar bilan:

${ displaystyle { text {SO}} _ {2} + { frac {1} {2}} { text {O}} _ {2} , rightarrow , { text {SO}} _ {3}}$

${ displaystyle 2 { text {NH}} _ {3} + { text {SO}} _ {3} + { text {H}} _ {2} { text {O}} , rightarrow , chap ({ text {NH}} _ {4} right) _ {2} { text {SO}} _ {4}}$

${ displaystyle { text {NH}} _ {3} + { text {SO}} _ {3} + { text {H}} _ {2} { text {O}} , rightarrow , { text {NH}} _ {4} { text {HSO}} _ {4}}$

Suvsiz yoki suvli ammiak o'rniga karbamid uchun reaktsiya:

${ displaystyle 2 { text {NO}} + { text {CO}} chap ({ text {NH}} _ {2} right) _ {2} + { frac {1} {2} } { text {O}} _ {2} , rightarrow , 2 { text {N}} _ {2} +2 { text {H}} _ {2} { text {O}} + { matn {CO}} _ {2}}$

Ideal reaktsiya 630 dan 720 gacha bo'lgan optimal harorat oralig'iga egaK, lekin 500 dan 720 K gacha uzoqroq ishlashi mumkin yashash vaqtlari. Minimal samarali harorat har xil yoqilg'i, gaz tarkibiy qismlari va katalizator geometriyasiga bog'liq. Boshqa mumkin bo'lgan reduktantlar kiradi siyanurik kislota va ammoniy sulfat.^[2]

Katalizatorlar

SCR katalizatorlari turli xillardan tayyorlanadi seramika kabi tashuvchi sifatida ishlatiladigan materiallar titan oksidi va faol katalitik tarkibiy qismlar odatda asosiy metallarning oksidlari (masalan vanadiy, molibden va volfram ), seolitlar yoki turli xil qimmatbaho metallar. Asoslangan boshqa katalizator faol uglerod past haroratlarda NOxni olib tashlash uchun qo'llaniladigan shuningdek ishlab chiqilgan.^[3] Har bir katalizator komponentining afzalliklari va kamchiliklari mavjud.

Asosiy metall vanadiy va volfram kabi katalizatorlar yuqori issiqlik chidamliligiga ega emas, ammo arzonroq va ko'pincha sanoat va kommunal qozonxonalarda qo'llaniladigan harorat oralig'ida juda yaxshi ishlaydi. Issiqlik chidamliligi, ayniqsa, a-dan foydalanishni o'z ichiga olgan avtomobil SCR dasturlari uchun juda muhimdir dizel zarrachalari filtri majburiy yangilanish bilan. Ular oksidlanish uchun yuqori katalizatorlik potentsialiga ham ega SO
₂ ichiga SO
₃, kislotali xususiyatlari tufayli juda zararli bo'lishi mumkin.^[4]

Seolit ​​katalizatorlari asosiy metal katalizatorlariga qaraganda ancha yuqori haroratda ishlash imkoniyatiga ega; ular 900 K va haroratda uzoq vaqt ishlashga bardosh bera oladilar vaqtinchalik 1120 K.gacha bo'lgan sharoitlarda seolitlar ham potentsial zarar etkazish potentsialiga ega SO
₂ oksidlanish.^[4]

Temir va mis bilan almashinadigan zeolit ​​karbamid SCRlari, agar vanadiy-karbamid SCRlariga teng ravishda teng darajada ishlab chiqilgan bo'lsa, YOQ
₂ umumiy miqdorning 20% ​​dan 50% gacha YOQ
_x.^[5]Bugungi kunda ishlatiladigan katalizatorlarning eng keng tarqalgan ikkita geometriyasi chuqurchalar katalizatorlar va plastinka katalizatorlari. Asal qolipining shakli odatda ekstrudirovka qilingan seramika qo'llaniladi bir hil tashuvchi bo'ylab yoki substrat bilan qoplangan. Katalizatorlarning har xil turlari singari ularning konfiguratsiyasi ham afzalliklari va kamchiliklariga ega. Plitalar tipidagi katalizatorlar pastroq bosim pasayadi tiqilib qolishi va ifloslanishiga chuqurchalar turlariga qaraganda kamroq ta'sir ko'rsatadi, ammo juda katta va qimmatroq. Asal qoliplarining konfiguratsiyasi plastinka turlaridan kichikroq, ammo bosim pasayishi yuqori va vilkasi juda oson. Uchinchi turi gofrirovka qilingan bo'lib, u elektr stantsiyalari dasturlari bozorining atigi 10 foizini tashkil etadi.^[1]

Redüktantlar

Hozirgi vaqtda SCR dasturlarida bir nechta reduktantlar qo'llaniladi, shu jumladan suvsiz ammiak, suvli ammiak yoki karbamid. Ushbu uchta reduktantlarning barchasi juda ko'p miqdorda mavjud.

