Система нейтрализации scr: О системе SCR — Prounit

Содержание

О системе SCR — Prounit

Система SCR – система нейтрализации выхлопных газов с использованием раствора мочевины.

В европейских странах с 2004 г. действует экологический стандарт ЕВРО 4, а с сентября 2009 г. ЕВРО 5, призванный сократить количество выбросов вредных веществ в атмосферу до уровня: СН до 0,05 г/км, CO до 0,8 г/км, NOx до 0,06 г/км. Для обеспечения этих показателей производители грузовой техники используют две системы EGR и SCR. Давайте разберемся в каждой из них.
EGR– система рециркуляции выхлопных газов. Большинство ведущих производителей не поставляют на российский рынок автомобили, оборудованные системой EGR. Связано это прежде всего с качеством российского топлива. Содержание серы в нем втрое превышает содержание серы в топливе стандарта ЕВРО 4. Повышается нагрузка на поршневую группу и, следовательно, двигатель преждевременно выходит из строя. Это не позволяет производителю выполнять гарантийные обязательства.

Альтернативой системы EGR является Selective Cataltic Reduction (селективная каталитическая система) – сокращенно SCR

Эта система, в отличие от первой, не влияет на работу двигателя. И тем не менее, она тоже вызывает множество затруднений у водителей и владельцев грузового автотранспорта.

SCR – это сложная в ремонте и дорогостоящая в обслуживании система.
В Европе вместе с дизельным топливом на заправочных автостанциях можно купить раствор Adblue(мочевины). Он заливается в специальный бак, объем которого почти всегда пропорционален объему топливного бака. Расход мочевины равен приблизительно 4-8 % от расхода топлива. Из бака раствор через насосный модуль закачивается в устройство дозирования. Оттуда под давлением в 5 бар он впрыскивается в разогретый до 200 градусов Цельсия каталитический нейтрализатор. После этого происходит гидролиз с образованием аммиака. Далее –реакция восстановления, при которой образуются исходные формы: азот и вода.

Количество впрыскиваемой мочевины постоянно меняется и в реальном времени вычисляется блоком дозирования. На это количество влияют несколько факторов: температура нейтрализатора и окружающей среды, нагрузка двигателя, а также частота вращения коленчатого вала.

На холостом режиме работы двигателя впрыска мочевины не происходит, но давление в системе сохраняется.

Нашими инженерами было разработано устройство (Эмулятор), которое полностью эмитирует все рабочие процессы полностью исправной системы дозирования, включая и температурные режимы катализатора, что позволяет сохранять расход топлива на прежнем уровне (как на абсолютно исправной системе дозирования). Эмулятор получает все необходимые данные по шине CAN от блока управления двигателем, производит расчет всех необходимых рабочих параметров (от 10 до 50 параметров) согласно сложным математическим моделям и передает обратно блоку управления двигателем. Это позволяет при необходимости произвести демонтаж всей системы дозирования.

Стоит отметить также, что для работы системы необходима температура раствора «Adblue» от 11 до 40 градусов Цельсия.

В России экологический стандарт ЕВРО 4 не видится в обозримом будущем. И перевозчики все чаще задаются вопросом: «так зачем же тратить деньги на мочевину и осуществлять дорогостоящий ремонт системы?»

Отключение мочевины: что это?

Отключение мочевины или, по-другому, отключение Adblue – это комплекс действий, направленных на отключение системы SCR (Selective Catalytic Reduction). Система SCR отвечает за контроль выхлопной системы на современных грузовиках, автобусах или других транспортных средствах с использованием раствора мочевины.

Рассмотрим систему SCR более подробно:

Селективная каталитическая система (SCR) — это устройство, которое снижает количество выброса монооксидов азота (NOx) выхлопных газов двигателя. Ядро каталитического нейтрализатора SCR обычно изготавливается из керамики (оксид титана) и покрывается оксидами таких металлов, как вольфрам, ванадий, молибден и другие драгоценные или редкие металлы. Во всяком случае, для выполнения необходимой реакции восстановления система SCR нуждается в дополнительном реагенте. Это может быть раствор безводного аммиака, водного аммиака или же раствор мочевины. Дополнительный компонент называется DEF (дизельная выхлопная жидкость). Наиболее популярным решением на рынке является AdBlue. Вот почему эмуляторы SCR-системы часто называют эмуляторы AdBluе.

Принцип работы системы SCR (дизельных двигателей):

раствор Adblue вводится в камеру каталитического нейтрализатора, где его пар смешивается с выхлопными газами, за счет чего уменьшается выброс вредного вещества (NOx). Следует уточнить, что работа системы SCR будет эффективна в том случае, если двигатель достигнет необходимой температуры (360-450 °С) прежде чем начать процесс снижения выбросов NOx. Система SCR имеет датчик температуры выхлопных газов, который отправляет данные о температуре в электронный блок управления (ЭБУ).

Сажевый фильтр (DPF)

DPF (Diesel Particulate Filter) – это устройство, которое предназначено для снижения выброса в атмосферу твердых частиц или сажи, которые образуются при сгорании дизельного топлива.

Возможные причины образования сажи и твердых частиц:

  • Неполное сгорание топлива
  • Неправильная установка форсунки
  • Протечка форсунки
  • Низкое цетановое число топлива
  • Обильное попадание охлаждающей жидкости в камеру сгорания
  • Отсутствие давления или расхода всасываемого воздуха из-за повреждения турбонаддува или забитых впускных каналов
  • Плохое качество топлива, моторного масла и другие факторы.

Твердые частицы дизельного топлива считаются одними из самых вредных загрязнителей. Все выхлопные системы типа EURO 6 должны иметь системы DPF. Некоторые фильтры DPF одноразовые, а некоторые из них способны регенерировать при определенных условиях. Восстановление возможно за счет сжигания большего количества топлива и повышения температуры выхлопной системы, что позволяет сжечь загрязнение от фильтра. Регенерация DPF контролируется блоком управления двигателя автомобиля (ЭБУ) и выполняется при достижении необходимых условий (температура выхлопа, количество топлива в баке, скорость автомобиля и частота вращения двигателя).

Ошибки SCR и DPF

Самые распространённые проблемы, во время эксплуатации современного автомобиля, возникают из-за сбоев в системе SCR или DPF (сажевый фильтр). В случае подобной неисправности управление автомобилем будет существенно затруднено из-за режима Limp, активированного блоком управления двигателя. Limp это аварийный режим работы двигателя, с уменьшением мощности (крутящего момента) на 40%. Такой режим активируется при наличии в системе SCR активных кодов неисправностей, свидетельствующих о неисправности системы доочистки выхлопных газов. С помощью этого режима блок управления двигателем снижает количество топлива, впрыскиваемый в цилиндры, снижает объём выхлопных газов тем самым защищая окружающую среду от загрязнения.

Поскольку эксплуатация грузового автомобиля с неисправной системой SCR или DPF практически невозможна, это может вызвать значительные проблемы для компании грузоперевозчика. Могут быть нарушены сроки доставки груза, повышенный расход топлива (обусловленный снижением мощности) увеличит стоимость каждого пройденного километра, а стоимость ремонта любой системы доочистки выхлопных газов имеет высокую цену.

Причины выхода из строя системы доочистки могут быть различными. Но самая распространенная в регионах России — это некачественная жидкость AdBlue. Такая жидкость может содержать в себе различные нефтепродукты (дизельное топливо, масла), наличие таких примесей практически мгновенно приводят к выходу из строя таких элементов системы SCR как насос, дозирующий клапан, элементы каталитической системы.

Стоит отметить, что существует много стран за пределами России и ЕС, которые не требуют соблюдения стандартов EURO 6, EURO 5 или даже стандарта EURO 4 для систем SCR или DPF. Это делает эксплуатацию и обслуживание системы в таких странах невыгодной и, вдобавок, необоснованной.

Что делать в случае если вы хотите отремонтировать систему SCR или вовсе отключить ее (сэкономив кучу денег)?

Мы выделим 3 способа:

  • Можно обратиться к профессионалам для ремонта (рекомендуем этот способ, если ваш автомобиль часто используется в ЕС). Цена услуги высока, но ваш транспорт будет гарантировано соответствовать стандарту EURO.
  • Можно отключить систему SCR перепрограммировав ЭБУ двигателя. Этот способ достаточно прост для специалиста, но если вы передумаете и захотите вернуть систему SCR обратно, это вам «влетит в копеечку». Если вы обновите программное обеспечение вашего автомобиля, то перепрограммирование будет аннулировано после каждого обновления прошивки (иными словами автомобиль вновь будет использовать систему SCR). Кроме того, это может вызвать проблемы, если вы решите продать грузовик с измененным ПО.
  • И, наконец, вы можете выбрать самый быстрый, легкий и дешевый способ – установить эмулятор Adblue. Он безопасен в использовании, прост в установке (даже если вы не обладаете подходящими знаниями в автомобильной электронике), и вы можете отключить эмулятор, либо удалить его в любое время за несколько минут. Также эмулятор Adblue можно будет перепродать, если он вам больше не требуется.

Adblue эмуляторы: как они работают

AdBlue Emulator – это устройство которое способно имитировать полностью исправную систему SCR автомобиля. Эмулятор собирает данные о режимах работы двигателя, температурах и крутящем моменте – рассчитывает эти параметры и имитирует сигналы которые полностью соответствуют рабочей системе SCR, тем самым предотвращая появление ошибок в системе. Блок управления двигателем получает всю необходимую ему информацию о исправной, работающей системе доочистки выхлопных газов, в то время как сама система SCR может вовсе отсутствовать на автомобиле. Существуют различные типы эмуляторов Adblue, которые адаптированы к конкретным моделям грузовиков или двигателей.

Эмулятор AdBlue может помочь эксплуатировать ваш автомобиль в режиме нормальной работы двигателя, даже если система SCR неисправна. Но главная причина, почему так много грузовиков оснащены эмуляторами AdBlue, — это экономия денег на жидкости AdBlue, и обслуживании этой системы.

Типы эмуляторов Adblue

Эмуляторы Adblue были разработаны сразу же после введения стандарта для грузовиков типа EURO 4. За годы работы конструкция и программное обеспечение эмуляторов было полностью переработано и в настоящее время их можно приобрести для автомобилей типа EURO 4, EURO 5 и EURO 6.

Какие эмуляторы Adblue мы можем предложить

В настоящее время компания ProUnit производит эмуляторы Adblue практически для любых моделей коммерческого транспорта. Все наши эмуляторы, включая эмуляторы первого поколения, разработаны и изготовлены в России из европейских и американских комплектующих, таким образом, мы обеспечиваем и гарантируем высокое качество нашей продукции. Наши эмуляторы Adblue подходят для грузовых автомобилей и двигателей производства DAF, MAN, Iveco, Scania, Volvo, Mercedes-Benz, FORD, Renault и других. Наша компания первая на рынке разработала и ввела в эксплуатацию приборы взаимодействующие с системами экологического класса EURO 6 для автомобилей Volvo, Renault и MAN. Наша команда поддерживает тесную связь со многими официальными дилерами грузовиков, что позволяет нам получать самую точную информацию о работе эмуляторов из первых уст.

Мы поможем подобрать эмулятор для вашего автомобиля здесь

SCR селективная каталитическая нейтрализация, Двигатель грузовых автомобилей

Технология SСR (Selective Catalytic Reduction) — Избирательная Каталитическая Нейтрализация, основана на впрыске строго дозированного количества реагента AdBlue® в поток отработанных газов в присутствии катализатора (пентаоксида ванадия).

При применении такой системы процесс сгорания организован таким образом, что количество твердых частиц при сгорании топливной смеси остается в допустимом диапазоне предельных значений. Снижение выбросов окислов азота в выхлопных газах в атмосферу происходит за счет впрыска аммиачного раствора (AdBlue) в выпускной тракт с последующей нейтрализацией их в глушителе-катализаторе восстановительного типа (SCR). При этом впрыскиваемый водный раствор мочевины, смешиваясь с выхлопными газами в специальном смесителе, превращается в аммиак и затем в катализаторе преобразуется в чистый азот и водяной пар – безвредные составляющие воздуха. К проверке такой системы в эксплуатации MAN приступил еще в 1999 году, выпустив и установив на автомобилях первую промышленную партию двигателей с этой системой. А в 2004 г. начал серийный выпуск двигателей с применением впрыска в выхлопную систему аммиачного раствора. Выпущенные с тех пор более 31 тысячи автомобилей подтвердило функционирование и надежность системы, обеспечивающей особенно при высоких пробегах и тяжелых условиях эксплуатации наименьший расход топлива и уменьшенный выброс двуокиси углерода. Принципиальная схема приведена ниже.

SCR технология каталитической нейтрализации MAN AdBlue

Использование впрыска в поток газов мочевины, последующая нейтрализация смеси мочевины и выхлопных газов в результате каталитической химической реакции

  1. пневмоцилиндр заслонки моторного тормоза
  2. дозирующий клапан
  3. форсунка AdBlue на смесителе
  4. бак AdBlue
  5. насосный модуль с встроенным электронным
  6. блоком управления
  7. подвод сжатого воздуха
  8. датчик контроля NOx
  9. датчик температуры выхлопных газов после ТКР
  10. глушитель катализатор с каталитическими патронами
  11. трубопровод забора AdBlue
  12. трубопровод слива AdBlue
  13. встроенный фильтр тонкой очистки (10μm)
  14. трубопровод подвода AdBlue к дозирующе-му устройству
  15. подвод сжатого воздуха к дозирующему устройству
  16. датчик уровня и температуры AdBlue
  17. блокирующий катализатор
  18. датчик температуры выхлопных газов на выхлопе
  19. трубопровод со встроенным (19) фильтром
  20. предварительной очистки AdBlue

Система SCR: Откройте для себя «убийцу NOx»

Система избирательной каталитической нейтрализации (SCR) представляет собой передовую систему, используемую в дизельных двигателях, которая помогает сократить количество выбросов NOx до 90%. Ознакомьтесь со всей необходимой информацией.

Системы SCR: краткая история использования

SCR использовалась в течение десятилетий для уменьшения выбросов стационарных источников. Кроме того, технология SCR применяется на многих морских судах, в том числе грузовых кораблях, паромах и буксирах. Сегодня благодаря своей доступности и эффективности в сокращении выбросов SCR становится ключевой технологией контроля за количеством выбросов, гарантирующей соответствие нормам EURO V и VI для коммерческих грузовых автомобилей.

Как работает система SCR

SCR использует технологию активного контроля выбросов. Вот как она работает:

— Жидкий реагент-восстановитель впрыскивается посредством специального каталитического нейтрализатора в поток выхлопных газов дизельного двигателя. Источником восстановителя обычно является мочевина автомобильного класса, также известная как водный раствор мочевины (DEF).
— DEF вызывает химическую реакцию, которая преобразует оксиды азота в азот, воду и малое количество углекислого газа (CO2), естественные компоненты воздуха, которым мы дышим.
— Затем данные компоненты выводятся через выхлопную трубу автомобиля.

Почему система SCR важна?

Все дизельные двигатели большой мощности для грузовиков, произведенные после 1 января 2015 года, должны соответствовать последним стандартам выбросов EURO VI. Это касается и внедорожной техники, в том числе строительной и сельскохозяйственной.

Стандарты EURO VI являются одними из самых строгих в мире и требуют, чтобы количество твердых частиц (PM) и оксидов азота (NOx) было снижено практически до нулевого уровня. Технология SCR — одна из наиболее экономически эффективных и топливосберегающих технологий, направленных на достижение этой цели.

SCR может снизить выбросы NOx до 90%, одновременно сократив выбросы углеводородов (HC) и монооксидов углерода (CO) на 50-90%, а выбросы твердых частиц — на 30-50%. В сочетании с сажевым фильтром количество выбросов твердых частиц становится еще меньше.

Но у технологии SCR имеется еще одно преимущество. В сфере коммерческих грузоперевозок некоторые водители грузовиков, оборудованных SCR, сообщают, что расход топлива их автомобилей сократился на 3-5%!

Несколько слов о водном растворе мочевины (DEF), «топливе» для системы SCR

Система SCR требует регулярной дозаправки водным раствором мочевины (DEF).

DEF представляет собой водный раствор мочевины, на 32,5% состоящий из мочевины и на 67,5% — из деминерализованной водой. Данный раствор называется AUS 32 согласно ISO 22241, а Немецкая ассоциация автомобильной промышленности (VDA) зарегистрировала товарный знак AdBlue для аналогичного продукта. Иными словами, AdBlue аналогичен AUS 32 и раствору DEF.

DEF широко доступен и поставляется в контейнерах различного размера, например, в цистернах, пластиковых емкостях, бутылках или канистрах.

Крайне важно поддерживать надлежащий уровень DEF

DEF заливается в бортовой бак. На тракторных прицепах бак DEF обычно расположен рядом с баком дизельного топлива.

Оператору следует периодически доливать раствор DEF. Периодичность и количество зависит от типа транспортного средства и условий эксплуатации:

Для легковых автомобилей интервалы заправки DEF обычно совпадают с рекомендуемыми интервалами замены масла.

Для большегрузных автомобилей и внедорожной техники интервалы будут меняться в зависимости от условий эксплуатации, количества отработанных часов, пройденных километров, нагрузок и других факторов.

При недостаточном количестве раствора DEF водителю или оператору выводится серия возрастающих визуальных и звуковых предупреждений. Если бак DEF приблизится к нулевому уровню, возможно блокировкание запуска двигателя ТС до тех пор, пока в бак не будет добавлено требуемое количество раствора DEF. Раствор DEF следует хранить надлежащим образом для предотвращения замерзания жидкости при температуре ниже -11°C. Кроме того, большинство систем дозирования DEF автомобилей оснащено нагревательными устройствами.

Вы можете приобрести раствор DEF в магазинах запчастей для грузовых автомобилей, у дилеров грузовых автомобилей и дистрибьюторов двигателей.

Подводя итоги:

— SCR становится ключевой технологией контроля за количеством выбросов, гарантирующей соответствие нормам EURO V и VI для коммерческих грузовых автомобилей.
— SCR использует технологию активного контроля выбросов для преобразования оксидов азота в естественные компоненты воздуха, которым мы дышим.
— Технология SCR — одна из наиболее экономически эффективных и топливосберегающих технологий, направленная на обеспечение соответствия нормам EURO VI.
— Крайне важно поддерживать надлежащий уровень раствора DEF, также известного как AdBlue.

По материалам компании Wolf

Selective Catalytic Reduction — выборочная каталитическая нейтрализация

Мы уже с вами говорили о стандартах Евро и  системах, которые внедряют для отчистки выхлопных газов. Сегодня мы продолжим эту тему и поговорим системе SCR которой оснащают в основном грузовые автомобили для соответствия стандарту Euro-4 и Euro-5.

SCR расшифровывается как Selective Catalytic Reduction (выборочная каталитическая нейтрализация).  SCR была разработана компанией REHAU. Ее работа основана на подаче определенного количества жидкости (реагента) под названием AdBlue. Этот реагент смешивается с отработанными газами в присутствии катализатора и в процессе химической реакции оксид азота распадается на азот и водяной пар соответственно.

На практики эта система выглядит так: около кабины справой стороны устанавливается бак под AdBlue (еще ее называют мочевиной) емкостью 60 л., иногда делают по 40 и 120 литров. Основной материал для баков это алюминий и пластик чтобы избежать химической реакции с мочевиной.

Далее специальный насос подает мочевину в устройство для дозировки, откуда в определенной пропорции впрыскивается в выхлопной тракт. Из этого можно сделать вывод, что система дозировки одна из самых важных составляющих системы SCR, ведь нарушение пропорций может изменить химическую реакцию и не уменьшить, а увеличить количество вредных веществ, и даже нанести вред двигателю. После по выпускному тракту стоит нейтрализатор объединенный с глушителем в нем то и происходит самая важная химическая реакция, превращение оксидов азота в пар и азот при температуре 200 °C. Причем срок эксплуатации этого нейтрализатора соизмерим со сроком службы грузовика и поэтому проблем доставить не должен.

Минусом для нашего климата является то, что температура замерзания AdBlue около — 11°C. Но для такого случая предусмотрена система подогрева бака, которая работает от системы охлаждения двигателя. Остальная часть SCR греется за счет электричества.

Так как недопустимо попадание посторонних примесей в мочевину предусмотрено два фильтра. Первый стоит на выходе из бака, а второй, более тонкой отчистки, после насоса.

В итоге хотелось бы добавить, что для более длительной и без проблемной работы SCR, а так же автомобиля на котором она установлена необходимо придерживаться определенных правил:

Следите за качеством и состоянием мочевины, приобретайте только в проверенных местах, а то можно не только испортить атмосферу, но и загубить двигатель из-за возможного увеличения давления выхлопных газов.
Используйте высококачественные смазочные продукты, ведь они не только влияют на работу двигателя, но и отчасти на состав отработавших газов.

Автомобильные системы нейтрализации отработавших газов – Основные средства

Каждой норме – свой уровень очистки

Требования Еuro 5 действуют в Европе с сентября 2008 г., сменив действовавшие с 2006 г. более лояльные нормы Еuro 4. Но в 2013 г. должны вступить в силу требования Euro 6, в которых предусмотрено снижение в 3 раза содержание NOx и в 2 раза – объема выбросов твердых частиц по сравнению с нынешними.

