SCR ゼオライト触媒: Cu と Fe の化学、温度ウィンドウおよび選択

触媒が 220 °C を超えることはめったにない 3.0 L ディーゼル バンと、安定した 420 °C で動作する 400 kW のスタンバイ発電機はどちらも NOx 削減が必要で、どちらもサプライヤーから同じフレーズで提供されます。SCR ゼオライト触媒です。同じハニカム レンガが両方にうまく機能するわけではありません。

前もっての実際的なルール: ゼオライトベースの SCR 触媒では、交換された金属 (銅または鉄) が低温活性を決定し、ゼオライト骨格 (CHA、MFI、BEA) が水熱耐久性と炭化水素による細孔の詰まりやすさを決定し、基材とウォッシュコートが背圧とアンモニア貯蔵を決定します。データシート上の 1 つの変換数値だけでは、その部品がデューティ サイクルで動作するかどうかについてはほとんど何もわかりません。実際に重要な 3 つの入力値は、温度ヒストグラム、燃料の硫黄レベル、公表された曲線の背後にある経年変化の状態です。

SCR 触媒化学の実用的なマップ

ゼオライトは、規則的な微細孔ネットワークを持つ結晶性アルミノケイ酸塩です。 SCR サービスでは、これはイオン交換ホストとして機能します。銅または鉄のカチオンがフレームワーク内に位置し、アンモニアと窒素酸化物が出会う場所を提供します。細孔サイズはどの分子がそれらの部位に到達できるかを制御するため、フレームワークの選択は互換性がありません。

• ゼオライトベース（金属交換）
  • Cu交換グレード：Cu-CHA（SSZ-13）、Cu-BEA、Cu-SAPO-34
  • Fe交換グレード：Fe-MFI（ZSM-5）、Fe-BEA
  • 複合システム: Cu-Fe ウォッシュコート、SCR コーティング DPF (SCRF)
• バナジウムベース（ゼオライトではありません）
  • セラミックハニカム上の V2O5-WO3/TiO2 コーティング
• これらのコーティングが適用される基材フォーマット
  • コーディエライト ハニカム、通常 300 ～ 400 cpsi
  • 高い熱衝撃耐久性を実現する炭化ケイ素ハニカム
  • 金属箔および金属ハニカム基板

SSZ-13 や SAPO-34 などの CHA フレームワークには、およそ 0.38 nm の細孔があります。 MFI (ZSM-5) は 0.55 nm 付近にあります。 0.66nm付近のBEA。 CHA の細孔が狭いため、炭化水素のブロッキングが抑制されます。これが、Cu-CHA がオンロード ディーゼルのデフォルトとなった大きな理由です。 Fe-MFI は、より広いチャネルとより安定したフレームワークを備えており、高温や厳しい経年劣化の後でも優れた耐久性を発揮します。尿素の投与、混合、センサーの配置など、レンガ周辺のシステムをより広範囲に把握するには、これをご覧ください。 NOx 削減の種類と用途に関する SCR 触媒ガイド 完全な後処理レイアウトについて説明します。

温度ウィンドウが最初に来る

触媒は、実際に到達したアンモニアに対してのみ機能します。 DEF の熱分解と加水分解には混合ゾーンで約 180 ～ 250 °C が必要ですが、ISO 22241 品質の尿素により堆積リスクが低く抑えられます。そのバンドより下では、尿素がミキサー、パイプの壁、またはレンガの前面で結晶化する可能性があり、ゼオライトがどれほど優れていても変換が失敗します。したがって、低温 SCR の問題は、コーティングの問題ではなく、注入と混合の問題であることがよくあります。

レンガ内部の温度挙動は化学反応によって決まります。 Cu ゼオライトは約 150 °C で着火し、約 200 ～ 400 °C にわたって 80% 以上の変換率を維持します。鉄ゼオライトは本格的な作用を発揮する前に約 300 °C を必要としますが、500 ～ 600 °C で高い変換率を維持します。この温度では、Cu 配合物が活性を失い、より多くの N2O が生成され始めます。バナジウムベースの触媒は、およそ 250 ～ 450 °C で優れた耐硫黄性を備えて作動しますが、約 550 °C を超えると V2O5 の揮発性が真の懸念事項になります。

低温ディーゼルNOx制御用銅-CHA SCR触媒 Cu-CHA 触媒は、強力な低温 NOx 変換と、Euro VI および China VI ディーゼル アプリケーション向けの幅広い動作ウィンドウを実現します。 製品を見る→

硫黄、炭化水素および水熱老化

硫黄は銅ゼオライトの典型的なトラップです。燃料の硫黄は SO2 と SO3 になり、低温では活性点を占める硫酸銅を形成します。レンガが定期的に 300 ～ 350 °C に達すれば、被毒はほとんど回復します。そのため、Cu ゼオライトは超低硫黄ディーゼル (10 ppm 以下) と組み合わせられ、高硫黄船舶燃料として指定されることはほとんどありません。鉄ゼオライトは高温での耐硫黄性が大幅に優れているため、燃料の品質が時折低下する重負荷および産業用の負荷サイクルに最適です。

