Жидкость для выхлопных газов дизеля
 |
Жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей ( DEF ; также известна как AUS 32 и продается как AdBlue). [3] ) — жидкость, используемая для уменьшения количества загрязнений воздуха, создаваемых дизельным двигателем. В частности, DEF представляет собой водный раствор мочевины , состоящий из 32,5% мочевины и 67,5% деионизированной воды . DEF расходуется при селективном каталитическом восстановлении (SCR), которое снижает концентрацию оксидов азота ( NO
x ) в дизельных выхлопных газов выбросах дизельного двигателя . [4]
Другие имена
[ редактировать ]В международном стандарте, определяющем DEF ( ISO 22241), он обозначается как AUS 32 (32% водный раствор мочевины). [5] DEF также продается как AdBlue, зарегистрированная торговая марка Немецкой ассоциации автомобильной промышленности .
В системах SCR нескольких марок используется DEF: BlueHDI используется в автомобилях группы PSA, включая Peugeot , Citroën и DS Automobiles марки ; BlueTec от Daimler AG ; и FLENDS (новая дизельная система с низким уровнем выбросов) от UD Trucks . Blue Sky DEF производится и распространяется для розничной продажи компанией Prime Lubes, Inc. [6]
Фон
[ редактировать ]Дизельные двигатели обычно работают с обедненной смесью воздуха и топлива ( сверхстехиометрическое соотношение), чтобы обеспечить полное сгорание сажи и предотвратить израсходование несгоревшего топлива. Избыток воздуха приводит к образованию NO.
x , которые являются вредными загрязнителями , из азота в атмосфере. SCR используется для уменьшения количества NO
х выброшен в атмосферу. DEF из отдельного бака впрыскивается в выхлопной трубопровод, а тепло выхлопных газов разлагает его до аммиака. В катализаторе NO SCR
x восстанавливаются аммиаком до воды и азота , которые не загрязняют окружающую среду. Затем вода и азот выбрасываются в атмосферу через выхлопные газы. [7]
SCR была применена в автомобилях корпорацией Nissan Diesel , а первый практический продукт « Nissan Diesel Quon » был представлен в 2004 году. При сотрудничестве нефтяной и химической промышленности к сентябрю 2005 года в Японии была подготовлена инфраструктура из 1300 станций для поставки DEF. . [8]
В 2007 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) приняло требования по значительному сокращению вредных выбросов выхлопных газов. Чтобы достичь этого стандарта, компания Cummins и другие производители дизельных двигателей разработали систему очистки выхлопных газов, включающую использование сажевого фильтра (DPF).
Поскольку DPF не работает с дизельным топливом с низким содержанием серы, дизельным двигателям, соответствующим стандартам выбросов EPA 2007 года, требуется дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы (ULSD), чтобы предотвратить повреждение DPF. После короткого переходного периода топливо ULSD стало обычным явлением на топливных насосах в США и Канаде.
Правила EPA 2007 года были задуманы как временное решение, дающее производителям время подготовиться к более строгим правилам EPA 2010 года, которые снизили выбросы NO.
x уровней еще дальше. [9] В 2008 году опасения по поводу соблюдения требований переместились на инфраструктуру распространения DEF. [10]
Скорость впрыска DEF в выхлопные газы зависит от конкретной системы последующей обработки, но обычно составляет 2–6% от объема потребления дизельного топлива. Такая низкая скорость дозирования обеспечивает длительные интервалы дозаправки жидкости и сводит к минимуму размер бака и его проникновение в упаковочное пространство автомобиля. Электронный блок управления регулирует добавление жидкости в соответствии с такими параметрами, как NO.