Suvsiz ammiak suyuqlik sifatida po'lat idishlarda taxminan 10 barda saqlanishi mumkin. U nafas olish xavfi deb tasniflanadi, ammo yaxshi ishlab chiqilgan kodlar va standartlarga rioya qilingan taqdirda uni xavfsiz saqlash va boshqarish mumkin. Uning afzalligi shundaki, u SCR ichida ishlash uchun qo'shimcha konversiyani talab qilmaydi va odatda yirik sanoat SCR operatorlari tomonidan ma'qullanadi. Suvli ammiakni ishlatish uchun uni bug'lash kerak, ammo uni saqlash va tashish suvsiz ammiakdan ancha xavfsizdir. Karbamidni saqlash uchun eng xavfsiz hisoblanadi, ammo termik parchalanish orqali ammiakka o'tishni talab qiladi^[6] samarali reduktant sifatida foydalanish uchun.^[1]

Cheklovlar

SCR tizimlari normal ishlash yoki g'ayritabiiy hodisalar natijasida ifloslanish va tiqinlarga sezgir. Tozalanmagan gaz tarkibidagi ma'lum miqdordagi ifloslantiruvchi moddalar tufayli ko'plab SCRlarga cheklangan muddat beriladi. Bozorda katalizatorlarning katta qismi g'ovakli qurilishdir. Loy ekish uchun idish SCR katalizatori nimani his qilishining yaxshi namunasidir. Ushbu g'ovaklilik katalizatorga NOxni kamaytirish uchun zarur bo'lgan yuqori sirt maydonini beradi. Biroq, teshiklar ingichka zarrachalar, ammoniy sulfat, ammoniy bisulfat (ABS) va kremniy birikmalari. Ushbu ifloslantiruvchi moddalarning aksariyati birlik ultratovush shoxlari yoki chiziqda bo'lganda olib tashlanishi mumkin kuydirgichlar. Jihozni burilish paytida yoki chiqindi haroratini ko'tarish orqali ham tozalash mumkin. Katalizatorni susaytiradigan va uni NOx kamaytirganda samarasiz holga keltiradigan, ehtimol ammiakning oksidlanishiga olib keladigan zaharlarni SCR ishlashidan ko'proq tashvishga solamiz. kattalashtirish; ko'paytirish NOx chiqindilari. Bu zaharlar galogenlar, ishqoriy metallar, ishqoriy yer metallari, mishyak, fosfor, antima, xrom, qo'rg'oshin, simob va misdir.

Ko'pgina SCR-lar to'g'ri ishlashi uchun sozlashni talab qiladi. Tuningning bir qismi ammiakning gaz oqimidagi to'g'ri taqsimlanishini va katalizator orqali bir xil gaz tezligini ta'minlashni o'z ichiga oladi. Sozlamasdan, SCRlar katalizator sirtidan samarali foydalanmaslik sababli samarasiz NOx pasayishini va ortiqcha ammiak sirpanishini ko'rsatishi mumkin. Tuningning yana bir yo'nalishi barcha jarayon sharoitlari uchun to'g'ri ammiak oqimini aniqlashni o'z ichiga oladi. Ammiak oqimi umuman gaz oqimidan olingan NOx o'lchovlari yoki dvigatel ishlab chiqaruvchisining oldindan ishlaydigan egri chiziqlari asosida boshqariladi (gaz turbinalari va o'zaro harakatlanadigan dvigatellarda). Odatda SCR tizimini to'g'ri loyihalash va sozlash uchun kelajakdagi barcha ish sharoitlari oldindan ma'lum bo'lishi kerak.

Ammiak siljishi ammiakning SCR orqali reaksiyaga kirishmasdan o'tishi uchun sanoat atamasidir. Bu AOK qilingan ammiak miqdori haddan tashqari ko'p bo'lganida, ammiak reaksiyaga kirishishi uchun harorat juda past bo'lganida yoki katalizator buzilganida sodir bo'ladi.

Harorat SCR ning eng katta cheklovidir. Dvigatellarning barchasi ishga tushirish vaqtida, ayniqsa, sovuq iqlim sharoitida NOx kamayishi uchun egzoz harorati juda sovuq bo'lgan davrga ega.

Elektr stantsiyalari

Yilda elektr stantsiyalari, olib tashlash uchun xuddi shu asosiy texnologiya qo'llaniladi YOQ
_x chiqindi gazidan qozonxonalar ichida ishlatilgan elektr energiyasini ishlab chiqarish va sanoat. Umuman olganda, SCR birligi o'choq iqtisodchi va havo isitgichi va ammiak ammiak quyish panjarasi orqali katalizator kamerasiga AOK qilinadi. Boshqa SCR dasturlarida bo'lgani kabi, ish harorati juda muhimdir. Ammiak sirpanishi, shuningdek, elektr stantsiyalarida ishlatiladigan SCR texnologiyasi bilan bog'liq muammo hisoblanadi.