現場での経験により、その表に 2 つの条件が追加されます。まず、アンモニアの貯蔵: Cu ゼオライトは大量の NH3 インベントリを保持します。これはコールドスタート過渡時に役立ちますが、投与制御の反応が遅い場合にはアンモニアのスリップリスクも生じます。そのため、下流の NH3 センサーには通常コストの価値があります。第二に、エージング: フレッシュカーブだけでなく、定義された水熱エージングステップ (たとえば、10% 蒸気中 650 °C で 100 時間) 後の性能を求めます。新しい銅ゼオライトレンガは見た目は優れていますが、高負荷で 3,000 時間運転した後でも、劣化した鉄ゼオライトレンガには劣ります。

高温ディーゼルNOx削減用鉄ゼオライトSCR触媒 Fe-Beta SCR 触媒は、高温安定性と耐硫黄性を備えており、通常 350 ～ 400°C を超えるヘビーデューティーディーゼルおよび産業排気に適しています。 製品を見る→

残りは基板とシステムの統合によって決まります

セルの密度と壁の厚さは、幾何学的表面積と背圧の間のトレードオフを設定します。 400 cpsi / 4 mil のコーディエライト レンガは、300 cpsi / 5 mil のレンガよりもリットルあたりの面積が大きくなりますが、その代償として圧力損失が大きくなり、すすの影響を受けやすくなります。バックプレッシャーの予算が限られている場合、その追加領域は無料ではありません。 SCR コーティングのウォッシュコート配合量は通常 120 ～ 200 g/L の範囲にあり、コーティング質量が 15% 変動すると転化率と圧力損失の両方が変化するため、配合量とその許容差を尋ねる価値があります。熱衝撃や高い灰負荷が支配的な場合には炭化ケイ素基板が選択されますが、ほとんどの路上用途ではコーディエライトが依然として費用対効果の高いデフォルトのままです。

燃料の品質は、海洋および定置プロジェクトにおける化学反応を決定します。 10 ppm 未満の超低硫黄ディーゼルでは、Cu ゼオライトが自然な選択となります。 IMO Tier III 施設内に残留燃料または高硫黄燃料が存在する場合、排気温度が揮発範囲を超えていれば、硫黄耐性バナジウムを選択する方が通常は安全な技術的決定となります。

中高温NOx抑制用バナジウム系SCR触媒 成熟した V₂O₅ SCR 触媒は、特に硫黄耐性と費用対効果が重要な場合に、300 ～ 400 °C でのヘビーデューティおよび定置ディーゼル NOx 制御に適合します。 製品を見る→

ご注文前にご指定いただく内容

1. ピーク値ではなく、デューティ サイクル温度ヒストグラム: エンジンが 250 °C 未満、250 から 400 °C の間、および 400 °C を超える温度でどれだけの時間を費やしたかを示します。
2. オフロード、海上、または輸出作業の現実的な最悪のケースを含む、ppm 単位の燃料硫黄仕様。
3. 公開されている性能曲線の背後にある老化プロトコル。時間、温度、蒸気量が明示的に記載されています。
4. ウォッシュコートの配合量（g/L）と規定の許容誤差、セル密度（cpsi）および壁厚（ミル）。
5. 基材の材質、および選択されたコーティングに関してサプライヤーが確認する背圧バジェット。
6. アンモニアの貯蔵能力とそれが想定する投与戦略、さらに過渡時のアンモニアのスリップがどのように制御されるか。
7. 納入されたロットに関して記録されたバッチのトレーサビリティ、証明書文書、およびコーティングパラメータ。

単純な認定テストはうまく機能します。同じバッチから 2 つのレンガを注文し、証明書と照合してウォッシュコートの質量と寸法を確認し、同じエージング ステップの後に両方を同じベンチで実行します。 1 つの製造ロットからの 2 つのサンプル間の一貫した結果は、単一の性能主張よりもプロセス管理についてはるかに多くのことを示します。

Longyou Shuochun は、微粒子濾過と NOx 削減を組み合わせた SCRF ユニットと並行して、銅ベース、鉄ベース、炭化ケイ素、バナジウムベースの配合物を含む主要な化学組成にわたる SCR 触媒をコーティングします。指定する前にキャリアを比較したい場合は、 選択的接触還元 SCR 触媒の範囲 そして、ウォッシュコートを自分で測定した温度ヒストグラムと照合します。

同じ寸法、同じセル密度、同様の価格の 2 つのハニカム レンガでは、200 °C での NOx 変換率が 40 パーセント ポイント異なる場合があります。そのギャップは化学的性質とコーティングの品質であり、エンジンが実際に動作する温度で部品をテストした場合にのみ明らかになります。