уровень x в выхлопных газах (перед каталитическим нейтрализатором, после каталитического нейтрализатора и, возможно, между каталитическими нейтрализаторами, если их несколько), текущий уровень наполнения аммиаком, [11] рабочая температура и частота вращения двигателя. [ нужна ссылка ]
Химия
[ редактировать ]DEF представляет собой 32,5% раствор мочевины (NH
2 )
2 СО . При впрыске в поток горячих выхлопных газов вода испаряется, а мочевина термически разлагается. [12] с образованием аммиака ( NH
3 ) и изоциановая кислота (HNCO):
- (Нью-Хэмпшир
2 )
2 СО → NH
3 + ГНКО
Изоциановая кислота реагирует с водяным паром и гидролизуется до углекислого газа и аммиака:
- ГНКО + H 2 O → CO 2 + NH
3
В целом на данный момент:
- (Нью-Хэмпшир
2 )
2 СО + Н
2 О → 2 NH
3 + СО 2
Аммиак в присутствии кислорода и катализатора восстанавливает два разных оксида азота: [13]
- 4 НО + 4 НЗ
3 + О
2 → 4 Н
2 + 6 H 2 O («стандартный SCR») и - 6 НЕТ
2 + 8 НХ
3 → 7 Н
2 + 12 H 2 O («селективное каталитическое восстановление NO 2 SCR») [ нужна ссылка ] - НЕТ + НЕТ
2 + 2 НХ
3 → 2 Н
2 + 3 часа
2 О («быстрый тиристор»)
Общее снижение NO
x по мочевине тогда:
- 2 (NH 2 ) 2 СО + 4 НЕТ + О 2 → 4 Н 2 + 4 H 2 O + 2 CO 2 и
- 4 (NH 2 ) 2 СО + 6 НЕТ 2 → 7 Н 2 + 8 H 2 O + 4 CO 2 и
- (NH 2 ) 2 СО + НЕТ + НЕТ 2 → 2 Н 2 + 2 Н 2 О + СО 2
Соотношение между № 2 и NO определяет, какие реакции происходят и как быстро. Самые высокие показатели конверсии достигаются, если равные количества № 2 и NO присутствуют, особенно при температурах от 200 °C до 350 °C. Если есть больше НЕТ, чем NO 2 , быстрое SCR и стандартное SCR выполняются последовательно. Если есть больше НЕТ 2, чем NO , быстрая SCR и NO 2 SCR происходят последовательно, однако NO 2 SCR медленнее, чем стандартная SCR, а нитрат аммония может образовывать и временно деактивировать каталитический нейтрализатор. [14]
Эксплуатация в зимнее время
[ редактировать ]DEF замерзает при температуре -11 ° C (12 ° F). [15] [16] [17] Чтобы система очистки выхлопных газов SCR работала при низких температурах, достаточное количество замороженного DEF должно быть расплавлено за как можно более короткое время, предпочтительно порядка нескольких минут. Например, требования EPA 2010 года к выбросам требуют полного расхода охлаждающей жидкости DEF в течение 70 минут. [18] [19]
В Европе Регламент (ЕС) № 692/2008. [20] в пункте 10 Приложения XVI указано, что DEF из замороженного бака при внутренней температуре -15 °C (5 °F) должен стать доступным в течение 20 минут при запуске двигателя при температуре -15 °C (5 °F).
Обычно замороженный DEF плавится под действием тепла от двигателя, например, охлаждающая жидкость двигателя проходит через бак DEF, управляемый термостатическим клапаном управления охлаждающей жидкостью. Этот метод может занять значительное время, прежде чем система очистки выхлопных газов SCR заработает на полную мощность, часто до часа. [4]
Другой способ разморозить DEF (и, таким образом, обеспечить полную работу SCR) – это встроить в бак DEF электрический нагреватель. Этот нагреватель должен иметь достаточные размеры, расположение и питание, чтобы быстро растопить достаточное количество замороженного DEF. Предпочтительно, чтобы он был саморегулирующимся, чтобы не допускать перегрева, если (часть) нагревателя находится вне жидкости. Также желательно, чтобы он был саморегулирующимся, чтобы исключить любые сложные датчики и системы регулирования температуры. Кроме того, температура нагревателя не должна превышать 50–60 °C (122–140 °F), поскольку DEF начинает разлагаться при температуре около 60 °C (140 °F). нагреватели PTC Для этого часто используются .
Безопасность и хранение
[ редактировать ]Раствор мочевины прозрачный, нетоксичный и безопасный в обращении. [21] Поскольку карбамид оказывает коррозионное воздействие на такие металлы, как алюминий, DEF хранят и транспортируют в специальных контейнерах. [22] [23] Эти контейнеры обычно изготавливаются из нержавеющей стали. [23] Системы селективного каталитического восстановления (SCR) автомобилей и дозаторы DEF сконструированы таким образом, чтобы исключить коррозионное воздействие мочевины на них. [22] Рекомендуется хранить DEF в прохладном, сухом и хорошо проветриваемом помещении, защищенном от прямых солнечных лучей. Большие объемы DEF подходят для хранения в полиэтиленовых контейнерах ( HDPE , XLPE ), армированном стекловолокном пластике ( FRP ) и стальных резервуарах. DEF также часто перевозится в промежуточных контейнерах для хранения и транспортировки.
DEF предлагается потребителям в различных количествах: от контейнеров для однократного или многократного небольшого использования до навалочных судов для потребителей, которым требуется большое количество DEF. По состоянию на 2013 год на многих стоянках для грузовиков были установлены насосы DEF. Обычно они расположены рядом с топливными насосами, поэтому водитель может заполнить оба бака, не перемещая грузовик.
