Что такое технология денитрификации методом селективного каталитического восстановления (SCR)? 

1. Краткое описание технологии денитрификации

Технология селективного каталитического восстановления (Selective Catalytic Reduction), сокращенно SCR, является методом денитрификации.

Технология SCR-денитрификации заключается в том, что под действием катализатора восстановитель (например, NH₃, жидкий аммиак, мочевина) селективно вступает в реакцию с NOₓ в выхлопных газах двигателя с образованием безвредных азота N₂ и воды H₂O, при этом восстановитель не реагирует с кислородом в газах. Данный процесс позволяет удалить оксиды азота из выхлопа, эффективность денитрификации составляет около 80–90 %. По сравнению с другими технологиями денитрификации SCR отличается простотой конструкции установки, высокой эффективностью удаления NOₓ, отработанностью технологии, стабильной работой и удобством технического обслуживания.

2. Принцип денитрификации

Принцип работы SCR-системы: смесь выхлопных газов, восстановителя (NH₃, жидкий аммиак, мочевина) и воздуха проходит через сотовые или пластинчатые каталитические слои реактора SCR. Оксиды азота NOₓ в газах (преимущественно NO и небольшое количество NO₂) вместе с восстановителем и кислородом воздуха вступают в реакцию селективного каталитического восстановления с образованием экологически безопасных N₂ и H₂O.

Основные реакции описываются формулами:

NH2CONH2 + H2O → 2NH3 + CO2

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

4NO + O2 + 4NH3 → 4N2 + 6H2O

2NO2 + O2 + 4NH3 → 3N2 + 6H2O

Для предотвращения утечек аммиака в процессе эксплуатации SCR-катализатор может быть оснащен слоем окисления аммиака. В данном слое аммиак NH₃ реагирует с кислородом O₂ с образованием азота и воды:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

3. Технологический процесс денитрификации

Процесс денитрификации протекает следующим образом: под управлением электронного блока управления насос мочевины отбирает раствор мочевины из бака, дозирует и нагнетает его в двухфазную распылительную форсунку. Сжатый воздух после регулировки давления управляющим блоком также подается в дозирующую форсунку. При открытии распылительного клапана раствор мочевины под действием эжекции сжатого воздуха выходит, смешивается с воздухом и распыляется через сопло в смесительный трубопровод.

Автоматический блок управления точно рассчитывает требуемый расход раствора мочевины по расходу выхлопных газов, их температуре и концентрации NOₓ, после чего формирует соответствующий ШИМ-сигнал для дозирующего насоса. Насос дозирует раствор по полученному сигналу, обеспечивая точную подачу мочевины в смесительный трубопровод.

Горячие выхлопные газы проходят по смесительному трубопроводу, равномерно перемешиваются в смесителе и поступают в каталитическую реакционную камеру. Под действием катализатора протекает реакция селективного каталитического восстановления SCR. Оксиды азота NOₓ и аммиак NH₃ в смешанных газах преобразуются в N₂ и H₂O на поверхности SCR-катализатора, что обеспечивает снижение содержания оксидов азота (процесс денитрификации). Часть непрореагировавшего аммиака может выйти из реактора. Чтобы избежать вторичного загрязнения атмосферы, в камере устанавливают катализатор контроля утечек аммиака (окислительный катализатор), который окисляет остаточный NH₃ до N₂ и H₂O и удерживает выброс аммиака в пределах нормативов. Дополнительно данный катализатор способен преобразовать более 50 % оксида углерода CO в CO₂.

Система работает по замкнутому контуру: расход впрыскиваемой мочевины корректируется в зависимости от изменения параметров выхлопа. При запуске системы подача мочевины выполняется по заранее запрограммированной кривой; после выхода на стабильный режим непрерывный мониторинг NOₓ позволяет автоматике регулировать дозировку восстановителя. Это гарантирует полное восстановление NOₓ и исключает избыточный выброс аммиака.

Ядром системы управления является ПЛК (программируемый логический контроллер). Он обрабатывает сигналы датчиков, установленных на выходе смесительного трубопровода, на входе и выходе реакционной камеры, управляет оборудованием и контролирует рабочее состояние узлов, таких как распылительное устройство и насос мочевины, для стабильной работы всей установки.