Введение норм выбросов в первую очередь мотивируется качеством окружающего нас воздуха, которое с каждым годом вызывает все большие тревоги. Конечно, современный автомобиль несравненно меньше загрязняет окружающую среду и меньше потребляет топлива, чем это было даже 10 лет назад, – прогресс налицо. Значительно возросла доля дизельного и газового транспорта, который наносит менее значительный урон экологии, чем бензиновый. В 1990 г. среди приобретаемых автомобилей доля дизельных в Западной Европе составляла всего 14%. Уже в 2006 г. был превышен 50%-ный рубеж, и разница в пользу «дизелей» с каждым годом нарастает. Все новые автомобили с дизельными двигателями, которые с 2004 г. после внедрения стандартов Еuro 4 еще могли быть не оборудованы системой фильтрации, сокращающей выброс сажи и твердых частиц в атмосферу, сейчас уже при выпуске оснащаются фильтром твердых частиц (DPF).

Техническим исполнением требований Euro 4/5 явилось внедрение систем рециркуляции выхлопных газов (EGR/ AGR) в сочетании с применением сажевого фильтра. Такая комбинация существенно уменьшает выбросы NOx и твердых частиц. Для снижения выбросов СО, несгоревших углеводородов, частиц сажи устанавливают также системы селективной каталитической нейтрализации (Selective Catalytic Reduction, SCR) и системы структурной оптимизации процесса горения BlueTec.

Сегодня используются обе системы. С конструкционной точки зрения технология EGR (Exhaust Gas Recirculation) несколько проще, чем SCR, и, что немаловажно, ощутимо дешевле. Но, к сожалению, нормы Euro 5 гораздо легче достичь, используя SCR. Да и с точки зрения эксплуатационных затрат: в странах ЕС автомобилям с SCR предоставляются налоговые льготы.

К преимуществам EGR, как уже говорилось, относятся низкая стоимость приобретения и отсутствие необходимости заправки реагентом, что проявляется в большой популярности системы у владельцев личного транспорта.

Недостатков же у EGR значительно больше: для выполнения требований Euro 5 экономически невыгодно использовать рециркуляцию выхлопных газов, т. к. это приводит к повышению тепловой нагрузки на двигатель и, следовательно, резко растет износ деталей двигателя. Это, в свою очередь, сказывается на быстром засорении масла продуктами износа и окисления. Для противодействия преждевременному старению возникает необходимость использовать дорогие специальные марки масел, рассчитанные на тяжелые условия «жизнедеятельности».

Еще одним следствием является, как правило, более интенсивная работа системы охлаждения, и, что уж совсем плохо, повышается расход топлива в среднем на 3–6%. Использование сажевого фильтра увеличивает затраты на техническое обслуживание транспортного средства. Повышается риск выхода автомобиля из строя в связи со снижением пропускной способности фильтра. Риск повреждения катализатора в большой мере зависит от качества дизтоплива, а точнее, от процентного содержания в нем серы. Серный конденсат, образующийся при рециркуляции, вызывает засорение каналов, «отравляет» катализатор и быстро снижает эффективность очистки.

Необходимым элементом, обеспечивающим функционирование системы SCR, является реагент AdBlue, который представляет собой 32,5%-ный водный раствор мочевины. Это нетоксичная жидкость. AdBlue дозированно подается в поток сжатого воздуха, с помощью которого этот распыленный раствор попадает в выхлопную трубу. При контакте с горячими выхлопными газами AdBlue разлагается на аммиак и двуокись углерода СО. Свободный аммиак в каталитическом нейтрализаторе SCR реагирует с NOx, в результате образуются безвредный азот и водяной пар.

Серийный бак для AdBlue, устанавливаемый на грузовиках, вместимостью 90 л, обеспечивает каталитический процесс на пробеге в 5,2–7 тыс. км. На расход AdBlue в значительной мере влияет влажность воздуха: низкая влажность увеличивает расход, высокая – уменьшает, а также температура окружающего воздуха. При жаркой погоде расход будет выше, чем при холодной. Безусловно, влияние на расход имеет и характер эксплуатации – загрузка, рельеф местности и даже манера вождения.

Одна задача – множество путей решения

Сегодня многие компании в мире трудятся над разработкой идеальных систем нейтрализации вредных выбросов. Главным элементом системы BlueTec, системы снижения вредных выбросов, разработанным специалистами Mercedes-Benz, является оптимизированный двигатель, имеющий высокую степень сжатия и повышенное давление впрыска топлива. Это увеличивает пиковое давление сгорания, повышает эффективность сгорания топлива и снижает его расход. Процесс сгорания топлива при BlueTec оптимизирован таким образом, чтобы твердые частицы образовывались в минимальном объеме.

Бак, в котором хранится AdBlue, имеет самостоятельный подогрев. Раствор мочевины соединяется с выхлопными газами тогда, когда его собственная температура составляет не менее 200 °С. При более низких температурах химическая реакция идет не так интенсивно.

Таким образом, при подогретой AdBlue содержание NOx в выхлопных газах такое же, как и при использовании EGR, но твердых остатков выбрасывается несравненно меньше. Практика показала, что их объем на 35% ниже разрешаемого нормами Еuro 5. А при использовании BlueTec 5 наличие в выбросах NOx составляет всего 2% от объема, разрешенного требованиями Euro 4.

Но надо отметить, что при многочисленных положительных свойствах масса оборудования BlueTec составляет 150–300 кг, и на такую же величину уменьшается полезная грузоподъемность автомобиля. Недостатком является также и необходимость достаточно часто заправлять AdBlue. Для BlueTec 4, создаваемой под требования Euro 4, потребление AdBlue составляет 1,3 л/100 км, или 4% от расхода топлива. Для BlueTec 5 расход увеличился примерно на 1/3 и составляет 5–7% от расхода топлива, или 1,7л/100 км.

В части снижения выбросов оксида азота компания Bosh предложила рынку свою новую разработку. Речь идет о значительном снижении выбросов благодаря использованию новой системы фильтрации Denoxtronic2 Retrofit с сенсорными датчиками. Первая версия регулировочной системы была успешно внедрена еще в 2004 г.

Дозировочная система Bosch Denoxtronic, объединенная с каталитическими конвертерами SCR, позволяет снизить выбросы NOx на 85%. Это происходит благодаря электронной регулировке подачи AdBlue, которая учитывает такие ключевые параметры, как рабочая температура мотора и число оборотов. Блок управления дозированием, соединенный с электроникой двигателя, мгновенно определяет оптимальную дозировку AdBlue. Оборудование управления дозировкой Bosch Denoxtronic – модульного принципа и успешно работает в транспортных средствах самых разных типов.

Второе поколение Bosch Denoxtronic 2, в отличие от системы первого поколения Denoxtronic, сконструировано значительно проще, сборочных элементов меньше, и это облегчает монтаж и обслуживание. AdBlue впрыскивается без использования сжатого воздуха, при этом двигатель можно отрегулировать так, что расход топлива будет на 5% меньше, чем при использовании других концепций очистки отработавших газов. Разработчики утверждают, что, оптимизируя работу двигателя, Denoxtronic на 40% снижает выбросы твердых частиц.

Ряд известных в области разработки фильтров компаний ведут успешные разработки систем очистки отработавших газов без использования AdBlue. Так, американская Eaton разработала технологию на основе SCR, в которой необходимый для технологии очистки аммиак получают при разложении продуктов сгорания в системе выпуска, воздействуя на них очень высокими температурами. Система, безусловно, недешевая, и предназначена она в первую очередь для установки на тяжелых грузовиках и мощных тягачах.

Также и компания Behr ведет активные поиски в направлении получения безмочевинной технологии. Разработанная компанией 2-ступенчатая рециркуляция и турбонаддув с промежуточным охлаждением, дополненные увеличенным до 2500 бар давлением впрыска топлива, наглядно продемонстрировали, что возможности технологии EGR не исчерпаны. С помощью фильтрационной системы Behr на испытаниях зафиксировано снижение уровня выбросов NOx до 0,8г/кВт.ч.

Эффект, выражающийся 95%-ной нейтрализацией, по утверждениям специалистов-разработчиков, был получен американской компанией Tenneco. Предлагаемая компанией система HC-LNC использует в качестве реагента не раствор мочевины, а биотопливо Е-85, опыты также проводились и с малосернистыми дизельными топливами. Tenneco предполагает, что новая система очистки будет востребована в двигателях дорожно-строительных машин, магистральных грузовиков.

Один из мировых лидеров в области производства систем очистки, компания Emitec, делает ставку на модернизацию систем SCR и утверждает, что требования Euro 6 в первую очередь будут выполнять именно их системы. На выставке IAA-2010 компания представила 2 новейшие разработки. Двухстадийная модульная система SCRi очень компактна и может быть удобна там, где есть проблемы с местом для подобного фильтра. Эта современнейшая система позволяет, по словам разработчиков, снизить уровень выбросов NOx до 0,7 г/кВт.ч. Вторая разработка – система E-SCR предназначена для муниципального и внутрипроизводственного транспорта. В очистной системе использован принцип более эффективного процесса нейтрализации NOx, нагретой до значительных температур AdBlue.

Если Европа окажется в LEZ-зоне, то в какой зоне будем мы?

Безусловно, задают тон в разработке программ создания фильтрующих систем страны Европы, США и Япония. В мировом масштабе одним из первых шагов международного сообщества в направлении защиты окружающей среды стало вступление в силу в феврале 2005 г. Киотского протокола. И хотя еще «глобальный консенсус» отсутствует, можно сказать, что переломный момент в преодолении негативного менталитета различных правительств в отношении действий в деле сохранения экологии позади.

Сегодня примером в экологическом смысле без преувеличения является Европа. Выделены 235 зон пониженных выбросов (Low Emission Zones, или LEZ), 53 из них расположены в Германии. Первые зоны были введены в начале 2008 г. Целью создания таких зон является забота о чистоте окружающего воздуха хотя бы на узко ограниченной территории, с перспективой преобразования всех территорий в одну зону с экологически благоприятной обстановкой.

Деление территорий на зоны низкой эмиссии должно ускорить модернизацию транспортных средств. Внедрение таких зон в Европе было всесторонне продумано, учтены и маршруты общественного транспорта, сами размеры зон, ограничения скоростного режима, четко сформулирован перечень тех транспортных средств, которым в любом случае позволено въезжать, например, машинам «Скорой помощи» или с/х и лесным тракторам. Главное, был продуман контроль за соблюдением принятых положений, а также реально назначены размеры государственных субсидий, стимулирующих модернизацию техсредств, разработаны другие меры поддержки.

Кроме деления территорий на зоны параллельно было принято множество очень нужных для людей положений, таких как запрет передвижения грузовиков по наиболее загазованным улицам либо же использование «зеленой волны» для улучшения транспортных потоков в крупных городах. Большое внимание уделено мерам, способствующим распространению велосипедного движения. Кстати, было признано неэффективным использование уборки улиц моющими средствами.

Все европейские транспортные средства распределены на 4 категории. К первой относятся средства, отвечающие требованиям Euro 1 и ниже. Такие средства не получают пропуска ни в одну из экологических зон. Транспорт, отвечающий требованиям Euro 2, получает пропуск в виде красной эмблемки. Те техсредства, которые отвечают нормам Euro 3, получают желтый отличительный знак, ну а тем, кто может подтвердить соответствие нормам Euro 4 и выше, выдается зеленая наклейка.

Владельцы дизельных автомобилей могут повысить свой «статус», установив сажевый фильтр. Таким образом, грузовик с желтым «пропуском», установив фильтр твердых частиц, получает зеленый знак и более широкие возможности передвижения. Государство приветствует такие действия, каждый желающий установить на дизельный автомобиль сажевый фильтр при наличии технической возможности получает единоразовую субсидию в 330 евро. В бюджете Германии для этих целей заложена сумма в 30 млн. евро, просчитано, что модернизации необходимо подвергнуть 90 тыс. автомобилей.

Если же оператор транспортного средства забудет, что у него нет разрешения на въезд в определенную зону и нарушит принятый порядок, то в Германии он оплатит штраф в размере 40 евро, а в регистрационный центр транспортных средств поступит сигнал о произошедшем инциденте. Если таких отметок, полученных по разным поводам, в центре на данного водителя наберется 18, то он будет лишен водительских прав – вот так все очень серьезно.

С другой стороны, создается режим благоприятствования для перемещения пешком либо на велосипеде. Это и повышенное внимание к уборке тротуаров и дорог, запрет парковки машин в узких проездах, всесторонняя популяризация велодвижения.

В Копенгагене сегодня 35% населения попадают на работу либо учебу на велосипеде. И это несмотря на то, что в столице Дании в среднем 14 дней в месяце бывают дождливыми или снежными. Город инвестировал в 2010 г. около 37 евро на каждого жителя, улучшая условия для езды по городу на велосипеде. Для сравнения можно заметить, что на эти цели в Берлине выделяется не более 1–2 евро, а в Мюнхене около 3 евро на каждого жителя. К сожалению, автор не смог найти сумму, предусмотренную в московском бюджете для создания приемлемых условий для велосипедной езды по столице, а очень хотелось бы сравнить.

В качестве примера положительного эффекта наличия системы зон отметим, что берлинская LEZ занимает площадь 88 км2, на этой площади проживает около 1 млн. жителей, тогда как в целом в Берлине живет 3,4 млн. человек. В первый год существования зоны в нее был запрещен въезд только машин без каких-либо значков. Таких оказалось 7% от общего числа машин города.

Анализ показал, что за первый год снизились выбросы NOx на 14%, а выбросы твердых частиц – на 24%, что соответствует 52 т пыли и 960 т NOx в воздухе.

За 2010 г., когда ограничения на въезд транспорта усилили, эти цифры уже составили 170 т пыли и 1500 т NOx. Интересно, что доля транспортных средств, не отвечающих никаким стандартам Euro, в 2010 г. составила всего 1%. Что же касается грузовых машин г/п свыше 3,5 т, то в 2008 г. лишь 6% из них смогли получить зеленую наклейку, сообщающую о соответствии требованиям Euro 4 и выше. Сегодня же в Берлине таких автомобилей около 75%.

Каталитическая нейтрализация SCR на CUMMINS

  • Код неисправности    
  • Причина последствия    
  • Возможные причины появления этого кода неисправности:

Блок дозирования жидкости для очистки отработавших газов

— Темп обновления данных не соответствует норме. 

Обмен данными по каналу связи между модулем ЕСМ и блоком дозирования жидкости для очистки отработавших газов прерван.

Впрыск жидкости в систему очистки отработавших газов отключается.

Обрыв цепи питания от аккумуляторной батареи блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов 

Обрыв цепи «массы» блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов 

Обрыв цепи питания блока дозирования от пускового включателя 

Короткое замыкание или обрыв цепи в канале связи J1939 между блоком дозирования и основным модулем ЕСМ двигателя

Неисправность блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов

1682 (системы с использованием воздуха)

Входные магистрали блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов

Состояние сохраняется.

В блоке дозирования жидкости для очистки отработавших газов обнаружена внутренняя ошибка.

Впрыск жидкости в систему очистки отработавших газов отключается.

Низкий уровень жидкости для очистки отработавших газов в баке

Низкое давление воздуха в блоке дозирования

Давление воздуха периодически падает ниже минимального уровня, требуемого для работы блока дозирования

Засорение или повышенное сопротивление форсунки системы очистки отработавших газов. 

Засорение, повышенное сопротивление или замерзание трубопроводов жидкости для очистки отработавших газов.

Полное или частичное засорение встроенного воздушного фильтра

1682 (системы без использования воздуха)

Входные магистрали блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов

Состояние сохраняется.

Блок дозирования жидкости для очистки отработавших газов не обеспечивает заполнение системы.

Блок дозирования жидкости для очистки отработавших газов не обеспечивает впрыск этой жидкости в

систему очистки отработавших газов с селективным каталитическим нейтрализатором.

Низкий уровень жидкости для очистки отработавших газов в баке

Нагреватели трубопроводов не могут растопить замерзшую жидкость для очистки отработавших газов

На трубопроводе под давлением, соединяющем блок дозирования и дозирующий клапан, имеются перегибы, механические повреждения или разъединенные соединения

На заборном трубопроводе, соединяющем бак жидкости для очистки отработавших газов и блок дозирования, имеются перегибы, механические повреждения или разъединенные соединения.

Неисправность блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов.

Датчик содержания окислов азота

Темп обновления данных не соответствует норме. 

Отсутствие или нарушение скорости обмена данными по каналу связи J1939 между модулем ЕСМ и

датчиком содержания окислов азота на выходе каталитического нейтрализатора.

Датчик содержания окислов азота на выходе каталитического нейтрализатора отключается.

На датчик содержания окислов азота не подается напряжение от аккумуляторной батареи по жгуту

проводов комплектного оборудования.

Это может быть вызвано обрывом цепи в проводке, неисправностью плавкого предохранителя датчика или низким напряжением аккумуляторной батареи.

Обрыв цепи «массы» датчика содержания окислов азота.

Обрыв цепи или короткое замыкание в канале связи J1939 между модулем ЕСМ и датчиком содержания окислов азота.

Неустойчивый обмен данными между датчиком содержания окислов азота и модулем ЕСМ по каналу связи J1939.

Неисправность модуля ЕСМ двигателя.

2772 (системы с использованием воздуха)

Датчик содержания окислов азота на выходе системы очистки отработавших газов — данные точные,

но выше нормы — самый низкий уровень серьезности. 

Величина сигнала датчика содержания окислов азота превышает рекомендованный уровень.

Влияние на рабочие характеристики отсутствует.

Качество жидкости для очистки отработавших газов не соответствует норме

Внешние утечки в блоке дозирования и/или трубопроводах жидкости для очистки отработавших газов

Неисправность форсунки системы очистки отработавших газов

Неисправность или повреждение блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов

Слишком высокое содержание серы в дизельном топливе,загрязнение каталитического нейтрализатора и, как следствие, высокое содержание окислов азота

Полное или частичное засорение форсунки системы очистки отработавших газов

Содержание окислов азота на выходе системы очистки отработавших газов — данные точные, но выше нормы — самый высокий уровень серьезности. 

Величина сигнала датчика содержания окислов азота превышает рекомендованный уровень.

Датчик содержания окислов азота на выходе каталитического нейтрализатора отключается.

Двигатель будет переведен в режим пониженной мощности при первой остановке транспортного

средства.

Качество жидкости для очистки отработавших газов не соответствует норме

Внешние утечки в блоке дозирования и/или трубопроводах жидкости для очистки отработавших газов

Слишком высокое содержание серы в дизельном топливе,загрязнение каталитического нейтрализатора и, как следствие, высокое содержание окислов азота

Неисправность форсунки системы очистки отработавших газов

Неисправность или повреждение блока дозирования жидкости для очистки отработавших газов

Полное или частичное засорение форсунки системы очистки отработавших газов

Повреждение или отсутствие  каталитического нейтрализатора SCR в системе очистки отработавших газов

Уровень жидкости в баке системы очистки отработавших газов — данные точные, но ниже нормы, самый высокий уровень серьезности.

Нет жидкости в баке системы очистки отработавших газов.

Впрыск жидкости для очистки отработавших газов с селективным каталитическим нейтрализатором

отключается.

Немедленный переход в режим пониженной мощности.

Код неисправности 1673 регистрируется, когда датчик уровня жидкости в баке системы очистки отработавших газов определяет, что бак пуст. Жидкость может быть еще видна в баке, когда этот

код станет активным. 

Долейте жидкость для очистки отработавших газов в бак.

Контроллер впрыска жидкости для очистки отработавших газов

— Темп обновления данных не соответствует норме. 

Обмен данными по каналу связи между модулем ЕСМ и контроллером впрыска жидкости для очистки

отработавших газов прерван.

Впрыск жидкости в систему очистки отработавших газов отключается.

Обрыв цепи питания от аккумуляторной батареи контроллера впрыска жидкости для системы очистки отработавших газов

Обрыв цепи «массы» контроллера впрыска жидкости для системы очистки отработавших газов

Обрыв цепи питания от пускового включателя контроллера впрыска жидкости для системы очистки

отработавших газов

Короткое замыкание или обрыв цепи в канале связи J1939 между контроллером впрыска жидкости для

системы очистки отработавших газов и основным модулем ЕСМ двигателя

Неисправность контроллера впрыска жидкости для системы очистки отработавших газов

ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ.. Статьи компании «ЗАО «Евроталер»»

СИСТЕМА SCR: ОПИСАНИЕ, ПРИНЦИПЫ И СХЕМА РАБОТЫ.

 

Система SCR предназначена для снижения уровня оксидов азота, содержащихся в отработавших газах (ОГ). Сокращение SCR означает Selective Catalytic Reduction (избирательное каталитическое восстановление). В данной технологии химическая реакция восстановления (нейтрализации) ОГ происходит избирательно. Это означает, что в составе ОГ целенаправленно снижается содержание только оксидов азота.

Оксиды азота — это собирательное понятие для химических соединений азота и кислорода (например, NO, NO2 …). Они образуются под воздействием высокого давления и температуры во время сгорания топливной смеси в двигателе. Оксиды азота ответственны, в том числе, за ущерб, наносимый лесам «кислотными дождями», и образование смога.

Система SCR состоит из:
  • 1 Бак мочевины
  • 2 Управляющий модуль * (включает в себя блок управления, насос и фильтр)
  • 3 Трубопровод мочевины
  • 4 Подогрев бака мочевины
  • 5 Форсунка впрыска мочевины **
  • 6 Датчики температуры ОГ
  • 7 Датчик 2NOx ***
  • 8 Восстановительный катализатор ****
  • 9 Дроссельная заслонка трубопровода подогрева
  • 10 Пароотводящая трубка *****
  • 11 Температурный датчик мочевины

 

Примечания:
*  Насос мочевины представляет собой мембранный насос, привод которого осуществляется бесщёточным двигателем постоянного тока. Он интегрирован в корпус управляющего модуля и управляется блоком управления.

