Towards Quantitative Prediction of Urea Thermo-Hydrolysis and Deposits Formation in Exhaust Selective Catalytic Reduction (SCR) Systems
論文掲載先
SAE Technical Paper : 2019-01-0992
著者
IFP Energies Nouvelles
Convergent Science Inc.
https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2019-01-0992/
Abstract
In order to assist in fast design cycle of Diesel engines selective catalytic reduction (SCR) exhaust systems, significant endeavour is currently afford to improve numerical simulation accuracy of urea thermo-hydrolysis. In this article, the achievements of a recently developed urea semi-detailed decomposition chemical scheme are assessed using several available databases from the literature. First, evaporation and thermo-hydrolysis of an urea-water solution (UWS) single-droplet, hanged on a thermocouple with 127 µm diameter, have been simulated at ambient temperature conditions ranging from 473K to 773K. It has been shown that the numerical results, in terms of rates of evaporation and gasification of urea, as well as droplet temperature history are very close to the experiments if the heat flux coming from the thermocouple wire is properly considered. Next verification of the models has been carried out using UWS sprays injected in 6-m long pipe under typical of Diesel engine exhaust manifold conditions. In this case, good agreement with experiments in terms of urea to ammonia (NH3) conversion efficiencies have been obtained under different temperatures and residence times. In addition, it proved to that by-products (like biuret, Cyanuric acid and even ammelide) can be formed in the spray particles upon water evaporation is completed during their travel to the exhaust catalyst inlet, especially for high gas temperature conditions.
ディーゼルエンジンの選択的触媒還元（ＳＣＲ）排気システムの高速設計サイクルを支援するために、尿素熱加水分解の数値シミュレーション精度を改善するために現在かなりの努力が払われている。
この記事では、最近開発された尿素半詳細分解化学スキームの成果を、文献から入手可能ないくつかのデータベースを使用して評価します。
まず、直径127 µmの熱電対に固定された尿素水溶液（UWS）の単一液滴の蒸発と熱加水分解を、473Kから773Kの範囲の周囲温度条件でシミュレートしました。
熱電対ワイヤから来る熱流束が適切に考慮されるならば、尿素の蒸発およびガス化の速度ならびに液滴温度履歴に関する数値結果は実験に非常に近いことが示された。
モデルの次の検証は、ディーゼルエンジンの排気マニホールドの典型的な条件下で長さ6mのパイプに噴射されたUWSスプレーを使用して行われました。
この場合、尿素からアンモニア（ＮＨ ３）への変換効率に関して実験との良好な一致が異なる温度および滞留時間の下で得られた。
加えて、副生成物（ビウレット、シアヌル酸、さらにはアムメリドのような）も、特に高温ガス条件のために、排気触媒入口への移動中に水の蒸発が完了するとスプレー粒子中に形成され得ることが証明された。
カテゴリー
NH3生成
SCR
