生质燃料之先进後处理器SCR应用技术.DOCVIP

生質燃料之先進後處理器(SCR)應用技術選擇性觸媒溫室效應的議題，各都致力於研究更有效率的使用地方資源與復甦生態環境。而生質燃料應用於車輛運輸系統更是各的焦點，生質燃料大多數是以動、植物油進行轉酯反應(transesterification)等過程所得，且可直接使用於柴油引擎等運輸及發電設備。柴油引擎一般具有較高的壓縮比，以及富氧的燃燒條件，並且能夠提供較低的燃油消耗及CO2排放，為目前與未來的趨勢車種。然而柴油引擎車輛除了可見的粒狀污染物(PM)外，因為較高的溫度，而使得NOX的排放量也相對較高，尤其添加生質後，因其高溶氧量及不同的燃燒特性NOX排放量隨著生質柴油添加比例而增加(如圖一所示)。 圖一 不同生質柴油比例對應之污染感善率 (source: 101非糧料源生質柴油車輛適用性影響研究與推廣而SCRSelective Catalytic Reduction)系統正是面對未來嚴格法規有效辦法選擇性觸媒是柴油引擎減少NOX排放中相當有效的一項技術，且目前國外有許多大型車廠採用SCR系統來。SCR系統是利用氨(NH3)或是尿素水(urea)與氮氧化物進行化學反應，體變成氮氣(N2)和水氣（H2O）。SCR系統 SCR系統其全名為Selective Catalytic Reduction，乃利用NH3或是尿素水（urea）與氮氧化物進行化學反應，使有毒的氮氧化物氣體變成無毒的氮氣（N2）和水氣（H2O）。而純氨氣是具有毒性的氣體，而且儲存不易。因此，一般乃利用尿素水來作為車輛SCR系統的反應物，其具有較高的穩定性且毒性容易儲存與運送。尿素水溶液過噴嘴注入排氣管，當排氣溫度高於160℃以上時，尿素水在高熱下進行分解： CO (NH2)2= NH2+ CO (1) CO (NH2)2+ H2O = 2NH3+ CO2 (2) 在熱分解的過程中，NH2也可以與NO進行反應： NH2+ NO = N2+ H2O (3) 熱分解反應所產出的NH3與NOX的主要反應過程： 4 NO + 4 NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O (4) 6 NO2 + 8 NH3 = 7N2 + 12H2O (5) . 然而，如果在系統中的反應過程不夠精確，反而會產生其他不的反應造成二次污染因此，SCR系統是必須要有精準的控制噴霧與噴射量，來提高氮氧化物NOX的反應效率防止過多的氨氣洩漏到大氣之中，防止二次污染的產生。 尿素水 (Urea-water) 由於氨氣的毒性使運送處理困難，因此，目前運用在車輛用SCR系統的氨主要來自無毒性而且容易運送儲存的尿素（urea）。 在一般情況下，尿素urea(CAS#57-13-6)是以固體型態的呈現的物質，有以下的性質： 化學式：H2N?CO?NH2 莫爾重：60.06㎏/kmole 型態：無色結晶物 密度@20℃：1335㎏/m3 熔點：132.7℃ 可溶性@17℃：100g/100gH2O 雖然可溶性可以達50，一般使用在SCR系統之尿素水溶液大部份為32.5。因為在這一個濃度下，尿素水溶液具有最低的凝結溫度約-11℃。如下圖可以看出其凝結點與重量百分比的趨勢。圖 尿素水濃度與凝結溫度source: BASF test report) 32.5%的尿素水溶液是無色的溶液，其pH值約9.0-9.5之間。一般來說在室溫下，會很慢的分解成為氨氣與二氧化碳。 SCR-urea的工業標準，目前主要的有德國2003年8月提出的工業標準DIN V 70070命名為「NOx Reduction Additive AUS 32」（Aqueous Urea Solution 32.5﹪），在歐盟則稱為AdBlue，西門子Siemens也有公路用柴油引擎的尿素水標準。 表一 尿素水相關標準 (source: AdBlue Siemens standard) 性質 單位 Siemens (1999) DIN V 70070 名稱 　 Aqueous urea solution NOx reduction additive AUS 32 尿數含量 % wt. 32.5 ±0.5 31.8 - 33.3 密度 20°C g/cm3 1.085a 1.0870 - 1.0920 pH 　 9-11 - 外觀 　 無色的 無色液體 凝結點 °C -11 -11 折射率 @20°C 　 - 1.3817 - 1.3840 鹼性 NH3 (max.) % 0.4 0.2 碳酸鹽CO2 (max.) % 0.4 0.2 鉍 (max.) % 0.4 0.3 甲醛 (max.) mg/kg - 10 不溶的 (max.) mg/kg - 20 磷酸鹽, PO4 (max.) mg/kg - 0.5 鈣 (m