PARTNERZY PORTALU
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl

SCR – czyli po co nam ten mocznik?

Autor: Grzegorz Szularz

Dodano: 13-04-2016 07:58

Tagi:

Odkąd dostrzeżono zagrożenia, jakie niesie ze sobą wzmożona emisja tlenków azotu do atmosfery, stosowane dotychczas jedynie w laboratoriach metody otrzymywania rożnych substancji, przeniesiono na grunt przemysłu, w tym także silników spalinowych. Poznajmy zatem budowę i cel istnienia układów SCR.



Ostatnio zajęliśmy się filtrami cząstek stałych (DPF) oraz reaktorami utleniającymi (DOC). Pora przejść do układu, który przebojem zdobył lwią część segmentu pojazdów ciężarowych i ma coraz większy udział także w maszynach roboczych w tym rolniczych. Mowa o układzie SCR.

Zacznijmy jednak od początku, czyli od źródła problemu, jakim są tlenki azotu, oznaczane skrótem NOx, który odnosi się do mieszaniny różnych tlenków azotu o nieznanych proporcjach. W skład owych tlenków może wchodzić aż sześć różnych związków: podtlenek azotu N2O, tlenek azotu NO, dwutlenek azotu NO2, trójtlenek azotu N2O3, czterotlenek azotu N2O4 oraz pięciotlenek azotu N2O5.

O ile podtlenek azotu, czyli gaz rozweselający, nie jest aż tak groźny podobnie jak tlenek azotu, to dwutlenek już tak. Jest on głównym winowajcom wszelkich negatywnych skutków obecności tej mieszaniny w spalinach. Co gorsza, zarówno tlenek azotu, jak i wszystkie tlenki powyżej dwutlenku bardzo szybko rozpadają się do stabilnego dwutlenku.

Dwutlenek azotu bardzo chętnie reaguje z wodą, zarówno w postaci lotnej jak i ciekłej, tak więc już wewnątrz układu wylotowego może tworzyć kwasy azotowe, przyśpieszające korozję niektórych jego elementów. Sam w sobie jest składnikiem odpowiedzialnym za ciemnobrązową barwę smogu, zakwaszanie środowiska (wód gruntowych oraz chmur a więc i deszczu). Na organizmy żywe działa drażniąco i powoduje schorzenia układu oddechowego.

Obecność dwutlenku azotu w atmosferze można najłatwiej zaobserwować podczas zachodu słońca, bowiem tak poetycko opisywane karmazynowe zachody słońca, są właśnie pokłosiem dużego nagromadzenia NO2.

W silniku tlenki azotu powstają wtedy, kiedy w cylindrze jest wysoka temperatura, wyższa od tej, z którą mamy do czynienia na co dzień, czyli kiedy silnik pracuje z maksymalnymi obrotami.

Czym jest SCR?

Nazwa SCR (selective catalytic reduction), czyli selektywna redukcja katalityczna zdradza nam po części na czym ta technologia polega. Selektywna, czyli wymierzona w konkretny składnik spalin – tlenki azotu. Redukcja, czyli zamiana tlenków na czysty azot (pozbawianie części tlenowej) i katalityczna, czyli zachodząca w obecności jakiegoś katalizatora przyspieszającego proces. Brzmi znajomo? Oczywiście, że tak. Z tym, że zamiast utleniać, będziemy mieli do czynienia z redukcją.

 Owa redukcja będzie możliwa dzięki amoniakowi, który stanowi składnik mocznika, czyli sławnego „niebieskiego płynu” (który de facto jest bezbarwny) znanego jako AdBlue lub NOXy. 

Budowa układu SCR

SCR może być zaaranżowany na kilka sposobów. Nie mniej bez względu na typ, zawsze znajdziemy zbiornik na wodny roztwór mocznika (NOXy, AdBlue), pompę płynu, wtryskiwacz oraz komputer sterujący i kilka czujników (tlenków azotu i ewentualnie amoniaku). Wspomniana różnica w aranżacji tkwi w sposobie użycia samego układu SCR.