Задачи насоса мочевины различаются в зависимости от положения клапана обратной перекачки.

● При включённом двигателе и выполнении условий, необходимых для работы системы нейтрализации SCR, насос подаёт мочевину из бака к форсунке мочевины под давлением около 5 бар.

● При выключении дизельного двигателя он перекачивает мочевину из трубопровода подачи мочевины от  форсунки  обратно в бак.

Расчёт количества впрыскиваемой мочевины:

Требуемое для впрыска количество мочевины рассчитывается блоком управления и зависит от следующих факторов:

● режима работы двигателя;

● температуры ОГ;

● доли оксидов азота в массовом потоке ОГ.

Доля оксидов азота, поступающая в восстановительный катализатор, рассчитывается блоком управления. Массовый поток ОГ соответствует массовому расходу воздуха во впускном канале, который определяется расходомером воздуха, и массе впрыснутого топлива.

** Форсунка дозирует подачу мочевины в поток отработавших газов. Управление форсункой осуществляет блок управления с помощью сигнала с широтнооимпульсной модуляцией.

В форсунке мочевина находится под давлением, создаваемым насосом. В положении покоя игла форсунки перекрывает выходное отверстие за счёт усилия пружины. Для впрыска мочевины блок управления посылает управляющий сигнал на электромагнитную катушку форсунки. При этом возникает магнитное поле, которое вытягивает якорь форсунки и иглу форсунки. Форсунка открывается, и происходит впрыск мочевины. Если управляющий сигнал на электромагнитную катушку больше не поступает, магнитное поле исчезает, и игла форсунки перекрывает отверстие под действием пружины.

*** Датчик 2 NOx вкручен в трубу выпуска ОГ непосредственно за восстановительным катализатором. С его помощью определяется доля оксидов азота в ОГ, которая анализируется блоком управления датчика 2 NOx.

**** Конструкция восстановительного катализатора представляет собой сотообразный керамический элемент, покрытие которого состоит из цеолита меди. Оно предназначено для восстановления оксидов азота.

***** Система вентиляции  предназначена для выравнивания давления в баке.
При заправке мочевины необходимо следить за тем, чтобы в баке оставался достаточный свободный объём для расширения мочевины.

Принцип действия системы нейтрализации SCR

При нагреве примерно до 200°C катализатор восстановления (8) достигает рабочей температуры. Блок управления (2) получает данные о температуре отработавших газов от датчика температуры (6) установленного перед катализатором восстановления (8). Раствор мочевины ADBLUE забирается насосом (2) из бака (1) и под давлением примерно 5 бар прокачивается через обогреваемый трубопровод (3) к форсунке мочевины (5).

Форсунка (5) по команде блока управления (2) впрыскивает мочевину в дозируемом количестве в трубопровод системы ОГ перед восстановительным катализатором (3), где она подхватывается потоком ОГ и равномерно распределяется микшером в ОГ. По пути к восстановительному катализатору (8), так называемом гидролизном участке, мочевина распадается на аммиак (Nh4) и углекислый газ (CO2). В восстановительном катализаторе аммиак (Nh4) вступает в реакцию с оксидами азота (NOx), образуя азот (N2) и воду (h3O). Коэффициент полезного действия системы SCR определяется датчиком 2NOx (7).

Для того чтобы блок управления двигателем дал команду на впрыск мочевины, должны быть выполнены следующие условия:

● Восстановительный катализатор достиг рабочей температуры примерно 200°C.

● Если температура окружающей среды низкая
— обеспечено достаточное количество жидкой мочевины для впрыска.

Впрыск мочевины блоком управления двигателя прерывается при следующих условиях:

● При малом объёмном потоке ОГ, например на холостом ходу.

● Когда температура ОГ снижается слишком сильно и рабочая температура восстановительного катализатора не достигается.

Схема работы системы SCR:

После запуска двигателя автомобиля блок управления получает разрешающие сигналы от температурных датчиков:

* температура мочевины нормальная (если замерзла включается ее подогрев)

* температура ОГ достигла 200 оС

Блок управления включает насос мочевины и по достижению необходимого давления открывает форсунку.

Затем блок управления получает сигнал от датчика 2NOx и в зависимости от содержания оксидов азота увеличивает или уменьшает подачу мочевины.

После выключения зажигания насос выкачивает всю мочевину из системы обратно в бак.

Замечания по эксплуатации сиcтемы SCR

Последние несколько лет мы тесно сотрудничали с инженерами и механиками фирм, эксплуатирующих и ремонтирующих автомобили оснащенные системой SCR. Мы анализировали причины поломок системы, а также причины отказа в гарантийном обслуживании автомобилей. Разбирали каждый случай и пришли к следующим выводам:

Если не учитывать поломки связанные с естественными причинами (брак, износ), то чаще всего система выходит из строя после замерзания мочевины в баке. Опишем этот процесс подробнее.

При температуре ниже минус 11оС и неработающем подогреве мочевины, состав в баке начинает замерзать. Большая часть растворенной мочевины выпадает в осадок, а оставшийся «сильно разбавленный» раствор замерзает. Через некоторое время после включения двигателя автомобиля подогрев мочевины растапливает некоторую часть замерзшего «сильно разбавленного» раствора, а большая часть нерастворенной мочевины в виде кристаллов останется на дне бака. Эксплуатация автомобиля с таким «разбавленным» составом не приведет к немедленному выходу системы SCR из строя, но если не предпринимать ничего — поломки системы практически гарантированы.

Во-первых: коэффициент полезного действия такого «сильно разбавленного» состава гораздо ниже и, следовательно, потребление его может существенно возрасти.

Во-вторых: если не прогреть весь объем замерзшей мочевины, плотность состава будет расти, и кристаллы нерастворенной мочевины попадут в систему. Это может привести к закупорке патрубков, быстрому износу мембраны насоса, засорению форсунки.

Мы рекомендуем в случае замерзания мочевины в баке прогреть его, до полного оттаивания мочевины, и проверить плотность состава. Если плотность не соответствует норме (1087-1093 кг/м3) – состав слить, бак, по возможности, помыть.

Системы нейтрализации pH

| Стерилизация биоотходов

Системы нейтрализации pH | Стерилизация биоотходов | ПРИ БИО

1 — 40 галлонов в минуту

pHASE™

  • потоки промышленных отходов
  • небольшая занимаемая площадь
  • периодическая нейтрализация

300 гал/мин непрерывно

labTREAT™

  • специально разработан для потоков лабораторных отходов
  • многоступенчатая нейтрализация
  • специальные конструкции до 10 000 галлонов в минуту или более

40 — 1000 галлонов в минуту

batchTREAT™

  • потоки сильнокислотных и сильнощелочных отходов
  • нейтрализация крупных партий

Заинтересованы в системе нейтрализации pH?

Просто заполните контактную информацию, и мы свяжемся с вами.

Индивидуальные растворы для нейтрализации pH

Для технологических нужд или для норм сброса.

От небольших компактных решений (100–2000 литров в день) до решений для производственных помещений (более 750 литров в минуту) PRI может разработать систему, соответствующую вашим конкретным требованиям к производительности и пространству, а также отраслевым стандартам.Системы обезвреживания отходов PRI полностью спроектированы, изготовлены и испытаны на нашем предприятии. Системы могут быть интегрированы непосредственно с вашей системой обработки отходов PRI или интегрированы в ваш существующий процесс.

  • Резервуары: сверхпрочный полиэтилен/полипропилен/стеклопластик или нержавеющий сплав
  • Трубопровод: PVC/cPVC/PE/PP/FRP или нержавеющий сплав
  • Элементы управления: NEMA 4 / 4X с ПЛК, ЧМИ с сенсорным экраном и аварийным остановом
  • Контрольно-измерительные приборы: pH, расход и уровень с дополнительной температурой
  • Прецизионные насосы для подачи химикатов для закачки кислоты/каустика
  • Внутреннее перемешивание/смеситель
  • Клапаны отвода потока с контуром рециркуляции по мере необходимости
  • Рабочие вентиляционные отверстия – Центробежный насос(ы) для отвода сточных вод

Введите ключевое слово

Система рециркуляции растворителей со скребком | Система дистилляции SCR

Скребковая система рециркуляции растворителей | Система дистилляции SCR | ПРИ

SCR™

Скребковая система дистилляции растворителя

Система дистилляции растворителя SCR™ — самая прочная, надежная и безопасная система на рынке.Система рециркуляции растворителя со скребком позволяет восстановить отработанный растворитель, сокращая отходы и затраты.

Максимальное восстановление растворителя :

  • Объемы закупки растворителей из переработанного сырья
  • уровень рекультивации до 90%
  • уменьшить объем утилизации опасных отходов
  • единиц обычно окупаются за несколько месяцев

Снижение воздействия на окружающую среду и повышение безопасности :

  • снизить риски, связанные с большими объемами опасных отходов
  • уменьшить воздействие вашего предприятия на окружающую среду

Заинтересованы в восстановлении растворителей?

Просто заполните контактную информацию, и мы свяжемся с вами.

Прочный, надежный и защищенный

Стандартная ограниченная гарантия PRI на 10 лет

PRI  системы регенерации растворителей  имеют самую низкую стоимость жизненного цикла в отрасли; более 75% устройств, проданных за последние 15 лет, все еще находятся в эксплуатации.

При надлежащем уходе и обслуживании система рециркуляции растворителей PRI может работать десятилетиями. Вот почему мы не боимся подкрепить это 10-летней ограниченной гарантией на дистилляционный сосуд. С PRI вы можете быть уверены, что ваша система дистилляции растворителя будет работать долгие годы.

Безопасный, простой в использовании.

Комплект для безопасного слива кубовых фракций

Наши системы регенерации растворителей предназначены для точного контроля и безопасного использования, перерабатывая практически любые легковоспламеняющиеся или горючие отходы растворителей, включая реактивные химические вещества, такие как отходы, содержащие нитроцеллюлозу или сшивающие смолы.

Наш комплект для безопасного слива позволяет операторам легко сливать остатки перегонки. Наш комплект безопасности при разгрузке кубового остатка включает:

  1. Кольцо позиционирования барабана для правильного выравнивания
  2. Тележка для бочек для удобного размещения барабана
  3. Датчик наличия барабана предотвращает разгрузку без барабана
  4. Датчик заполнения барабана помогает оператору, предотвращает переполнение
  5. Предохранительные блокировки механизма сброса
  6. Заднее вентиляционное отверстие для отвода выхлопных газов от оператора

Долгосрочный, стабильный вывод

Узел лезвия скребка

Система рециркуляции растворителей SCR рассчитана на максимальную эффективность.Наш запатентованный узел вращающегося скребкового лезвия:

  • очищает поверхность теплопередачи от отложений шлама для повышения эффективности
  • очищается вся область теплопередачи ниже рабочего уровня жидкости
  • твердые частицы скатываются с боковых стенок на коническое дно, что ускоряет процесс перегонки растворителя
  • осторожно взбалтывает и смешивает содержимое сосуда для перегонки растворителя

Доступные модели:

МОДЕЛИ ЕМКОСТЬ СТАВКА ВЕС
SCR-200 280 л
(74 г)
76/л/ч
(20 г/ч)
1361 кг
(3000 фунтов)
SCR-250 450 л
(119 г)
 106/Lh
(28 г/ч)
 1451 кг
(3200 фунтов)
SCR-350  768 л
(203 г)
 161/Lh
(43 г/ч)
2268 кг
(5000 фунтов)
SCR-400  1192 л
(315 г)
225/л/ч
(60 г/ч)
2585 кг
(5700 фунтов)
SCR-450  1627 л
(430 г)
 284/Lh
(75 г/ч)
2722 кг
(6000 фунтов)
SCR-550 3051 л
(806 г)
 435/Lh
(115 г/ч)
3629 кг
(8000 фунтов)

Повторное использование растворителей в замкнутом цикле

Сбор отработанного растворителя, перегонка и хранение чистого растворителя.Непосредственно интегрированы в ваш процесс.

Наши системы регенерации растворителей часто включаются в комплексную систему управления растворителями с замкнутым циклом, в которой используются специализированные и изготовленные по индивидуальному заказу резервуары PRI для чистых и грязных растворителей с подачей.

В замкнутом цикле отработанный растворитель собирается в резервуаре для грязного растворителя, а затем направляется в систему дистилляции для отделения загрязняющих веществ. Затем загрязняющие вещества выбрасываются, а многоразовый растворитель автоматически направляется в резервуар для чистого растворителя, который питает ваш производственный процесс.PRI может разработать системы управления растворителями для поддержки мойки деталей, покрасочных линий или других производственных процессов, в которых используются растворители.

Введите ключевое слово

Селективное каталитическое восстановление

Селективное каталитическое восстановление

В. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В процессе селективного каталитического восстановления (SCR) NOx вступает в реакцию с аммиаком, который впрыскивается в поток дымовых газов перед катализатором. Различные катализаторы СКВ, такие как оксид ванадия или цеолиты, замещенные металлами, имеют разные диапазоны рабочих температур и должны тщательно выбираться для конкретного процесса СКВ. Аммиак-SCR использовался в промышленных процессах, в стационарных дизельных двигателях, а также в некоторых судовых двигателях.Технология Urea-SCR, использующая мочевину в качестве прекурсора аммиака, была адаптирована для мобильных дизельных двигателей как в тяжелых, так и в легких условиях эксплуатации.

Введение

Селективное каталитическое восстановление (СКВ) NOx соединениями азота, такими как аммиак или мочевина , обычно называемое просто «СКВ», было разработано и хорошо зарекомендовало себя в промышленных стационарных применениях. Технология СКВ была впервые применена на тепловых электростанциях в Японии в конце 1970-х годов, а с середины 1980-х годов получила широкое распространение в Европе.В США системы СКВ были внедрены для газовых турбин в 1990-х годах, за которыми последовало растущее число установок для контроля выбросов NOx на угольных электростанциях. Другими областями применения СКВ являются нагреватели и котлы заводов и нефтеперерабатывающих заводов в химической промышленности, печи, коксовые печи, а также мусоросжигательные заводы и мусоросжигательные заводы. Список видов топлива, используемых в этих целях, включает промышленные газы, природный газ, сырую нефть, легкую или тяжелую нефть и пылевидный уголь [203] .

Использование систем SCR для контроля выбросов NOx в мобильных приложениях началось с судовых двигателей. Большой размер и установившиеся режимы работы морских установок сделали адаптацию стационарной технологии SCR относительно простой. Первые блоки SCR были установлены в 1989 и 1990 годах на двух корейских 30000-тонных перевозчиках [202] . Суда, оснащенные двухтактными дизельными двигателями MAN B&W мощностью 8 МВт, были оснащены системой SCR на аммиаке, рассчитанной на сокращение выбросов NOx на 92%.Выхлопные газы пропускались через реактор только при плавании судов в водах, на которые распространяются нормы выбросов NOx. В 1992 году в рамках другого раннего морского проекта SCR паром «Аврора из Хельсингборга», курсировавший между Швецией и Данией, был оборудован системой SCR на основе мочевины [201] . Паром был оснащен двигателем Wärtsilä типа 6R32E мощностью 2,4 МВт, а реактор SCR включал три слоя монолитных экструдированных катализаторов SCR и один слой катализатора окисления. Технология SCR также рассматривалась для дизельных двигателей [207] локомотивов.

С середины 1990-х годов было проведено множество проектов по адаптации технологии SCR для дизельных двигателей грузовых и легковых автомобилей. Несколько ранних систем SCR для двигателей большегрузных грузовиков были разработаны и испытаны голландским TNO [200] [199] [621] , в то время как Johnson Matthey разрабатывала свою компактную систему SCR-Trap — устройство, состоящее из фильтр твердых частиц (CRT) перед катализатором SCR [981] . Неудивительно, что мобильные системы также разрабатывались компаниями с традиционным опытом в области стационарных установок, такими как Haldor Topsøe [623] или Argillon (ранее Siemens, теперь Johnson Matthey) со своей автомобильной системой SCR под названием SINOx [334] . [331] .В некоторых ранних тестах система SINOx была соединена с сажевым фильтром перед катализатором SCR [980] [1172] . Компания Ford разработала систему SCR с мочевиной для легких условий эксплуатации, соответствующую ограничениям выбросов Tier 2 Bin 5 Агентства по охране окружающей среды США [206] [983] .

Применение мобильного двигателя потребовало решения ряда проблем, связанных с технологией дозирования карбамида в переходных режимах работы, оптимизацией катализаторов, а также инфраструктурой карбамида.Некоторые регулирующие органы, в частности Агентство по охране окружающей среды США, изначально скептически отнеслись к пути соответствия SCR стандартам выбросов, как с точки зрения обеспечения доступности восстановителя (мочевины) вместе с дизельным топливом по всей национальной распределительной сети, так и с точки зрения того, что это всегда своевременно. пополняется операторами транспортных средств. В конечном итоге СКВ оказалась более надежной технологией выбросов, чем основной альтернативный вариант, адсорберы NOx, и широко используется во всех типах мобильных дизельных двигателей.

Примерно в середине 2000-х годов технология SCR с мочевиной была коммерциализирована в мобильных дизельных двигателях. Ряд производителей выбрали Urea-SCR в качестве предпочтительной технологии для соответствия нормам NOx Euro V (2008 г.) и JP 2005 г. (оба равны 2 г/кВтч) для двигателей большегрузных автомобилей и автобусов. Первые коммерческие дизельные грузовики были запущены в ноябре 2004 года компанией Nissan Diesel в Японии [1160] и в начале 2005 года компанией Daimler (в то время DaimlerChrysler) в Европе [986] .В Соединенных Штатах системы SCR были введены большинством производителей двигателей в 2010 году, чтобы соответствовать пределу NOx Агентства по охране окружающей среды США, составляющему 0,2 г/л.с.-ч для двигателей большой мощности.

В транспортных средствах малой грузоподъемности SCR была введена в некоторых транспортных средствах уровня 2 Агентства по охране окружающей среды США, в то время как в других использовались адсорберы NOx. Примерно к 2012–2015 гг. большинство транспортных средств Уровня 2 с адсорберами NOx были переведены на СКВ на основе мочевины. В Европе система SCR была внедрена на некоторых моделях стандарта Евро-5, а в автомобилях стандарта Евро-6 эта технология применялась гораздо шире.

Наконец, во многих моделях внедорожных дизельных двигателей была внедрена технология SCR на основе мочевины, чтобы соответствовать требованиям стандартов США Tier 4i/EU Stage IIIB и более поздних стандартов на выбросы загрязняющих веществ.

В следующих разделах рассматриваются основы СКВ — восстановители, химические реакции и катализаторы, а также стационарные системы СКВ. Разработка и опыт использования систем SCR для мобильных дизельных двигателей обсуждаются в разделе «Системы SCR для дизельных двигателей».

Восстановители и каталитические реакции

Аммиак

В системах СКВ можно использовать две формы аммиака: (1) чистый безводный аммиак и (2) водный раствор аммиака.Безводный аммиак токсичен, опасен и требует толстостенных резервуаров для хранения под давлением и трубопроводов из-за высокого давления паров. Водный аммиак, NH 3 ·H 2 O, менее опасен и с ним проще обращаться. Типичный аммиак промышленного качества, содержащий около 27% аммиака и 73% воды по весу, имеет давление паров, близкое к атмосферному, при нормальных температурах и может безопасно транспортироваться по шоссе в США и других странах.

В системе SCR с аммиаком происходит ряд химических реакций, что выражается уравнениями (1)-(5).Все эти процессы представляют собой желательные реакции, которые восстанавливают NOx до элементарного азота. Уравнение (2) представляет основной механизм реакции [306] . Реакции, представленные уравнениями (3)-(5), включают реагент диоксид азота. Путь реакции, описываемый уравнением (5), очень быстрый. Эта реакция отвечает за промотирование низкотемпературной SCR NO 2 [972] . Обычно концентрации NO 2 в большинстве дымовых газов, включая дизельные выхлопы, низкие.В дизельных системах SCR уровни NO 2 часто преднамеренно повышаются для повышения конверсии NOx при низких температурах.

6NO + 4NH 3 → 5N 2 + 6H 2 O(1)

4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O «стандартная» реакция SCR(2)

6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O(3)

2NO 2 + 4NH 3 + O 2 → 3N 2 + 6H 2 O(4)

NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O«быстрая» реакция СКВ(5)

Вышеуказанные реакции ингибируются водой [974] .В выхлопных газах дизеля и других дымовых газах всегда присутствует влага. Для получения достоверных результатов водяной пар всегда должен присутствовать в лабораторных газовых испытаниях процессов СКВ и при моделировании процессов.

Если содержание NO 2 увеличивается до превышения концентрации NO в сырьевом газе, возможны пути образования N 2 O, уравнения (6) и (7) [1170] .

8 NO 2 + 6 NH 3 → 7 N 2 O + 9 H 2 O(6)

4 NO 2 + 4 NH 3 + O 2 → 4 N 2 O + 6 H 2 O(7)

К нежелательным процессам, протекающим в системах СКВ, относятся конкурентные, неселективные реакции с кислородом, которого в системе много.Эти реакции могут либо производить вторичные выбросы, либо, в лучшем случае, непродуктивно расходовать аммиак. Частичное окисление аммиака, определяемое уравнениями (8) и (9), может привести к образованию закиси азота (N 2 O) или элементарного азота соответственно. Полное окисление аммиака, выраженное уравнением (10), приводит к образованию оксида азота (NO).

