Karbamiidi kasutamine diiselmootoris

Kaasaegsed keskkonnaeeskirjad seavad ranged piirangud diiselmootori heitgaaside saasteainete heitkogustele. See sunnib insenere otsima uusi lahendusi, mis vastavad standarditele. Üks neist oli karbamiidi kasutamine diislikütusena SCR (Selective Catalytic Reduction) heitgaaside järeltöötlussüsteemis. Daimleri mootoreid, mis seda tehnoloogiat kasutavad, nimetatakse Blueteciks.

Mis on SCR-süsteem

Euro 6 keskkonnaprotokoll on kehtinud 28 ELi riigis alates 2015. aastast. Uue standardi järgi kehtivad diiselautode tootjatele karmid nõuded, sest diiselmootorid põhjustavad atmosfääri tahma ja lämmastikoksiidide paiskamisega tohutut kahju keskkonnale ja inimeste tervisele.

Kui bensiinimootori heitgaaside puhastamiseks piisab kolmekäigulise katalüüsmuunduri kasutamisest, siis diiselmootori puhul on vaja keerukamat seadet heitgaasides leiduvate mürgiste ühendite neutraliseerimiseks. Diisli heitgaaside puhastamise efektiivsus CO-st (süsinikmonooksiidist), CH-st (süsivesinikest) ja tahmaosakestest tõuseb kõrgetel põlemistemperatuuridel, NOx-i aga vastupidi, väheneb. Selle probleemi lahenduseks oli SCR-katalüsaatori sisestamine heitgaasisüsteemi, mis kasutab lämmastikoksiidi (NOx) toksiliste ühendite lagundamise aluseks diisli karbamiidi.

Kahjulike heitmete vähendamiseks on insenerid välja töötanud spetsiaalse diislikütuse puhastussüsteemi – Bluetec. Kompleks koosneb kolmest terviklikust süsteemist, millest igaüks filtreerib mürgiseid ühendeid ja lagundab kahjulikke keemilisi ühendeid:

• Katalüsaator – neutraliseerib CO ja CH.
• Tahkete osakeste filter – püüab kinni tahmaosakesed.
• SCR katalüüsmuundur – vähendab NOx emissiooni uureaga.

Esimest puhastussüsteemi kasutati Mercedes-Benzi veoautodel ja sõiduautodel. Tänapäeval muudavad paljud tootjad oma sõidukeid ümber uuele puhastussüsteemile ja kasutavad diiselmootorites karbamiidi, et täita rangeid keskkonnakontrolli nõudeid.

Tehniline uurea AdBlue

Imetajate ainevahetuse lõpp-produkti karbamiid on tuntud juba XNUMX. sajandist. Süsinikhappe diomiidi sünteesitakse anorgaanilistest ühenditest ja seda kasutatakse laialdaselt põllumajanduses. Autotööstuses Adblue tehnilise vedeliku lahus toimeainena mürgiste heitgaaside puhastamisel lämmastikoksiididest.

Adblue koosneb 40% uureast ja 60% destilleeritud veest. Kompositsioon süstitakse SCR-süsteemi düüsi kaudu, mille kaudu väljuvad heitgaasid. Toimub lagunemisreaktsioon, mille käigus lämmastikoksiid laguneb kahjututeks lämmastiku- ja veemolekulideks.

Diislikütuse tehniline karbamiid – Adbluel pole midagi pistmist karbamiidiga, mida kasutatakse agrotööstussektoris ja farmakoloogias.

Edblue diiselmootoris

Vedel heitgaasi järeltöötlussüsteem ehk SCR-muundur on suletud süsteem, mille kaudu voolab tahmavaba diisli heitgaas. Adblue vedelik valatakse iseseisvasse paaki ja süstitakse väljalasketorusse mõõdetud annuses enne muundurisse sisenemist.

