Жидкость для снижения выбросов дизельных двигателей.

Введение

Химическое вещество для снижения выбросов вредных веществ дизельными двигателями

Дизельная выхлопная жидкость (DEF; также известная как AUS 32 и продаваемая под названием AdBlue) – это жидкость, используемая для уменьшения количества загрязнения воздуха, образуемого дизельным двигателем. В частности, DEF представляет собой водный раствор мочевины, состоящий из 32,5% мочевины и 67,5% деионизированной воды. DEF расходуется в системе селективного каталитического восстановления (SCR), которая снижает концентрацию оксидов азота в выхлопных газах дизельного двигателя.

Другие названия

В международном стандарте, определяющем DEF (ISO 22241), он называется AUS 32 (водный раствор мочевины 32%). DEF также продается под названием AdBlue, являющимся зарегистрированным товарным знаком Немецкой ассоциации автомобильной промышленности. Ряд производителей систем SCR используют DEF: BlueHDI – для автомобилей группы PSA, включая марки Peugeot, Citroën и DS Automobiles; BlueTec – компанией Daimler AG; и FLENDS (Final Low Emission New Diesel System) – компанией UD Trucks. Blue Sky DEF производится и распространяется в розничной продаже компанией Prime Lubes, Inc.

Предыстория

Дизельные двигатели обычно работают с обедненной топливно-воздушной смесью (выше стехиометрического соотношения), чтобы обеспечить полное сгорание сажи и предотвратить выброс несгоревшего топлива. Избыток воздуха приводит к образованию оксидов азота (NOx), которые являются вредными загрязнителями, из азота, содержащегося в атмосфере. SCR (селективная каталитическая нейтрализация) используется для снижения количества NOx, выбрасываемых в атмосферу. Раствор DEF (жидкость для дизельных выхлопных газов) из отдельного бака впрыскивается в выхлопную систему, где тепло выхлопных газов разлагает его до аммиака. В катализаторе SCR оксиды азота восстанавливаются аммиаком до воды и азота, которые не являются загрязняющими веществами. Вода и азот затем выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу. Технология SCR была впервые применена в автомобилях компанией Nissan Diesel Corporation, а первый серийный продукт "Nissan Diesel Quon" был представлен в 2004 году. При сотрудничестве с нефтехимической промышленностью к сентябрю 2005 года в Японии была создана инфраструктура из 1300 станций для обеспечения поставки DEF. В 2007 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) ввело требования по значительному сокращению вредных выбросов. Для достижения этих стандартов Cummins и другие производители дизельных двигателей разработали систему доочистки выхлопных газов, включающую в себя дизельный сажевый фильтр (DPF). Поскольку DPF неэффективен при использовании дизельного топлива с высоким содержанием серы, дизельные двигатели, соответствующие стандартам EPA 2007 года, требуют ультранизкосерного дизельного топлива (ULSD) для предотвращения повреждения DPF. После непродолжительного переходного периода топливо ULSD стало широко доступно на заправочных станциях в США и Канаде. Нормы EPA 2007 года были задуманы как временное решение, чтобы дать производителям время на подготовку к более строгим нормам EPA 2010 года, которые еще больше снизили уровни выбросов NOx. В 2008 году внимание переключилось на инфраструктуру для распределения DEF. Скорость впрыска DEF в выхлопную систему зависит от конкретной системы доочистки, но обычно составляет 2–6% от объема потребляемого дизельного топлива. Такая низкая дозировка обеспечивает длительные интервалы между заправками и минимизирует размер бака и его влияние на компоновку транспортного средства. Электронный блок управления регулирует подачу жидкости в зависимости от таких параметров, как концентрация NOx в выхлопных газах (до катализатора, после катализатора и, возможно, между катализаторами, если их несколько), текущий уровень заполнения аммиаком, рабочая температура и скорость вращения двигателя.

Diesel engines are typically operated with a lean burn air to fuel ratio (over stoichiometric ratio) to ensure the full combustion of soot and to prevent them from exhausting unburnt fuel. The excess air leads to the generation of , which are harmful pollutants, from nitrogen in the atmosphere. SCR is used to reduce the amount of released into the atmosphere. DEF from a separate tank is injected into the exhaust pipeline, and the exhaust heat decomposes it to ammonia. Within the SCR catalyst, the are reduced by the ammonia into water and nitrogen, which are both nonpolluting. The water and nitrogen are then released into the atmosphere through the exhaust. SCR was applied to automobiles by Nissan Diesel Corporation, and the first practical product "Nissan Diesel Quon" was introduced in 2004. With the cooperation of the oil and chemical industry, a 1,300 station infrastructure to supply DEF was prepared by September 2005 in Japan. In 2007, the United States Environmental Protection Agency (EPA) enacted requirements to significantly reduce harmful exhaust emissions. To achieve this standard, Cummins and other diesel engine manufacturers developed an aftertreatment system that includes the use of a diesel particulate filter (DPF). As the DPF does not function with low sulfur diesel fuel, diesel engines that conform to 2007 EPA emissions standards require ultra low sulfur diesel (ULSD) fuel to prevent damage to the DPF. After a brief transition period, ULSD fuel became common at fuel pumps in the United States and Canada. The 2007 EPA regulations were meant to be an interim solution to allow manufacturers time to prepare for the more stringent 2010 EPA regulations, which reduced levels even further. In 2008, the concerns about compliance shifted to the infrastructure for DEF distribution. The injection rate of DEF into the exhaust depends on the specific after treatment system, but is typically 2–6% of diesel consumption volume. This low dosing rate ensures long fluid refill intervals and minimizes the tank's size and intrusion into vehicle packaging space. An electronic control unit adjusts the addition of fluid in accordance with parameters such as level in the exhaust gas (before catalytic converter, after catalytic converter, and possibly between catalytic converters if there is more than one), current ammonia filling level, engine operating temperature and speed.

Работа в зимнее время

DEF замерзает при отрицательных температурах. Для функционирования системы очистки выхлопных газов SCR при низких температурах необходимо максимально быстро расплавить достаточное количество замерзшего DEF, предпочтительно в течение нескольких минут. Например, требования EPA 2010 года к выбросам предусматривают обеспечение полного потока охлаждающей жидкости DEF в течение 70 минут. В Европе, согласно пункту 10 приложения XVI к Регламенту (EC) No 692/2008, DEF из замороженного бака с температурой в ядре должен быть доступен в течение 20 минут при запуске двигателя. Обычно замерзший DEF расплавляется за счет тепла двигателя, например, охлаждающей жидкости, проходящей через бак DEF и регулируемой термостатическим клапаном управления охлаждающей жидкостью. Этот метод может потребовать значительного времени для полной активации системы очистки выхлопных газов SCR, часто до часа. Поскольку мочевина оказывает коррозионное воздействие на металлы, такие как алюминий, DEF хранится и транспортируется в специальных контейнерах, обычно изготовленных из нержавеющей стали.

Южная Корея

По состоянию на 2021 год, дефицит DEF в Южной Корее сохранялся и наносил серьезный ущерб экономике страны. Поскольку основная часть используемой мочевины поставляется из Китая, импорт замедлился после введения Китаем обязательных проверок экспорта мочевины в сентябре. В период с января по сентябрь почти 97% импорта мочевины в Южную Корею осуществлялось из Китая. В 2015 году Южная Корея сделала обязательным использование растворов мочевины для дизельных автомобилей с целью контроля выбросов, что сейчас затрагивает 40% зарегистрированных транспортных средств. Дизельные автомобили, произведенные после 2015 года, должны были быть оснащены системами SCR. Правительство Южной Кореи начало нормирование раствора мочевины и запретило его перепродажу, поскольку панические закупки водителями усугубили острую нехватку, которая могла привести к параличу транспортной системы и промышленности. Для импорта выхлопной жидкости для дизельных двигателей из Австралии и смягчения дефицита ключевого материала, используемого в дизельных транспортных средствах, был направлен KC 330 Cygnus.

Австралия

В начале декабря 2021 года Австралийская национальная ассоциация дорожного транспорта также выразила обеспокоенность по поводу дефицита DEF в стране, вызванного нехваткой мочевины в Китае. Китай ограничил экспорт для защиты своих внутренних запасов и в связи с ростом цен на DEF. К середине декабря в Австралии оставалось примерно 7-недельное обеспечение AdBlue. 14 декабря австралийская компания заявила о планах строительства нового завода.