2NH 3 + 2O 2 → N 2 O + 3H 2 O(8)

4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O(9)

4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O(10)

Аммиак также может реагировать с NO 2 с образованием взрывоопасного нитрата аммония (NH 4 NO 3 ), уравнение (11).Эта реакция из-за ее отрицательного температурного коэффициента протекает при низких температурах, примерно ниже 100-200°С. Нитрат аммония может осаждаться в твердой или жидкой форме в порах катализатора, что приводит к его временной дезактивации [973] .

11

Образования нитрата аммония можно избежать, следя за тем, чтобы температура никогда не опускалась ниже 200°C.Склонность к образованию NH 4 NO 3 также может быть сведена к минимуму путем подачи в газовый поток количества NH 3 меньше точного, необходимого для стехиометрической реакции с NOx (молярное соотношение 1:1).

Когда дымовой газ содержит серу, как в случае дизельного выхлопа, SO 2 может окисляться до SO 3 с последующим образованием H 2 SO 4 при реакции с H 2 O. Эти реакции такие же, как те, которые происходят в дизельном катализаторе окисления.В другой реакции NH 3 соединяется с SO 3 с образованием (NH 4 ) 2 SO 4 и NH 4 HSO 4 , которые осаждаются (1) и уравнение (3) и и засорить катализатор, а также трубопроводы и оборудование. При низких температурах выхлопных газов, обычно ниже 250°C, загрязнение сульфатом аммония может привести к дезактивации катализатора SCR [205] .

NH 3 + SO 3 + H 2 O → NH 4 HSO 4 (12)

2NH 3 + SO 3 + H 2 O → (NH 4 ) 2 SO 4 (13)

Процесс SCR требует точного контроля скорости впрыска аммиака.Недостаточная скорость закачки приводит к неприемлемо низкой конверсии NOx. Слишком высокая скорость впрыска приводит к нежелательному выбросу аммиака в атмосферу. Эти выбросы аммиака из систем SCR, известные как аммиачный проскок , увеличиваются с увеличением соотношения NH 3 /NOx (также называемого альфа-коэффициентом ). В соответствии с преобладающей реакцией СКВ, уравнение (2), стехиометрическое отношение NH 3 /NOx в системе СКВ составляет около 1. Соотношения выше 1 значительно увеличивают проскок аммиака.На рис. 1 представлен пример взаимосвязи между отношением NH 3 /NOx, конверсией NOx, температурой и проскальзыванием аммиака [187] . Проскок аммиака уменьшается с повышением температуры, в то время как конверсия NOx в катализаторе СКВ может как увеличиваться, так и уменьшаться с температурой, в зависимости от конкретного температурного диапазона и каталитической системы, что будет обсуждаться позже.

Рисунок 1 . Преобразование NOx и проскальзывание аммиака для различных соотношений NH 3 /NOx

V 2 O 5 /TiO 2 Катализатор SCR, 200 cpsi

Отношения альфа между 0.9 и 1, можно использовать для сведения к минимуму проскальзывания аммиака, при этом обеспечивая удовлетворительную конверсию NOx. Однако в приложениях с очень высокими целевыми показателями NOx система SCR должна работать с коэффициентом альфа ≥ 1. В таких случаях проскальзывание аммиака можно контролировать с помощью защитного катализатора (катализатора окисления аммиака), расположенного после катализатора SCR. .

Для стационарных применений обычно указывается максимально допустимое проскальзывание NH 3 со стандартным значением 5-10 частей на миллион NH 3 .Ограничение 10 ppm NH 3 также применимо в некоторых мобильных приложениях SCR. Эти концентрации аммиака обычно не обнаруживаются человеческим носом.

###

IMO MEPC 66 Правила и аргументы по технологии селективного каталитического восстановления (SCR)

В прошлую пятницу, 4 апреля 2014 г., IMO MEPC на своей 66 -й сессии  согласованы более строгие требования к выбросам NOx судов в определенных районах, так называемые NECA. В ходе этой сессии также была согласована дата вступления в силу этих требований, хотя до окончательного решения КЗМС по этому поводу существовали разногласия со стороны ряда стран во главе с Россией.

Основным аргументом российской стороны было то, что из-за серьезных технических барьеров на пути технологий снижения выбросов NOx дата вступления в силу правил по выбросам NOx с судов была нереалистичной/«необоснованной». Поэтому, по мнению России, перенос даты вступления в силу как минимум до 1 января 2021 года был наиболее правильным решением.

С другой стороны, такие страны, как США, Канада, Дания, Япония и т. д., утверждали, что существующие технологии сокращения выбросов NOx либо доказали свою эффективность, либо будут полностью функциональными до 2016 года.Особая ссылка была сделана на избирательную каталитическую нейтрализацию (SCR), которая считается коммерчески доступной технологией и наиболее распространенным способом соблюдения предельных значений NOx Tier III.

Потенциал сокращения выбросов NOX при транспортировке. (Источник: ICCT). IEM: внутренняя модификация двигателя; DWI: прямой впрыск воды; HAM: двигатели с влажным воздухом; FEW: топливно-водяная эмульсия; EGR: рециркуляция отработавших газов; SCR: избирательное каталитическое восстановление; СПГ: сжиженный природный газ

Аргумент России восходит к прошлогодней сессии КЗМС 65, на которой Россия представила комментарии (МЕРС 65/4/27) к отчету под названием «Оценка технологических разработок для внедрения стандартов выбросов NOx уровня III в соответствии с Приложением VI к МАРПОЛ», в которых говорилось, что в Чтобы считать технологию снижения выбросов NOx достаточной и приемлемой на международном уровне, необходимо выполнить следующие три критерия:

  • Технология должна обеспечивать эффективную нейтрализацию оксидов азота на всем интервале работы судового дизеля и не должна приводить к образованию большого количества побочных продуктов, содержание которых в выбросах уже регламентировано приборами ИМО .
  • Технология не должна отрицательно сказываться на конкурентоспособности портов и морского транспорта в целом.
  • Капитальные и эксплуатационные затраты, необходимые для внедрения такой технологии, должны быть разумными.

Оксиды азота Нейтрализация и предотвращение других регулируемых вредных веществ

По мнению России, одним из недостатков технологии SCR является риск появления аммиака в выхлопной системе при работе двигателя на переменных нагрузках, учитывая, что система SCR считается надежной в диапазоне температур от 250 до 400°С.Этот «недостаток» не устоит, если его рассмотреть поближе, принимая также во внимание вполне обоснованные комментарии (MEPC 66/6/6), сделанные несколько месяцев назад Соединенными Штатами, Канадой, Данией и т. д. относительно одобрения на MEPC 65 поправок, касающихся даты вступления в силу стандартов NOx Tier III.

Это главным образом связано с тем, что система SCR по своей конструкции использует контроллеры, которые ограничивают проскальзывание аммиака посредством контроля концентрации NOx на выходе катализатора SCR. Этот контроллер в режиме реального времени регулирует дозировку мочевины и поэтому поддерживает молярное отношение аммиака к NOx на уровне, не превышающем 1.0 (поддерживая проскальзывание аммиака ниже 10 частей на миллион). Кроме того, температура выхлопных газов для 4-тактных двигателей после турбины турбонагнетателя колеблется в пределах от 300°C до 400°C, что является достаточным температурным диапазоном для получения необходимой энергии для запуска реакции SCR даже после турбокомпрессора. Это аналогично и для двухтактных двигателей, потому что их типичная температура выхлопных газов составляет от 300 до 400 ° C перед турбокомпрессором и немного ниже после турбокомпрессора, поэтому различные решения для этого типа двигателя включают установку системы SCR перед турбонагнетателем. турбины турбокомпрессора, или снижения уровня наддувочного воздуха, или изменения момента впрыска и т. д.

Кроме того, Россия утверждала, что при нейтрализации NOx мочевиной выбросы CO2 увеличиваются в количествах, соответствующих выбросам нейтрализованного NOx. Отчасти это так, потому что, ссылаясь на соответствующие расчеты выбросов CO2 в результате нейтрализации NOx мочевиной, можно легко определить, что количество образующегося CO2 либо незначительно, либо не заслуживает внимания. Для большей конкретики ниже делается ссылка на пример, взятый из комментариев, сделанных несколько месяцев назад Соединенными Штатами, Канадой и Данией (MEPC 66/6/6).

Основная химия SCR (Источник: IACCSEA)

Используется предельное значение выбросов NOx для 2-тактных тихоходных двигателей, 14,4 г/кВт-ч, рассчитанное как комплексно-взвешенное значение выбросов за полный цикл NO 2 . Предел IMO NOx Tier III составляет 3,4 г/кВтч, поэтому, чтобы двигатель соответствовал требованиям, выбросы NOx должны быть снижены на 11 г/кВтч. Это соответствует 0,24 моля NOx, 11 г ÷ 46 г/моль = 0,24 моля, поэтому образуется 5,3 г/кВтч CO2. Выбросы CO2 от самого двигателя составляют 596,7 г/кВтч (на основе Руководства 2012 года по методу расчета достигнутого EEDI, SCF составляет 190 г/кВтч, а выбросы CO2 на 1 тонну LFO равны 3.151 тонна). Сравнивая 5,3 г/кВтч с 596,7 г/кВтч, легко определить, что вклад SCR в общие выбросы CO2 составляет менее 1%. Не говоря уже о том, что увеличение выбросов CO2 происходит только тогда, когда система работает в пределах ECA, и его можно дополнительно уменьшить за счет оптимизации момента впрыска топлива для максимальной эффективности использования топлива.

Принципы работы системы SCR (Источник: MAN)

Другим поводом для беспокойства, высказанным в отношении SCR, была потребность в скрубберах для удаления оксидов серы во избежание плохого износа катализатора, а также вопрос о том, достаточно ли места на борту для установки обеих систем (SCR и скрубберов).Тем не менее, комбинация ECA для выбросов NOx и SOx может гарантировать, что будет использоваться либо топливо с низким содержанием серы, либо скрубберы, что позволит избежать плохого износа катализатора.

Скрубберы могут быть установлены до или после блока SCR:

  • Если скруббер установлен перед СКВ, то необходимо нагреть выхлопные газы, чтобы добиться требуемого снижения выбросов NOx от СКВ.
  • Если скруббер установлен после SCR, то нет необходимости в каких-либо других модификациях, поскольку температура выхлопных газов будет находиться в соответствующем диапазоне для SCR для снижения выбросов NOx.Хотя в этом случае следует отметить, что установка СКВ должна быть рассчитана на работу и с использованием HSFO.

Что касается доступности мочевины (мочевина уже широко производится для использования в сельском хозяйстве и промышленности), существуют сотни судов, оснащенных системами SCR, и этим судам необходимо использовать мочевину, что означает, что мочевина для морского использования доступна в большая часть мира, включая Канаду, США, Европу, Азию и Ближний Восток. Например, одним из поставщиков мочевины для морского использования является YARA.Помимо вышеперечисленного, общий спрос на мочевину для морского использования в настоящее время составляет около 30 тысяч тонн, что составляет менее 1% от общего объема наземного использования. Когда в 2016 году вступят в силу правила Tier III NOx, потребность в морской мочевине все еще будет небольшой, поскольку правила относятся к судам, которые должны быть построены или подвергнуты серьезному переоборудованию после 2016 года, не говоря уже о том, что суда, нуждающиеся в мочевине, будут быть те, которые оборудованы SCR и работают в специально отведенных ECA.

Наконец, что касается вопроса о том, как сделать катализаторы доступными или как утилизировать их в конце срока службы, то каталитический материал, который используется в системах SCR, широко известен и доступен во всем мире.Кроме того, существуют компании, которые специализируются на производстве катализаторов для применения в системах СКВ, и эти компании могут поставлять материалы, необходимые для изготовления и продажи своей продукции, удовлетворяющей спрос на море. Для справки, такими компаниями являются Haldor Topsoe, Johnson Matthey, Hitachi Zosen, Tenneco и т. д.

Что касается замены, ожидается, что катализаторы будут работать в течение тысяч часов, при этом замена будет происходить через определенные промежутки времени, которые могут быть запланированы при обычном техническом обслуживании судов, кроме того, требования по утилизации уже доступны для наземных предприятий, и эти положения также могут быть использованы. к морским приложениям.

Устройство системы SCR высокого давления на двигателе 6S46MC-C (Источник: MAN)

Снижение конкурентоспособности портов и морского транспорта

Второй критерий, заявленный Россией в отношении доступных технологий сокращения выбросов NOx, был связан с конкурентоспособностью портов и морского транспорта, так называемым «интермодальным сдвигом». По мнению России, судовладельцам придется либо потратить значительную сумму денег, чтобы должным образом оборудовать свои суда, либо они будут вынуждены избегать портов, расположенных в зонах ограничения выбросов NOx.Впоследствии это может привести к изменению торговых маршрутов, по которым груз будет следовать, чтобы добраться до места назначения (например, автомобильный транспорт), что может привести к более высокому загрязнению воздуха.

Хотя ИМО еще не проводила анализа воздействия регулирования NOx на конкурентоспособность портов и морского транспорта, Агентство по охране окружающей среды США уже провело обзор девяти европейских исследований, имеющих отношение к этой теме. Эти исследования четко указывают на то, что потенциал перехода от морского транспорта к автомобильному или железнодорожному транспорту из-за правил ИМО по NOx либо незначителен, либо отсутствует.Возможно, единственным случаем, когда можно было бы принять во внимание влияние правил NOx, являются маршруты коротких морских перевозок, которые дополняются автомобильным и железнодорожным транспортом.

Обоснованные капитальные и эксплуатационные затраты на реализацию технологии

Система SCR для судна дедвейтом 20 000 тонн может стоить около 6 миллионов евро со сроком окупаемости не менее 8-10 лет. С другой стороны, проведенный Агентством по охране окружающей среды США анализ экономического воздействия стандартов NOx Tier III для судовых дизельных двигателей категории 3 (двигатели с рабочим объемом цилиндра не менее 30 литров) пришел к выводу, что Tier III будет стоить примерно от 367 400 до 678 300 долларов США для среднеоборотных двигателей и от 605 500 до 2 060 300 долларов США для низкоскоростных двигателей, в зависимости от объема двигателя.В исследовании Агентства по охране окружающей среды США также есть примеры соответствующих затрат, основанных на конкретных типах судов. Например, для контейнеровоза увеличение стоимости судна со среднескоростным двигателем мощностью 13 900 кВт составляет примерно 687 800 долларов. Для корабля с тихоходным двигателем мощностью 27 500 кВт оценка составляет 1 533 100 долларов. По сравнению с ценой нового судна в размере от 70 до 165 миллионов долларов США стоимость судна увеличивается на 1-2%.

Помимо вышеуказанных расходов, судовладельцам придется столкнуться с дополнительными эксплуатационными расходами из-за потребления карбамида.По данным IACSSEA, эти эксплуатационные расходы составляют от 5 до 7 евро за мощность двигателя МВтч.

Такие расходы, как описано выше, невелики по сравнению с общими капитальными и эксплуатационными затратами на судно, особенно по сравнению со значительными преимуществами для здоровья и благополучия человека, которые могут быть достигнуты за счет сокращения выбросов NOx.

Выводы

Технология

SCR была установлена ​​более чем на 500 судах, список таких судов можно найти в Приложении 2 к MEPC 65/INF.10. Техническая база для внедрения стандартов Tier III NOx явно имеется, и производители двигателей готовы начать сертификацию двигателей всех размеров в соответствии с этими пределами.

Производители двигателей, а также другие компании, участвующие в разработке технологии снижения выбросов NOx, полагались на даты вступления в силу, согласованные в 2008 году, а также инвестировали деньги в исследования и разработки.

Более того, отсрочка вступления в силу стандарта Tier III на пять лет, несмотря на наличие соответствующей технологии сокращения выбросов, подвергнет многих людей и экосистемы дополнительному риску ухудшения здоровья и окружающей среды.

Решение IMO MEPC в прошлую пятницу явно явилось результатом переговоров между теми, у кого были возражения, возможно, из-за того, что их заинтересованные стороны не готовы или не желают внедрять правила NOx на данном этапе, и теми, кто уже был готов и может ввести такие ограничения выбросов NOx .

2016 год останется датой вступления в силу для уже назначенных NECA. С другой стороны, дата вступления в силу новых NECA будет зависеть от того, когда по ним будет принято решение.Это решение вызвало разочарование таких общественных организаций, как «Транспорт и окружающая среда».

Стоит отметить, что США являются первой страной, где правила будут применяться уже с 2016 года.

Об авторе

Ставрос Кайрис — основатель и разработчик офицера стражи. Он инженер-механик, работающий в морской отрасли. Ставрос изучал машиностроение в Национальном техническом университете Афин, и его привлекала морская и оффшорная промышленность с первых дней учебы в университете.Его интересы развиваются вокруг геополитики, человеческого поведения и технологий.

 

Теги: NOx SCR

Заявка на патент США для метода и устройства для измерения и контроля систем контроля выбросов селективного каталитического восстановления (SCR) Заявка на патент (заявка № 20050260761, выданная 24 ноября 2005 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в целом относится к системам снижения загрязнения и, более конкретно, к способам и устройствам для контроля и управления системами контроля выбросов селективного каталитического восстановления.

Две проблемы, с которыми сталкиваются владельцы и операторы установок, оснащенных системами селективного каталитического восстановления (SCR), включают надлежащий контроль распределения аммиака по поверхности катализатора (или к различным модулям SCR) и износ катализатора SCR.

SCR способна обеспечить высокий уровень разрушения NO x путем введения контролируемых количеств аммиака в поток газа, содержащего NO x , и пропускания смеси через катализатор при контролируемой температуре.Первичная реакция деструкции NO x в СКВ может быть описана как: Разрушение происходит, когда молярный поток аммиака практически равен молярному потоку NO. Если будет дефицит аммиака, то НО х полностью не разрушится. Если есть избыточный поток аммиака, то аммиак (считающийся опасным загрязнителем воздуха в некоторых штатах) будет проходить через систему непрореагировавшим.Это называется проскальзыванием аммиака. Как правило, системы SCR оснащены оборудованием для непрерывного измерения молярной скорости потока NO x , поступающего на катализатор. Эти данные используются для расчета и контроля соответствующего количества аммиака, вводимого в систему в любой момент времени. Решетка распылительных форсунок (называемая сеткой впрыска аммиака или AIG) предназначена для распределения аммиака по полю потока и (надеюсь) для обеспечения надлежащей смеси NH 3 и NO x на поверхности катализатор.Одной из первых проблем, возникающих при запуске новой системы SCR, является достижение надлежащей балансировки AIG. Оптимальный подход для решения этой задачи запуска заключается в сборе данных о концентрациях NO x и NH 3 из нескольких мест либо на входе, либо на выходе катализатора SCR.

Помимо начальной балансировки, в системах SCR могут возникать дрейфы производительности AIG. Это может быть вызвано многими системными переменными, такими как загрязнение инжекционных форсунок, закупорка линий транспортировки аммиака или сдвиги в пространственном распределении входа NO x на входе в SCR (или между различными модулями SCR).Чтобы определить, что баланс AIG сместился, и дать рекомендации по регулировке AIG, требуется сбор непрерывных данных, подобных тем, которые предложены выше для первоначальной настройки AIG.

Кроме того, реакционная способность катализатора SCR со временем ухудшается. Как правило, характеристики катализатора остаются приемлемо высокими в течение периодов от 3 до 10 лет, но иногда реакционная способность может резко снижаться. Резкое падение реакционной способности может произойти из-за многих факторов, включая отравление катализатора или расслоение катализатора типа промывочного покрытия.Данные необходимы для отслеживания долгосрочных характеристик катализатора и определения основной причины снижения эффективности разрушения NO x между плохими характеристиками AIG, прохождением катализатора или потерей реакционной способности катализатора.

По крайней мере, один известный метод начальной балансировки систем AIG основан на измерении распределения концентрации только NO x на выходе из катализатора, измерении эффективности разрушения NO x или ручном измерении аммиака.Этот метод оказался удовлетворительным для систем СКВ, которые работают с уровнями аммиака ниже стехиометрического, но менее удовлетворительным для систем, которые работают при соотношении входа NO x к аммиаку, близком к 1:1, или для объектов с жесткими нормативными ограничениями по проскоку аммиака. Известный способ также не обеспечивает непрерывного контроля для выявления ухудшения балансировки АИГ.

Кроме того, по крайней мере один известный метод позволяет регулярно физически извлекать образцы катализатора и подвергать катализатор испытаниям на реактивность в удаленной лаборатории, но не позволяет контролировать работу катализатора в течение годичных периодов между крупными остановами установки.Некоторое представление о характеристиках катализатора обеспечивается непрерывным измерением общей эффективности разрушения NO x , но эти данные не позволяют отличить влияние настройки AIG от реактивности катализатора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, некоторые конфигурации настоящего изобретения обеспечивают способ мониторинга и/или управления работой системы контроля выбросов селективного каталитического восстановления (SCR). Способ включает нагнетание некоторого количества газа, нейтрализующего загрязнение, в поток дымового газа, содержащего загрязняющий газ, пропускание потока над слоем катализатора для облегчения реакции газа, нейтрализующего загрязнение, с загрязняющим газом с образованием выходящего потока, и измерение отношения газа, нейтрализующего загрязнение, к загрязняющему газу в сточных водах.

Различные конфигурации настоящего изобретения также обеспечивают устройство для контроля и управления работой системы контроля выбросов селективного каталитического восстановления (SCR). Устройство выполнено с возможностью измерения отношения газа, нейтрализующего загрязнение, к газу-загрязнителю в потоке дымовых газов, выходящем после катализатора, и регулирования впрыскиваемого количества газа, нейтрализующего загрязнение, в потоке газа, включающего газ-загрязнитель, выше по потоку или на катализаторе в соответствии с измеренным соотношением.

