Bij zware dieselvoertuigen, bouwmachines en off-road dieselmotortoepassingen is de uitlaattemperatuur niet constant. Bedrijf met hoge belasting, continu rijden bergop, frequent starten en stoppen, en actieve DPF-regeneratie kunnen het dieselnabewerkingssysteem blootstellen aan relatief hoge thermische belastingen.

Voor een Ammonia Slip Catalyst (ASC) die downstream van het SCR-systeem is geïnstalleerd, is hoge temperatuur niet alleen gerelateerd aan de onmiddellijke katalytische reactiecapaciteit, maar ook aan de stabiliteit op lange termijn van de katalysatorcoating, het substraatmateriaal en de actieve componenten. Als het materiaal systeem en het bedrijfstemperatuurbereik van de ASC-katalysator niet overeenkomen met het werkelijke motorplatform, kunnen de risico's van deactivatie van de katalysator bij hoge temperaturen, veroudering van de coating en verminderde ammoniakslipcontrolecapaciteit toenemen.

Daarom, bij het selecteren van componenten voor een dieselnabewerkingssysteem, mag een ASC-katalysator niet alleen worden geëvalueerd op ammoniakconversie-efficiëntie. Continue bedrijfstemperatuur, maximale temperatuurbestendigheid, katalysatormaterialen, honingraatstructuur en werkelijke regeneratieomstandigheden moeten ook samen worden overwogen.

Waarom verhogen omstandigheden met hoge temperaturen het risico op deactivatie van ASC-katalysatoren?

Een ASC wordt meestal downstream van de SCR-katalysator geïnstalleerd om resterende NH3 verder te behandelen die niet volledig is verbruikt door het SCR-systeem.

Hoewel katalytische reacties zelf een geschikt temperatuervenster vereisen, kunnen aanhoudende hoge temperaturen of herhaalde thermische schokken de toestand van de katalysatorcoating en actieve componenten veranderen, waardoor de prestaties op lange termijn van de katalysator worden beïnvloed.

Langdurige hoge temperaturen kunnen de veroudering van de katalysatorcoating versnellen

Een ASC-katalysator bestaat meestal uit een honingraatsubstraat, katalysatorcoating en actieve componenten.

Wanneer de katalysator gedurende langere perioden op relatief hoge uitlaattemperaturen blijft, kan de katalysatorcoating continue thermische belasting ervaren. Als de werkelijke temperatuur gedurende lange perioden dicht bij of boven het ontworpen bereik van het product blijft, kan het risico op veranderingen in de coatingstructuur of degradatie van de activiteit toenemen.

Daarom mag de Continue Bedrijfstemperatuur niet worden genegeerd bij de aankoop van een ASC-katalysator. Het weerspiegelt het temperatuurbereik dat geschikt is voor langdurige werking van de katalysator, in plaats van alleen de maximale temperatuur die de katalysator voor een korte periode kan weerstaan.

DPF-regeneratie kan kortstondige hoge temperatuurbelasting veroorzaken

In een dieselnabewerkingssysteem uitgerust met DOC, DPF, SCR en ASC, is DPF-regeneratie een van de bedrijfsprocessen die de systeemtemperatuur aanzienlijk kan beïnvloeden.

Tijdens actieve DPF-regeneratie kan de temperatuur in het nabewerkingssysteem aanzienlijk stijgen. Hoewel de ASC zich downstream van de SCR bevindt, kan deze nog steeds worden beïnvloed door veranderingen in de thermische toestand van het gehele systeem.

Daarom is Maximale Temperatuurbestendigheid ook een belangrijke parameter die moet worden bevestigd bij het selecteren van een ASC-katalysator. Voor dieselplatforms met frequente regeneratieomstandigheden is het niet voldoende om alleen te focussen op normale rijdtemperaturen voor een geschikte katalysatorselectie.

Temperatuurveranderingen kunnen katalytische activiteit en selectiviteit beïnvloeden

Een ASC-katalysator moet resterende NH3 behandelen en tegelijkertijd de juiste reactieselectiviteit handhaven.

Als de katalysator gedurende langere perioden buiten een geschikt temperatuurbereik werkt, kan niet alleen de ammoniakconversiecapaciteit veranderen, maar moet ook de stikstofselectiviteit worden overwogen.

Daarom moet het evalueren van prestaties bij hoge temperaturen niet simpelweg worden begrepen als "hoe hoger de temperatuurbestendigheid, hoe beter." In plaats daarvan is het noodzakelijk om te bevestigen of de katalysator een geschikte katalytische reactietoestand kan handhaven binnen het doelmotortemperatuervenster.

Welke belangrijke parameters moeten worden overwogen bij het selecteren van een ASC-katalysator voor hoge temperaturen?

Voor toepassingen met zware dieselvoertuigen en off-road dieselmotoren moet de ASC-selectie thermische prestaties, katalytische prestaties en structurele parameters samen overwegen.

