Dans les véhicules diesel lourds, les engins de construction et les applications de moteurs diesel hors route, la température d'échappement n'est pas constante. Le fonctionnement à forte charge, la conduite continue en côte, les arrêts-redémarrages fréquents et la régénération active du FAP peuvent tous exposer le système de post-traitement des gaz d'échappement diesel à des charges thermiques relativement élevées.

Pour un catalyseur de glissement d'ammoniac (ASC) installé en aval du système SCR, la température élevée est liée non seulement à la capacité de réaction catalytique instantanée, mais aussi à la stabilité à long terme du revêtement catalytique, du matériau du substrat et des composants actifs. Si le système de matériaux et la plage de température de fonctionnement du catalyseur ASC ne correspondent pas à la plateforme moteur réelle, les risques de désactivation du catalyseur à haute température, de vieillissement du revêtement et de réduction de la capacité de contrôle du glissement d'ammoniac peuvent augmenter.

Par conséquent, lors de la sélection des composants d'un système de post-traitement des gaz d'échappement diesel, un catalyseur ASC ne doit pas être évalué uniquement par son efficacité de conversion de l'ammoniac. La température de fonctionnement continue, la résistance à la température maximale, les matériaux du catalyseur, la structure en nid d'abeille et les conditions de régénération réelles doivent également être pris en compte conjointement.

Pourquoi les conditions de haute température augmentent-elles le risque de désactivation du catalyseur ASC ?

Un ASC est généralement installé en aval du catalyseur SCR pour traiter davantage l'ammoniac résiduel qui n'a pas été entièrement consommé par le système SCR.

Bien que les réactions catalytiques elles-mêmes nécessitent une fenêtre de température appropriée, des températures élevées soutenues ou des chocs thermiques répétés peuvent modifier l'état du revêtement catalytique et des composants actifs, affectant ainsi les performances de fonctionnement à long terme du catalyseur.

Les températures élevées à long terme peuvent accélérer le vieillissement du revêtement catalytique

Un catalyseur ASC se compose généralement d'un substrat en nid d'abeille, d'un revêtement catalytique et de composants actifs.

Lorsque le catalyseur reste à des températures d'échappement relativement élevées pendant des périodes prolongées, le revêtement catalytique peut subir une charge thermique continue. Si la température réelle reste proche ou dépasse la plage de conception du produit pendant de longues périodes, le risque de changements de structure du revêtement ou de dégradation de l'activité peut augmenter.

Par conséquent, la température de fonctionnement continue ne doit pas être négligée lors de l'achat d'un catalyseur ASC. Elle reflète la plage de température adaptée au fonctionnement à long terme du catalyseur, plutôt que seulement la température maximale que le catalyseur peut supporter pendant une courte période.

La régénération du FAP peut créer des charges de haute température à court terme

Dans un système de post-traitement des gaz d'échappement diesel équipé d'un DOC, d'un FAP, d'un SCR et d'un ASC, la régénération du FAP est l'un des processus de fonctionnement qui peut affecter considérablement la température du système.

Pendant la régénération active du FAP, la température à l'intérieur du système de post-traitement peut augmenter considérablement. Bien que l'ASC soit situé en aval du SCR, il peut toujours être affecté par les changements de l'état thermique de l'ensemble du système.

Par conséquent, la résistance à la température maximale est également un paramètre important qui doit être confirmé lors de la sélection d'un catalyseur ASC. Pour les plateformes diesel avec des conditions de régénération fréquentes, se concentrer uniquement sur les températures de conduite normales n'est pas suffisant pour une sélection appropriée du catalyseur.

Les changements de température peuvent affecter l'activité et la sélectivité catalytiques

Un catalyseur ASC doit traiter l'ammoniac résiduel tout en maintenant une sélectivité de réaction appropriée.

Si le catalyseur fonctionne pendant de longues périodes en dehors d'une plage de température appropriée, non seulement la capacité de conversion de l'ammoniac peut changer, mais la sélectivité de l'azote doit également être prise en compte.

Par conséquent, l'évaluation des performances à haute température ne doit pas être simplement comprise comme « plus la résistance à la température est élevée, mieux c'est ». Au lieu de cela, il est nécessaire de confirmer si le catalyseur peut maintenir un état de réaction catalytique approprié dans la fenêtre de température cible du moteur.

Quels paramètres clés doivent être pris en compte lors de la sélection d'un catalyseur ASC haute température ?

Pour les applications de véhicules diesel lourds et de moteurs diesel hors route, la sélection de l'ASC nécessite de prendre en compte conjointement les performances thermiques, les performances catalytiques et les paramètres structurels.

