Trong các hệ thống kiểm soát khí thải diesel hạng nặng, công nghệ Giảm xúc tác chọn lọc (SCR) được sử dụng rộng rãi để giảm lượng khí thải oxit nitơ. Tuy nhiên, trong điều kiện vận hành thực tế, nếu có sai lệch về liều lượng DEF, nhiệt độ khí thải, hiệu suất xúc tác SCR hoặc chiến lược kiểm soát hệ thống, thì amoniac không tham gia đầy đủ vào phản ứng có thể đi xuống hệ thống SCR, dẫn đến hiện tượng trượt amoniac.

Đối với các hệ thống xử lý sau dành cho xe thương mại và động cơ diesel hạng nặng, lượng amoniac trượt quá mức có thể không chỉ gây ra mùi amoniac đáng chú ý trong khí thải mà còn có thể cho thấy sự không phù hợp giữa liều lượng DEF, khả năng phản ứng SCR và quá trình xử lý tiếp theo. Vì vậy, việc lắp đặt Chất xúc tác trượt Amoniac (ASC) ở hạ lưu hệ thống SCR là một trong những giải pháp kỹ thuật quan trọng để kiểm soát NH3 dư.

Tại sao hiện tượng trượt amoniac xảy ra ở xe chạy dầu diesel hạng nặng?

Hệ thống SCR thường bơm dung dịch urê nước vào dòng khí thải, cho phép nó phân hủy và tạo ra NH3, sau đó chất xúc tác SCR thúc đẩy phản ứng giữa NH3 và NOx.

Trong điều kiện lý tưởng, NH3 được tạo ra từ liều lượng DEF phải phù hợp một cách hợp lý với nhu cầu chuyển đổi NOx hiện tại. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành thực tế của xe, tải động cơ, lưu lượng khí thải, nhiệt độ khí thải và nồng độ NOx liên tục thay đổi. Vì vậy, không thể tránh hoàn toàn hiện tượng trượt amoniac bằng cách chỉ dựa vào việc kiểm soát liều lượng DEF.

Liều lượng DEF không phù hợp với nhu cầu NOx

Khi lượng DEF được bơm vào cao hơn mức cần thiết để chuyển đổi NOx hiện tại, NH3 dư thừa có thể không được tiêu thụ hoàn toàn trong chất xúc tác SCR và có thể tiếp tục xuôi dòng của hệ thống SCR.

Tình trạng này cần được chú ý nhiều hơn khi thay đổi tải nhanh, vận hành xe nhất thời hoặc các điều kiện vận hành trong đó các thông số khí thải thay đổi nhanh chóng.

Thay đổi hiệu suất của chất xúc tác SCR

Khi thời gian vận hành tăng lên, các yếu tố như lão hóa lớp phủ chất xúc tác, tải nhiệt hoặc ngộ độc lưu huỳnh có thể ảnh hưởng đến điều kiện vận hành thực tế của chất xúc tác SCR.

Nếu chiến lược định lượng DEF không được điều chỉnh theo khả năng chuyển đổi thực tế của chất xúc tác SCR, lượng NH3 được cung cấp có thể không khớp với khả năng tiêu thụ NH3 thực tế của hệ thống SCR, do đó làm tăng nguy cơ trượt amoniac.

Biến động nhiệt độ khí thải ảnh hưởng đến phản ứng xúc tác

Xe diesel hạng nặng thường hoạt động trong các điều kiện khác nhau, bao gồm chạy không tải, vận hành ở tốc độ thấp, vận hành với tải trọng cao, lái xe tốc độ cao và tái sinh sau xử lý. Do đó, nhiệt độ khí thải không đổi.

Những thay đổi về nhiệt độ khí thải ảnh hưởng đến quá trình phân hủy urê, hình thành NH3 và quá trình phản ứng xúc tác SCR. Vì vậy, khi phân tích độ trượt amoniac cần xem xét điều kiện nhiệt độ thực tế của toàn bộ hệ thống xử lý sau diesel thay vì chỉ tập trung vào một điều kiện nhiệt độ ổn định duy nhất.

Chất xúc tác ASC kiểm soát amoniac trượt xuống hạ lưu của hệ thống SCR như thế nào?

ASC, hoặc Chất xúc tác trượt Amoniac, thường được lắp đặt ở phía sau chất xúc tác SCR và cũng có thể được gọi là Chất xúc tác trượt Amoniac SCR hoặc Chất xúc tác oxy hóa trượt Amoniac.

Chức năng chính của ASC là xử lý thêm NH3 dư chưa được hệ thống SCR đầu nguồn tiêu thụ hoàn toàn.

