محفز SCR من كربيد السيليكون (SiC).

يتبع محفز SCR أيضًا هيكل المكون النشط للطلاء الحامل؛ ومع ذلك، فإن مكوناته النشطة تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الموجودة في TWC وDOC.

1. الناقل
المواد: نظرًا لأن أنظمة SCR لمركبات الديزل تقع عادةً في أسفل مجرى DOC وDPF، فإنها تواجه درجات حرارة عادم عالية ويجب أيضًا أن تتحمل خطر تبلور اليوريا. لذلك:
سيراميك قرص العسل من كورديريت: شائع الاستخدام وفعال من حيث التكلفة.
الحاملات المعدنية: تستخدم أيضًا على نطاق واسع، خاصة للتصميمات المدمجة أو التطبيقات التي تتطلب إطفاء الضوء بسرعة.
الناقلات من النوع اللوحي: تُستخدم في بعض محركات الديزل الكبيرة (مثل التطبيقات البحرية أو تطبيقات محطات الطاقة)، ​​مما يوفر قدرة فائقة على مقاومة الانسداد.

2. طلاء
المواد: الطلاء هو اللب الكيميائي لمحفز SCR. ولم تعد ألومينا بسيطة، بل أصبحت أكسيدًا معدنيًا له نشاط تحفيزي وقدرة على الامتصاص.
ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂): المادة الرئيسية لمعظم الطلاءات المحفزة SCR. عادة ما يكون في شكل بلوري Anatase، والذي يوفر خصائص السطح المثالية والاستقرار، ويدعم المكونات النشطة بشكل فعال.
أكسيد التنغستن (WO₃) أو أكسيد الموليبدينوم (MoO₃): يضاف إلى TiO₂ كمعززات ومثبتات. وظائفهم الأساسية هي:
قم بتعزيز الاستقرار الحراري للمحفز، مما يمنع TiO₂ من التحول من مرحلة الأناز النشطة إلى مرحلة الروتيل غير النشطة.
زيادة حموضة السطح، وهو أمر بالغ الأهمية لامتصاص NH₃ والتفاعل.

تحسين مقاومة التسمم بغاز SO₂.
3. المكونات النشطة
هذه تحدد نوع وأداء محفز SCR. الأنواع الرئيسية تشمل:
المحفزات المعتمدة على الفاناديوم: استخدام V₂O₅ كعنصر نشط.
الخصائص: تقنية ناضجة، تكلفة منخفضة نسبيًا، نشاط عالي في نطاق درجات الحرارة المتوسطة إلى العالية (300-400 درجة مئوية).
العيوب: الفاناديوم له سمية بيولوجية معينة؛ عند درجات الحرارة المرتفعة (> 450 درجة مئوية)، قد يتطاير V₂O₅، مما يقلل من النشاط ويحتمل أن يسبب تلوثًا بيئيًا؛ نشاط ضعيف نسبيا في درجات الحرارة المنخفضة.
التطبيقات: في وقت مبكر والعديد من مركبات الديزل الثقيلة الحالية ونزع النتروجين من مصدر ثابت.
محفزات المنخل الجزيئي للزيوليت:
زيوليتات النحاس: خاصة هياكل Cu-CHA (على سبيل المثال، Cu-SAPO-34، Cu-SSZ-13)، والتي تعد الخيار المفضل لمركبات الديزل الحديثة التي تلبي لوائح الانبعاثات الأكثر صرامة.
تظهر زيوليتات الحديد، مثل Fe-Beta، نشاطًا جيدًا في النوافذ ذات درجات الحرارة المرتفعة.
الخصائص:
ثبات حراري عالي للغاية: يمكن أن يتحمل درجات حرارة تتجاوز 650 درجة مئوية، وهو مناسب لوضعه بالقرب من المحرك.
نافذة واسعة لدرجة حرارة النشاط: تتمتع محفزات Cu-CHA، على وجه الخصوص، بنشاط ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة (~ 200 درجة مئوية) واستقرار في درجات الحرارة العالية.
كفاءة عالية في تحويل أكاسيد النيتروجين: قادرة على تلبية متطلبات انبعاثات أكاسيد النيتروجين المنخفضة للغاية، مثل الصين 6/يورو 6.
المحفزات الأرضية النادرة: تطور حديث يهدف إلى تقليل أو استبدال المعادن الثمينة والفاناديوم، على الرغم من أنه لم يتم تسويقه على نطاق واسع بعد.

مبادئ التفاعل الكيميائي الأساسية
تعتمد تقنية SCR بشكل أساسي على التفاعلات بين NH₃ وأكاسيد النيتروجين. التفاعل الرئيسي هو تفاعل SCR القياسي:
1. تفاعل SCR القياسي (التفاعل المهيمن):
4NH₃ 4NO O₂ → 4N₂ · 6H₂O
هذا هو التفاعل الأكثر شيوعًا، حيث يعالج ما يقرب من 90% من أكسيد النيتروجين الموجود في غاز العادم.
2. تفاعل SCR السريع (التفاعل الحرج عند درجات الحرارة المنخفضة):
2NH₃ NO NO₂ → 2N₂ 3H₂O
معدل التفاعل هذا أسرع بحوالي 10 مرات من التفاعل القياسي! وهذا ما يفسر سبب أكسدة DOC الأولية NO لتكوين NO₂. عندما تصل نسبة NO إلى NO₂ إلى 1:1، تزيد كفاءة نظام SCR في درجات الحرارة المنخفضة بشكل كبير.
3. رد فعل SCR البطيء:
4NH₃ 2NO₂ O₂ → 3N₂ · 6H₂O
يحدث هذا عندما تكون نسبة NO₂ مرتفعة جدًا، ويكون معدل التفاعل بطيئًا نسبيًا.

ردود الفعل الجانبية:|
أكسدة NH₃: عند درجات الحرارة المرتفعة جدًا، قد يتأكسد NH₃ بواسطة الأكسجين لإنتاج أكاسيد النيتروجين أو N₂O، مما قد يزيد من الانبعاثات.
تكوين N₂O: غاز دفيئة قوي، يمكن توليده في ظل ظروف محددة من خلال تفاعلات جانبية. وتهدف المحفزات جيدة الصياغة إلى قمع هذا التفاعل.
التكامل وظروف التشغيل في أنظمة المعالجة اللاحقة للديزل
عملية نظام المعالجة اللاحقة للديزل Euro VI/China VI النموذجية هي كما يلي:
المحرك → DOC → DPF → SCR → ASC