Некоторые конфигурации настоящего изобретения предусматривают газотурбинную установку для сжигания, имеющую систему контроля выбросов селективного каталитического восстановления (SCR), которая включает слой катализатора. Установка также включает в себя подачу нейтрализующего загрязнения газа для реакции с загрязняющим газом в системе СКВ и измерительную систему, сконфигурированную для измерения отношения нейтрализующего загрязнение газа к загрязняющему газу в потоке, выходящем из системы СКВ.

Еще другие конфигурации настоящего изобретения обеспечивают котел, работающий на ископаемом топливе, имеющий систему контроля выбросов селективного каталитического восстановления (SCR).SCR включает в себя слой катализатора, и установка также имеет подачу газа, нейтрализующего загрязнение, для реакции с загрязняющим газом в системе SCR. Также предусмотрена измерительная система, предназначенная для измерения отношения газа, нейтрализующего загрязнение, к газу-загрязнителю в потоке, выходящем из системы SCR.

По мере старения катализатора (или его модулей) и снижения реакционной способности конфигурации по настоящему изобретению могут поддерживать соотношение газа, нейтрализующего загрязнение на выходе, и газа-загрязнителя в надлежащем диапазоне, хотя концентрация обоих газов будет увеличиваться.Благодаря такому мониторингу падение реактивности катализатора можно отделить от неравномерного распределения впрыскиваемого газа, что позволяет продлить срок службы катализатора до максимального предела. Более того, используя некоторые конфигурации настоящего изобретения, операторы могут определить, нуждается ли в замене весь или только часть слоя катализатора или только один или несколько модулей. Эта идентификация позволяет запланировать замену катализатора в оптимальное для эксплуатации время, сохраняя при этом соблюдение всех нормативных требований по охране окружающей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представлена ​​схематическая диаграмма, представляющая различные конфигурации устройства по настоящему изобретению для измерения и управления системой контроля выбросов селективного каталитического восстановления (SCR).

РИС. 2 представляет собой график, показывающий фактические данные соотношения NH 3 /NO x , собранные за один день на промышленном объекте из пяти модулей из десяти с использованием конфигурации настоящего изобретения.

РИС.3 представляет собой график, показывающий фактические данные соотношения NH 3 /NO x , собранные в тот же день, что и данные, показанные на фиг. 2 на промышленном объекте из оставшихся пяти модулей из десяти с использованием конфигурации настоящего изобретения.

РИС. 4 и фиг. 5 представляют собой графики, показывающие данные об общей эффективности SCR, собранные за несколько часов в разные дни до первоначальной балансировки AIG.

РИС. 6 и фиг. 7 представляют собой графики, показывающие данные об общей эффективности SCR, собранные за несколько часов в разные дни после первоначальной балансировки AIG, предусмотренной в конфигурации настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В некоторых конфигурациях настоящего изобретения и со ссылкой на фиг. 1, система измерения и контроля селективного каталитического восстановления (SCR) 10 предназначена для уменьшения загрязнения от источника сгорания 12 . Неисчерпывающий список таких источников горения включает источники горения газовых турбин, источники горения, работающие на ископаемом топливе, и промышленные процессы (например, производство кварца). Источник сгорания 12 производит поток газа сгорания, содержащий загрязняющий газ, например, NO x .Некоторое количество нейтрализующего загрязнение газа 13 (например, NH 3 ) впрыскивают в поток 11 газообразных продуктов сгорания на катализаторе 40 или перед ним, используя решетку 90 для впрыска, такую ​​как решетка для впрыска аммиака ( АИГ) 90 .

(Признано, что аммиак считается опасным загрязнителем воздуха во многих штатах. Однако обращение к аммиаку как к «газу, нейтрализующему загрязнение» не должно вызывать путаницы у обычного специалиста в данной области.Аммиак упоминается здесь как «газ, нейтрализующий загрязнение», а NO x как «газ-загрязнитель», поскольку «газ-загрязнитель» образуется в результате сгорания, тогда как «газ, нейтрализующий загрязнение» преднамеренно вводится в контролируемых количествах. вступать в реакцию с загрязняющим газом с образованием безвредных продуктов реакции. Использование здесь терминов «загрязняющий газ» и «загрязняющий газ» помогает сделать очевидным, что настоящее изобретение не ограничено исключительно конфигурациями, в которых NO × представляет собой загрязняющий газ, а аммиак представляет собой загрязняющий газ.)

Измерения проводятся в нескольких разных местах. Например, в некоторых конфигурациях образцы принимаются в десяти разных местах 14 , 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 30 , и 32 . Для этих измерений используются нагреваемые линии отбора проб из нержавеющей стали 34 . Зонды 36 на концах линий отбора проб 34 расположены в разных местах 14 , 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 30 , и 32 , и 32 на выходе на самолет 38 кровать катализатора 40 или ниже по течению отдельных модулей катализатора 42 , 44 , 46 , 48 , 50 , 52 , 54 , 56 и 58 , которые содержат катализатор 40 в некоторых конфигурациях.Таким образом, зонды 36 сконфигурированы для отбора проб потока дымовых газов, выходящего после катализатора 40 .

В некоторых конфигурациях каждый зонд 36 фильтруется для улавливания мелких частиц (например, всех мелких частиц >2 мкм). Пробы из зондов 36 подаются по линиям отбора проб 34 в защищенный от непогоды бокс 62 , который нагревается до постоянной температуры выше 125°С и устанавливается сбоку тиристора. Каждая линия 34 подведена к одному из двух поворотных клапанов 64 или 66 , каждый из которых имеет пять входов и один выход.Выходы от поворотных клапанов 64 и 66 проходят через трехходовой клапан 68 и оттуда к выходу 70 обогреваемой камеры 62 . Путем соответствующего расположения поворотных клапанов 64 и 66 и трехходового клапана 68 каждая линия 34 изолируется, поскольку проба газа извлекается из каждого отдельного зонда 36 из множества зондов для отбора проб. Кроме того, в некоторых конфигурациях каждая линия отбора проб 34 промывается, когда она не используется, с использованием приборного воздуха (т.например, сжатый воздух) и соответствующие клапаны 72 и 74 во избежание разбавления активной линии отбора проб приборным воздухом. Приводы (не показаны) поворотных клапанов 64 и 66 , а также трехходового клапана 68 расположены в отдельном защищенном от атмосферных воздействий корпусе (не показан) с защитой от замерзания.

Следует понимать, что в сочетании с различными конфигурациями настоящего изобретения могут использоваться альтернативные конфигурации водопровода.В качестве примера, а не ограничения, в некоторых конфигурациях может быть выгодно использовать 2-позиционный 4-ходовой клапан вместо трехходового клапана 68 .

После выхода из обогреваемой камеры 62 проба газа транспортируется со стороны СКВ в удаленный корпус прибора 76 с помощью обогреваемой линии отбора проб 78 , которая также работает при 180°C. В корпусе 78 , нагретая проба проходит через пробоотборный насос с подогревом 80 и соответствующие клапаны (например,g., 82 и 84 ) для контроля потока пробы и давления, подаваемого на монитор выбросов 86 . В некоторых конфигурациях монитор 86 обеспечивает одновременное измерение NO x NO 2 и NH 3 , а измерения выполняются на горячей влажной основе, чтобы избежать необходимости использования систем кондиционирования потока, таких как охладители, которые могут вызывать NH 3 и/или NO 2 для конденсации и удаления из потока пробы перед анализом.Кроме того, монитор 86 в различных конфигурациях обеспечивает достаточную чувствительность для определения однозначных концентраций и калибровки диапазона для всех трех видов с использованием калибровочных ячеек, а не специальных калибровочных газов, которые могут быть дорогими и вносить дополнительную ошибку анализа. В некоторых конфигурациях монитор 86 полностью цифровой и оснащен возможностями Ethernet для связи как с локальными, так и с удаленными системами хранения и анализа данных. Также в некоторых конфигурациях измерения NO 2 и NH 3 выполняются непосредственно монитором 86 , без необходимости обработки образцов преобразователями, как это требуется для хемилюминесцентных анализаторов (альтернативный метод измерения).

Однако в других конфигурациях любой подходящий метод анализа может быть реализован с помощью монитора 86 , который обеспечивает непрерывное одновременное определение концентрации NO, NO 2 и NH 3 надежным способом при низких уровнях концентрации. В некоторых конфигурациях монитор 86 можно заменить ручным мониторингом и тестированием. Используемый здесь термин «низкая концентрация» относится к уровням NO x и NH 3 в низком одноразрядном диапазоне частей на миллион.

В некоторых конфигурациях данные анализатора направляются на специальный компьютер 88 , который хранит соответствующие потоки данных и управляет расположением различных клапанов в обогреваемой камере 62 на SCR.

В некоторых конфигурациях настоящего изобретения данные последовательно собираются от каждого пробоотборного зонда 36 в течение периода до одного часа. Этот период выборки основан на динамике абсорбции и десорбции катализаторов SCR, работающих при 300°C.диапазон. Более короткий период отбора проб можно использовать для систем СКВ, обрабатывающих высокотемпературные дымовые газы. Выделенный компьютер 88 в некоторых конфигурациях определяет, записывает и сообщает усредненное по времени соотношение NH 3 /NO x , а также фактическое значение всех трех измеренных видов.

, сравнивая данные из каждого отбора проб 14 , 16 , 18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 30 и 32 либо вручную, либо с использованием программного обеспечения или встроенного программного обеспечения для управления компьютером 88 ), предоставляется вся необходимая информация для управления ручной балансировкой сетки впрыска аммиака (AIG) 90 или для управляющего компьютера 88 для генерации управляющих сигналов для автоматической регулировки моторизованных приводы на клапанах AIG.

В частности, соотношения концентраций NH 3 /NO x на выходе катализатора 40 (в некоторых конфигурациях усредненные по времени соотношения), отобранные датчиками 36 , предоставляют прямую информацию о настройке AIG 90 и позвольте техническому специалисту определить, какая форсунка (или форсунки) аммиака AIG 90 требует регулировки и в каком направлении. Некоторые конфигурации настоящего изобретения также обеспечивают непрерывный контроль фактической концентрации аммиака и NOx.По мере старения катализатора 40 (или его модулей) и снижения реакционной способности отношение NH 3 к NO x на выходе будет оставаться в надлежащем диапазоне до тех пор, пока AIG 90 сбалансирована, хотя концентрация обоих загрязняющих веществ повысится. Благодаря такому мониторингу падение реактивности можно отделить от неравномерного распределения AIG 90 , что позволяет продлить срок службы катализатора 40 до максимального предела. Кроме того, используя некоторые конфигурации настоящего изобретения, операторы могут определить, нуждается ли весь или только часть слоя катализатора 40 или только один или несколько модулей в замене, обновлении или регулировке.Эта идентификация позволяет запланировать замену катализатора 40 в оптимальное время для работы объекта, сохраняя при этом соблюдение всех нормативных требований по охране окружающей среды.

Для ручных систем SCR регулировка баланса AIG 90 может потребоваться лишь изредка. Однако для других систем SCR может быть уместно отрегулировать AIG 90 в любое время, когда происходит большое колебание нагрузки объекта 12 . Таким образом, конфигурации настоящего изобретения могут быть реализованы либо в режиме управления с прямой связью, либо в режиме управления с обратной связью.В некоторых конфигурациях AIG 90 впрыскивает некоторое количество нейтрализующего загрязнения газа (например, NH 3 ) в поток газа выше по потоку или на катализатор 40 . Вводимое количество газа, нейтрализующего загрязнение, регулируют в соответствии с определенным соотношением газа, нейтрализующего загрязнение, к загрязняющему газу (например, NO x ). В некоторых конфигурациях определяемое соотношение представляет собой усредненное по времени соотношение. Кроме того, количество впрыскиваемого газа, нейтрализующего загрязнение, регулируется отдельно в разных местах впрыска (напр.(например, на различных участках слоя катализатора 40 или выше по потоку или на или перед различными модулями катализатора, содержащими катализатор 40 ). Каждая отдельная регулировка осуществляется в соответствии с соотношениями, определенными в соответствующих положениях датчика 36 .

Конфигурация предмета изобретения была разработана и реализована неавтоматизированным способом в системе SCR на заводе по производству кварца в Хевроне, штат Огайо. Система СКВ на этом объекте состоит из десяти отдельных модулей, каждый из которых перерабатывает 1/10 всего дымового газа, образующегося на объекте.Отмеренное общее количество аммиачного реагента подается в систему SCR, а затем распределяется по каждому модулю. Клапаны с ручным управлением установлены перед барботерами аммиака, которые распределяют реагент по каждому модулю. Десять модулей расположены в двух банках по пять модулей SCR, которые называются «Восточный берег» и «Западный берег». Модули на западном берегу обозначены как модули 1 5 , тогда как модули на восточном берегу обозначены как модули 6 11 .Данные на фиг. 2 и фиг. 3 показаны фактические данные соотношения NH 3 /NO x , собранные из-под каждого из десяти модулей в один и тот же день. Аналогичные данные были собраны неделей ранее и использовались для приблизительной начальной балансировки подачи аммиака в каждый модуль. Как показано данными на фиг. 2 и фиг. 3, первоначальная балансировка не была идеальной. Модули 2 и 11 имеют избыток аммиака, в то время как в других модулях его немного не хватает. Такие данные, как показанные на фиг.2 и фиг. 3 были использованы для дальнейшей точной настройки балансировки AIG.

Чтобы определить влияние балансировки AIG, были собраны данные об общей эффективности SCR в течение нескольких часов в течение двух отдельных дней до первоначальной балансировки и в течение двух дней после первоначальной балансировки курса. Данные, представленные на фиг. 4 и фиг. 5 были собраны до балансировки, в то время как данные на фиг. 6 и фиг. 7) последовал первоначальный тюнинг. Линия в верхней части каждого рисунка указывает эффективность разрушения SCR NO x .Каждая цифра охватывает период, в течение которого производилась калибровка входных и выходных мониторов NO x , что приводило к коротким периодам ложных расчетных данных об эффективности. Сравнение данных эффективности на фиг. 4 и фиг. 5 с данными на фиг. 6 и 7 показывает резкое улучшение эффективности. Благодаря этому начальному этапу настройки было достигнуто улучшение средней эффективности разрушения NO x примерно на 6-8 процентов. Последующая настройка может улучшить общий баланс AIG с меньшим, но все же значительным улучшением эффективности управления NO x .

Конфигурации настоящего изобретения могут быть применены к широкому спектру установок SCR, таких как стационарные газовые турбины, оснащенные SCR, и стационарные дизельные двигатели, для которых требуются SCR. Кроме того, конфигурации по настоящему изобретению могут использоваться для управления сервисным бизнесом, помогая клиентам контролировать и оптимизировать производительность своих систем SCR. В некоторых конфигурациях настоящего изобретения эти регулировки могут выполняться вручную, но в других регулировка AIG выполняется автоматически.

Хотя изобретение было описано с точки зрения различных конкретных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники признают, что изобретение можно применять на практике с модификациями в пределах сущности и объема формулы изобретения.

(PDF) Создание системы нейтрализации высокоэффективного газового двигателя

2866 LUKSHO et al., Biosci., Biotech. Рез. Азия, Том. 12(3), 2861-2867 (2015)

в каталитических элементах и ​​системе регистрации

и обработки информации, был специально разработан

для изучения процессов в системе нейтрализации

.В результате проведенных исследований

определена зона эффективной работы отработанного преобразователя

(рисунок 3) и разработаны алгоритмы

элементов системы питания, обеспечивающие комплексное

снижение выбросов вредных веществ с

выхлопные газы, в частности оксиды азота,

обработаны. Зона 90% бифункциональности испытанного преобразователя

находится в достаточно узком диапазоне составов смеси

0,97 – 0,99, т.е.е. требуемая точность

составов смесей составляет не более 2%.

ВЫВОДЫ

Оценка вредных веществ

выбросов газовых двигателей на соответствие требованиям

Правил ЕЭК ООН № 49-05 (Евро

5) выполняется по циклу ЕТС. Однако для

предварительная оценка эффективности ТВК-преобразователя

по степени очистки, а в заказе

на разработку системы управления двигателем выполнялась

по циклу ЭКУ (на заданных режимах).

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Степень очистки на режимах ЭКУ цикл

составляет 85-92%.

После корректировки программного обеспечения блока управления двигателем

были проведены испытания по циклу ЭТС

в соответствии с методикой испытаний Правил ЕЭК ООН

№ 49-05. Результаты испытаний

подтвердили соответствие экологическим нормам ЕВРО-5 класса

с большими запасами по выбросам CO и

NOx.

БЛАГОДАРНОСТИ

Статья подготовлена ​​в рамках договора

№ 14.624.21.0005 с Министерством образования и науки Российской Федерации

(уникальный идентификатор проекта RFMEFI62414X0005) к

нейтрализация токсичных компонентов.

РЕФЕРЕНЦИИ

1. Акира Цунода, Хироми Симода, Тацуо

Такаиси, MITSUBISHI Газовый двигатель на обедненной смеси

с самым высоким в мире тепловым КПД.

Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Технический обзор

, 2003 г.; 4 (40).

2. Лодердейл Ф., Технология двигателей и корпоративный обзор

. Убедительные аргументы в пользу транспортных средств, работающих на природном газе

, 2010.

3. Арата, Дж. и др., Моделирование

моделей Toyota Prius и General Motors Two-

Mode Power-Split HEV Powertrains. Технический документ SAE

. DOI: 10.4271/2011-01-0948,

2011.

4.Эндо Х., Танака К., Какухама Й., Года Й.,

Фудзивака Т., Нишигаки М., Разработка газового двигателя Миллера с обедненной смесью

. In: 5-е место.

Симпозиум по диагностике и моделированию

Сгорание в двигателях внутреннего сгорания

(COMODIA 2001), Нагоя, 2001. 69:

453-464.

6. Чжао Й, Чен Дж., Анализ производительности

необратимого теплового двигателя Миллера и его оптимальные

критерии.Прикладная теплотехника, 2007; 27:

2051-2058.

7. Лукшо В.А., Козлов А.Б., Теренченко А.С.,

Демидов А.А., Расчетные исследования параметров двигателя с искровым зажиганием

на газовом

топливе. Транспорт на альтернативном топливе, 2011 г.; 6(24):

28-33.

8. Лукшо В.А. Математическая модель термодинамического цикла

газового двигателя. Альтернатива

топливный транспорт, 2012 г.; 6(30): 54-65.

9. Ли Х, Карим Г.А., Экспериментальное исследование

детонационных и горючих характеристик

Ч5, х3, СО и некоторых их смесей. J

Энергетика, 2006 г.; 220:459-71.

10. Parks II J.E., Storey J.M.E., Williams A.M.,

Ferguson III H.D. и т. д., Катализ с ловушкой для обедненных NOx

для двигателей, работающих на бедном природном газе. ОРНЛ/

ТМ-2007/140/2007; 80.

11. Калам М. А., Масюки Х. Х. и др., Разработка

и испытание нового каталитического нейтрализатора для двигателя

, работающего на природном газе, SAE Paper, 2008;

2008-01-1550.

12. Киннунен Т., Яхкола О., Дель Ре С., Морено А.

Каталитические решения для контроля выбросов

транспортных средств, работающих на природном газе. Экокэт 2009; 25.

www.ecocat.com

13. Э. Л. Петерсен, Д. М. Калитан, С. Симмонс, Г.

Бург, Х. Дж. Карран и Дж. М., Симми,

Окисление метана/пропана при высоких давлениях:

6 Detaied Chemical Kinetic

Моделирование». проц. Сгорел. Ин-т, 2007; 31(447-

454).

14. Smith JA Bartley GJ., Стехиометрическая работа

газового двигателя, использующего синтез-газ и EGR

для контроля NOx. Adv Eng Process Combust

Справочник по воде – Ионный обмен и деминерализация воды

Все природные воды содержат в различных концентрациях растворенные соли, которые диссоциируют в воде с образованием заряженных ионов. Положительно заряженные ионы называются катионами; отрицательно заряженные ионы называются анионами. Ионные примеси могут серьезно повлиять на надежность и эффективность работы котла или технологической системы.Перегрев, вызванный накоплением накипи или отложений, образованных этими примесями, может привести к катастрофическим отказам труб, дорогостоящим производственным потерям и незапланированным простоям. Ионы жесткости, такие как кальций и магний, должны быть удалены из воды, прежде чем ее можно будет использовать в качестве питательной воды для котлов. Для систем питательной воды котлов высокого давления и многих технологических систем требуется почти полное удаление всех ионов, включая двуокись углерода и диоксид кремния. Ионообменные системы используются для эффективного удаления растворенных ионов из воды.

Ионообменники заменяют один ион на другой, временно удерживают его, а затем выпускают в регенерирующий раствор. В системе ионного обмена нежелательные ионы в воде заменяются более приемлемыми ионами. Например, в умягчителе на основе цеолита натрия образующие накипь ионы кальция и магния заменены ионами натрия.

ИСТОРИЯ

В 1905 году немецкий химик Ганс использовал синтетические алюмосиликатные материалы, известные как цеолиты, в первых ионообменных умягчителях воды.Хотя алюмосиликатные материалы в настоящее время редко используются, термин «цеолитный умягчитель» обычно используется для описания любого процесса катионного обмена.

Синтетический цеолитовый обменный материал вскоре был заменен природным материалом под названием Greensand. Greensand имеет более низкую обменную способность, чем синтетический материал, но его более высокая физическая стабильность делает его более подходящим для промышленного применения. Емкость определяется как количество способных к обмену ионов, которое единица количества смолы удаляет из раствора.Он обычно выражается в килограммах на кубический фут в пересчете на карбонат кальция.

