В современных условиях борьбы с загрязнением окружающей среды вопросы сокращения выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приобретают особую значимость. Одними из наиболее токсичных компонентов выхлопных газов являются оксиды азота (NOx).
Выбросы оксидов азота (NOx), представляющие собой в основном оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2), относятся ко 2-3 классу опасности: высокоопасные и умеренно опасные соединения. Они вызывают респираторные заболевания, усугубляют аллергические реакции и могут повышать риск сердечно-сосудистых заболеваний и рака. В атмосфере NOx образуют кислоты, что приводит к кислотным дождям, негативно влияющим на почвы, водные экосистемы и строительные материалы. Кроме того, под воздействием солнечного света оксиды азота способствуют образованию фотохимического смога, который вызывает респираторные проблемы и снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Таким образом, применение технологий, позволяющих снизить выбросы NOx, важны для защиты здоровья населения и экосистем.
Наша компания предлагает два основных технологических решения для сокращения содержания оксидов азота и других токсичных компонентов в выхлопах: классический каталитический нейтрализатор и нейтрализатор, основанный на селективном каталитическом восстановлении (СКВ), а также комбинированное решение – совместное использование двух данных технологий в одной системе очистки.
Классический каталитический нейтрализатор OP-28129-ЭЭТ
Классический вариант снижение токсичности выхлопных газов представляет собой блочный катализатор с нанесенном каталитическим покрытием, на котором протекают процессы окисления загрязняющих компонентов таких как монооксида углерода (СO), углеводородов (СH) и (PM) до диоксида углерода (СO2). А оксиды азота (NOx), взаимодействуя с углеводородными и углеродосодержащими компонентами восстанавливаются до азота (N2) – основного компонента атмосферы воздуха:
C + 2NO = CO2 + N2
2CO + 2NO = 2CO2 + N2
CH4 + 4NO = 2N2 + CO2 + 2H2O
2H2 + 4NO = 2N2 + CO2 + 2H2O
2C + 2NO2 = 2CO2 + N2
2CO + 2NO2 = 2CO2 + N2
CH4 + 2NO2 = N2 + CO2 + 2H2O 2H2 + NO2 = N2 + CO2 + 2H2O
На эффективность неселективного каталитического восстановления NOx сильное влияние оказывает содержание кислорода в выхлопных газах: чем меньше кислорода, тем больше свободных активных центров на поверхности катализатора для адсорбции NOx с последующим превращением в молекулярный азот (N2).
На практике, чтобы добиться высокой степени очистки по оксидам азота необходимо содержание кислорода в газовой смеси близкой к нулю:
| Зависимость очистки от NOx от содержания O2 | |
|---|---|
| Концентрация O2, % | Степень очистки от NOx, % |
| От 0 до 5 | 50 - 95 |
| От 5 до 12 | 20 - 60 |
| Более 12 | 15 - 40 |
Процессы окисления (очистка от СO, CH и PM) напротив протекают с заметной скоростью и высокой эффективностью без соблюдения особо строгих условий.
Селективное каталитическое восстановление SCR-EET
Селективное каталитическое восстановление (SCR) – способ снижения токсичности выхлопных газов, нацеленный на избирательное удаление оксидов азота (NOx) с высокой эффективностью и стабильностью результата.
Для реализации данной технологии требуется дополнительный ввод реагента – мочевины, которая под действием высокой температуры разлагается на аммиак (NH3) и углекислый газ (CO2) Селективная нейтрализация, основана на следующих реакциях:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
Раствор с мочевиной (AdBlue) впрыскивается через форсунки в горячий поток газов, где гидролизуется до аммиака (NH3). Далее аммиак (NH3) нейтрализует оксиды азота (NOx) на активных центрах восстановительного катализатора.
Система очистки SCR имеет более сложное устройство из-за необходимости ввода дополнительного реагента. Избыточное содержание мочевины и образующиеся в процессе нейтрализации её производные также являются нежелательными компонентами в системе очистки:
- Мочевина может выпадать в осадок, образуя кристаллы, которые вызывают коррозию внутренних поверхностей и засоряют форсунку, катализатор, а также трубопроводы.
- Производные мочевины образовывают более твердые отложения, которые практически не распадаются под действием высоких температур выхлопных газов. Тем самым, создаётся высокое противодавление, что в конечном счёте снижает КПД двигателя или полностью нарушает его работу.
- Большой избыток мочевины приводит к проскоку аммиака (NH3) в очищенный газовый поток.
Во избежание данных осложнений необходимо строго соблюдать правила эксплуатации системы SCR.
Выбор между классическим каталитическим нейтрализатором OP-28129-ЭЭТ и системой SCR-EET должен основываться на специфике применения и требуемых стандартах выбросов. Каждый из методов имеет свои сильные и слабые стороны, которые стоит учитывать при планировании систем очистки выхлопных газов:
| Классический каталитический нейтрализатор | Селективное каталитическое восстановление | ||
| Достоинства | Недостатки | Достоинства | Недостатки |
|
Не требуется ввод дополнительного реагента (AdBlue) => Низкие эксплуатационные затраты |
Высокая очистка по оксидам азота (NOx) возможна только при содержании кислорода близком к нулю | Высокая эффективность нейтрализации оксидов азота (NOx) | Необходима постоянная подача раствора мочевины (AdBlue) в систему |
| Простота технологического оформления устройства | Сложность прогнозирования степени очистки по NOx | Гарантировано стабильный результат | Сложность конструкции, необходимость в наличии системы управления => Более высокие капитальные затраты |
| Широкий перечень удаляемых токсичных компонентов | - | - | Очистка только от оксидов азота (NOx) |
| - | - | - | Мочевина может кристаллизоваться, что вызывает коррозию и увеличивает противодавление |
| - | - | - | Неправильная эксплуатация системы SCR может привести к выбросам аммиака в атмосферу |
При выборе способа очистки мы рекомендуем обращать внимание на часы работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Резервные ДВС оптимально оснастить классическим каталитическим нейтрализатором, потому что они, как правило, работают в условиях переменной нагрузки и не требуют столь строгого контроля выбросов, как основные двигатели. Кроме того, в результате продолжительных периодов простоя двигателя происходит уплотнение отложений мочевины. Классический каталитический нейтрализатор обеспечит необходимую эффективность очистки при меньших затратах на обслуживание и установку.
А двигатели, работающие на постоянной основе, требуют более жесткого контроля выбросов, что делает систему селективного каталитического восстановление (SCR) более предпочтительной. Данная технология позволяет значительно снизить уровень оксидов азота (NOx) и более эффективно справляется с требованиями современных экологических стандартов.
Также мы предлагаем комбинированный вариант, включающий как каталитический нейтрализатор, так и систему селективного каталитического восстановления SCR. Такой подход может обеспечить максимальную эффективность очистки выхлопных газов, сочетая преимущества обоих методов. Это решение позволит достичь оптимального баланса между экономической целесообразностью и соблюдением строгих экологических норм.
