Płyn do silników Diesla
Płyn do układów wydechowych silników Diesla ( DEF ; znany również jako AUS 32 i sprzedawany jako AdBlue ) to płyn stosowany w celu zmniejszenia ilości zanieczyszczenia powietrza wytwarzanego przez silnik Diesla. W szczególności DEF jest wodnym mocznika sporządzonym z 32,5% mocznika i 67,5% wody dejonizowanej . DEF tlenków azotu ( NOx
jest ) zużywany w selektywnej redukcji katalitycznej (SCR), która obniża stężenie w spalinach z silnika Diesla .
Inne nazwy
W międzynarodowej normie definiującej DEF ( ISO 22241) jest określany jako AUS 32 (wodny roztwór mocznika 32%). DEF jest również sprzedawany jako AdBlue, zarejestrowany znak towarowy Niemieckiego Stowarzyszenia Przemysłu Motoryzacyjnego .
Kilka marek systemów SCR korzysta z DEF: BlueHDI jest używany przez pojazdy Grupy PSA , w tym marki Peugeot , Citroën i DS Automobiles ; BlueTec firmy Daimler AG ; i FLENDS (Final Low Emission New Diesel System) firmy UD Trucks .
Tło
Silniki wysokoprężne są zazwyczaj eksploatowane przy stosunku powietrza do paliwa w spalaniu ubogim (współczynnik nadstechiometryczny ), aby zapewnić pełne spalanie sadzy i zapobiec wyczerpaniu niespalonego paliwa. Nadmiar powietrza prowadzi do wytwarzania NO
x , które są szkodliwymi zanieczyszczeniami , z azotu w atmosferze. SCR stosuje się w celu zmniejszenia ilości NO
x uwalnianych do atmosfery. DEF z oddzielnego zbiornika jest wtryskiwany do układu wydechowego, a ciepło spalin rozkłada go na amoniak. W katalizatorze SCR NO .
x są redukowane przez amoniak do wody i azotu , które nie powodują zanieczyszczeń Woda i azot są następnie uwalniane do atmosfery przez spaliny.
SCR został zastosowany w samochodach przez Nissan Diesel Corporation , a pierwszy praktyczny produkt „ Nissan Diesel Quon ” został wprowadzony w 2004 roku. We współpracy z przemysłem naftowym i chemicznym do września 2005 roku w Japonii przygotowano infrastrukturę obejmującą 1300 stacji dostarczających DEF .
W 2007 roku Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) wprowadziła wymagania dotyczące znacznego ograniczenia szkodliwych emisji spalin. Aby osiągnąć ten standard, firma Cummins i inni producenci silników wysokoprężnych opracowali system oczyszczania spalin, który obejmuje zastosowanie filtra cząstek stałych (DPF).
Ponieważ filtr DPF nie działa z olejem napędowym o niskiej zawartości siarki, silniki wysokoprężne spełniające normy emisji EPA z 2007 r. wymagają oleju napędowego o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD), aby zapobiec uszkodzeniu filtra DPF. Po krótkim okresie przejściowym paliwo ULSD stało się powszechne na stacjach paliw w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie.
NOx .
tymczasowym , aby dać producentom czas na przygotowanie się do bardziej rygorystycznych przepisów EPA z 2010 r., które jeszcze bardziej obniżyły poziom W 2008 r. obawy dotyczące zgodności przeniosły się na infrastrukturę dystrybucji DEF.