1. Continue Bedrijfstemperatuur

Continue Bedrijfstemperatuur is een belangrijke parameter om te bepalen of een ASC-katalysator zich kan aanpassen aan een langdurige werkomgeving.

Kopers moeten bevestigen of de ASC continu kan werken binnen het doel temperatuurbereik volgens de gebruikelijke motorbedrijfsomstandigheden, de uitlaattemperatuurverdeling en het werkelijke SCR-uitlaattemperatuurbereik.

Als de langdurige bedrijfstemperatuur van de apparatuur al dicht bij de ontwerplimiet van de ASC ligt, moet de geschiktheid van de katalysatormaterialen en het coating systeem voor die bedrijfstoestand verder worden geëvalueerd.

2. Maximale Temperatuurbestendigheid

Maximale Temperatuurbestendigheid wordt voornamelijk gebruikt om het vermogen van de katalysator te evalueren om kortstondige hoge temperatuurgebeurtenissen te weerstaan.

Deze parameter is met name belangrijk voor systemen die DPF-regeneratie, continu bedrijf met hoge belasting of andere hoge temperatuurgebeurtenissen kunnen ervaren.

Continue bedrijfstemperatuur en maximale temperatuurbestendigheid mogen niet als dezelfde parameter worden behandeld. De eerste weerspiegelt de capaciteit voor langdurige werking, terwijl de laatste voornamelijk het vermogen van de katalysatormaterialen en structuur weerspiegelt om kortstondige hoge temperatuurbelasting te weerstaan.

3. Katalysatormaterialen en Coatingsysteem

ASC-katalysatoren kunnen edelmetaalkatalysatorsystemen, keramische honingraatsubstraten en verschillende functionele katalysatorcoatings gebruiken.

Het materiaal systeem beïnvloedt de thermische stabiliteit, ammoniakoxidatieprestaties, stikstofselectiviteit en zwavelbestendigheid van de katalysator.

Daarom, wanneer de toepassing relatief hoge uitlaattemperaturen omvat, moet bijzondere aandacht worden besteed aan de geschiktheid van de katalysatorcoating en substraatmateriaal voor de werkelijke bedrijfsomstandigheden. Selectie mag niet alleen gebaseerd zijn op de ASC-productnaam of externe afmetingen.

4. Honingraatsubstraatstructuur

Honingraatsubstraat is een veelvoorkomende structurele vorm die wordt gebruikt in ASC-katalysatoren.

Cel dichtheid, wanddikte, substraatdiameter en katalysatorlengte beïnvloeden niet alleen het katalytische reactieoppervlak, maar ook de uitlaatstroom en de systeemdrukval.

Onder hoge uitlaatstroom en hoge temperatuuromstandigheden moeten structurele parameters worden afgestemd op de motorinhoud, uitlaatstroom en installatieruimte.

Daarom betekent een hogere cel dichtheid niet noodzakelijkerwijs dat de katalysator geschikter is voor een dieselplatform met hoge temperaturen.

5. Ammoniakconversie-efficiëntie en Stikstofselectiviteit

Ammoniakconversie-efficiëntie wordt gebruikt om het vermogen van de ASC-katalysator om resterende NH3 te behandelen te evalueren, terwijl Stikstofselectiviteit wordt gebruikt om de selectiviteit van de reactieproducten te evalueren.

Voor ASC-toepassingen bij hoge temperaturen moeten deze twee indicatoren samen met de doelbedrijfstemperatuur worden geëvalueerd.

Als alleen de ammoniakconversie-efficiëntie bij een enkel temperatuurpunt wordt vergeleken terwijl het werkelijke motortemperatuervenster en de reactieselectiviteit worden genegeerd, weerspiegelt het resultaat mogelijk niet nauwkeurig de geschiktheid van de ASC onder werkelijke voertuigbedrijfsomstandigheden.

Waarom moet de stabiliteit bij hoge temperaturen worden geëvalueerd volgens het werkelijke dieselplatform?

Verschillende dieselmotorplatforms hebben verschillende uitlaattemperatuurkenmerken.

Zware wegvoertuigen, bouwmachines, mijnbouwapparatuur, landbouwmachines en dieselgeneratoren kunnen verschillende belastingsveranderingen, bedrijfstijden en regeneratiestrategieën hebben.

Bijvoorbeeld, apparatuur die gedurende lange perioden onder hoge belasting werkt, kan meer aandacht vereisen voor continue thermische belasting, terwijl platforms die frequent actieve DPF-regeneratie uitvoeren, extra overweging van kortstondige hoge temperatuurbelasting nodig hebben.

Daarom mag de Weerstand tegen Hoge Temperaturen niet onafhankelijk van de specifieke bedrijfsomstandigheden worden geëvalueerd.

Voor OEM's en integrators van nabewerkingssystemen is een meer geschikte aanpak om een ASC-katalysator te selecteren volgens het werkelijke temperatuurprofiel, de uitlaatstroom en de SCR-uitlaatcondities in plaats van simpelweg een product te selecteren met een hogere opgegeven maximale temperatuurbestendigheid.