Khi một lượng NH3 nhất định vẫn còn ở đầu ra của SCR, lớp phủ xúc tác ASC có thể thúc đẩy các phản ứng xúc tác tiếp theo của amoniac dư, do đó làm giảm lượng amoniac thải ra trực tiếp cùng với khí thải.

Do đó, trong các hệ thống xử lý sau diesel công suất lớn, ASC không nhằm mục đích thay thế chất xúc tác SCR. Thay vào đó, nó đóng vai trò như một đơn vị xử lý bổ sung ở hạ lưu của hệ thống SCR và hoạt động cùng với chất xúc tác SCR, hệ thống định lượng DEF, cảm biến và chiến lược kiểm soát để tạo thành chuỗi kiểm soát khí thải hoàn chỉnh.

Những thông số nào cần được xem xét khi lựa chọn chất xúc tác ASC cho xe diesel hạng nặng?

Việc lựa chọn chất xúc tác ASC không nên chỉ dựa vào đường kính, chiều dài hoặc kích thước bên ngoài của sản phẩm.

Đối với các dự án OEM, nền tảng xe thương mại và dự án tích hợp hệ thống xử lý sau diesel, điều quan trọng hơn là đánh giá toàn diện mối quan hệ phù hợp giữa chất xúc tác ASC và nền động cơ, lưu lượng khí thải, nhiệt độ khí thải và điều kiện vận hành hệ thống SCR.

1. Phạm vi nhiệt độ hoạt động

Nhiệt độ hoạt động liên tục và khả năng chịu nhiệt độ tối đa là những thông số quan trọng cần được xem xét khi lựa chọn chất xúc tác ASC.

Trong quá trình vận hành ở mức tải cao hoặc tái sinh sau xử lý, nhiệt độ khí thải động cơ diesel hạng nặng có thể thay đổi đáng kể. Do đó, lớp phủ xúc tác và chất nền tổ ong cần chịu được phạm vi nhiệt độ thực tế của nền động cơ mục tiêu.

Nếu chất xúc tác ASC hoạt động trong thời gian dài trong điều kiện vượt quá phạm vi nhiệt độ thiết kế, nguy cơ lão hóa lớp phủ chất xúc tác hoặc suy giảm hiệu suất có thể tăng lên.

2. Hệ thống vật liệu và lớp phủ xúc tác

Chất xúc tác ASC thường liên quan đến lớp phủ xúc tác, vật liệu nền và thiết kế thành phần hoạt tính, bao gồm hệ thống xúc tác kim loại quý, chất nền tổ ong bằng gốm và các lớp phủ xúc tác chức năng khác nhau.

Các vật liệu và công thức khác nhau có thể cung cấp các mức độ khác nhau về khả năng oxy hóa amoniac, độ chọn lọc nitơ, độ ổn định nhiệt và khả năng kháng lưu huỳnh.

Do đó, khi mua chất xúc tác ASC, người mua không nên chỉ tập trung vào việc có sử dụng vật liệu kim loại quý cụ thể hay không. Dung dịch xúc tác cũng phải được đánh giá theo điều kiện khí thải thực tế, mức trượt amoniac mục tiêu và các yêu cầu phù hợp của hệ thống xử lý tiếp theo hoàn chỉnh.

3. Hiệu suất chuyển đổi amoniac và độ chọn lọc nitơ

Hiệu suất chuyển đổi amoniac là một trong những chỉ số hiệu suất quan trọng được sử dụng để đánh giá khả năng xử lý của chất xúc tác ASC, nhưng không nên sử dụng nó làm tiêu chí đánh giá duy nhất.

Tính chọn lọc nitơ cũng cần được xem xét.

Mục tiêu của ASC không chỉ đơn giản là tăng mức độ oxy hóa NH3 mà còn kiểm soát NH3 dư thừa đồng thời giảm thiểu các sản phẩm phụ có chứa nitơ không mong muốn.

Vì vậy, thiết kế xúc tác ASC thường yêu cầu sự cân bằng hợp lý giữa khả năng chuyển đổi amoniac và độ chọn lọc của phản ứng.

4. Cấu trúc tổ ong, mật độ tế bào và độ dày của tường

Đối với Chất xúc tác ASC tổ ong, Mật độ tế bào, Độ dày thành, đường kính chất nền và chiều dài chất xúc tác đều ảnh hưởng đến đặc tính dòng khí thải, diện tích phản ứng xúc tác và áp suất ngược của hệ thống.

Động cơ diesel hạng nặng thường có tốc độ dòng khí thải tương đối cao, do đó không thể đơn giản cho rằng mật độ tế bào cao hơn luôn tốt hơn.