Szybkość wtryskiwania DEF do spalin zależy od konkretnego układu oczyszczania spalin, ale zazwyczaj wynosi 2–6% objętości zużycia oleju napędowego. Ta niska szybkość dozowania zapewnia długie okresy między uzupełnianiami płynów i minimalizuje rozmiar zbiornika oraz ingerencję w przestrzeń opakowania pojazdu. Elektroniczna jednostka sterująca reguluje dodawanie płynu w zależności od parametrów takich jak poziom NOx w spalinach (przed katalizatorem, za katalizatorem i ewentualnie pomiędzy katalizatorami jeśli jest ich więcej niż jeden), aktualny poziom napełnienia amoniakiem, temperatura pracy silnika i prędkość. [ potrzebne źródło ]
Chemia
DEF to 32,5% roztwór mocznika, (NH
2 )
2 CO . Po wstrzyknięciu do gorącego spalin woda odparowuje, a mocznik termicznie rozkłada się na amoniak ( NH
3 ) i kwas izocyjanowy (HNCO):
-
(
NH2 )
2CO _ → NH3
HNCO +
Kwas izocyjanowy reaguje z parą wodną i hydrolizuje do dwutlenku węgla i amoniaku:
-
NH3
HNCO + H2O _ _ → CO2 +
Ogółem do tej pory:
-
(NH
2 )
2 CO + H
2 O → 2 NH
3 + CO 2
Amoniak w obecności tlenu i katalizatora redukuje dwa różne tlenki azotu:
-
4 NO + 4 NH
3 + O
2 → 4 N
2 + 6 H 2 O („standardowy SCR”) i -
6 NO
2 + 8 NH
3 → 7 N
2 + 12 H 2 O („ selektywna redukcja katalityczna NO 2 SCR” ) [ potrzebne źródło ] -
NO + NO
2 + 2 NH
3 → 2 N
2 + 3 H
2 O („szybki SCR”)
Całkowita redukcja NOx
: przez mocznik wynosi zatem
- 2 (NH 2 ) 2 CO + 4 NO + O 2 → 4 N 2 + 4 H 2 O + 2 CO 2 i
- 4 (NH 2 ) 2 CO + 6 NO 2 → 7 N 2 + 8 H 2 O + 4 CO 2 i
- (NH 2 ) 2 CO + NO + NO 2 → 2 N 2 + 2 H 2 O + CO 2
Stosunek między NO 2 i NO określa, które reakcje zachodzą i jak szybko. Najwyższe współczynniki konwersji uzyskuje NO2 się , gdy obecne są równe ilości i NO , zwłaszcza w temperaturach pomiędzy 200°C a 350°C. Jeśli NO jest więcej niż NO 2 , następuje sekwencyjnie szybka SCR i standardowa SCR. Jeśli NO 2 jest więcej niż NO , szybka SCR i NO 2 SCR zachodzą sekwencyjnie, jednak NO 2 SCR jest wolniejszy niż standardowy SCR, a azotan amoniaku może tworzyć i czasowo dezaktywować katalizator.
Eksploatacja w okresie zimowym
DEF zamarza w temperaturze -11 ° C (12 ° F). Aby układ oczyszczania spalin SCR działał w niskich temperaturach, odpowiednia ilość zamrożonego płynu DEF musi zostać stopiona w możliwie najkrótszym czasie, najlepiej rzędu minut. Na przykład EPA z 2010 r. dotyczące emisji wymagają pełnego przepływu płynu chłodzącego DEF w ciągu 70 minut.
W Europie Rozporządzenie (UE) nr 692/2008 z dnia 18.07.2008 r. wykonujące i zmieniające rozporządzenie (WE) nr 715/2007 Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie homologacji typu pojazdów silnikowych w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń pochodzących od lekkich pasażerów i pojazdów użytkowych (Euro 5 i Euro 6) oraz w sprawie dostępu do informacji dotyczących naprawy i konserwacji pojazdów określonych w załączniku XVI pkt 10, że DEF z zamarzniętego zbiornika o temperaturze wnętrza -15°C musi być dostępny w ciągu 20 minut po uruchomieniu silnika przy -15°C.
Zazwyczaj zamrożony płyn DEF jest topiony przez ciepło z silnika, np. płyn chłodzący silnik przechodzący przez zbiornik płynu DEF, sterowany przez termostatyczny zawór sterujący płynem chłodzącym. Ta metoda może zająć dużo czasu, zanim układ oczyszczania spalin SCR będzie w pełni sprawny, często nawet do godziny.