Рис. 8-1. Микроскопический вид шариков ячеистой смолы (20-50 меш) сильнокислотного катионообменника сульфированного стирола-дивинилбензола. (Предоставлено компанией Rohm and Haas.)

Разработка катионообменной среды на основе сульфированного угля, называемой углеродистым цеолитом, расширила применение ионного обмена до операции водородного цикла, позволив снизить щелочность, а также жесткость.Вскоре была разработана анионообменная смола (продукт конденсации полиаминов и формальдегида). Новая анионная смола использовалась с катионитом с водородным циклом в попытке деминерализовать (удалить из воды все растворенные соли). Однако ранние анионообменники были нестабильны и не могли удалять такие слабоионизированные кислоты, как кремниевая и угольная.

В середине 1940-х годов были разработаны ионообменные смолы на основе сополимеризации стирола, сшитого с дивинилбензолом.Эти смолы были очень стабильны и обладали гораздо большей обменной способностью, чем их предшественники. Анионообменник на основе полистирола-дивинилбензола может удалять все анионы, включая кремниевую и угольную кислоты. Это новшество сделало возможной полную деминерализацию воды.

Полистирол-дивинилбензольные смолы до сих пор используются в большинстве приложений ионного обмена. Хотя основные компоненты смолы одинаковы, смолы были модифицированы во многих отношениях, чтобы соответствовать требованиям конкретных приложений и обеспечить более длительный срок службы смолы.Одним из наиболее значительных изменений стало развитие макросетчатой ​​или макропористой структуры смолы.

Стандартные гелеобразные смолы, подобные показанным на рис. 8-1, имеют структуру проницаемой мембраны. Эта структура отвечает химическим и физическим требованиям большинства применений. Однако в некоторых применениях физическая прочность и химическая стойкость, требуемые от структуры смолы, выходят за рамки возможностей типичной гелевой структуры. Макросетчатые смолы имеют дискретные поры в высокосшитой полистирол-дивинилбензольной матрице.Эти смолы обладают более высокой физической прочностью, чем гели, а также большей устойчивостью к термическому разложению и действию окислителей. Макросетчатые анионные смолы (рис. 8-2) также более устойчивы к органическому загрязнению из-за их более пористой структуры. В дополнение к полистирол-дивинилбензольным смолам (рис. 8-3) существуют более новые смолы с акриловой структурой, что повышает их устойчивость к органическому загрязнению.

В дополнение к пластиковой матрице ионообменная смола содержит ионизируемые функциональные группы.Эти функциональные группы состоят как из положительно заряженных катионных элементов, так и из отрицательно заряженных анионных элементов. Однако только один из ионных видов подвижен. Другая ионная группа присоединена к структуре шарика. Рис. 8-4 представляет собой схематическую иллюстрацию шарика сильнокислотной катионообменной смолы, которая имеет ионные центры, состоящие из неподвижных анионных (SO 3 ¯) радикалов и подвижных катионов натрия (Na + ). Ионный обмен происходит, когда ионы сырой воды диффундируют в структуру гранул и обмениваются на подвижную часть функциональной группы.Ионы, вытесненные из шарика, диффундируют обратно в водный раствор.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ

Ионизируемые группы, присоединенные к шарику смолы, определяют функциональные возможности смолы. Смолы для промышленной обработки воды подразделяются на четыре основные категории:

  • Катион сильной кислоты (SAC)
  • Катион слабой кислоты (WAC)
  • Сильноосновный анион (SBA)
  • Слабоосновный анион (WBA)

Смолы SAC могут нейтрализовать сильные основания и превращать нейтральные соли в соответствующие им кислоты.Смолы SBA могут нейтрализовать сильные кислоты и превращать нейтральные соли в соответствующие основания. Эти смолы используются в большинстве приложений для умягчения и полного обессоливания. Смолы WAC и WBA способны нейтрализовать сильные основания и кислоты соответственно. Эти смолы используются для декальцинации, частичной деминерализации или (в сочетании с сильными смолами) полной деминерализации.

Смолы

SAC получают свою функциональность от сульфокислотных групп (HSO 3 ¯). При деминерализации смолы SAC удаляют почти все катионы сырой воды, заменяя их ионами водорода, как показано ниже:

Реакция обмена обратима.Когда ее емкость исчерпана, смолу можно регенерировать избытком минеральной кислоты.

Сильнокислотные катиониты хорошо работают во всех диапазонах pH. Эти смолы нашли широкое применение. Например, они используются в натриевом цикле (натрий как подвижный ион) для умягчения и в водородном цикле для декатионирования.

Слабокислотные катионообменные смолы получают свою обменную активность от карбоксильной группы (-COOH). При работе в водородной форме смолы WAC удаляют катионы, связанные с щелочностью, с образованием угольной кислоты, как показано:

Эти реакции также являются обратимыми и позволяют вернуть израсходованную смолу WAC в регенерированную форму.Смолы WAC не способны удалить все катионы из большинства источников воды. Их основным преимуществом является высокая эффективность регенерации по сравнению со смолами SAC. Эта высокая эффективность снижает количество кислоты, необходимой для регенерации смолы, тем самым уменьшая количество отработанной кислоты и сводя к минимуму проблемы с утилизацией.

Слабокислотные катиониты используются в основном для умягчения и удаления щелочи из высокожестких и высокощелочных вод, часто в сочетании с системами полировки натриевого цикла SAC.В системах полной деминерализации использование смол WAC и SAC в комбинации обеспечивает экономию более эффективной смолы WAC наряду с полными обменными возможностями смолы SAC.

Смолы

SBA получают свою функциональность от функциональных групп четвертичного аммония. Используются два типа групп четвертичного аммония, называемые Типом I и Типом II. Сайты типа I имеют три метильные группы:

В смоле типа II одна из метильных групп заменена этанольной группой.Смола типа I обладает большей стабильностью, чем смола типа II, и способна удалять большее количество слабоионизированных кислот. Смолы типа II обеспечивают более высокую эффективность регенерации и большую производительность при том же количестве используемого регенерирующего химиката.

В форме гидроксида смолы SBA удаляют все обычно встречающиеся анионы, как показано ниже:

Как и в случае с катионными смолами, эти реакции обратимы, что позволяет регенерировать смолу сильной щелочью, такой как каустическая сода, чтобы вернуть смолу в гидроксидную форму.

Слабоосновная функциональность смолы возникает из первичных (R-NH 2 ), вторичных (R-NHR’) или третичных (R-NR’ 2 ) аминогрупп. Смолы WBA легко удаляют серную, азотную и соляную кислоты, что представлено следующей реакцией:

НАТРИЙ ЦЕОЛИТ СМЯГЧАЮЩИЙ

Смягчение цеолитом натрия является наиболее широко применяемым методом ионного обмена. При умягчении цеолитом вода, содержащая образующие накипь ионы, такие как кальций и магний, проходит через слой смолы, содержащий смолу SAC в натриевой форме.В смоле происходит обмен ионов жесткости с натрием, и натрий диффундирует в объемный водный раствор. Вода без жесткости, называемая мягкой водой, затем может использоваться для питательной воды котлов низкого и среднего давления, подпитки системы обратного осмоса, некоторых химических процессов и коммерческих применений, таких как прачечные.

Принципы умягчения цеолита

Удаление жесткости воды с помощью процесса умягчения цеолитом описывается следующей реакцией:

Вода из правильно работающего цеолитного умягчителя почти не имеет определяемой жесткости.Однако в очищенной воде присутствует небольшое количество жесткости, известное как утечка. Уровень утечки жесткости зависит от жесткости и уровня натрия в поступающей воде, а также от количества соли, используемой для регенерации.

На рис. 8-5 представлен типичный профиль жесткости стоков цеолитного умягчителя во время рабочего цикла. После окончательного ополаскивания умягчитель обеспечивает низкий, почти постоянный уровень жесткости до тех пор, пока ионообменная смола не истощится. При истощении жесткость стоков резко возрастает, требуется регенерация.

Как показывают реакции размягчения, смола SAC легко принимает ионы кальция и магния в обмен на ионы натрия. Когда отработанная смола регенерируется, на смолу наносится высокая концентрация ионов натрия, чтобы заменить кальций и магний. Смолу обрабатывают 10% раствором хлорида натрия, и регенерация протекает по следующему уравнению:

При регенерации используется большой избыток регенеранта (примерно в 3 раза больше кальция и магния в смоле).Вымываемая жесткость удаляется из блока умягчения в отработанном солевом растворе и путем промывки.

После регенерации в смоле остаются небольшие остаточные количества твердости. Если оставить смолу в стоячем сосуде с водой, некоторая жесткость будет диффундировать в объем воды. Следовательно, в начале потока вода, выходящая из цеолитного умягчителя, может иметь жесткость, даже если она недавно регенерировалась. Через несколько минут потока жесткость вымывается из умягчителя, а очищенная вода становится мягкой.

Продолжительность сервисного цикла зависит от расхода умягчителя, уровня жесткости воды и количества соли, используемой для регенерации. В Таблице 8-1 показано влияние уровня регенеранта на смягчающую способность гелеобразной сильной катионитовой смолы. Обратите внимание, что емкость смолы увеличивается по мере увеличения дозы регенеранта, но это увеличение непропорционально. Регенерация менее эффективна при более высоких уровнях регенерации. Таким образом, эксплуатационные расходы умягчителя увеличиваются по мере увеличения уровня регенерации.Как показывают данные в Таблице 8-1, увеличение количества регенерирующей соли на 150 % обеспечивает увеличение рабочей мощности только на 67 %.

Таблица 8-1. Влияние уровня регенерирующей соли на способность умягчения сильнокислотных катионитов.

Таблица 8-1. Влияние уровня регенерирующей соли на смягчающую способность сильнокислотной катионитовой смолы .
Соль (фунт/фут 3 ) Вместимость (г/фут 3 )
6 18 000
8 20 000
10 24 000
15 30 000

Оборудование

Оборудование, используемое для умягчения цеолита натрия, состоит из емкости для замены умягчителя, регулирующих клапанов и трубопроводов, а также системы для рассола или регенерации смолы.Обычно бак умягчителя представляет собой вертикальный стальной сосуд высокого давления с выпуклыми днищами, как показано на рис. 8-6. Основные характеристики резервуара умягчения включают входную распределительную систему, надводное пространство, систему распределения регенерата, ионообменную смолу и удерживающую смолу систему сбора подземных стоков.

Впускная распределительная система обычно расположена в верхней части бака. Впускная система обеспечивает равномерное распределение поступающей воды. Это препятствует тому, чтобы вода выдавливала проточные каналы в слое смолы, что могло бы снизить пропускную способность системы и качество сточных вод.Впускная система также действует как коллектор для воды обратной промывки.

Впускной распределитель состоит из центрального коллектора/ступицы с распределительными боковыми/радиальными или простыми перегородками, которые равномерно направляют поток воды по слою смолы. Если не предотвратить попадание воды прямо на дно или стенки резервуара, это приведет к образованию каналов.

Объем между впускным распределителем и верхней частью слоя смолы называется свободным пространством. Свободный борт обеспечивает расширение смолы во время обратной промывки регенерации без потери смолы.Он должен составлять не менее 50% от объема смолы (предпочтительно 80%).

Распределитель регенерата обычно представляет собой систему коллектор-боковик, которая равномерно распределяет регенерирующий рассол во время регенерации. Расположение распределителя на высоте 6 дюймов над верхней частью слоя смолы предотвращает разбавление регенеранта водой в свободном пространстве. Это также снижает потребность в воде и времени для вытеснения и быстрой промывки. Распределитель регенерата должен быть закреплен на конструкции бака, чтобы предотвратить поломку и последующее попадание реагента в канал.

Вода смягчается слоем сильнокислотного катионита в натриевой форме. Требуемое количество смолы зависит от расхода воды, общей жесткости и желаемого времени между циклами регенерации. Для всех систем рекомендуется минимальная глубина слоя 24 дюйма.

Система нижнего дренажа, расположенная на дне резервуара, удерживает ионообменную смолу в резервуаре, равномерно собирает рабочий поток и равномерно распределяет поток обратной промывки. Неравномерный сбор воды при эксплуатации или неравномерное распределение воды обратной промывки может привести к образованию каналов, загрязнению или потере смолы.

Несмотря на то, что используется несколько конструкций поддона, существует два основных типа: засыпка и удерживающая смолу. Система подзасыпки состоит из нескольких слоев поддерживающей среды (например, фракционированного гравия или антрацита), которые поддерживают смолу, и системы сбора, включающей просверленные трубы или сетчатые фильтры подзасыпки. Пока опорные слои остаются неповрежденными, смола остается на месте. Если поддерживающая среда нарушается, обычно из-за неправильной обратной промывки, смола может пройти через разрушенные слои и выйти из сосуда.Коллектор, удерживающий смолу, такой как сетчатый боковой или профильный сетчатый фильтр, дороже, чем система с засыпкой, но защищает от потери смолы.

Главный клапан и система трубопроводов направляет поток воды и реагента в нужные места. Клапанная система состоит из клапанного гнезда или одного многопортового клапана. Гнездо клапана включает в себя шесть основных клапанов: сервисный вход и выход, вход и выход обратной промывки, вход регенеранта и слив регенерата/промывки. Клапаны могут управляться вручную или автоматически с помощью воздуха, электрического импульса или давления воды.В некоторых системах вместо гнезда клапана используется один многоходовой клапан. По мере того, как клапан вращается через ряд фиксированных положений, отверстия в клапане направляют поток таким же образом, как гнездо клапана. Многопортовые клапаны могут устранить ошибки в работе, вызванные открытием не того клапана, но их необходимо надлежащим образом обслуживать, чтобы избежать утечек через уплотнения портов.

Система рассола состоит из оборудования для растворения соли/рассола и оборудования для контроля разбавления, обеспечивающего желаемую силу регенерации.Растворяющее/измерительное оборудование предназначено для подачи правильного количества концентрированного солевого раствора (примерно 26% NaCl) для каждой регенерации, не допуская попадания нерастворенных солей в смолу. В большинстве систем используется поплавковый клапан для управления заполнением и сливом расходного бака, тем самым контролируя количество соли, используемой при регенерации. Обычно концентрированный рассол удаляют из резервуара с помощью эжекторной системы, которая также разбавляет рассол до оптимальной регенерирующей концентрации (8-10% NaCl).Рассол также можно перекачивать из резервуара с концентрированной солью и смешивать с водой для разбавления, чтобы обеспечить желаемую силу регенерации.

Работа умягчителя

Умягчитель на основе цеолита натрия работает в двух основных циклах: рабочий цикл, при котором производится мягкая вода для использования, и цикл регенерации, который восстанавливает емкость смолы при истощении.

В рабочем цикле вода поступает в умягчитель через впускную распределительную систему и проходит через слой.Ионы жесткости диффундируют в смолу и обмениваются с ионами натрия, которые возвращаются в воду. Мягкая вода собирается в дренажной системе и сбрасывается. Поток технической воды к умягчителю должен быть как можно более постоянным, чтобы предотвратить внезапные скачки напряжения и частое включение-выключение.

Из-за требований к смоле и конструкции резервуара операция умягчения наиболее эффективна, когда поддерживается скорость рабочего потока от 6 до 12 галлонов в минуту на квадратный фут площади поверхности смолы. Большая часть оборудования предназначена для работы в этом диапазоне, но в некоторых специальных конструкциях используется глубокий слой смолы, позволяющий работать при расходе 15-20 галлонов в минуту/фут².Непрерывная эксплуатация выше пределов, рекомендованных производителем, может привести к уплотнению слоя, образованию каналов, преждевременному скачку твердости и утечке жесткости. Эксплуатация значительно ниже рекомендуемой производителем скорости потока также может отрицательно сказаться на работе умягчителя. При низких расходах вода распределяется недостаточно, и оптимальный контакт смолы с водой невозможен.

Когда смягчитель израсходован, смола должна быть регенерирована. Мониторинг жесткости сточных вод показывает истощение смолы.Когда твердость увеличивается, агрегат истощается. Автоматические мониторы обеспечивают более постоянную индикацию состояния умягчителя, чем периодический отбор проб и тестирование оператором, но требуют частого обслуживания для обеспечения точности. Многие предприятия регенерируют умягчители перед их истощением, исходя из заданного периода времени или количества переработанных галлонов.

Большинство систем умягчения состоят из более чем одного умягчителя. Они часто работают так, что один умягчитель находится в режиме регенерации или в режиме ожидания, в то время как другие блоки работают.Это обеспечивает бесперебойную подачу мягкой воды. Перед вводом резервного умягчителя в эксплуатацию его необходимо промыть, чтобы удалить любую жесткость, которая попала в воду во время простоя.

Регенерация смягчителя

Цикл регенерации умягчителя на основе цеолита натрия состоит из четырех этапов: обратная промывка, регенерация (рассол), вытеснение (медленная промывка) и быстрая промывка.

Обратная промывка. Во время рабочего цикла нисходящий поток воды вызывает накопление взвешенных веществ на слое смолы.Смола является отличным фильтром и может улавливать твердые частицы, прошедшие через вышестоящее фильтрующее оборудование. Этап обратной промывки удаляет накопленный материал и реклассифицирует слой смолы. На этапе обратной промывки вода течет из поддонного распределителя вверх через слой смолы и выходит из сервисного распределителя в отходы. Восходящий поток поднимает и расширяет смолу, позволяя удалять твердые частицы и мелкие частицы смолы, а также классифицировать смолу. Классификация смолы приводит к тому, что более мелкие гранулы оказываются наверху устройства, а более крупные оседают на дне.Это улучшает распределение регенерирующей химической и технической воды.

Обратная промывка должна продолжаться не менее 10 минут или до тех пор, пока сточные воды из выпускного отверстия обратной промывки не станут прозрачными. Поток обратной промывки должен быть достаточным для увеличения объема слоя смолы на 50% или более, в зависимости от доступного надводного слоя. Недостаточная обратная промывка может привести к загрязнению слоя и образованию каналов. Чрезмерная скорость потока обратной промывки приводит к потере смолы. Скорость потока обратной промывки обычно варьируется от 4-8 (температура окружающей среды) до 12-15 (горячее обслуживание) галлонов в минуту на квадратный фут площади кровати, но следует следовать рекомендациям каждого производителя.Способность воды расширять смолу сильно зависит от температуры. Для расширения слоя с холодной водой требуется меньший поток, чем с теплой водой. Расширение слоя смолы следует регулярно проверять, а скорость потока регулировать по мере необходимости для поддержания надлежащего расширения слоя.

Обычно вода для обратной промывки представляет собой отфильтрованную сырую воду. Вода, выходящая из выпускного отверстия обратной промывки, не изменяется по химическому составу, но может содержать взвешенные вещества. В целях экономии воды сточные воды обратной промывки можно возвращать в осветлитель или фильтровать сточные воды для очистки.

Регенерация (Рассол). После обратной промывки применяется регенерирующий раствор. Поток солевого раствора поступает в установку через распределитель регенерата и течет вниз через слой смолы с небольшой скоростью (обычно от 0,5 до 1 гал/мин на квадратный фут смолы). Поток рассола собирается через дренаж и направляется в отходы. Низкая скорость потока увеличивает контакт между соляным раствором и смолой. Для достижения оптимальной эффективности рассола крепость раствора должна составлять 10% при вводе рассола.

Смещение (медленная промывка). После введения регенерирующего солевого раствора медленный поток воды продолжается через систему распределения регенерирующего агента. Этот поток воды вытесняет регенерант через слой с желаемой скоростью потока. Стадия вытеснения завершает регенерацию смолы, обеспечивая надлежащий контакт регенеранта с нижней частью слоя смолы. Расход вытесняющей воды обычно равен расходу, используемому для разбавления концентрированного рассола.Продолжительность этапа вытеснения должна быть достаточной для того, чтобы через устройство прошел приблизительно один объем воды из слоя смолы. Это обеспечивает «пробку» вытесняющей воды, которая постепенно полностью перемещает рассол через слой.

Быстрое полоскание. После завершения вытесняющей промывки вода подается через впускной распределитель с высокой скоростью потока. Эта промывочная вода удаляет остатки рассола, а также любую остаточную жесткость из слоя смолы. Скорость быстрого ополаскивания обычно составляет от 1.5 и 2 галлона в минуту на квадратный фут смолы. Иногда это определяется скоростью обслуживания умягчителя.

Первоначально промывочные воды содержат большое количество жесткости и хлорида натрия. Обычно жесткость вымывается из умягчителя перед избытком хлорида натрия. Во многих операциях умягчитель можно вернуть в эксплуатацию, как только жесткость достигнет заданного уровня, но в некоторых случаях требуется промывка до тех пор, пока содержание хлоридов в сточных водах или проводимость не будут близки к уровням входящих. Эффективная быстрая промывка важна для обеспечения высокого качества сточных вод во время сервисного обслуживания.Если умягчитель находился в режиме ожидания после регенерации, можно использовать второе быстрое полоскание, известное как сервисное полоскание, для удаления любой жесткости, которая попала в воду во время ожидания.