Jeżeli w maszynie nie będzie on musiał współpracować z zaworem EGR czy filtrem DPF, wtryskiwacz może być zainstalowany w kolektorze wylotowym. To daje najlepszą efektywność odparowywania mocznika, który zamienia się w parę wodną i amoniak. Zaś, jeśli układ oczyszczana spalin składa się także z EGRu lub DPFu, wtryskiwacz mocznika będzie zlokalizowany tuż przed obudową katalizatora SCR.

Tu dochodzimy do chyba najważniejszego składnika każdego elementu dbającego o czystość spalin, czyli katalizatora naniesionego na ceramiczny szkielet. Żaden z procesów, jakie zachodzą, czy to w filtrze DPF czy DOC, ACO ani nawet w zwykłym trzy-funkcyjnym reaktorze katalitycznym, nie byłyby tak wydajne, gdyby nie katalizatory (często w ogóle nie byłyby możliwe).

W przypadku SCR, najpowszechniej stosowanymi katalizatorami są: tlenek wanadu V oraz tlenek tytanu IV. To dobra wiadomość, bowiem w odróżnieniu od związków platyny czy rodu stosowanych w innych systemach, tytan i wanad są stosunkowo tanie. Warto też nadmienić, aby zachować szczególną ostrożność przy "modyfikowaniu" zawartości obudowy filtra SCR, bowiem tlenek wanadu jest bardzo silną (mutagenną) trucizną.

No to redukcja

Teraz gdy już znamy wroga i budowę układu SCR, możemy przejść do zasady działania, która znów jest bardzo prosta (w teorii). Dodany do układu wylotowego mocznik, pod wpływem wysokiego ciśnienia wtrysku i temperatury spalin rozpada się na amoniak oraz parę wodną. Amoniak jest tym substratem, który spowoduje, że tlenki azotu zaczną się redukować do czystego azotu i pary wodnej, oczywiście przy udziale katalizatora oraz temperatury.

Oczywiście jak to zwykle bywa, nic nie jest idealne. Tak też jest w przypadku redukcji amoniakiem, gdzie woda, a konkretniej mówiąc para wodna, jest inhibitorem czyli związkiem spowalniającym proces. Wodę dostarczamy razem z mocznikiem oraz z powietrzem zasysanym do cylindra. Toteż podczas projektowania układu SCR należy wziąć poprawkę na obecność pary wodnej, którą algorytm musi uwzględniać podczas pracy. Właśnie dlatego silniki z układem SCR w bardzo wilgotnych regionach mogą nie spełniać normy i dlatego też do SCRu często dodaje się katalizator DOC.

Problem może stanowić także nadmierna ilość podtlenku azotu, który z amoniakiem tworzy niechciany dwutlenek azotu. Z tego powodu, układy SCR posiadają liczne czujniki dbające o to aby do układu podawana była odpowiednia dawka mocznika.

Zdecydowanie najmniej korzystnym procesem, który może wystąpić gdy temperatura spalin spadnie poniżej 200 stopni C, jest synteza amoniaku, dwutlenku azotu i pary wodnej w azotyn amonu, azotan amonu czyli saletrę amonową. Oczywiście przy sprawnym układzie do takiej sytuacji nigdy nie dojdzie. Jednakże warto wiedzieć, że dbanie o układ SCR jest niezwykle ważne. Saletra amonowa jest nie tylko rodzajem nawozu ale także materiałem o właściwościach wybuchowych. Powstaje w temperaturze poniżej 200 stopni C natomiast w 210 spala się wybuchowo. Póki co jeszcze nigdy nie odnotowano przypadku awarii groźnego w skutkach.

