ตัวเร่งปฏิกิริยา SCR ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

ตัวเร่งปฏิกิริยา SCR ยังเป็นไปตามโครงสร้างส่วนประกอบของสารพาหะ - สารเคลือบ - แอคทีฟ อย่างไรก็ตามส่วนประกอบที่ทำงานอยู่นั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากส่วนประกอบใน TWC และ DOC

1. ผู้ให้บริการ
วัสดุ: เนื่องจากโดยทั่วไประบบ SCR ของรถยนต์ดีเซลจะอยู่ที่ปลายน้ำของ DOC และ DPF จึงต้องเผชิญกับอุณหภูมิไอเสียที่สูง และต้องทนต่อความเสี่ยงของการตกผลึกยูเรียด้วย ดังนั้น:
เซรามิกรังผึ้ง Cordierite: ใช้กันทั่วไปและคุ้มค่า
ตัวพาโลหะ: ยังใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบที่กะทัดรัดหรือการใช้งานที่ต้องการการปิดแสงอย่างรวดเร็ว
ตัวพาแบบเพลท: ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่บางรุ่น (เช่น การใช้งานทางทะเลหรือโรงไฟฟ้า) ให้ความสามารถในการป้องกันการอุดตันที่เหนือกว่า

2. การเคลือบผิว
วัสดุ: สารเคลือบคือแกนกลางทางเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยา SCR มันไม่ใช่อลูมินาธรรมดาอีกต่อไป แต่เป็นโลหะออกไซด์ที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาและความสามารถในการดูดซับ
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂): วัสดุหลักสำหรับการเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยา SCR ส่วนใหญ่ โดยปกติจะอยู่ในรูปแบบคริสตัลแอนาเทส ซึ่งมีคุณสมบัติพื้นผิวและความเสถียรที่เหมาะสมที่สุด รองรับส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ทังสเตนออกไซด์ (WO₃) หรือโมลิบดีนัมออกไซด์ (MoO₃): เพิ่มลงใน TiO₂ เป็นโปรโมเตอร์และความคงตัว หน้าที่หลักของพวกเขาคือ:
เพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของตัวเร่งปฏิกิริยา ป้องกันไม่ให้ TiO₂ เปลี่ยนจากเฟสแอนาเทสที่ทำงานอยู่ไปเป็นเฟสรูไทล์ที่ไม่ใช้งาน
เพิ่มความเป็นกรดของพื้นผิว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดูดซับและปฏิกิริยาของNH₃

ปรับปรุงความต้านทานต่อพิษSO₂
3. ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่
สิ่งเหล่านี้จะกำหนดประเภทและประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา SCR ประเภทหลัก ได้แก่ :
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้วานาเดียม: การใช้ V₂O₅ เป็นส่วนประกอบที่ทำงานอยู่
ลักษณะเฉพาะ: เทคโนโลยีที่สมบูรณ์ ต้นทุนต่ำ มีกิจกรรมสูงในช่วงอุณหภูมิปานกลางถึงสูง (300–400°C)
ข้อเสีย: วาเนเดียมมีความเป็นพิษทางชีวภาพบางอย่าง ที่อุณหภูมิสูง (>450°C) V₂O₅ อาจระเหย ลดกิจกรรม และอาจก่อให้เกิดการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อม กิจกรรมอุณหภูมิต่ำค่อนข้างแย่
การใช้งาน: รถยนต์ดีเซลงานหนักในยุคแรกและปัจจุบันหลายรุ่นและการแยกไนตริฟิเคชั่นแบบอยู่กับที่
ตัวเร่งปฏิกิริยาตะแกรงโมเลกุลซีโอไลต์:
ซีโอไลต์ทองแดง: โดยเฉพาะโครงสร้าง Cu-CHA (เช่น Cu-SAPO-34, Cu-SSZ-13) ซึ่งเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับรถยนต์ดีเซลสมัยใหม่ที่ตรงตามข้อกำหนดการปล่อยมลพิษที่เข้มงวดที่สุด
ซีโอไลต์ของเหล็ก เช่น Fe-Beta มีฤทธิ์ที่ดีในหน้าต่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่า
ลักษณะ:
เสถียรภาพทางความร้อนสูงมาก: สามารถทนต่ออุณหภูมิเกิน 650°C เหมาะสำหรับวางประกบใกล้เครื่องยนต์
ช่วงอุณหภูมิกิจกรรมที่กว้าง: โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวเร่งปฏิกิริยา Cu-CHA มีกิจกรรมที่อุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม (การปิดไฟ ~ 200°C) และความเสถียรที่อุณหภูมิสูง
ประสิทธิภาพการแปลง NOx สูง: สามารถตอบสนองข้อกำหนดการปล่อย NOx ที่ต่ำมาก เช่น China 6/Euro 6
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ธาตุหายาก: การพัฒนาล่าสุดที่มุ่งเป้าไปที่การลดหรือทดแทนโลหะมีค่าและวานาเดียม แม้ว่าจะยังไม่ได้นำไปใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวางก็ตาม

หลักปฏิกิริยาเคมีหลัก
เทคโนโลยี SCR อาศัยปฏิกิริยาระหว่าง NH₃ และ NOx เป็นหลัก ปฏิกิริยาหลักคือปฏิกิริยา SCR มาตรฐาน:
1. ปฏิกิริยา SCR มาตรฐาน (ปฏิกิริยาที่โดดเด่น):
4NH₃ 4NO O₂ → 4N₂ 6H₂O
นี่เป็นปฏิกิริยาที่พบบ่อยที่สุด โดยจะบำบัด NO ประมาณ 90% ในก๊าซไอเสีย
2. ปฏิกิริยา SCR ที่รวดเร็ว (ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำวิกฤต):
2NH₃ ไม่ใช่ NO₂ → 2N₂ 3H₂O
อัตราการเกิดปฏิกิริยานี้เร็วกว่าปฏิกิริยามาตรฐานประมาณ 10 เท่า! สิ่งนี้อธิบายว่าทำไม DOC อัปสตรีมจึงออกซิไดซ์ NO ให้กลายเป็น NO₂ เมื่ออัตราส่วน NO ถึง NO₂ ถึง 1:1 ประสิทธิภาพของระบบ SCR ที่อุณหภูมิต่ำจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
3. ปฏิกิริยา SCR ช้า:
4NH₃ 2NO₂ O₂ → 3N₂ 6H₂O
สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อสัดส่วน NO₂ สูงเกินไป และอัตราการเกิดปฏิกิริยาค่อนข้างช้า

ปฏิกิริยาข้างเคียง:|
การออกซิเดชันของ NH₃: ที่อุณหภูมิสูงเกินไป NH₃ อาจถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนเพื่อสร้าง NOx หรือ N₂O ซึ่งสามารถเพิ่มการปล่อยก๊าซได้
การก่อตัวของ N₂O: ก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพ สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะเฉพาะผ่านปฏิกิริยาข้างเคียง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการกำหนดสูตรอย่างดีมุ่งหมายที่จะระงับปฏิกิริยานี้
บูรณาการและเงื่อนไขการดำเนินงานในระบบบำบัดหลังดีเซล
กระบวนการบำบัดหลังระบบดีเซล Euro VI/China VI โดยทั่วไปมีดังต่อไปนี้:
เครื่องยนต์ → DOC → DPF → SCR → ASC