ГОРЯЧИЙ ЦЕОЛИТ РАЗМЯГЧЕНИЕ

Умягчители на основе цеолита

можно использовать для удаления остаточной жесткости сточных вод горячей технологической извести или известково-натриевого умягчителя. Горячие технологические стоки проходят через фильтры, а затем через слой сильнокислотного катионита в натриевой форме (рис. 8-7).Оборудование и работа умягчителя на горячем цеолите аналогичны умягчителю с температурой окружающей среды, за исключением того, что клапаны, трубопроводы, контроллеры и контрольно-измерительные приборы должны быть рассчитаны на высокую температуру (220-250°F). Стандартную сильную катионитную смолу можно использовать при температурах до 270°F, но для более длительного срока службы рекомендуется гель премиум-класса или макросетчатая смола. При эксплуатации цеолитной системы после умягчителя горячего процесса важно спроектировать систему таким образом, чтобы исключить скачки потока в установке для производства горячей извести.Общие конструкции включают использование резервуаров для хранения воды обратной промывки в установке для производства горячей извести и расширенные медленные промывки для цеолита вместо стандартной быстрой промывки.

Применение и преимущества

Накипь и отложения в котлах, а также образование нерастворимого мыльного творога в процессе промывки вызвали большой спрос на умягченную воду. Поскольку умягчители на основе цеолита натрия способны экономически удовлетворить этот спрос, они широко используются при подготовке воды для котлов низкого и среднего давления, прачечных и химических процессов.Умягчение цеолитом натрия также имеет следующие преимущества по сравнению с другими методами умягчения:

  • обработанная вода имеет очень низкую склонность к образованию накипи, поскольку умягчение цеолитом снижает уровень жесткости большинства источников воды до менее 2 частей на миллион
  • операция проста и надежна; автоматические и полуавтоматические средства управления регенерацией доступны по разумной цене
  • Соль
  • недорогая и простая в обращении
  • не образуется отработанный шлам; обычно утилизация отходов не представляет проблемы
  • в определенных пределах изменения расхода воды мало влияют на качество очищенной воды
  • , так как эффективная работа может быть обеспечена в установках практически любого размера, умягчители на основе цеолита натрия подходят как для больших, так и для малых установок

Ограничения

Хотя умягчители на основе цеолита натрия эффективно снижают жесткость воды, растворенную в воде, общее содержание твердых веществ, щелочность и кремнезем в воде остаются неизменными.Умягчитель на основе цеолита натрия не является прямой заменой умягчителю с горячей известью и содой. Заводы, которые заменили свои умягчители горячего процесса только умягчителями на основе цеолита, столкнулись с проблемами с уровнем кремнезема и щелочностью в своих котлах.

Поскольку смола является таким эффективным фильтром, умягчители на основе цеолита натрия неэффективны в мутной воде. Продолжительная работа с мутностью входящего потока, превышающей 1,0 JTU, приводит к загрязнению слоя, сокращению интервалов обслуживания и плохому качеству сточных вод.Подходит большинство городских и колодезных вод, но многие поверхностные источники должны быть очищены и отфильтрованы перед использованием.

Смола может быть загрязнена примесями тяжелых металлов, таких как железо и алюминий, которые не удаляются в ходе обычной регенерации. Если в водопроводе присутствует избыток железа или марганца, смолу необходимо периодически очищать. Всякий раз, когда алюминиевые коагулянты используются перед цеолитными умягчителями, надлежащая работа оборудования и тщательный контроль рН осветлителя необходимы для хорошей работы умягчителя.

Сильные окислители в сырой воде разрушают смолу. Хлор, присутствующий в большинстве коммунальных материалов, является сильным окислителем и должен быть удален до умягчения цеолита фильтрацией с активированным углем или реакцией с сульфитом натрия.

ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ

Одного умягчения недостаточно для большинства питательной воды котлов высокого давления и для многих технологических потоков, особенно тех, которые используются в производстве электронного оборудования. В дополнение к удалению жесткости эти процессы требуют удаления всех растворенных твердых веществ, таких как натрий, кремний, щелочь и анионы минералов (Cl¯, SO 4 ¯, NO 3 ¯).

Деминерализация воды – это удаление практически всех неорганических солей путем ионного обмена. В этом процессе сильнокислотный катионит в водородной форме превращает растворенные соли в соответствующие им кислоты, а сильноосновной анионит в форме гидроксида удаляет эти кислоты. Деминерализация дает воду, по качеству аналогичную дистилляции, но с меньшими затратами для большинства пресных вод.

Принципы обессоливания

Система деминерализации состоит из одной или нескольких колонок с ионообменной смолой, включающих в себя сильнокислотный катионит и сильноосновной анионит.Катионит обменивает водород на катионы сырой воды, как показывают следующие реакции:

Мерой общей концентрации сильных кислот в катионных стоках является свободная минеральная кислотность (FMA). Как показано на рис. 8-8, при типичном запуске службы содержимое FMA остается стабильным большую часть времени. Если бы катионный обмен был эффективен на 100%, FMA от теплообменника был бы равен теоретической минеральной кислотности (TMA) воды. FMA обычно немного ниже, чем TMA, потому что небольшое количество натрия просачивается через катионообменник.Величина утечки натрия зависит от уровня регенерации, расхода и доли натрия по отношению к другим катионам в сырой воде. Как правило, утечка натрия увеличивается по мере увеличения отношения натрия к общему количеству катионов.

По мере того, как катионообменная установка приближается к истощению, FMA в сточных водах резко падает, что указывает на необходимость вывода теплообменника из эксплуатации. В это время смолу следует регенерировать раствором кислоты, который возвращает обменные центры в водородную форму.Серная кислота обычно используется из-за ее доступной стоимости и доступности. Однако неправильное использование серной кислоты может вызвать необратимое загрязнение смолы сульфатом кальция.

Чтобы предотвратить это, серная кислота обычно применяется с высокой скоростью потока (1 галлон в минуту на квадратный фут смолы) и начальной концентрацией 2% или менее. Концентрацию кислоты постепенно увеличивают до 6-8% до полной регенерации.

В некоторых установках для регенерации используется соляная кислота.Это требует использования специальных конструкционных материалов в регенерирующей системе. Как и в случае установки с цеолитом натрия, требуется избыток регенеранта (серной или соляной кислоты), в три раза превышающий теоретическую дозу.

Для завершения процесса обессоливания воду из катионитной установки пропускают через сильноосновную анионообменную смолу в гидроксидной форме. Смола обменивает ионы водорода как на сильно ионизированные минеральные ионы, так и на более слабо ионизированные угольную и кремниевую кислоты, как показано ниже:

Приведенные выше реакции показывают, что деминерализация полностью удаляет катионы и анионы из воды.В действительности, поскольку реакции ионного обмена являются равновесными реакциями, происходит некоторая утечка. Большая часть утечек из катионитов приходится на натрий. Эта утечка натрия преобразуется в гидроксид натрия в анионном блоке. Таким образом, рН выходящего потока двухслойной катионно-анионной системы деминерализации является слабощелочным. Щелочь, образующаяся в анионах, вызывает небольшую утечку кремнезема. Степень утечки анионов зависит от химического состава обрабатываемой воды и используемой дозы регенерирующего средства.

Деминерализация с использованием сильных анионных смол удаляет диоксид кремния, а также другие растворенные твердые вещества. Выходящий кремнезем и электропроводность являются важными параметрами, которые необходимо контролировать во время обслуживания деминерализатора. Как показано на рис. 8-9, в конце быстрой промывки как диоксид кремния, так и электропроводность низкие.

Когда в конце рабочего цикла происходит прорыв кремнезема, уровень кремнезема в очищенной воде резко возрастает. Часто проводимость воды на мгновение уменьшается, а затем быстро возрастает.Это временное падение проводимости легко объяснимо. Во время нормального обслуживания большая часть проводимости сточных вод связана с небольшим уровнем гидроксида натрия, образующегося в анионообменнике. Когда происходит прорыв диоксида кремния, гидроксид становится недоступным, а натрий из катионита превращается в силикат натрия, проводящий гораздо меньше, чем гидроксид натрия. По мере истощения анионита прорываются ионы минералов с большей проводимостью, что приводит к последующему увеличению проводимости.

При обнаружении окончания работы деминерализатора устройство должно быть немедленно выведено из эксплуатации. Если деминерализатору позволяют продолжать работу после точки останова, уровень кремнезема в очищенной воде может подняться выше уровня поступающей воды из-за концентрации кремнезема, которая происходит в анионообменной смоле во время работы.

Сильноосновные анионообменники регенерируются 4% раствором едкого натра. Как и в случае регенерации катионов, относительно высокая концентрация гидроксида запускает реакцию регенерации.Чтобы улучшить удаление кремнезема из слоя смолы, регенерирующую щелочь обычно нагревают до 120°F или до температуры, указанной производителем смолы. Удаление кремнезема также улучшается за счет предварительного нагрева слоя смолы перед введением теплой щелочи.

Оборудование и операции

Оборудование, используемое для катионно-анионной деминерализации, аналогично оборудованию, используемому для умягчения цеолитом. Основное отличие состоит в том, что сосуды, клапаны и трубопроводы должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов (или облицованы ими).Резина и поливинилхлорид (ПВХ) обычно используются для футеровки ионообменных сосудов. Системы управления и регенерации для деминерализаторов более сложны, что позволяет использовать такие усовершенствования, как ступенчатая регенерация кислотой и теплой щелочью.

Деминерализаторы

по действию аналогичны цеолитным умягчителям. Рекомендации по скорости потока для деминерализатора составляют от 6 до 10 галлонов в минуту на квадратный фут смолы. Скорость потока более 10 галлонов в минуту на квадратный фут смолы вызывает повышенную утечку натрия и кремнезема с некоторыми видами воды.Анионит намного легче катионита. Следовательно, скорость потока обратной промывки для анионообменных смол намного ниже, чем для катионообменных смол, и на расширение анионита больше влияет температура воды, чем на расширение катионита. Вода, используемая для каждой стадии регенерации анионита, не должна быть жесткой, чтобы предотвратить осаждение солей жесткости в слое щелочного анионита.

Приборы непрерывной проводимости и анализаторы диоксида кремния обычно используются для контроля качества сточных вод с анионами и определения необходимости регенерации.В некоторых случаях датчики проводимости помещают в слой смолы над дренажными коллекторами для обнаружения истощения смолы до того, как произойдет прорыв кремнезема в очищенную воду.

Преимущества и ограничения

Деминерализаторы

могут производить воду высокой чистоты практически для любого использования. Деминерализованная вода широко используется в качестве питательной воды для котлов высокого давления и для многих технологических вод. Качество произведенной воды сравнимо с дистиллированной водой, обычно за небольшую часть стоимости.Деминерализаторы бывают самых разных размеров. Системы варьируются от лабораторных колонн, производящих всего несколько галлонов в час, до систем, производящих тысячи галлонов в минуту.

Как и другие системы ионного обмена, для эффективной работы деминерализаторов требуется фильтрованная вода. Перед деминерализацией следует избегать смолистых загрязнений и разлагающих агентов, таких как железо и хлор. Аниониты очень восприимчивы к загрязнению и воздействию органических материалов, присутствующих во многих источниках поверхностной воды.Некоторые формы кремнезема, известные как коллоидные или нереакционноспособные, не удаляются деминерализатором. Горячая щелочная котельная вода растворяет коллоидный материал, образуя простые силикаты, подобные тем, которые поступают в котел в растворимом виде. Как таковые, они могут образовывать отложения на поверхности труб и улетучиваться в пар.

ДЕАЛКАЛИЗАЦИЯ

Часто рабочие условия котла или процесса требуют удаления жесткости и снижения щелочности, но не удаления других твердых веществ.Умягчение цеолитом не снижает щелочность, а деминерализация слишком затратна. Для таких ситуаций используется процесс дезактивации. Наиболее часто используемыми процессами являются декальцинация цеолитом натрия/водородным цеолитом (разделенный поток), дещелочная декальцинация хлорид-анионом и слабокислотным катионитом.

Цеолит натрия/водородный цеолит (разделенный поток) Декальцинация

В декальцинаторах с разделенным потоком часть сырой воды проходит через умягчитель на основе цеолита натрия.Остаток проходит через катионит сильной кислоты в форме водорода (водородный цеолит). Выходящий поток из цеолита натрия объединяют с выходящим потоком водородного цеолита. Сточные воды установки цеолита водорода содержат угольную кислоту, полученную за счет щелочности сырой воды, и свободные минеральные кислоты. Когда два потока объединяются, свободная минеральная кислота в выходящем потоке цеолита водорода преобразует щелочность карбоната натрия и бикарбоната в выходящем потоке цеолита натрия в угольную кислоту, как показано ниже:

Угольная кислота нестабильна в воде.Он образует углекислый газ и воду. Смешанные стоки направляются в декарбонизатор или дегазатор, где двуокись углерода удаляется из воды противотоком воздуха. На рис. 8-10 показана типичная система дещелализации с разделенным потоком.

Желаемый уровень щелочности смешанной воды можно поддерживать, контролируя процентное содержание цеолита натрия и цеолита водорода в смеси. Более высокий процент воды с цеолитом натрия приводит к более высокой щелочности, а повышенный процент воды с цеолитом водорода снижает щелочность.

В дополнение к снижению щелочности декальцинатор с разделенным потоком уменьшает общее количество растворенных твердых веществ в воде. Это важно для воды с высокой щелочностью, потому что проводимость этих вод влияет на процесс и может ограничивать циклы концентрирования котлов.

Цеолит натрия/хлоридный анион, декальцинация

Сильноосновная анионная смола в форме хлорида может использоваться для снижения щелочности воды. Вода проходит через умягчитель на основе цеолита, а затем через анионный блок, который заменяет ионы карбоната, бикарбоната, сульфата и нитрата ионами хлорида, как показано в следующих реакциях:

Декальцинатор аниона хлорида снижает щелочность примерно на 90%, но не уменьшает общее содержание твердых веществ.Когда смола приближается к истощению, щелочность очищенной воды быстро увеличивается, сигнализируя о необходимости регенерации.

Цеолитовый умягчитель регенерируется, как описано выше. Кроме того, анионная смола также регенерируется соляным раствором хлорида натрия, который возвращает смолу в хлоридную форму. Часто в регенерирующий солевой раствор добавляют небольшое количество каустической соды для улучшения удаления щелочности.

Слабокислотный катион декальцинации

В другом методе удаления щелочи используются слабокислотные катиониты.Слабокислотные смолы по действию аналогичны сильнокислотным катионитам, но только заменяют катионы, связанные с щелочностью, как показывают следующие реакции:

, где Z представляет собой смолу. Образовавшуюся угольную кислоту (H 2 CO 3 ) удаляют декарбонизатором или дегазатором, как в системе с разделенным потоком.

Идеальный входной поток для слабокислотной катионной системы имеет уровень жесткости, равный щелочности (оба значения выражены в ppm как CaCO 3 ).В водах с более высокой щелочностью, чем жесткость, щелочность не снижается до самого низкого уровня. В водах, содержащих большую жесткость, чем щелочность, некоторая жесткость остается после обработки. Обычно эти воды необходимо полировать смягчителем на основе цеолита натрия для удаления жесткости. Во время начального периода слабокислотного катионирования (первые 40-60%) происходит обмен некоторых катионов, связанных с минеральными анионами, с образованием небольшого количества минеральных кислот в сточных водах. По мере прохождения рабочего цикла в стоках появляется щелочность.Когда щелочность сточных вод превышает 10 % щелочности поступающих, установка выводится из эксплуатации и регенерируется 0,5 % раствором серной кислоты. Концентрация регенерирующей кислоты должна поддерживаться ниже 0,5-0,7%, чтобы предотвратить осаждение сульфата кальция в смоле. Слабокислотный обмен катионита очень эффективен. Таким образом, необходимое количество кислоты практически равно (химически) количеству катионов, удаленных во время рабочего цикла.

Если материалы конструкции последующего оборудования или процесса в целом не выдерживают минеральной кислотности, присутствующей во время начальных частей рабочего цикла, перед окончательной промывкой через регенерированную слабокислотную смолу пропускают соляной раствор.Этот раствор удаляет минеральную кислотность без существенного влияния на качество или продолжительность последующего цикла.

Оборудование, используемое для декальцинатора слабокислотных катионов, аналогично оборудованию, используемому для сильнокислотного катионита, за исключением смолы. В одном варианте стандартной конструкции используется слой слабокислотной смолы поверх сильнокислотной катионитной смолы. Поскольку он легче, слабокислотная смола остается сверху. Слоистая система смолы регенерируется серной кислотой, а затем рассолом хлорида натрия.Солевой раствор переводит сильнокислотную смолу в натриевую форму. Затем эта смола действует как полирующий смягчитель.

Прямой впрыск кислоты

В процессе прямого впрыска кислоты и декарбонизации кислота используется для преобразования щелочности в угольную кислоту. Угольная кислота диссоциирует с образованием двуокиси углерода и воды, и двуокись углерода удаляется в декарбонизаторе. К использованию системы впрыска кислоты следует подходить с осторожностью, потому что избыточная подача кислоты или неисправность в системе контроля pH может привести к образованию кислоты в питательной воде, которая разъедает железные поверхности систем питательной воды и котлов.Требуется надлежащий мониторинг pH и контролируемая подача щелочи после декарбонизации.

Преимущества и ограничения систем дезактивации

Системы ионообменной обесщелачивания производят воду без жесткости, с низкой щелочностью по разумной цене и с высокой степенью надежности. Они хорошо подходят для обработки питательной воды для котлов среднего давления и технологической воды для производства напитков. Системы с разделенным потоком и слабокислые катиониты также снижают общее количество растворенных твердых веществ.В дополнение к этим преимуществам необходимо учитывать следующие недостатки:

  • декальцинаторы не полностью удаляют щелочность и не влияют на содержание кремнезема в воде
  • Декальцинаторы
  • требуют такой же чистоты входящего потока, как и другие процессы ионного обмена; необходимо использовать фильтрованную воду с низким содержанием потенциальных загрязнителей
  • вода, полученная системой декальцинации с использованием декарбонизатора с принудительной тягой, насыщается кислородом, поэтому она потенциально вызывает коррозию

ПРОТИВОТОЧНАЯ И СМЕШАННАЯ ДЕИОНИЗАЦИЯ

Из-за повышения рабочего давления в котлах и производства продуктов, требующих воды, не содержащей примесей, растет потребность в воде более высокого качества, чем могут производить катионно-анионные деминерализаторы.Поэтому возникла необходимость модификации стандартного процесса обессоливания для повышения чистоты очищаемой воды. Наиболее значительные улучшения чистоты деминерализованной воды были достигнуты при использовании противоточных катионитов и теплообменников смешанного действия.

Противоточные катиониты

В традиционной системе деминерализации регенерирующий поток течет в том же направлении, что и рабочий поток, вниз через слой смолы. Эта схема известна как прямоточная работа и является основой для большинства конструкций систем ионного обмена.Во время регенерации прямоточной установки загрязняющие вещества вытесняются через слой смолы во время регенерации. В конце регенерации некоторые ионы, преимущественно ионы натрия, остаются на дне слоя смолы. Поскольку верхняя часть слоя была подвергнута воздействию свежего регенеранта, она сильно регенерирована. По мере того, как вода проходит через смолу во время работы, обмен катионов сначала происходит в верхней части слоя, а затем перемещается вниз через смолу по мере истощения слоя.Ионы натрия, оставшиеся в слое во время регенерации, диффундируют в декатионированную воду до того, как она покинет сосуд. Эта утечка натрия поступает в анионную установку, где при анионном обмене образуется щелочь, повышающая pH и проводимость деминерализованной воды.

В регенерируемом катионите с противотоком регенерант течет в направлении, противоположном рабочему потоку. Например, если рабочий поток идет вниз через слой, поток регенерирующей кислоты идет вверх через слой.В результате наиболее регенерируемая смола находится там, где техническая вода выходит из сосуда. Смола с высокой степенью регенерации удаляет небольшое количество загрязняющих веществ, которые не удалось удалить в верхней части слоя. Это приводит к более высокой чистоте воды, чем могут обеспечить прямоточные конструкции. Чтобы максимизировать контакт между кислотой и смолой и предотвратить смешивание наиболее регенерированной смолы с остальной частью слоя, слой смолы должен оставаться сжатым во время введения регенеранта. Это сжатие обычно достигается одним из двух способов:

Теплообменники смешанного действия

В теплообменнике смешанного действия катионит и анионит смешаны в одном сосуде.Когда вода течет через слой смолы, процесс ионного обмена повторяется много раз, «полируя» воду до очень высокой чистоты. Во время регенерации смола разделяется на отдельные катионные и анионные фракции, как показано на рис. 8-12. Смола отделяется обратной промывкой, при этом более легкая анионная смола оседает поверх катионной смолы. Регенерирующая кислота вводится через нижний распределитель, а щелочь – через распределители над слоем смолы. Потоки регенерата встречаются на границе между катионитом и анионитом и выводятся через коллектор, расположенный на границе раздела смолы.После введения реагента и вытесняющей промывки воздух и вода используются для смешивания смол. Затем смолы промываются, и установка готова к работе.

Противоточные системы и системы со смешанным слоем производят более чистую воду, чем обычные катионно-анионные деминерализаторы, но требуют более сложного оборудования и имеют более высокую начальную стоимость. Более сложные последовательности регенерации требуют более пристального внимания оператора, чем стандартные системы. Особенно это касается смешанной кровати.

ПРОЧИЕ ПРОЦЕССЫ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ

Стандартный катионно-анионный процесс был изменен во многих системах для сокращения использования дорогостоящих регенерантов и образования отходов. Модификации включают использование декарбонизаторов и дегазаторов, слабокислотных и слабоосновных смол, отходов сильноосновного анионного каустика (для регенерации слабоосновных анионообменников) и утилизации части отработанного каустика для последующих циклов регенерации. Несколько различных подходов к деминерализации с использованием этих процессов показаны на рис. 8-13.