Inną metodą rozmrażania płynu DEF (a tym samym umożliwienia pełnego działania układu SCR) jest włączenie grzałki elektrycznej do zbiornika płynu DEF. Podgrzewacz ten musi być odpowiednio zwymiarowany, umieszczony i zasilany, aby szybko stopić wystarczającą ilość zamrożonego płynu DEF. Powinien być korzystnie samoregulujący, aby nie przegrzewać się, jeśli (część) podgrzewacza znajduje się poza cieczą. Powinien również być samoregulujący, aby wyeliminować wszelkie skomplikowane systemy czujników i regulacji temperatury. Ponadto grzejnik nie powinien przekraczać 50–60 ° C (122–140 ° F), ponieważ DEF zaczyna się rozkładać w temperaturze około 60 ° C (140 ° F). W tym celu często stosuje się grzejniki PTC .
Bezpieczeństwo i przechowywanie
Roztwór mocznika jest klarowny, nietoksyczny i bezpieczny w użyciu. Ponieważ mocznik działa korodująco na metale takie jak aluminium, DEF jest przechowywany i transportowany w specjalnych pojemnikach. Pojemniki te są zwykle wykonane ze stali nierdzewnej. Układy selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) pojazdów oraz dystrybutory płynu DEF są zaprojektowane w taki sposób, aby nie występowały na nie korozyjne działanie mocznika. Zaleca się przechowywanie DEF w chłodnym, suchym i dobrze wentylowanym miejscu, z dala od bezpośredniego światła słonecznego. Masowe ilości DEF nadają się do przechowywania w pojemnikach polietylenowych ( HDPE , XLPE ), tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym ( FRP ) i stalowych zbiornikach. DEF jest również często przeładowywany w pośrednich pojemnikach do przewozu luzem w celu przechowywania i transportu.
DEF jest oferowany konsumentom w różnych ilościach, od pojemników do jednorazowego lub wielokrotnego użytku na małą skalę, po masowce dla konsumentów wymagających dużych ilości DEF. Od 2013 r. wiele przystanków dla ciężarówek dodało pompy DEF. Znajdują się one zwykle obok pomp paliwowych, dzięki czemu kierowca może napełnić oba zbiorniki bez przemieszczania ciężarówki.
W Europie coraz więcej stacji paliw oferuje pompki AdBlue nie tylko do dużych pojazdów użytkowych, ale także do samochodów osobowych.
Na lotniskach, gdzie czasami DEF może być wymagany w pojazdach obsługi naziemnej z silnikiem Diesla, należy ostrożnie zarządzać jego etykietowaniem i przechowywaniem, aby uniknąć przypadkowego serwisowania samolotów odrzutowych z DEF zamiast inhibitora oblodzenia układu paliwowego , co jest błędem przypisywanym wielu silnikom podczas lotu awarie i uziemienia.
Niedobór zaopatrzenia
Korea Południowa
Od grudnia 2021 r. niedobór DEF w Korei Południowej trwał i siał spustoszenie w jej gospodarce. Ponieważ większość stosowanego mocznika pochodzi z Chin, import spadł, odkąd Chiny wprowadziły we wrześniu obowiązkowe kontrole eksportu mocznika. Prawie 97% importu mocznika do Korei Południowej pochodziło z Chin w okresie od stycznia do września. W 2015 roku Korea Południowa nałożyła na samochody z silnikiem Diesla obowiązek stosowania roztworów mocznika w celu kontroli emisji, co ma obecnie wpływ na 40% zarejestrowanych pojazdów. Pojazdy z silnikiem Diesla produkowane od 2015 roku musiały być wyposażone w systemy SCR. Rząd Korei Południowej zaczął racjonować roztwór mocznika i zakazał jego odsprzedaży, ponieważ panika kupowana przez kierowców zaostrzyła dotkliwy niedobór, który może spowodować zatrzymanie transportu i przemysłu.
Australia
Na początku grudnia 2021 roku Australijskie Narodowe Stowarzyszenie Transportu Drogowego wyraziło również obawy dotyczące niedoboru DEF w kraju z powodu niedoboru mocznika w Chinach. Chiny ograniczyły eksport, aby chronić swoje krajowe dostawy i rosnące ceny DEF. Do połowy grudnia w Australii pozostały zapasy AdBlue na około 7 tygodni. 14 grudnia australijska firma oświadczyła, że zbuduje nową fabrykę.