В Европе все больше заправочных станций предлагают насосы AdBlue не только для больших коммерческих автомобилей, но и для легковых автомобилей.
В аэропортах, где DEF иногда может потребоваться для дизельных транспортных средств наземного обслуживания, необходимо тщательно контролировать его маркировку и хранение, чтобы избежать случайного обслуживания реактивных самолетов DEF вместо ингибитора обледенения топливной системы - ошибки, в которой обвиняют несколько двигателей в полете. инциденты с отказами и заземлением. [24] [25] [26]
Дефицит поставок
[ редактировать ]Южная Корея
[ редактировать ]По состоянию на декабрь 2021 г. [update], нехватка DEF в Южной Корее продолжалась и наносила ущерб ее экономике. Поскольку большая часть используемого карбамида поставляется Китаем, импорт замедлился с тех пор, как Китай в сентябре ввел обязательные проверки экспорта карбамида. [27] В период с января по сентябрь почти 97% импорта карбамида в Южную Корею приходилось на Китай. В 2015 году Южная Корея обязала дизельные автомобили использовать растворы мочевины для контроля выбросов, и сейчас этот шаг затрагивает 40% зарегистрированных транспортных средств. Дизельные автомобили, выпущенные с 2015 года, должны были быть оснащены системами SCR. [28] Правительство Южной Кореи начало нормировать раствор мочевины и запретило его перепродажу, поскольку панические покупки водителями усугубили острый дефицит, который может привести к остановке транспорта и промышленности. [29] KC -330 Cygnus был отправлен для импорта жидкости для выхлопных газов дизельных двигателей из Австралии, чтобы облегчить дефицит поставок основного материала, используемого в дизельных автомобилях. [30]
Австралия
[ редактировать ]В начале декабря 2021 года Австралийская национальная ассоциация автомобильного транспорта также выразила обеспокоенность по поводу нехватки DEF в стране из-за нехватки карбамида в Китае. [31] Китай ограничил экспорт, чтобы защитить свои внутренние поставки и рост цен на DEF. К середине декабря в Австралии оставался запас AdBlue примерно на 7 недель. [32] 14 декабря австралийская компания заявила, что построит новый завод. [33]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Стандартизированный блок SCR Hino» . Хино Моторс. Архивировано из оригинала 5 августа 2014 года . Проверено 30 июля 2014 г.
- ^ «Будущее ДНР» (PDF) . Хино Моторс . Проверено 30 июля 2014 г.
- ^ «Какова функция AdBlue?» . Смазочные материалы Еврол . 18 мая 2020 г. Проверено 16 ноября 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Что такое ДЕФ?» (PDF) . Фильтрация Камминс . Архивировано из оригинала (PDF) 23 марта 2021 года.
- ^ «ISO 22241-4:2019 Дизельные двигатели. Восстановитель NOx AUS 32» . ИСО (Международная организация по стандартизации). 1 июля 2019 года.
- ^ Компания «Прайм Лубс Инк» .
- ^ «Как это работает» . H2Blu . Архивировано из оригинала 21 ноября 2017 года . Проверено 9 июля 2012 года .
- ^ «Система CSR мочевины (FLENDS)» [Система CSR «FLENDS»]. Общество инженеров автомобильной промышленности Японии (на японском языке) , дата обращения 28 ноября 2021 г. .
- ^ Марк Квазиус (1 мая 2013 г.). «Стандарты Агентства по охране окружающей среды на выбросы и жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей 2010 г.» . Семейный автодом . Проверено 3 декабря 2021 г.
- ^ Брайан Стрейт (28 мая 2008 г.). «Инфраструктура DEF в хорошем состоянии» . Владелец флота . Проверено 3 декабря 2021 г.
- ^ «Очистка выхлопных газов с помощью технологии двойного впрыска» . Бош . Проверено 8 мая 2022 г.
- ^ Кутерновский, Филип; Сташак, Мацей; Сташак, Катажина (июль 2020 г.). «Моделирование разложения мочевины при селективном каталитическом восстановлении (SCR) для систем доочистки выхлопных газов дизельных двигателей методом конечных объемов» . Катализаторы . 10 (7): 749. doi : 10.3390/catal10070749 .
- ^ EP 2551009 , Харрис, Томас М.; Айяппан, Поннайян и Доу, Данан, «Состав жидкости для дизельных выхлопных газов с высоким содержанием аммония и низкой температурой замерзания», опубликовано 30 января 2013 г., передано Deere & Co.