Trong lựa chọn thực tế, lưu lượng khí thải, áp suất ngược cho phép, không gian lắp đặt, kích thước chất nền và thể tích chất xúc tác cần thiết phải được đánh giá cùng nhau.

Tại sao việc kết hợp ASC với hệ thống SCR lại quan trọng hơn việc chỉ chọn chất xúc tác?

Chất xúc tác ASC không phải là một bộ phận độc lập mà là một phần của hệ thống xử lý sau khí thải diesel hoàn chỉnh.

Hệ thống xử lý sau diesel hạng nặng điển hình có thể bao gồm DOC, DPF, SCR, ASC, hệ thống định lượng DEF, cảm biến NOx, cảm biến nhiệt độ và hệ thống điều khiển điện tử.

Sự sai lệch trong bất kỳ phần nào của hệ thống này có thể ảnh hưởng đến kết quả kiểm soát trượt amoniac cuối cùng.

Ví dụ, độ lệch điều khiển cảm biến NOx có thể ảnh hưởng đến chiến lược định lượng DEF; liều DEF quá mức có thể làm tăng lượng NH3 dư thừa; và lão hóa chất xúc tác SCR có thể làm thay đổi khả năng tiêu thụ NH3 thực tế của hệ thống.

Do đó, đối với các OEM và nhà tích hợp hệ thống xử lý sau, việc lựa chọn ASC phải được thực hiện từ góc độ phù hợp ở cấp hệ thống thay vì chỉ so sánh các thông số kỹ thuật của từng chất xúc tác ASC riêng lẻ.

Làm thế nào bạn có thể xác định liệu chất xúc tác ASC có phù hợp với nền tảng động cơ diesel mục tiêu hay không?

Trước khi xác định giải pháp xúc tác ASC, nên cung cấp cho nhà cung cấp thông tin vận hành chính sau:

• Dung tích động cơ và loại ứng dụng;

• Phạm vi lưu lượng xả;

• Phạm vi nhiệt độ đầu ra SCR;

• Nồng độ NH3 đầu ra SCR hoặc giới hạn trượt amoniac mục tiêu;

• Không gian lắp đặt có sẵn;

• Yêu cầu về kích thước chất nền tổ ong;

• Các quy định hoặc tiêu chuẩn phát thải hiện hành;

• Cho dù có hoạt động ở nhiệt độ cao, tiếp xúc với lưu huỳnh hay điều kiện tái sinh thường xuyên hay không.

Các thông số này có thể giúp nhà cung cấp chất xúc tác xác định kích thước ASC, cấu trúc cơ chất, mật độ tế bào và dung dịch phủ chất xúc tác cần thiết.

Đối với xe diesel hạng nặng, máy xây dựng và nền tảng động cơ diesel địa hình, các khả năng tùy chỉnh như Kích thước chất xúc tác tùy chỉnh, Mật độ tế bào tùy chỉnh và Lớp phủ xúc tác tùy chỉnh có thể giúp đạt được sự phù hợp của hệ thống xử lý sau phù hợp hơn theo động cơ cụ thể và điều kiện hệ thống SCR.

Kết luận: ASC là giai đoạn hạ nguồn quan trọng để kiểm soát trượt Amoniac trên xe chạy dầu diesel hạng nặng

Mùi amoniac trong khí thải thường chỉ là một trong những dấu hiệu dễ nhận thấy hơn của vấn đề trượt amoniac.

Đối với xe diesel hạng nặng, vấn đề quan trọng hơn là liệu liều lượng DEF, khả năng phản ứng xúc tác SCR, điều khiển cảm biến, nhiệt độ khí thải và xử lý ASC ở cuối dòng có phù hợp hay không.

Chất xúc tác ASC được lắp đặt phía sau hệ thống SCR có thể xử lý thêm NH3 dư, từ đó cải thiện tính hoàn chỉnh của chuỗi xử lý sau khí thải diesel.

Khi chọn chất xúc tác ASC, nhiệt độ vận hành, hiệu suất chuyển đổi amoniac, độ chọn lọc nitơ, vật liệu xúc tác, cấu trúc tổ ong, mật độ tế bào, độ dày thành, dòng khí thải, áp suất ngược của hệ thống và không gian lắp đặt phải được đánh giá cùng nhau.

Do đó, đối với các OEM, người mua chất xúc tác và nhà tích hợp hệ thống xử lý sau diesel, trọng tâm của việc lựa chọn ASC không chỉ đơn giản là so sánh các thông số kỹ thuật của từng sản phẩm mà còn xác định xem giải pháp ASC có thực sự phù hợp với điều kiện vận hành khí thải và thiết kế hệ thống SCR của nền tảng diesel mục tiêu hay không.