1. Température de fonctionnement continue

La température de fonctionnement continue est un paramètre important pour déterminer si un catalyseur ASC peut s'adapter à un environnement de fonctionnement à long terme.

Les acheteurs doivent confirmer si l'ASC peut fonctionner en continu dans la plage de température cible en fonction des conditions de fonctionnement courantes du moteur, de la distribution de la température d'échappement et de la plage de température réelle de sortie du SCR.

Si la température de fonctionnement à long terme de l'équipement est déjà proche de la limite de conception de l'ASC, la pertinence de ses matériaux catalytiques et de son système de revêtement pour cette condition de fonctionnement doit être davantage évaluée.

2. Résistance à la température maximale

La résistance à la température maximale est principalement utilisée pour évaluer la capacité du catalyseur à supporter des événements de haute température à court terme.

Ce paramètre est particulièrement important pour les systèmes susceptibles de subir une régénération du FAP, un fonctionnement à forte charge continue ou d'autres événements de haute température.

La température de fonctionnement continue et la résistance à la température maximale ne doivent pas être traitées comme le même paramètre. La première reflète la capacité de fonctionnement à long terme, tandis que la seconde reflète principalement la capacité des matériaux et de la structure du catalyseur à supporter des charges de haute température à court terme.

3. Matériaux du catalyseur et système de revêtement

Les catalyseurs ASC peuvent utiliser des systèmes catalytiques à métaux précieux, des substrats en nid d'abeille céramique et différents revêtements catalytiques fonctionnels.

Le système de matériaux affecte la stabilité thermique, les performances d'oxydation de l'ammoniac, la sélectivité de l'azote et la résistance au soufre du catalyseur.

Par conséquent, lorsque l'application implique des températures d'échappement relativement élevées, une attention particulière doit être accordée à la pertinence du revêtement catalytique et des matériaux du substrat pour les conditions de fonctionnement réelles. La sélection ne doit pas être basée uniquement sur le nom du produit ASC ou les dimensions extérieures.

4. Structure du substrat en nid d'abeille

Le substrat en nid d'abeille est une forme structurelle courante utilisée dans les catalyseurs ASC.

La densité des cellules, l'épaisseur de la paroi, le diamètre du substrat et la longueur du catalyseur affectent non seulement la zone de réaction catalytique, mais aussi le flux d'échappement et la contre-pression du système.

Dans des conditions de flux d'échappement et de température élevés, les paramètres structurels doivent être adaptés à la cylindrée du moteur, au flux d'échappement et à l'espace d'installation.

Par conséquent, une densité de cellules plus élevée ne signifie pas nécessairement que le catalyseur est plus adapté à une plateforme diesel haute température.

5. Efficacité de conversion de l'ammoniac et sélectivité de l'azote

L'efficacité de conversion de l'ammoniac est utilisée pour évaluer la capacité du catalyseur ASC à traiter l'ammoniac résiduel, tandis que la sélectivité de l'azote est utilisée pour évaluer la sélectivité des produits de réaction.

Pour les applications ASC haute température, ces deux indicateurs doivent être évalués conjointement avec la température de fonctionnement cible.

Si l'on compare uniquement l'efficacité de conversion de l'ammoniac à un seul point de température tout en ignorant la fenêtre de température du moteur réelle et la sélectivité de la réaction, le résultat peut ne pas refléter avec précision la pertinence de l'ASC dans les conditions de fonctionnement réelles du véhicule.

Pourquoi la stabilité à haute température doit-elle être évaluée selon la plateforme diesel réelle ?

Différentes plateformes de moteurs diesel ont des caractéristiques de température d'échappement différentes.

Les véhicules routiers lourds, les engins de construction, les équipements miniers, les machines agricoles et les groupes électrogènes diesel peuvent avoir des changements de charge, des durées de fonctionnement et des stratégies de régénération différents.

Par exemple, les équipements fonctionnant à forte charge pendant de longues périodes peuvent nécessiter une plus grande attention à la charge thermique continue, tandis que les plateformes qui effectuent fréquemment une régénération active du FAP nécessitent une considération supplémentaire de l'impact des hautes températures à court terme.

Par conséquent, la résistance à haute température ne doit pas être évaluée indépendamment des conditions de fonctionnement spécifiques.

Pour les équipementiers et les intégrateurs de systèmes de post-traitement, une approche plus appropriée consiste à sélectionner un catalyseur ASC en fonction du profil de température réel, du flux d'échappement et des conditions de sortie du SCR plutôt que de simplement sélectionner un produit avec une résistance à la température maximale plus élevée.