Realne problemy zależne od użytkownika

Telefon do pogotowia saperskiego warto znać, jednak w przypadku SCRu raczej się on nam nie przyda. Warto skupić się na znacznie realniejszym zagrożeniu dla układu jakim jest siarka. Choć SCR radzi sobie całkiem nieźle zarówno z tlenkami siarki (SO2 i SO3), to problem stanowią towarzyszące temu reakcje. SO3 chętnie bowiem reaguje z amoniakiem tworząc siarczan amonu i wodorosiarczan amonu.

Oba związki są niegroźne z punktu widzenia zdrowia czy życia (w końcu to składniki nawozów) jednak groźne jest miejsce, w którym się tworzą, czyli wnętrze układu wylotowego, gdzie z racji bardzo wysokich temperatur topnienia tworzą stały osad zapychając go. Jeżeli za obudową SCR znajduje się tylko AOC lub nie ma nic, to problemu w zasadzie nie ma bowiem cząstki te zostaną wydmuchane na zewnątrz.

Gorzej jeżeli producent postanowił wstawić filtr DPF za SCRem. Oczywiście, taki stan rzeczy będzie negatywnie wpływał także na czujniki umieszczone za filtrem, dając nijako odpowiedź na pytanie - dlaczego „padają”?

Drugą realną wadą jest tak zwany poślizg amoniakowy, czyli sytuacja w której amoniak nie zostanie w pełni wykorzystany i zacznie wydostawać się do atmosfery. Grozi to nie tylko nieprzyjemnym zapachem, lecz takżeprzede wszystkim zakwaszaniem atmosfery i wód gruntowych.

W tym miejscu producent powinien (a od 2020 roku będzie musiał) zadbać o to aby nie dopuszczać do takiej sytuacji. Albo poprzez stosowanie reaktorów oksydacyjnych AOC, albo poprzez bardziej skompilowane algorytmy, bazujące na danych z większej ilości czujników.

Podobał się artykuł? Podziel się!
×

WSZYSTKIE KOMENTARZE (2)

  • maciej 2016-04-13 14:50:52
    Ciągniki coraz droższe (nie tańsze) bo i siliniki coraz droższe.
  • ajato 2016-04-13 09:30:37
    patent dobry ale tylko dla rolnikow z bogatych krajow, a nie z cebulandii
ZOBACZ WSZYSTKIE KOMENTARZE

PISZESZ DO NAS Z ADRESU IP: 54.92.164.184
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin serwisu

Drodzy Użytkownicy!

W związku z odwiedzaniem naszych serwisów internetowych przetwarzamy Twój adres IP, pliki cookies i podobne dane nt. aktywności lub urządzeń użytkownika. Jeżeli dane te pozwalają zidentyfikować Twoją tożsamość, wówczas będą traktowane jako dane osobowe zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady 2016/679 (RODO).

Administratora tych danych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod tym linkiem.

Jeżeli korzystasz także z innych usług dostępnych za pośrednictwem naszych serwisów, przetwarzamy też Twoje dane osobowe podane przy zakładaniu konta, rejestracji na eventy, zamawianiu prenumeraty, newslettera, alertów oraz usług online (w tym Strefy Premium, raportów, rankingów lub licencji na przedruki).

Administratorów tych danych osobowych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz również w Polityce Prywatności pod tym linkiem. Dane zbierane na potrzeby różnych usług mogą być przetwarzane w różnych celach, na różnych podstawach oraz przez różnych administratorów danych.

Pamiętaj, że w związku z przetwarzaniem danych osobowych przysługuje Ci szereg gwarancji i praw, a przede wszystkim prawo do sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych. Prawa te będą przez nas bezwzględnie przestrzegane. Jeżeli więc nie zgadzasz się z naszą oceną niezbędności przetwarzania Twoich danych lub masz inne zastrzeżenia w tym zakresie, koniecznie zgłoś sprzeciw lub prześlij nam swoje zastrzeżenia pod adres odo@ptwp.pl.

Zarząd PTWP-ONLINE Sp. z o.o.

Zgłoś swoje propozycje zmian!


Dziękujemy za współpracę!