Декарбонизаторы и дегазаторы

Декарбонизаторы и дегазаторы экономически выгодны для многих систем обессоливания, поскольку они уменьшают количество щелочи, необходимой для регенерации. Вода из катионита разбивается на мелкие капли с помощью распылителей и лотков или набивается в декарбонизатор. Затем вода течет через поток воздуха, идущего в противоположном направлении. Углекислота, присутствующая в выбросах катионов, диссоциирует на углекислый газ и воду.Углекислый газ удаляется из воды воздухом, что снижает нагрузку на анионообменники. Типичные декарбонизаторы с принудительной тягой способны удалять углекислый газ до 10-15 частей на миллион. Однако вода, выходящая из декарбонатора, насыщена кислородом.

В вакуумном дегазаторе капли воды вводятся в насадочную колонку, работающую под вакуумом. Углекислый газ удаляется из воды благодаря пониженному парциальному давлению в вакууме. Вакуумный дегазатор обычно снижает содержание углекислого газа до уровня менее 2 частей на миллион, а также удаляет большую часть кислорода из воды.Однако приобрести и эксплуатировать вакуумные дегазаторы дороже, чем декарбонизаторы с принудительной тягой.

Слабокислотные и слабоосновные смолы

Смолы со слабыми функциональными свойствами имеют гораздо более высокую эффективность регенерации, чем их аналоги с сильными функциональными свойствами. Слабокислотные катиониты, как описано в разделе о снижении щелочности, обмениваются с катионами, связанными с щелочностью. Слабоосновные смолы обмениваются на анионы неорганических кислот (SO 4 ¯, Cl¯, NO 3 ¯) в растворе сильной кислоты.Эффективность регенерации слабых смол практически стехиометрична, для удаления 1 кг ионов (как CaCO 3 ) требуется лишь немногим более 1 кг регенерирующего иона (как CaCO 3 ). Прочные смолы требуют в три-четыре раза больше регенеранта для того же удаления загрязняющих веществ.

Слабоосновные смолы настолько эффективны, что общепринятой практикой является регенерация слабоосновного обменника с помощью части «отработанного» каустика после регенерации сильноосновной анионита.Первую фракцию каустика из сильноосновной единицы отправляют в отходы, чтобы предотвратить загрязнение кремнеземом слабоосновной смолы. Оставшаяся щелочь используется для регенерации слабоосновной смолы. Дополнительным свойством слабоосновных смол является их способность удерживать природные органические материалы, загрязняющие сильноосновные смолы, и высвобождать их во время цикла регенерации. Благодаря этой способности слабоосновные смолы обычно используются для защиты сильноосновных смол от вредного органического загрязнения.

Повторное использование регенерата

Из-за высокой стоимости каустической соды и растущих проблем с утилизацией отходов многие системы деминерализации в настоящее время оснащены функцией регенерации каустической соды.Система регенерации использует часть отработанного каустика от предыдущей регенерации в начале следующего цикла регенерации. После повторного использования каустика следует свежий каустик для завершения регенерации. Затем новый каустик используется для следующей регенерации. Как правило, серная кислота не регенерируется, поскольку она дешевле, а осаждение сульфата кальция представляет собой потенциальную проблему.

ПОЛИРОВКА КОНДЕНСАТОМ

Применение ионного обмена не ограничивается подпиткой технологической воды и котловой воды.Ионный обмен можно использовать для очистки или полировки возвращаемого конденсата, удаления продуктов коррозии, которые могут вызывать вредные отложения в котлах.

Обычно загрязняющие вещества в системе конденсата представляют собой твердые частицы железа и меди. Низкие уровни других загрязняющих веществ могут попасть в систему из-за утечек конденсатора и уплотнения насоса или переноса котловой воды с паром. Полировщики конденсата отфильтровывают твердые частицы и удаляют растворимые загрязнения путем ионного обмена.

Большинство машин для полировки конденсата на бумажных фабриках работают при температурах, приближающихся к 200°F, что исключает использование анионита.Катионит, который стабилен до температуры выше 270°F, используется для глубокой полировки конденсата в этих применениях. Смола регенерируется раствором хлорида натрия, как и в цеолитовом умягчителе. В ситуациях, когда утечка натрия из полировщика неблагоприятно влияет на внутреннюю химическую программу котловой воды или пар снижает чистоту воды, смолу можно регенерировать с помощью раствора ионизированного амина, чтобы предотвратить эти проблемы.

Рабочий расход для глубокой полировки (20-50 галлонов в минуту на квадратный фут площади поверхности смолы) очень высок по сравнению с обычным умягчителем.Допустимы высокие скорости потока, поскольку уровень растворимых ионов в конденсате обычно может быть очень низким. Железо в виде частиц и медь удаляются фильтрацией, а количество растворенных загрязняющих веществ снижается за счет обмена на натрий или амин в смоле.

Регенерация конденсата катионитовой смолы с глубоким слоем регенерируется с помощью 15 фунтов хлорида натрия на кубический фут смолы способом, аналогичным тому, который используется для обычной регенерации цеолита натрия. Солюбилизирующий или восстанавливающий агент часто используется для облегчения удаления железа.Иногда дополнительный коллектор обратной промывки располагается непосредственно под поверхностью слоя смолы. Этот подповерхностный распределитель, используемый перед обратной промывкой, вводит воду для разрушения корки, которая образуется на поверхности смолы между регенерациями.

Важным моментом является выбор смолы для полировки конденсата. Поскольку высокие перепады давления создаются высокими скоростями рабочего потока и загрузками твердых частиц, а также поскольку многие системы работают при высоких температурах, структура смолы подвергается значительным нагрузкам.Гелеобразную или макропористую смолу высшего качества следует использовать для полировки конденсата в глубоком слое.

В системах, требующих полного удаления растворенных твердых частиц и твердых частиц, можно использовать полировщик конденсата со смешанным слоем. Температура конденсата должна быть ниже 140°F, что является максимальной продолжительной рабочей температурой для анионита. Кроме того, расход через устройство обычно снижается примерно до 20 галлонов в минуту/фут².

Ионообменные смолы

также используются как часть системы предварительной фильтрации, как показано на рис. 8-14, для очистки конденсата.Смола измельчается и смешивается в суспензию, которая используется для покрытия отдельных септ в емкости фильтра. Порошкообразная смола представляет собой очень тонкую фильтрующую среду, которая улавливает твердые частицы и удаляет некоторые растворимые загрязнения путем ионного обмена. Когда фильтрующий материал засоряется, материал предварительного покрытия утилизируется, а перегородки покрывают свежей суспензией порошкообразной смолы.

ПРОБЛЕМЫ ОБЩЕЙ СИСТЕМЫ ИОНООБМЕНА

Как и в любой динамической операционной системе, включающей электрическое и механическое оборудование и химические операции, в системах ионного обмена все же возникают проблемы.Проблемы обычно приводят к плохому качеству сточных вод, уменьшению продолжительности обслуживания или увеличению расхода регенеранта. Чтобы система ионного обмена работала эффективно и надежно, при каждом обнаружении проблем следует учитывать изменения качества воды, длины цикла или расхода регенеранта.

Диаграммы причинно-следственных связей для коротких циклов (Рисунок 8-15) и некачественных стоков (Рисунок 8-16) показывают, что существует множество возможных причин снижения производительности системы обессоливания.Некоторые из наиболее распространенных проблем обсуждаются ниже.

Эксплуатационные проблемы
Изменения качества сырой воды оказывают значительное влияние как на продолжительность цикла, так и на качество сточных вод, производимых ионообменной установкой. Хотя большинство колодезных вод имеют постоянное качество, состав большинства поверхностных вод сильно меняется с течением времени. Увеличение жесткости воды на 10 % для умягчителя на основе цеолита натрия приводит к сокращению срока службы на 10 %. Увеличение отношения натрия к общему количеству катионов вызывает повышенную утечку натрия из системы деминерализации.Для выявления таких отклонений необходимо регулярно проводить химический анализ воды, поступающей в ионообменники.

Другие причины проблем в работе ионного обмена включают:

  • Неправильная регенерация, вызванная неправильными расходами, временем или концентрацией реагента. При регенерации ионообменных смол необходимо соблюдать рекомендации производителя.
  • Каналообразование в результате высокой или низкой скорости потока, повышенного содержания взвешенных твердых частиц или плохой обратной промывки.Это вызывает преждевременное истощение, даже когда большая часть кровати находится в регенерированном состоянии.
  • Загрязнение или деградация смолы из-за некачественного регенеранта.
  • Неудачное удаление диоксида кремния из смолы, что может быть результатом низкой температуры регенерирующей щелочи. Это может привести к увеличению утечки кремнезема и сокращению сроков службы.
  • Избыток загрязняющих веществ в смоле из-за предыдущей эксплуатации после истощения. Поскольку в смоле содержится больше загрязняющих веществ, чем может удалить обычная регенерация, после продолжительного обслуживания требуется двойная регенерация.

Механические проблемы

Типичные механические проблемы, связанные с системами ионного обмена, включают:

  • Негерметичные клапаны, что приводит к некачественному стоку и длительной промывке.
  • Сломан или засорен трамблер, что приводит к протеканию.
  • Потери смолы из-за чрезмерной обратной промывки или выхода из строя дренажного экрана или опорной среды.
  • Катионная смола в анионном блоке, что приводит к увеличению времени промывки и утечке натрия в деминерализованную воду.
  • Проблемы с приборами, такие как неисправные сумматоры или измерители проводимости, которые могут указывать на проблему, когда ее нет, или могут привести к использованию воды низкого качества. Инструментарий в зоне деминерализации следует регулярно проверять.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ СМОЛЫ

Смола может быть загрязнена загрязняющими веществами, которые препятствуют процессу обмена. На рис. 8-17 показана смола, загрязненная железом. Смола также может подвергаться воздействию химических веществ, вызывающих необратимое разрушение.Некоторые материалы, такие как природные органические вещества (рис. 8-18), сначала загрязняют смолы, а затем с течением времени разлагают смолы. Это наиболее распространенная причина загрязнения и деградации ионообменных систем, и она обсуждается в разделе «Органическое загрязнение» далее в этой главе.

Причины загрязнения смолой

Железо и марганец . Железо может находиться в воде в виде неорганической соли двухвалентного или двухвалентного железа или в виде секвестрированного органического комплекса. Двухвалентное железо переходит в смолу, а трехвалентное нерастворимо и не растворяется.Трехвалентное железо покрывает катионит, предотвращая обмен. Для удаления этого железа необходимо использовать кислоту или сильный восстановитель. Органически связанное железо проходит через катионит и загрязняет анионит. Его необходимо удалить вместе с органическим материалом. Марганец, присутствующий в воде некоторых колодцев, загрязняет смолу так же, как и железо.

Алюминий . Алюминий обычно присутствует в виде гидроксида алюминия в результате использования квасцов или алюмината натрия для осветления или смягчения осадков.Алюминиевый флок, если он проходит через фильтры, покрывает смолу в умягчителе на основе цеолита натрия. Его удаляют очисткой либо кислотой, либо щелочью. Обычно алюминий не загрязняет систему деминерализации, поскольку он удаляется из смолы во время обычной регенерации.

Осадки жесткости . Осадки жесткости выносят через фильтр из умягчителя осадков или образуются после фильтрации путем доосаждения. Эти осадки загрязняют смолы, используемые для умягчения цеолита натрия.Их удаляют кислотой.

Сульфатные осадки. Осаждение сульфата кальция может происходить в сильнокислотной катионной установке, работающей в водородном цикле. В конце рабочего цикла верхняя часть слоя смолы богата кальцием. Если в качестве регенеранта используется серная кислота и ее вводят в слишком высокой концентрации или при слишком низкой скорости потока, происходит осаждение сульфата кальция, загрязняющего смолу. После образования сульфата кальция его очень трудно растворить; поэтому смола, загрязненная сульфатом кальция, обычно выбрасывается.Легкие случаи загрязнения сульфатом кальция можно устранить длительным вымачиванием в соляной кислоте.

Сульфат бария еще менее растворим, чем сульфат кальция. Если источник воды содержит измеримые количества бария, следует рассмотреть возможность регенерации соляной кислотой.

Масляное загрязнение . Масло покрывает смолу, блокируя прохождение ионов к местам обмена и от них. Для удаления масла можно использовать поверхностно-активное вещество. Следует проявлять осторожность при выборе поверхностно-активного вещества, которое не загрязняет смолу.Загрязненные маслом анионные смолы следует очищать только неионогенными поверхностно-активными веществами.

Микробиологическое загрязнение. Микробиологическое загрязнение может происходить в слоях смолы, особенно в слоях, которые могут оставаться без потока. Микробиологическое загрязнение может привести к серьезной закупорке слоя смолы и даже к механическому повреждению из-за чрезмерного перепада давления на загрязненной смоле. Если микробиологическое загрязнение в резервных блоках представляет собой проблему, следует использовать постоянный поток рециркуляционной воды, чтобы свести к минимуму проблему.Тяжелые условия могут потребовать применения подходящих стерилизующих агентов и поверхностно-активных веществ.

Кремнеземное обрастание . Загрязнение диоксидом кремния может происходить в сильноосновных анионных смолах, если температура регенерации слишком низкая, или в слабоосновных смолах, если выходящий каустик из установки SBA, используемый для регенерации слабоосновного блока, содержит слишком много кремнезема. При низких уровнях pH в слабоосновной смоле может происходить полимеризация кремнезема. Это также может быть проблемой в исчерпавшей себя сильноосновной анионообменной смоле.Загрязнение кремнеземом удаляется длительным вымачиванием в теплой (120 ° F) каустической соды.

Причины необратимой деградации смолы

Окисление . Окислители, такие как хлор, разрушают как катионные, так и анионные смолы. Окислители разрушают поперечные связи дивинилбензола в катионной смоле, снижая общую прочность шарика смолы. По мере продолжения атаки катионит начинает терять свою сферическую форму и жесткость, что приводит к его уплотнению во время эксплуатации.Это уплотнение увеличивает перепад давления на слое смолы и приводит к образованию каналов, что снижает эффективную производительность установки.

В случае хлорирования сырой воды анионит не подвергается прямому воздействию, поскольку хлор поглощается катионитом. Однако последующие сильноосновные анионные смолы загрязняются некоторыми продуктами разложения из окисленных катионитов.

Если в сырой воде присутствует хлор, его следует удалить перед ионным обменом с помощью фильтрации с активированным углем или сульфита натрия.Приблизительно 1,8 промилле сульфита натрия требуется для потребления 1 промилле хлора.

Насыщенная кислородом вода, такая как вода, обнаруженная после декарбонизации с принудительной тягой, ускоряет разрушение мест сильного обмена оснований, которое происходит естественным образом с течением времени. Это также ускоряет деградацию из-за органического загрязнения.

Термическое разложение . Термическая деградация происходит, если анионит перегревается во время цикла обслуживания или регенерации. Это особенно верно для акриловых смол, которые имеют температурные ограничения до 100°F, и сильноосновных анионных смол Типа II, которые имеют температурный предел 105°F в форме гидроксида.

Органические загрязнения

Органическое загрязнение является наиболее распространенной и дорогостоящей формой загрязнения и деградации смолы. Обычно в колодезной воде обнаруживаются только низкие уровни органических материалов. Однако поверхностные воды могут содержать сотни частей на миллион природных и искусственных органических веществ. Природные органические вещества получают из разлагающейся растительности. Они ароматические и кислые по своей природе и могут образовывать комплексы с тяжелыми металлами, такими как железо. Эти загрязняющие вещества включают дубильные вещества, дубильные кислоты, гуминовые кислоты и фульвокислоты.

Изначально органические вещества блокируют участки сильного основания на смоле. Эта блокировка приводит к длительному заключительному полосканию и снижает способность к расщеплению соли. По мере того, как загрязнитель продолжает оставаться на смоле, он начинает разрушать участки сильного основания, снижая способность смолы расщеплять соли. Функциональность сайта меняется с сильной базы на слабую базу и, наконец, на неактивный сайт. Таким образом, смола на ранних стадиях разложения обладает высокой общей емкостью, но пониженной способностью к расщеплению солей.На этом этапе очистка смолы еще может вернуть часть, но не всю утраченную работоспособность. Потеря способности расщеплять соли снижает способность смолы удалять диоксид кремния и угольную кислоту.

Об органическом загрязнении анионита свидетельствует цвет стока из анионита при регенерации, который варьируется от цвета чая до темно-коричневого. Во время работы очищенная вода имеет более высокую электропроводность и более низкий рН.

Профилактика . Следующие методы используются по отдельности или в комбинации для уменьшения органического загрязнения:

  • Предварительное хлорирование и осветление.Вода предварительно хлорируется в источнике, а затем очищается с помощью добавки для удаления органических веществ.
  • Фильтрация через активированный уголь. Следует отметить, что угольный фильтр имеет ограниченную способность по удалению органических материалов и что эффективность удаления угля следует часто контролировать.
  • Макропористая смола на слабой основе опережает смолу на сильной основе. Слабое основание или макропористая смола поглощают органический материал и вымываются во время регенерации.
  • Специальные смолы.Были разработаны акриловые и другие специальные смолы, которые менее подвержены органическому загрязнению.

Осмотр и очистка . В дополнение к этим профилактическим процедурам программа регулярного осмотра и очистки ионообменной системы помогает сохранить срок службы анионита. В большинстве процедур очистки используется одно из следующих средств:

  • Теплый (120°F) рассол и щелочь. Для улучшения очистки можно добавить мягкие окислители или солюбилизирующие агенты.
  • Кислота соляная.Когда смолы также загрязнены значительным количеством железа, используются соляные кислоты.
  • Растворы 0,25-0,5% гипохлорита натрия. Эта процедура разрушает органический материал, но также значительно ухудшает качество смолы. Чистка гипохлоритом считается крайней мерой.

Важно очистить смолу, загрязненную органическими веществами, прежде чем произойдет чрезмерная необратимая деградация участков сильного основания. Очистка после необратимой деградации удаляет значительное количество органического материала, но не улучшает производительность устройства.Необходимо внимательно следить за состоянием смолы, чтобы определить оптимальный график очистки.

ИСПЫТАНИЯ И АНАЛИЗ СМОЛЫ

Чтобы отслеживать состояние ионообменной смолы и определять наилучшее время для ее очистки, необходимо периодически брать пробы смолы и анализировать их на физическую стабильность, уровни загрязнения и способность выполнять требуемый ионный обмен.

Образцы должны быть репрезентативными для всего слоя смолы. Таким образом, образцы должны быть собраны на разных уровнях внутри слоя, или для получения «кернового» образца следует использовать зерновой вор или полую трубу.Во время отбора проб следует осмотреть впускной патрубок и распределитель регенерата, а также отметить состояние верхней части слоя смолы. Чрезмерные холмы или впадины в слое смолы указывают на проблемы с распределением потока.

Образец смолы следует исследовать под микроскопом на наличие признаков загрязнения, растрескивания или поломки шариков. Его также следует проверить на физические свойства, такие как плотность и содержание влаги (Рисунок 8-19). Следует определить уровень органических и неорганических загрязнений в смоле и сравнить с известными стандартами и предыдущим состоянием смолы.Наконец, следует измерить расщепление соли и общую емкость образцов анионита, чтобы оценить скорость разложения или органического загрязнения.

Рисунок 8-1. Микроскопический вид шариков ячеистой смолы (20-50 меш) сильнокислотного катионообменника сульфированного стирола-дивинилбензола. (Предоставлено компанией Rohm and Haas.)

Икс

Рисунок 8-2. Микроскопический вид макропористой сильноосновной анионита. (С разрешения Dow Chemical Company.)

Икс

Рис. 8-3.Химическая структурная формула сульфосильнокислотного катионита (Амберлит IR-120), (XL): поперечная связь; (ПК): полимерная цепь; (ES): сайт обмена; (EI): обменный ион.

Икс

Рис. 8-4. Схема гидратированного сильнокислотного катионита. (Предоставлено компанией Rohm and Haas.)

Икс

Рис. 8-5. Типичный профиль сточных вод умягчителя на основе цеолита натрия.

Икс

Рис. 8-6. Смягчитель на основе цеолита натрия. (Любезно предоставлено Graver Water Division, Ecodyne Corporation.)

Икс

Рис. 8-7. Комбинированная система умягчения горячей известью/горячим цеолитом. (Предоставлено Отделом водоподготовки Envirex, Inc.)

Икс

Рис. 8-8. Типичный профиль сточных вод для сильнокислотного катионита.

Икс

Рис. 8-9. Профиль проводимости/кремнезема для сильноосновного анионообменника.

Икс

Рис. 8-10. Разделительный умягчитель потока на основе цеолита натрия/цеолита водорода.

Икс

Рис. 8-11.Катионный профиль противотока, показывающий метод блокировки двойного потока кислоты.

Икс

Рис. 8-12. Важные шаги в последовательности регенерации теплообменника смешанного действия.

Икс

Рис. 8-13. Системы деминерализации.

Икс

Рис. 8-14. Средство для полировки конденсата в виде порошка смолы. (Предоставлено Graver Water Div., Ecodyne Corporation).

Икс

Рис. 8-15. Причинно-следственная диаграмма для коротких циклов в системе деминерализации с двумя слоями.

Икс

Рис. 8-16. Диаграмма причин и следствий плохого качества сточных вод в системе деминерализации с двумя слоями.

Икс

Рис. 8-17. Загрязненная железом смола.

Икс

Рис. 8-18. Анионит загрязнен органическим материалом.

Икс

Рис. 8-19. Периодический отбор проб и оценка смолы необходимы для поддержания производительности и эффективности на оптимальном уровне.

Икс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.