Schunk

Roztok močoviny – použití a užitné vlastnosti

Rostoucí tlak na snižování emisí automobilů vedl k zavedení katalytických systémů pro jejich snižování. Pro snižování emisí NOx se používá zejména systém katalytické redukce, který se nejdříve začal používat pro nákladní vozy, nyní se už používá i pro osobní automobily.

 

Jako redukční činidlo pro systém katalytické redukce (SCR) se používá močovina (označovaná jako Ad-blue) ve formě cca 32,5% vodného roztoku. Močovina se rozpouští v demineralizované vodě, která musí být velmi čistá, protože přítomnost kovů je pro systém SCR velmi škodlivá.
Technologie využívající roztok močoviny se nazývá selektivní katalytická redukce. Vozidlo s naftovým motorem má roztok močoviny uložen v samostatné nádrži. Při provozu motoru dochází k automaticky řízenému vstřikování Ad-blue do SCR katalyzátoru. Zde dochází k přeměně oxidů dusíku, které vznikají při spalování nafty nebo automobilového benzinu, na dusík a vodní páru. Dusík je, na rozdíl od problematických oxidů dusíku, přirozenou a neškodlivou součástí ovzduší.

Schéma dávkování roztoku močoviny
 
Chemická podstata funkce SCR katalyzátoru
Kapalina Ad-blue obsahuje vodný roztok močoviny o vysoké chemické čistotě. Tento roztok je v důsledku vysoké teploty ve výfukovém systému rozštěpen na amoniak a oxid uhličitý: močovina → 2NH3 (amoniak) + CO2 (oxid uhličitý). Právě amoniak je účinnou látkou a hlavní složkou procesu v katalyzátoru. V následném chemickém procesu jsou škodlivé oxidy dusíku (NO a NO2, souhrnně nazývané NOX) přeměňovány působením amoniaku na plynný dusík a vodní páru: NOX (oxidy dusíku) + 2NH3 (amoniak) → 2N2 (dusík) + 3H2O (vodní pára).
Výroba kapaliny Ad-blue může probíhat v návaznosti na výrobu močoviny nebo může dojít k přípravě kapaliny Ad-blue v průběhu distribučního procesu. Močovina i použitá voda musí být velmi čisté bez kontaminantů, jak definuje norma ČSN ISO 22241-1.

Fyzikální a chemické parametry
Parametr*Jednotka*Limity*Testovací metoda
Obsah močoviny*% hm.*31,8*33,2*ISO 22241-2 Annex B, C
Index lomu při 20 °C**1,3814*1,3843*ISO 22241-2 Annex C
Alkalita jako NH3*% hm.**0,2*ISO 22241-2 Annex D
Biuret*% hm.**0,3*ISO 22241-2 Annex E
Aldehydy*mg/kg**5*ISO 22241-2 Annex F
Nerozpuštěné látky*mg/kg**20*ISO 22241-2 Annex G
Fosforečnany (PO4)*mg/kg**0,5*    ISO 22241-2 Annex H, I
Hliník*    mg/kg**0,5*ISO 22241-2 Annex I
Vápník*mg/kg**0,5*ISO 22241-2 Annex I
Chróm*mg/kg**0,2*ISO 22241-2 Annex I
Měď*mg/kg**0,2*ISO 22241-2 Annex I
Železo*mg/kg**0,5*    ISO 22241-2 Annex I
Draslík*mg/kg**0,5*    ISO 22241-2 Annex I
Hořčík*mg/kg**0,5*    ISO 22241-2 Annex I
Sodík*    mg/kg**0,5*ISO 22241-2 Annex I
Nikl*mg/kg**0,2*ISO 22241-2 Annex I
Zinek*    mg/kg**0,2*ISO 22241-2 Annex I

Pro analýzu roztoku močoviny se využívají běžně dostupné analytické metody. Obsah močoviny se stanoví indexem lomu, volný amoniak titračně. Aldehydy, biuret a fosfáty se stanovují metodou UV spektrometrie. Nerozpustné látky metodou membránové filtrace. Obsah kovů a fosforu se stanoví metodou emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP). Informativním ukazatelem je hustota při 20 °C a porovnání infračerveného spektra vzorku se standardem.

