Reducerea catalitică selectivă
Această intrare sau secțiune referitoare la procesele chimice nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Reducerea catalitică selectivă (SCR prescurtat, sau S electivă C atalytic R eduction) este un proces chimic pentru reducerea de NOx din gazele de eșapament. Dispozitivele SCR sunt utilizate atât în arderea industrială, cât și în motoarele cu ardere internă ale aplicațiilor mobile (cum ar fi autovehiculele).
Un agent chimic de reducere lichid sau gazos (de obicei amoniac sau uree ) este adăugat la gazele de eșapament în prezența unui catalizator . Reducătorul are o tendință puternică de a absorbi oxigenul (din acest motiv , amoniacul este toxic pentru țesuturile biologice), limitând astfel formarea de NOx în interiorul gazului de eșapament, formând H 2 O (vapori de apă) și N 2 (azot gazos).
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O
Reacţie
Reacțiile chimice care au loc sunt aceleași ca și pentru reducerea selectivă necatalitică , dar prezența catalizatorului permite reacția să aibă loc la temperaturi mai scăzute (între 265 și 425 ° C) și cu randamente de reducere mai mari (aproximativ 80%). .
Catalizatorul poate consta dintr-un suport , în general ceramic, pe suprafața poroasă a cărui dispersie este un metal capabil să catalizeze reacția (cel mai frecvent utilizat este vanadiul ).
În prezența amoniacului, reacțiile de reducere a NOx vor fi după cum urmează:
- 4 NO + 4 NH 3 + O 2 → 4 N 2 + 6 H 2 O ("SCR standard")
- 6 NO + 4 NH 3 → 5 N 2 + 6 H 2 O ("SCR lent")
- 6 NO 2 + 8 NH 3 → 7 N 2 + 12 H 2 O ("NO 2 SCR")
- NO + NO 2 + 2 NH 3 → 2 N 2 + 3 H 2 O ("SCR rapid")
În prezența ureei, reacția va fi în schimb:
- 2 CO (NH 2 ) 2 + 4 NO + O 2 → 4 N 2 + 2 CO 2 + 4H 2 O
Catalizatori
Un punct fundamental al procesului SCR este catalizatorul: acesta trebuie să poată face NO să reacționeze cu O 2 și nu NH 3 cu O 2 , deoarece ar avea loc următoarea reacție
- NH 3 + O 2 → NO, N 2, N 2 O
Riscul este acela de a consuma inutil reactivul (daune economice), înrăutățind și emisiile (daune mediului).
O altă reacție care poate provoca probleme în avalul unui proces este următoarea
- 2SO 2 + O 2 → 2SO 3
- SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4
- SO 3 + H 2 O + 2NH 3 → (NH 4 ) 2 SO 4
Acidul sulfuric corodează și dezactivează catalizatorul în timp ce sulfatul de amoniu este o sare care se instalează la temperaturi scăzute, dezactivând astfel catalizatorul prin „mascare”.
Cei mai utilizați catalizatori la nivel industrial se bazează pe oxizi metalici, V 2 O 5 ca fază activă susținută pe TiO 2 . WO 3 este adăugat opțional ca promotor structural și electronic. Conținutul de V 2 O 5 trebuie menținut la niveluri scăzute pentru a preveni acest lucru și catalizarea reacției de oxidare a dioxidului de sulf .
Probleme
Principalele probleme ale acestui sistem de reducere a oxidului de azot sunt două:
- Fluxul de gaze arse conține un procent de NOx în general mai mic de 1%. Prin urmare, este esențial să se obțină o amestecare corectă între fluxul de gaze arse și fluxul de amoniac, pentru a permite reactivilor să intre în contact. Această problemă se reflectă și în fenomenul alunecării de amoniac : introducerea amoniacului stoichiometric ar cauza prezența sa în vapori, deoarece în părțile finale ale răcitorului de răcire concentrația de NOx ar fi prea mică pentru a obține reacția completă a tuturor moleculelor de oxid. azot prezent în vapori. Acest fenomen este nedorit, deoarece amoniacul este chiar mai dăunător decât NOx în sine și, din acest motiv, eficiența acestor sisteme nu depășește în general 85%.
- Fluxul de fum amestecat cu amoniac trebuie distribuit în mod egal în întregul catalizator. Dacă, de fapt, curentul tinde să se concentreze pe anumite zone ale catalizatorului mai degrabă decât pe altele, eficiența sistemului ar scădea semnificativ.
Aplicații
Cu diferențele datorate din punctul de vedere al aplicației, reducerea catalitică selectivă este utilizată în diferite sectoare industriale:
- Motoare diesel
- Turbine cu gaz
- Centrale termice
Tratarea gazelor de eșapament ale motoarelor cu ciclu diesel
La motoarele cu ciclu diesel , reducerea catalitică selectivă se aplică pentru a conține emisiile de eșapament oxid de azot (NOx), a căror reducere îndeplinește cerințele directivelor anti-poluare. [1]
Spre deosebire de aplicațiile pe plante mari, agentul reducător utilizat pentru reacția chimică este un produs specific, AdBlue , o soluție de uree și apă demineralizată. Principalele motive care au dus la această alegere sunt:
- Dotarea vehiculelor cu rezervoare presurizate pentru depozitarea amoniacului are dezavantaje tehnice;
- Dotarea sistemelor de distribuție a combustibilului cu dispozitive speciale de stocare și distribuție a amoniacului prezintă dificultăți tehnice și de reglementare;
- AdBlue nu este clasificat ca substanță periculoasă;
- Depozitarea AdBlue (în sistemele de distribuție a combustibilului, precum și la bordul vehiculelor) nu prezintă nicio neajunsuri tehnice speciale.
Sistemul standard aplicat vehiculelor cu tracțiune terestră este alcătuit din următoarele componente:
- Rezervor AdBlue . De obicei, poate conține câteva zeci de litri de soluție. Umplutura are o formă și dimensiuni astfel încât să prevină introducerea accidentală a motorinei. Umplutura este, de asemenea, echipată cu un dispozitiv magnetic, al cărui scop este să împiedice turnarea soluției în recipiente nepotrivite. Dispozitivul magnetic activează o electrovalvă situată pe distribuitor, care controlează distribuirea soluției.
- Indicator de nivel. Cu funcționarea cu flotor clasic, trimite informații despre nivelul și temperatura soluției din rezervor către unitatea de control, pentru a controla, prin intermediul unei supape de deviere speciale, trecerea apei calde din compartimentul motorului.
- Grup de pompare. Conține pompa volumetrică și unitatea de comandă.
- Catalizator. În interior, se injectează soluția care conține agentul reducător. Datorită temperaturilor ridicate ale gazelor de eșapament, soluția se descompune în amoniac și dioxid de carbon. În același timp, injecția scade temperatura gazelor de eșapament. În aceste condiții, au loc reacțiile de reducere a NOx raportate anterior.