Segugaas siseneb SCR neutraliseerimisplokki, kus toimub keemiline reaktsioon lämmastikoksiidi lagundamiseks karbamiidis leiduva ammoniaagi arvelt. Koos lämmastikoksiidiga lõhustavad ammoniaagi molekulid selle inimestele ja keskkonnale kahjututeks komponentideks.

Pärast täielikku puhastustsüklit eraldub atmosfääri minimaalne kogus saasteaineid, emissiooniparameeter vastab Euro-5 ja Euro-6 protokollidele.

Diisli heitgaaside puhastussüsteemi tööpõhimõte

Täielik diiselmootori järeltöötlussüsteem koosneb katalüüsmuundurist, tahkete osakeste filtrist ja SCR-süsteemist. Puhastuse toimimise põhimõte etapiviisiliselt:

1. Heitgaasid sisenevad katalüüsmuundurisse ja tahkete osakeste filtrisse. Tahm filtreeritakse, kütuseosakesed põletatakse ära ning süsinikmonooksiid ja süsivesinikud eemaldatakse.
2. Pihustit kasutatakse teatud koguse AdBlue süstimiseks diislikütuse tahkete osakeste filtri ja SCR-katalüsaatori vahelisse ühendusse. Karbamiidi molekulid lagunevad ammoniaagiks ja isotsüaanhappeks.
3. Ammoniaak ühineb kasutatud diislikütuse kõige kahjulikuma komponendi lämmastikoksiidiga. Molekulid jagunevad, mis viib vee ja lämmastiku moodustumiseni. Atmosfääri satuvad kahjutud heitgaasid.

Diislikütuse karbamiidi koostis

Vaatamata diiselmootori vedeliku näilisele lihtsusele on karbamiidi valmistamine orgaanilise väetise abil võimatu. Karbamiidi molekuli (NH2) 2CO valem on füüsikaliselt lõhnatu valge kristall, mis lahustub vees ja polaarsetes lahustites (vedel ammoniaak, metanool, kloroform jne).

Euroopa turu jaoks toodetakse vedelikku VDA (Saksamaa Autotööstuse Assotsiatsioon) kontrolli all, mis väljastab litsentse tootmisettevõtetele, millest osa tarnib vedelikku siseturule.

Venemaal on AdBlue kaubamärgi all võltsimine üle 50%. Seega tuleb Venemaal toodetud diiselmootori jaoks karbamiidi ostmisel juhinduda märgisest "Vastavus standardile ISO 22241-2-2009".

Plussid ja miinused

Karbamiidi kasutamise eelised on ilmsed – ainult selle reaktiiviga saab SCR-diiselmootori heitgaaside puhastussüsteem täielikult toimida ja vastata Euro 6 standardi nõuetele.

Lisaks keskkonnakaitsele on uurea puhastamise eelised järgmised:

• selle kulu autodele on vaid 100 g 1000 km kohta;
• SCR-süsteem on integreeritud kaasaegsetesse diiselmootoriga sõidukitesse;
• mõnes riigis väheneb karbamiidipuhastussüsteemi paigaldamisel sõiduki kasutusmaks ja trahvi ei ähvarda.

Kahjuks on süsteemil ka puudusi:

• uurea külmumistemperatuur on umbes -11 °C;
• regulaarse tankimise vajadus;
• auto maksumus suureneb;
• suur kogus võlts Adblue vedelikku;
• suurenenud nõuded kütuse kvaliteedile;
• süsteemi komponentide kulukas remont.

Diiselmootoriga sõidukitesse sisseehitatud integreeritud karbamiidi puhastussüsteem on ainus viis mürgiste heitmete vähendamiseks. Tööraskused, veoautode reaktiivide kõrge hind, halva kvaliteediga vedelik ja diislikütus tähendavad, et paljud juhid eelistavad süsteemi keelata ja emulaatoreid paigaldada.

Siiski on oluline mõista, et karbamiid jääb ainsaks diislikemikaaliks, mis takistab lämmastikoksiidi sattumist keskkonda, mis võib põhjustada vähki.