SCR dan foydalanishda ko'rib chiqilishi kerak bo'lgan boshqa masalalar YOQ
_x elektr stantsiyalarida boshqarish shakllanishi ammoniy sulfat va yonilg'ining tarkibida oltingugurt bo'lganligi sababli ammoniy bisulfat, shuningdek katalizator sabab bo'lgan SO
₃ dan SO
₂ va O
₂ baca gazida.

Keyinchalik operatsion qiyinchilik ko'mir - olovli qozonxonalar katalizatorni bog'lashidir uchib ketadigan kul yoqilg'idan yonish. Buning uchun puflagichlardan foydalanish kerak, sonik shoxlar va uchuvchi kulga ulanmaslik uchun kanal va katalizator materiallarini ehtiyotkorlik bilan ishlab chiqish. SCR katalizatorlari odatdagi ishlash muddatini o'tin gazining tarkibiga qarab ko'mir yoqadigan elektr stantsiyalarida taxminan 16000-40.000 soat va toza gaz bilan ishlaydigan elektr stantsiyalarida 80000 soatgacha tashkil etadi.

O'rnatish orqali zaharlarni, oltingugurt birikmalarini va kulni tozalash mumkin skrubberlar katalizatorning ishlash muddatini ko'paytirish uchun SCR tizimidan oldin o'rnatilishi mumkin, ammo aksariyat o'simliklarning skrubberlari tizimdan keyin o'rnatiladi.

SCR va EPA 2010 yil

Xino yuk mashinasi va uning standartlashtirilgan SCR birligi, bu SCRni dizel zarrachalari bilan faol kamaytirish (DPR) bilan birlashtiradi. DPR - bu dizel zarrachalarini filtrlash Qayta tiklash jarayoniga ega tizim, kuyikni yoqish uchun chiqindi haroratini nazorat qilish uchun kech yoqilg'i quyish vositasidan foydalanadi.^[7][8]

2010 yil 1-yanvarda yoki undan keyin ishlab chiqarilgan dizel dvigatellari AQSh bozori uchun tushirilgan NOx standartlariga javob berishi kerak.

Bundan tashqari barcha og'ir dvigatellarni ishlab chiqaruvchi (7-8 sinf yuk mashinalari) ishlab chiqaruvchilari Navistar International va Tırtıl ushbu sanadan keyin dvigatellarni ishlab chiqarishni davom ettirish SCR dan foydalanishni tanladi. Bunga quyidagilar kiradi Detroyt Diesel (DD13, DD15 va DD16 modellari), Cummins (ISX, ISL9 va ISB6.7), Paccar va Volvo /Mack. Ushbu dvigatellar vaqti-vaqti bilan qo'shib turishni talab qiladi dizel chiqindi suyuqligi Jarayonni faollashtirish uchun (DEF, karbamid eritmasi). DEF ko'plab yuk mashinalari to'xtash joylaridan butilkalar va idishlarda mavjud bo'lib, so'nggi paytlarda dizel yoqilg'isi nasoslari yonida ommaviy DEF dispenserlari ishlab chiqarilgan. Caterpillar va Navistar dastlab yaxshilangan usuldan foydalanishni tanladilar chiqindi gazining qayta aylanishi (EEGR) ga rioya qilish Atrof muhitni muhofaza qilish agentligi (EPA) standartlari, ammo 2012 yil iyul oyida Navistar o'z dvigatellari uchun SCR texnologiyasini tatbiq etishini e'lon qildi, to'xtatilishi kerak bo'lgan MaxxForce 15 bundan mustasno. Ushbu talablar amalga oshirilishidan oldin Caterpillar oxir-oqibat magistral dvigatellar bozoridan chiqib ketdi.^[9]

BMW,^[10][11] Daimler AG va Volkswagen dizel yonilg'i bilan ishlaydigan ba'zi bir avtomobillarda SCR texnologiyasidan foydalangan.

Shuningdek qarang

• Kislotali yomg'ir
• Katalitik konvertor, bu ham NO ni kataliz qiladi_x konversiyalash, ammo karbamid yoki ammiakdan foydalanmaydi
• Dizel chiqindi suyuqligi (DEF) yoki AdBlue
• Egzoz gazining aylanishi va selektiv katalitik pasayishiga qarshi
• Atrof-muhit muhandisligi
• Selektiv katalitik bo'lmagan reduksiya (SNCR)
• NOx adsorberi (LNT)
• Avtomobillar chiqindilarini nazorat qilish

Adabiyotlar

Tashqi havolalar

• SCR emissiya tizimi - sizga qanday sensor kerak?
• SCR o'rnatishda katalizatorni sinovdan o'tkazish
• Qattiq ammiak tizimi (ASDS (Ammiakni saqlash va etkazib berish tizimi)) qanday ishlaydi
• Cormetech SCR - bu qanday ishlaydi?
• SCR bloklanishining sabablari va oldini olish
• Blueship FP7 loyihasi: nanokeramika SCR