Quels autres facteurs d'adaptation du système doivent être pris en compte dans des conditions de haute température ?

La désactivation du catalyseur à haute température n'est pas le seul problème qui doit être pris en compte pour le catalyseur ASC lui-même.

Dans un système complet de post-traitement des gaz d'échappement diesel, le DOC, le FAP, le SCR, l'ASC, le système d'injection de DEF, les capteurs et le système de contrôle interagissent les uns avec les autres.

Température de sortie du SCR

Étant donné que l'ASC est installé en aval du système SCR, la température de sortie du SCR est plus directement liée à l'environnement de fonctionnement réel de l'ASC que la température de sortie du moteur seule.

Lors de la sélection d'un catalyseur ASC, la plage de température réelle de sortie du SCR doit être fournie dans la mesure du possible, plutôt que de fournir uniquement la puissance nominale ou la cylindrée du moteur.

Stratégie de régénération du FAP

Différentes plateformes diesel peuvent avoir des températures de régénération du FAP, des durées de régénération et des fréquences de régénération différentes.

Ces informations aident à déterminer les charges de haute température à court terme que l'ASC peut rencontrer et confirment davantage si la résistance à la température maximale répond aux exigences du système.

Flux d'échappement et contre-pression

La haute température s'accompagne souvent d'une charge moteur élevée et d'un flux d'échappement relativement élevé.

Par conséquent, lors de la détermination des dimensions du catalyseur ASC, de la densité des cellules et de l'épaisseur de la paroi, la contre-pression admissible du système doit également être prise en compte.

Si seule la zone de réaction catalytique est mise en avant tout en ignorant les conditions de flux d'échappement, la structure du catalyseur peut ne pas correspondre aux exigences réelles du système.

Comment sélectionner le bon catalyseur ASC pour les applications diesel haute température

Avant de confirmer une solution de catalyseur ASC, il est recommandé de fournir au fournisseur du catalyseur les paramètres clés suivants :

• Type et cylindrée du moteur ;

• Scénario d'application spécifique ;

• Plage de température d'échappement en fonctionnement normal ;

• Plage de température de sortie du SCR ;

• Température d'échappement maximale possible ;

• Température et fréquence de régénération du FAP ;

• Plage de flux d'échappement ;

• Concentration de NH3 à la sortie du SCR ou limite de glissement d'ammoniac cible ;

• Espace d'installation disponible ;

• Contre-pression du système admissible ;

• Dimensions du substrat en nid d'abeille et exigences de densité des cellules ;

• Présence de conditions de fonctionnement spéciales telles que l'exposition au soufre.

Ces informations peuvent aider le fournisseur à déterminer plus précisément le revêtement catalytique, la structure en nid d'abeille, les dimensions et le système de matériaux requis pour l'ASC.

Pour les projets présentant des différences significatives dans les conditions de fonctionnement à haute température, des capacités de personnalisation telles que le revêtement catalytique personnalisé, les dimensions personnalisées du catalyseur et la densité de cellules personnalisée peuvent être utilisées pour obtenir une adaptation au niveau du système en fonction de la plateforme diesel spécifique.

Conclusion : La sélection d'ASC haute température ne doit pas être basée uniquement sur la résistance à la température maximale

La désactivation du catalyseur à haute température est l'un des risques qui doivent être pris en compte dans la conception des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement diesel, mais la sélection de l'ASC ne doit pas être simplement réduite à « choisir un catalyseur avec une résistance à la température maximale plus élevée ».

Ce qui doit vraiment être évalué, c'est si le catalyseur ASC peut atteindre un équilibre approprié entre les matériaux du catalyseur, le système de revêtement, l'efficacité de conversion de l'ammoniac, la sélectivité de l'azote, la structure en nid d'abeille et la contre-pression du système dans la fenêtre de température réelle de la plateforme diesel cible.

Pour les véhicules diesel lourds, les engins de construction et les plateformes de moteurs diesel hors route, des paramètres tels que la température de fonctionnement continue, la résistance à la température maximale, l'efficacité de conversion de l'ammoniac, la sélectivité de l'azote, la densité des cellules et l'épaisseur de la paroi doivent tous être évalués en fonction des conditions de fonctionnement réelles.

Par conséquent, avant de sélectionner une solution de catalyseur ASC, les équipementiers, les acheteurs de catalyseurs ASC et les intégrateurs de systèmes de post-traitement doivent d'abord confirmer le profil de température réel du moteur, les conditions de régénération du FAP et les conditions de fonctionnement de sortie du SCR.