- ^ Кобель, Манфред; Мадия, Джузеппе; Элзенер, Мартин (2002). «Селективное каталитическое восстановление NO и NO 2 при низких температурах». Катализ сегодня . 73 (3–4): 239–247. дои : 10.1016/S0920-5861(02)00006-8 .
- ^ «Замерзает ли AdBlue» . автомобили нуждаются в уходе . Май 2023.
- ^ «AdBlue Что нужно знать владельцам дизельных автомобилей» . www.rix.co.uk. Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ Панайи, Адам (2017). «Часто задаваемые вопросы» . Discoverdef.com . Проверено 29 декабря 2017 г.
- ^ «Доставка и хранение оборудования DEF» . Камминс Инк. 2017 г. Проверено 29 декабря 2017 г.
- ^ «5 фактов и вымыслов о жидкости для выхлопных газов дизельных двигателей» . Victory Blue — Жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей . 2016. Архивировано из оригинала 29 декабря 2017 года . Проверено 29 декабря 2017 г.
- ^ Регламент (ЕС) № 692/2008 от 18 июля 2008 г., реализующий и вносящий поправки в Регламент (ЕС) № 715/2007 Европейского парламента и Совета об утверждении типа автотранспортных средств в отношении выбросов легких пассажирских и коммерческих автомобилей ( Евро 5 и Евро 6), а также о доступе к информации по ремонту и техническому обслуживанию транспортных средств.
- ^ «3. Идентификация опасностей» (PDF) . Раствор мочевины 32,5% Паспорт безопасности материала . Фертиберия . 21 августа 2008 г. с. 2.
3.1– Для здоровья человека… Продукт имеет низкую токсичность и не считается, что он может нанести вред здоровью. … 3.1.5. – Долгосрочные эффекты:… Мочевина – это вещество, которое появляется в организме в результате метаболизма белков и выводится с мочой .
- ^ Перейти обратно: а б «Банки с мочевиной на дизельных грузовиках — это закон США, вступающий в силу в 2010 году» . EurekAlert, управляемый AAAS. 10 ноября 2008 года . Проверено 22 июля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Карбамид – резервуары для хранения Крампица» . 5 октября 2016 г. Архивировано из оригинала 23 июля 2020 г. . Проверено 22 июля 2020 г.
- ^ Эпштейн, Курт (24 августа 2018 г.). «Близкий вызов Falcon с топливом, загрязненным DEF» . АЙН онлайн . Проверено 8 июля 2021 г.
- ^ Тербер, Мэтт (27 мая 2019 г.). «Загрязнение DEF снижает два цитирования» . АЙН онлайн . Проверено 8 июля 2021 г.
- ^ «NBAA призывает проводить больше тренировок по DEF, чтобы избежать загрязнения топлива» . Национальная ассоциация деловой авиации. 17 августа 2020 г. Проверено 8 июля 2021 г.
- ^ Кён Мин, Ли (9 ноября 2021 г.). «Недостатку жидкости для выхлопных газов дизельных двигателей в Корее не видно немедленного конца» . «Корея Таймс» . ISSN 0712-1733 . Архивировано из оригинала 9 ноября 2021 года . Проверено 6 января 2022 г.
- ^ Ча, Сангми; Ян, Хикён (9 октября 2021 г.). «Дефицит карбамида угрожает транспорту и энергетике Южной Кореи» . Рейтер . Проверено 6 декабря 2021 г.
- ^ Ян, Хикён (11 октября 2021 г.). «Южная Корея нормирует мочевину на фоне дефицита, водители в панике скупают ее» . Рейтер . Проверено 17 ноября 2021 г.
- ^ «Продажа DEF ограничена в объёмах, поставщики» . Корейская ежедневная газета JoongAng . 11 ноября 2021 г. Проверено 17 октября 2023 г.
- ^ Спаркс, Дэвид (3 декабря 2021 г.). «Дизельный кризис грозит остановить Австралию, предупреждает транспортная отрасль» . Новости АВС . Архивировано из оригинала 3 января 2022 года . Проверено 6 января 2022 г.
- ^ Белот, Генри (13 декабря 2021 г.). «Австралия получит больше критически важного химиката для грузовых автомобилей после того, как Китай наступит на мировом рынке» . Новости АВС . Австралийская радиовещательная корпорация . Проверено 13 декабря 2021 г.
- ^ Макдональд-Смит, Анджела; Эванс, Саймон (14 декабря 2021 г.). «Кризис AdBlue запускает предприятие по производству карбамида в Южной Австралии стоимостью 2,6 миллиарда долларов» . Австралийский финансовый обзор . Проверено 15 декабря 2021 г.