Jak se manipuluje s roztokem močoviny
Roztok močoviny je nutné skladovat při teplotách od –5 do 30 °C na vhodném místě chráněném před znečištěním obalu nebo zásobníku, mimo přímé slunce. Při teplotě do 30 °C je doba použitelnosti minimálně 12 měsíců, při teplotě do 25 °C se doba použitelnosti prodlužuje na 18 měsíců. Při teplotách pod –11 °C roztok močoviny zamrzá a při teplotách nad 30 °C startuje postupný rozklad močoviny na amoniak (čpavek) a oxid uhličitý. To se projeví nejprve mírným, později zesilujícím čpavkovým zápachem kapaliny.
Roztok močoviny není kompatibilní se všemi běžně používanými materiály, jedná se zejména o hliník a slitiny obsahující měď, zinek a olovo. Naopak doporučené jsou nerezové oceli, titan a plastické hmoty polyethylen (PE) a polypropylen (PP) bez aditiv, a polytetrafluorethylen (PTFE).
Při každé manipulaci je třeba dodržovat čistotu. V ideálním případě se kapalina Ad-blue čerpá přímo z originálního obalu nebo zásobníku do nádrže auta. Pro manipulaci doporučujeme používat např. nové plastové kanystry, které se po každém použití pevně uzavřou a udržují v čistotě. Před jejich prvním použitím je doporučujeme vypláchnout malým množstvím kapaliny Ad-blue. Je třeba si uvědomit, že plnění nádrže roztokem močoviny je kritický bod, použití nevhodného postupu nebo nevhodné nádoby může vést ke kontaminaci kapaliny, která může mít za následek poškození SCR zařízení.

Jaké jsou možné kontaminanty a závady v kvalitě Ad-Blue?
NEL (nepolární extrahovatelné látky) – nikdy nemohou být přítomny v originálně baleném roztoku močoviny. Jejich zdrojem jsou ropné látky používané v automobilu (nafta, motorové oleje). Typickou příčinou jejich výskytu v Ad-blue je použití náčiní kontaminovaného naftou, benzinem nebo olejem při manipulaci s kapalinou (kanystr, konev, nálevka, rukavice). NEL má ve srovnání s roztokem močoviny nižší hustotu, a vždy tvoří vrstvu na hladině, lze je orientačně identifikovat pomocí hydrofobních testovacích proužků. Obsah NEL v řádech desítek mg/l nemá zásadní vliv na správný chod katalyzátoru, obsah od 100 mg/l výše již může katalyzátor poškodit.
Nedostatek aktivní látky – obsah aktivní látky (močoviny) v kapalině Ad-blue je dán specifikací dle normy ISO 22241 a musí být v intervalu od 31,8 do 33,2 % m/m. Úbytek aktivní látky v průběhu skladování v řádech desetin procent je způsoben přirozeným stárnutím produktu. To může být urychleno nevhodným skladováním, zejména vyšší teplota nad 30 °C způsobí rozklad močoviny za  uvolňování plynného amoniaku, což se projeví čpavkovým zápachem. Úbytek v řádech procent a větší znamená, že produkt byl později naředěn vodou. Nedostatek aktivní látky i v řádu procent sice nezpůsobí závadu na katalyzátoru, ale lze předpokládat, že úměrně vzroste spotřeba kapaliny Ad-blue. V horším případě může systém spadnout do chyby, neboť si sám kontroluje kvalitu výfukových plynů a ta bude nevyhovující. Obsah aktivní látky lze stanovit pomocí hustoty nebo indexu lomu.
Zinek – možné zdroje: předměty z pozinkovaného plechu, různé nátěry a jiné improvizované „výdejní náčiní“. Obsah v řádech desítek mg/l nemá výrazný vliv na správný chod katalyzátoru, závadu může způsobit obsah v řádech stovek až tisíců mg/l.
Sodík, vápník, draslík – ionty těchto kovů se běžně vyskytují v pitné vodě (obsah vápníku min. 50 mg/l), minerální vodě (obsah sodíku 500 mg/l, vápníku 170 mg/l, draslíku 60 mg/l), přičemž limit v kapalině Ad-blue je 0,5 mg/l pro každý tento iont. Možný zdroj je úmyslné nebo neúmyslné ředění kapaliny Ad-blue vodou. Příčinou detekce těchto iontů při analýze v laboratoři může být rovněž pouhý nesprávný odběr vzorku k testování (např. odběr do láhve od minerálky, která obsahuje sodík) místo do vhodné plastové vzorkovnice. Nutno dodat, že vliv těchto iontů v nízkých koncentracích na správný chod katalyzátoru je nepatrný, při vyšší koncentraci už mohou způsobit závadu.
Se zpřísňováním emisních limitů Euro došlo k rozšíření požadavků na použití kapaliny Ad-blue i na osobní automobily nejen se vznětovým, ale i se zážehovým motorem. Limit hmotnosti osobních automobilů z důvodu omezení emisí CO2 vedl ke snížení obsahu nádrže na močovinu. Z toho vyplývá potřeba čerpat roztok močoviny mezi servisními intervaly, obvykle na čerpacích stanicích z výdejních stojanů. Roztok močoviny přímo ovlivňuje spalovací proces, a proto je nutno způsobu distribuce, jeho vzorkování a kvalitě věnovat nezbytnou pozornost.

Ing. Vladimír Třebický, CSc., SGS Czech Republic

 
Publikováno: 24. 7. 2019 | Počet zobrazení: 82 | Počet přeposlání: 0 článek mě zaujal 6
Zaujal Vás tento článek?
Ano