يعد المحفز القائم على الفاناديوم محفزًا مهمًا في مجال معالجة عوادم محركات الديزل. وهو يتكون بشكل أساسي من خماسي أكسيد الفاناديوم (V₂O₅) كمكون نشط، وغالبًا ما يتم استكماله بأكاسيد معدنية أخرى (مثل ثلاثي أكسيد التنغستنو و و₃، ثاني أكسيد التيتانيومثاني أكسيد التيتانيوم₂، إلخ) كمضافات وناقلات. المظهر الشائع للمحفز هو قرص العسل، مسطح، ومموج.

product-685-406

إن جوهر محفز SCR القائم على الفاناديوم هو خماسي أكسيد الفاناديوم (V₂O₅)، وهو المكون النشط الرئيسي في المحفز. سطحV₂O₅حمضي، ومن السهل التقاط الأمونيا القلوية (NH3)₃) على سطح المحفز للتفاعل. ميزته الأكسدة المحددة تساعد على تحويل الأمونيا وأكاسيد النيتروجين(أكاسيد النيتروجين) إلى النيتروجين (N₂) والماء (H₂O)، وهو مناسب بشكل خاص للبيئات الغنية بالأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم المحفز مواد سيراميكية على شكل قرص العسل كحاملات وأكسيد التنغستن الثلاثي (و و و₃) كمضافات.

يعتمد مبدأ عمل محفز الاختزال الحفزي الانتقائي القائم على الفاناديوم على تقنية الاختزال الحفزي الانتقائي. في نطاق درجة حرارة العادم المحددة (عادةً 300~400 درجة)، يتم رش محلول مائي من اليوريا (أو عامل اختزال آخر) في غاز العادم وتحلله لإنتاج الأمونيا (نيو هامبشاير₃). بعد ذلك، يتفاعل الأمونيا كيميائيًا معأكاسيد النيتروجينفي غاز العادم تحت تأثير المحفز لإنتاج النيتروجين غير الضار (N₂) والماء (H₂O)، وبالتالي تقليل انبعاث الغازات بشكل فعالأكاسيد النيتروجينفي غاز العادم.

ويتضمن بشكل أساسي الخطوات التالية:

مرحلة الامتزاز: أولاً، الأمونيا (نيو هامبشاير₃) يتم امتصاصه على المواقع النشطة للحفاز كعامل اختزال. هذه المواقع النشطة هي عادةً مراكز حمض لويس ومراكز حمض برونستد المتكونة من أكاسيد الفاناديوم.

مرحلة التفاعل: بعد ذلك، أكسيد النيتروجين (أكاسيد النيتروجين) تتفاعل الجزيئات الممتصة على سطح المحفز مع جزيئات الأمونيا. وتحت تأثير المحفز،أكاسيد النيتروجينيتم تقليصه إلى النيتروجين (N₂) ويتأكسد الأمونيا. وعادة ما تكون هذه العملية مصحوبة بتحويل أكسيد الفاناديوم بين الحالة المؤكسدة والحالة المختزلة.

مرحلة الامتزاز: أخيرًا، يتم امتصاص النيتروجين المتكون من سطح المحفز وإطلاقه في غاز الدخان، بينما يبقى الماء الناتج على سطح المحفز أو يخرج على شكل بخار ماء.

تعزى الكفاءة العالية والانتقائية للحفازات القائمة على الفاناديوم إلى البنية الإلكترونية الخاصة والنشاط التحفيزي لأكاسيد الفاناديوم. تم تصميم الحفاز لتحسين توزيع ومستويات الطاقة لهذه المواقع النشطة لتعزيز تفاعل الاختزال الانتقائي الحفزي مع قمع حدوث التفاعلات الجانبية. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل للحفازات القائمة على الفاناديوم عمومًا بين 310 و430 درجة مئوية، وهو حفاز متوسط إلى مرتفع الحرارة. يتوافق هذا مع درجة حرارة غاز المداخن عند مخرج موفر الغلاية، مما يسمح بتثبيت مفاعل نزع النتروجين SCR مباشرة في هذه المنطقة لتحقيق نزع النتروجين بكفاءة.

product-653-227

خصائص الأداء:

تقليديV₂O₅/وو₃/ثاني أكسيد التيتانيوم₂محفز SCR، محفز متوسط الحرارة، مقاوم للكبريت،V₂O₅وهي سامة، ولها درجة حرارة اشتعال عالية، ونافذة درجة حرارة ضيقة، ومقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة المرتفعة، وهناك خطر تلويث البيئة بعد التخلص منها.

تحسين عملية الاختزال الانتقائي القائم على الفاناديوم: وهي نسخة محسنة من عملية الاختزال الانتقائي التقليدي القائم على الفاناديوم، وهي منخفضة السمية، ومقاومة للكبريت، وكفاءة تحويل عالية في درجة حرارة متوسطة.

نشاط تحويل مرتفع: تظهر محفزات SCR القائمة على الفاناديوم ارتفاعًاأكاسيد النيتروجينكفاءة التحويل في ظل ظروف درجة الحرارة المتوسطة (مثل 350 ~ 450 درجة)، والتي يمكن أن تصل إلى أكثر من 90%.

مقاومة جيدة للكبريت: تتمتع المحفزات القائمة على الفاناديوم بتحمل كبير للكبريت ويمكنها الحفاظ على أداء تحفيزي جيد في عادم الديزل المحتوي على نسبة عالية من الكبريت.

سمية منخفضة: بالمقارنة مع أنواع أخرى من المحفزات، فإن المحفزات القائمة على الفاناديوم لها سمية أقل وتأثير أقل على البيئة وصحة الإنسان.

استقرار قوي: في ظل ظروف التشغيل المناسبة، يمكن لمحفزات SCR القائمة على الفاناديوم الحفاظ على الأداء التحفيزي المستقر لفترة طويلة.

مجالات التطبيق:

تُستخدم محفزات SCR القائمة على الفاناديوم على نطاق واسع في أنظمة معالجة العادم اللاحقة لمحركات الديزل، وخاصة المركبات الديزل الثقيلة ذات معايير الانبعاثات العالية والآلات غير المتحركة على الطرق. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم محفزات SCR القائمة على الفاناديوم على نطاق واسع في محطات الطاقة الحرارية ومحطات حرق النفايات ومصانع حمض النيتريك ومصانع النترات ومصانع الصلب ومصانع الأسمدة وغيرها من الصناعات.