Кіріспе

Химиялық процесс. Селективті каталитикалық редукция (SCR) – катализатордың көмегімен азот оксидтерін, сондай-ақ NOxNOx деп аталатын, диатомдық азотқа және суға (H2O) түрлендіру процесі. Редуктор, әдетте сусыз аммиак (NH3), сулы аммиак немесе мочевина ерітіндісі, түтін газы ағынына қосылып, катализатор бетінде реакцияға түседі. Реакция толыққан сайын азот пен, мочевина қолданған жағдайда, көмірқышқыл газы түзіледі. Аммиакты редукциялағыш ретінде пайдалану арқылы селективті каталитикалық редукция 1957 жылы АҚШ-та Engelhard Corporation компаниясымен патенттелген. SCR технологиясын жетілдіру 1960 жылдардың басында Жапония мен АҚШ-та жалғасты, зерттеулер арзан және тозуға төзімді катализаторларға бағытталды. Алғашқы ірі көлемді SCR жүйесі 1978 жылы IHI Corporation компаниясымен орнатылды. Коммерциялық селективті каталитикалық редукция жүйелері көбінесе ірі электр станцияларының, өнеркәсіптік және қоқыс өртетін қазандықтарда қолданылады және азот оксидтерін 70-95% дейін азайтуға мүмкіндік береді.

Катализаторлар

SCR катализаторлары тірек ретінде қолданылатын түрлі саңылаулы керамикалық материалдардан, мысалы титан оксидінен жасалады, ал белсенді катализатор компоненттері әдетте базалық металдардың (мысалы, ванадий, молибден және вольфрам), цеолиттер немесе әр түрлі қымбат металдардың оксидтері болып табылады. Сондай-ақ, төмен температурада NOx-ты жоюға қолданылатын белсенді көмірге негізделген басқа катализатор әзірленді. Катализатордың әрбір компонентінің артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Ванадий және вольфрам сияқты базалық металл катализаторлары жоғары жылулық беріктіктен кем, бірақ арзан және өнеркәсіптік және коммуналдық қазандықтарда жиі қолданылатын температура диапазондарында өте жақсы жұмыс істейді. Жылулық беріктік, әсіресе, дизель бөлшектер сүзгісін мәжбүрлі регенерациямен пайдалануды қамтитын автомобильдегі SCR қолданбалары үшін маңызды. Сонымен қатар, олардың қышқылдық қасиеттеріне байланысты өте зиянды болуы мүмкін күкірт диоксиді SO2-ді күкірт триоксиді SO3-ке окистендіруге жоғары катализаторлық әлеуеті бар. Цеолит катализаторлары базалық металл катализаторларына қарағанда әлдеқайда жоғары температурада жұмыс істеу мүмкіндігіне ие; олар 900 К (627 °C) температурада ұзақ уақыт жұмыс істеуге және 1120 К (847 °C) дейінгі өткінші жағдайларға төтеп бере алады. Цеолиттер окистенудің төмен әлеуетін иеленеді, сондықтан олар коррозия қаупін азайтады. Бүгінгі таңда қолданылатын екі ең кең таралған катализатор геометриясы – бал арасы катализаторлары және пластинка катализаторлары. Бал арасы формасы әдетте экструзияланған керамикадан тұрады, оны тасымалдаушы бойына біркелкі қолданады немесе субстратқа қапталады. Катализаторлардың әртүрлі түрлері сияқты олардың конфигурациясының да артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Плиталық типтегі катализаторлардың қысым төмендеуі аз және бал аралы типтерге қарағанда тығырыққа және ластануға аз бейім, бірақ олар әлдеқайда үлкен және қымбат. Бал аралы конфигурациялары пластина түрлеріне қарағанда кішірек, бірақ қысымның төмендеуі жоғары және оңай тұйықталады. Үшінші түрі – сопақша қағаз, ол электр станцияларында қолдану нарығының 10% құрайды. Процесс аяқталғаннан кейін тазартылған газдар қазанға немесе конденсаторға немесе басқа жабдыққа жіберіледі немесе атмосфераға шығарылады. 2007 жылы АҚШ-тың Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) зиянды шығарындыларды едәуір азайту талаптарын қабылдады. Осы стандартқа қол жеткізу үшін Cummins және басқа дизельді қозғалтқыш өндірушілер дизельдегі бөлшектер сүзгісін (DPF) пайдалануды қамтитын кейінгі өңдеу жүйесін жасады. DPF төмен күкіртті дизель отынымен жұмыс істемейтіндіктен, 2007 жылғы EPA шығарындылары стандарттарына сәйкес келетін дизель қозғалтқыштары DPF-ке зақым келтіруді болдырмау үшін өте төмен күкіртті дизель отынын (ULSD) қажет етеді. Қысқа ауысу кезеңінен кейін АҚШ пен Канададағы жанар-жағармай сорғыларында ULSD отыны кең таралды. 2007 жылғы EPA ережелері өндірушілерге 2010 жылғы EPA ережелерін қатаңдатқанға дейін дайындалуға уақыт беру үшін уақытша шешім болды, бұл NOx деңгейін одан әрі төмендетті.

2010 жылғы ЭҚА ережелері

2010 жылғы 1 қаңтардан кейін жасалған дизельдік қозғалтқыштар АҚШ нарығы үшін төмендетілген NOx стандарттарына сай болуы керек. Осы күнден кейін қозғалтқыштарды өндіруді жалғастырған Navistar International және Caterpillar компанияларын қоспағанда, барлық ауыр тоннажды қозғалтқыш (Class 7 және 8 жүк көліктері) өндірушілері SCR технологиясын таңдады. Бұған Detroit Diesel (DD13, DD15 және DD16 модельдері), Cummins (ISX, ISL9 және ISB6.7), Paccar және Volvo/Mack кіреді. Бұл қозғалтқыштарға процесті жүзеге асыру үшін дизельдік түтін сұйықтығын (DEF, мочевина ерітіндісі) мерзімді түрде қосу қажет. DEF көптеген жүк көліктері тоқтауларындағы бөтелкелер мен ыдыстарда қолжетімді, сондай-ақ дизель отыны құю станцияларының жанында орналасқан жаңа түрдегі DEF диспенсерлері де бар. Caterpillar және Navistar бастапқыда Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) стандарттарына сәйкес болу үшін күшейтілген түтін газдарының қайта айналымын (EEGR) пайдалануды жоспарлаған, бірақ 2012 жылдың шілдесінде Navistar MaxxForce 15 моделін тоқтатудан басқа, өз қозғалтқыштары үшін SCR технологиясын қолданатынын хабарлады. Caterpillar ақырында осы талаптар күшіне енбей тұрып, тас жолға арналған қозғалтқыштар нарығынан шығып кетті. BMW, Daimler AG (BlueTEC ретінде) және Volkswagen кейбір жолаушылар дизельдік автомобильдерінде SCR технологиясын қолданды.