Numerička simulacija sustava za selektivnu katalitičku redukciju

Zbog sve strože ekološke legislative, primarne mjere kontrole ispušnih plinova, poglavito NOx-a, u velikom broju slučajeva više nisu dovoljne. Rješenje za daljnje smanjenje koncentracija NOx-a je u naknadnoj obradi ispušnih plinova. Najperspektivnija tehnologija u tom području je selektivna katalitička redukcija. Kod selektivne katalitičke redukcije (eng. