In zware diesel emissiecontrolesystemen wordt Selective Catalytic Reduction (SCR) technologie veelvuldig gebruikt om stikstofoxide-emissies te verminderen. Echter, onder werkelijke bedrijfsomstandigheden, als er afwijkingen zijn in de DEF-dosering, uitlaattemperatuur, SCR-katalytische efficiëntie of systeemregelstrategie, kan ammoniak dat niet volledig aan de reactie deelneemt, na het SCR-systeem terechtkomen, wat resulteert in ammoniakslip.

Voor commerciële voertuigen en zware diesel nabehandelingssystemen kan overmatige ammoniakslip niet alleen een merkbare ammoniakgeur in de uitlaatgassen veroorzaken, maar kan het ook duiden op een mismatch tussen DEF-dosering, SCR-reactievermogen en nabehandeling. Daarom is het installeren van een Ammonia Slip Catalyst (ASC) na het SCR-systeem een van de belangrijke technische oplossingen voor het beheersen van rest-NH3.

Waarom treedt ammoniakslip op bij zware dieselvoertuigen?

Een SCR-systeem injecteert gewoonlijk een waterige ureumoplossing in de uitlaatstroom, waardoor deze ontleedt en NH3 genereert, waarna de SCR-katalysator de reactie tussen NH3 en NOx bevordert.

Onder ideale omstandigheden moet de uit DEF-dosering gegenereerde NH3 redelijk overeenkomen met de huidige NOx-conversiebehoefte. Echter, tijdens de werkelijke voertuigwerking veranderen de motorbelasting, de uitlaatstroom, de uitlaattemperatuur en de NOx-concentratie voortdurend. Daarom kan ammoniakslip niet volledig worden vermeden door alleen te vertrouwen op DEF-doseringcontrole.

DEF-dosering komt niet overeen met NOx-vraag

Wanneer de hoeveelheid geïnjecteerde DEF hoger is dan het niveau dat nodig is voor de huidige NOx-conversie, kan overtollige NH3 niet volledig worden verbruikt in de SCR-katalysator en kan deze na het SCR-systeem verder stromen.

Deze omstandigheid verdient meer aandacht tijdens snelle belastingswisselingen, transiënte voertuigwerking of bedrijfsomstandigheden waarin uitlaatparameters snel veranderen.

SCR-katalysatorprestaties veranderen

Naarmate de bedrijfstijd toeneemt, kunnen factoren zoals veroudering van de katalysatorcoating, thermische belasting of zwavelvergiftiging de werkelijke bedrijfsomstandigheden van de SCR-katalysator beïnvloeden.

Als de DEF-doseringstrategie niet wordt aangepast aan de werkelijke conversiecapaciteit van de SCR-katalysator, kan de hoeveelheid geleverde NH3 niet overeenkomen met de werkelijke NH3-verbruikscapaciteit van het SCR-systeem, waardoor het risico op ammoniakslip toeneemt.

Fluctuaties in uitlaattemperatuur beïnvloeden katalytische reacties

Zware dieselvoertuigen werken meestal onder verschillende omstandigheden, waaronder stationair draaien, rijden met lage snelheid, rijden met hoge belasting, rijden met hoge snelheid en nabehandelingsregeneratie. Daarom is de uitlaattemperatuur niet constant.

Veranderingen in de uitlaattemperatuur beïnvloeden de ureumontleding, de NH3-vorming en het SCR-katalytische reactieproces. Daarom is het bij het analyseren van ammoniakslip noodzakelijk om rekening te houden met de werkelijke temperatuuromstandigheden van het gehele diesel nabehandelingssysteem in plaats van alleen te focussen op één stabiele temperatuuromstandigheid.

Hoe regelt een ASC-katalysator ammoniakslip na het SCR-systeem?

ASC, of Ammonia Slip Catalyst, wordt meestal na de SCR-katalysator geïnstalleerd en kan ook worden aangeduid als een SCR Ammonia Slip Catalyst of een Ammonia Slip Oxidation Catalyst.

De hoofdfunctie van een ASC is om resterende NH3 verder te behandelen die niet volledig is verbruikt door het upstream SCR-systeem.

Wanneer een bepaalde hoeveelheid NH3 aan de SCR-uitlaat blijft, kan de ASC-katalysatorcoating verdere katalytische reacties van de resterende ammoniak bevorderen, waardoor de ammoniakslip die direct met het uitlaatgas wordt uitgestoten, wordt verminderd.

Daarom is de ASC in zware diesel nabehandelingssystemen niet bedoeld om de SCR-katalysator te vervangen. In plaats daarvan dient het als een aanvullende behandelingseenheid na het SCR-systeem en werkt het samen met de SCR-katalysator, het DEF-dosering systeem, sensoren en regelstrategie om een complete emissiecontroleketen te vormen.

Welke parameters moeten worden overwogen bij het selecteren van een ASC-katalysator voor zware dieselvoertuigen?

De selectie van ASC-katalysatoren mag niet alleen gebaseerd zijn op productdiameter, lengte of externe afmetingen.

Voor OEM-projecten, commerciële voertuigplatforms en integratieprojecten van diesel nabehandelingssystemen is het belangrijker om de passende relatie tussen de ASC-katalysator en het motorplatform, de uitlaatstroom, de uitlaattemperatuur en de SCR-systeem bedrijfsomstandigheden uitgebreid te evalueren.

1. Bedrijfstemperatuurbereik

Continue bedrijfstemperatuur en maximale temperatuurbestendigheid zijn belangrijke parameters die moeten worden overwogen bij het selecteren van een ASC-katalysator.

Tijdens bedrijf met hoge belasting of nabehandelingsregeneratie kan de uitlaattemperatuur van zware diesel aanzienlijk veranderen. Daarom moeten de katalysatorcoating en het honingraatsubstraat het werkelijke temperatuurbereik van het doelmotorplatform weerstaan.

Als een ASC-katalysator gedurende langere perioden werkt onder omstandigheden die het ontworpen temperatuurbereik overschrijden, kan het risico op veroudering van de katalysatorcoating of prestatievermindering toenemen.

2. Katalysatorcoating en Materiaalsysteem

ASC-katalysatoren omvatten doorgaans katalysatorcoating, substraatmateriaal en actief componentontwerp, waaronder edelmetaalkatalysatorsystemen, keramische honingraatsubstraten en verschillende functionele katalysatorcoatings.

Verschillende materialen en formuleringen kunnen verschillende niveaus van ammoniakoxidatiecapaciteit, stikstofselectiviteit, thermische stabiliteit en zwavelbestendigheid bieden.

Daarom moeten kopers bij het aanschaffen van een ASC-katalysator niet alleen focussen op de vraag of een bepaald edelmetaalmateriaal wordt gebruikt. De katalysatoroplossing moet ook worden geëvalueerd op basis van de werkelijke uitlaatomstandigheden, het beoogde ammoniakslipniveau en de passende vereisten van het complete nabehandelingssysteem.

3. Ammoniakconversie-efficiëntie en Stikstofselectiviteit

Ammoniakconversie-efficiëntie is een van de belangrijke prestatie-indicatoren die worden gebruikt om de behandelingscapaciteit van een ASC-katalysator te evalueren, maar het mag niet als enige evaluatiecriterium worden gebruikt.

Stikstofselectiviteit moet ook worden overwogen.

Het doel van een ASC is niet simpelweg om de mate van NH3-oxidatie te verhogen, maar om resterende NH3 te beheersen en ongewenste stikstofhoudende bijproducten te minimaliseren.

Daarom vereist het ontwerp van ASC-katalysatoren doorgaans een redelijke balans tussen ammoniakconversiecapaciteit en reactieselectiviteit.

4. Honingraatstructuur, Celldichtheid en Wanddikte

Voor een honingraat ASC-katalysator beïnvloeden celldichtheid, wanddikte, substraatdiameter en katalysatorlengte de uitlaatstroomkenmerken, het katalytische reactieoppervlak en de systeemweerstand.

Zware dieselmotoren hebben doorgaans relatief hoge uitlaatstroomsnelheden, dus het kan niet zomaar worden aangenomen dat een hogere celldichtheid altijd beter is.

Bij de feitelijke selectie moeten de uitlaatstroom, de toegestane weerstand, de installatieruimte, de substraatafmetingen en het vereiste katalysatorvolume samen worden geëvalueerd.

Waarom is het matchen van de ASC met het SCR-systeem belangrijker dan het alleen selecteren van de katalysator?

Een ASC-katalysator is geen op zichzelf staand component, maar onderdeel van het complete diesel uitlaat nabehandelingssysteem.

Een typisch zwaar diesel nabehandelingssysteem kan DOC, DPF, SCR, ASC, een DEF-dosering systeem, NOx-sensoren, temperatuursensoren en een elektronisch regelsysteem omvatten.

Een afwijking in enig deel van dit systeem kan het uiteindelijke resultaat van de ammoniakslipcontrole beïnvloeden.

Bijvoorbeeld, afwijking in de NOx-sensorregeling kan de DEF-doseringstrategie beïnvloeden; overmatige DEF-dosering kan resterende NH3 verhogen; en veroudering van de SCR-katalysator kan de werkelijke NH3-verbruikscapaciteit van het systeem veranderen.

Daarom moeten voor OEM's en integrators van nabehandelingssystemen de ASC-selectie worden uitgevoerd vanuit een systeem-niveau passend perspectief in plaats van alleen de specificaties van een individuele ASC-katalysator te vergelijken.

Hoe kunt u bepalen of een ASC-katalysator geschikt is voor het beoogde dieselplatform?

Voordat u een ASC-katalysatoroplossing bepaalt, wordt aanbevolen om de leverancier de volgende belangrijke operationele informatie te verstrekken:

• Motorinhoud en toepassingstype;

• Uitlaatstroombereik;

• SCR-uitlaattemperatuurbereik;

• SCR-uitlaat NH3-concentratie of beoogde ammoniakslip limiet;

• Beschikbare installatieruimte;

• Vereisten voor honingraatsubstraatafmetingen;

• Toepasselijke emissieregelgeving of emissienormen;

• Of er sprake is van bedrijf bij hoge temperaturen, blootstelling aan zwavel of frequente regeneratieomstandigheden.

Deze parameters kunnen de katalysatorleverancier helpen bij het bepalen van de vereiste ASC-afmetingen, substraatstructuur, celldichtheid en katalysatorcoatingoplossing.

Voor zware dieselvoertuigen, bouwmachines en off-road dieselmotorplatforms kunnen aanpassingsmogelijkheden zoals aangepaste katalysatorafmetingen, aangepaste celldichtheid en aangepaste katalysatorcoating helpen bij het bereiken van een passender nabehandelingssysteem, afhankelijk van de specifieke motor- en SCR-systeemomstandigheden.

Conclusie: ASC is een belangrijke downstream fase voor ammoniakslipcontrole bij zware dieselvoertuigen

Ammoniakgeur in de uitlaat is meestal slechts een van de meer merkbare tekenen van een ammoniakslip probleem.

Voor zware dieselvoertuigen is de belangrijkere kwestie of de DEF-dosering, de SCR-katalytische reactiecapaciteit, de sensorregeling, de uitlaattemperatuur en de downstream ASC-behandeling correct op elkaar zijn afgestemd.

Een ASC-katalysator die na het SCR-systeem is geïnstalleerd, kan resterende NH3 verder behandelen, waardoor de volledigheid van de diesel uitlaat nabehandelingsketen wordt verbeterd.

Bij het selecteren van een ASC-katalysator moeten de bedrijfstemperatuur, ammoniakconversie-efficiëntie, stikstofselectiviteit, katalysatormaterialen, honingraatstructuur, celldichtheid, wanddikte, uitlaatstroom, systeemweerstand en installatieruimte samen worden geëvalueerd.

Daarom moet de focus van de ASC-selectie voor OEM's, katalysatorkopers en integrators van diesel nabehandelingssystemen niet simpelweg het vergelijken van individuele product specificaties zijn, maar het bepalen of de ASC-oplossing werkelijk past bij de uitlaat bedrijfsomstandigheden en het SCR-systeemontwerp van het beoogde dieselplatform.