Welke andere systeemafstemmingsfactoren moeten worden overwogen onder omstandigheden met hoge temperaturen?

Deactivatie van katalysatoren bij hoge temperaturen is niet het enige probleem dat moet worden overwogen voor de ASC-katalysator zelf.

In een compleet Diesel Nabewerkingssysteem interageren DOC, DPF, SCR, ASC, het DEF-doseersysteem, sensoren en het controlesysteem met elkaar.

SCR-uitlaattemperatuur

Omdat de ASC downstream van het SCR-systeem is geïnstalleerd, is de SCR-uitlaattemperatuur directer gerelateerd aan de werkelijke ASC-bedrijfsomgeving dan alleen de motoruitlaattemperatuur.

Bij het selecteren van een ASC-katalysator moet, indien mogelijk, het werkelijke SCR-uitlaattemperatuurbereik worden verstrekt, in plaats van alleen het nominale vermogen of de cilinderinhoud van de motor.

DPF-regeneratiestrategie

Verschillende dieselplatforms kunnen verschillende DPF-regeneratietemperaturen, regeneratieduren en regeneratiefrequenties hebben.

Deze informatie helpt bij het bepalen van de kortstondige hoge temperatuurbelasting die de ASC kan ervaren en bevestigt verder of de Maximale Temperatuurbestendigheid voldoet aan de systeemvereisten.

Uitlaatstroom en drukval

Hoge temperatuur gaat vaak gepaard met hoge motorbelasting en relatief hoge uitlaatstroom.

Daarom, bij het bepalen van de afmetingen van de ASC-katalysator, Cel dichtheid en Wanddikte, moet ook de toegestane systeemdrukval worden overwogen.

Als alleen het katalytische reactieoppervlak wordt benadrukt terwijl de uitlaatstroomomstandigheden worden genegeerd, komt de katalysatorstructuur mogelijk niet overeen met de werkelijke systeemvereisten.

Hoe de juiste ASC-katalysator te selecteren voor dieseltoepassingen met hoge temperaturen

Voordat een ASC-oplossing wordt bevestigd, wordt aanbevolen om de katalysatorleverancier de volgende belangrijke parameters te verstrekken:

• Motortype en cilinderinhoud;

• Specifiek toepassingsscenario;

• Normaal bedrijfsuitlaattemperatuurbereik;

• SCR-uitlaattemperatuurbereik;

• Maximale mogelijke uitlaattemperatuur;

• DPF-regeneratietemperatuur en regeneratiefrequentie;

• Uitlaatstroombereik;

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

• Beschikbare installatieruimte;

• Toegestane systeemdrukval;

• Vereisten voor honingraatsubstraatafmetingen en cel dichtheid;

• Of er speciale bedrijfsomstandigheden zoals zwavelblootstelling aanwezig zijn.

Deze informatie kan de leverancier helpen om de katalysatorcoating, honingraatstructuur, afmetingen en het materiaal systeem dat vereist is voor de ASC verder te bepalen.

Voor projecten met significante verschillen in bedrijfsomstandigheden met hoge temperaturen, kunnen aanpassingsmogelijkheden zoals Custom Catalyst Coating, Custom Catalyst Dimensions en Custom Cell Density worden gebruikt om systeemafstemming te bereiken volgens het specifieke dieselplatform.

Conclusie: Selectie van ASC bij hoge temperaturen mag niet alleen gebaseerd zijn op maximale temperatuurbestendigheid

Deactivatie van katalysatoren bij hoge temperaturen is een van de risico's die moeten worden overwogen bij het ontwerp van dieselnabewerkingssystemen, maar de ASC-selectie mag niet simpelweg worden gereduceerd tot "het kiezen van een katalysator met een hogere maximale temperatuurbestendigheid."

Wat echt moet worden geëvalueerd, is of de ASC-katalysator een passende balans kan bereiken tussen katalysatormaterialen, coatingsysteem, ammoniakconversie-efficiëntie, stikstofselectiviteit, honingraatstructuur en systeemdrukval binnen het werkelijke temperatuervenster van het doel dieselplatform.

Voor zware dieselvoertuigen, bouwmachines en off-road dieselmotorplatforms moeten parameters zoals Continue Bedrijfstemperatuur, Maximale Temperatuurbestendigheid, Ammoniakconversie-efficiëntie, Stikstofselectiviteit, Cel dichtheid en Wanddikte allemaal worden geëvalueerd volgens de werkelijke bedrijfsomstandigheden.

Daarom moeten OEM's, kopers van ASC-katalysatoren en integrators van nabewerkingssystemen, voordat ze een ASC-katalysatoroplossing selecteren, eerst het werkelijke motortemperatuurprofiel, de DPF-regeneratieomstandigheden en de SCR-uitlaatbedrijfsomstandigheden bevestigen.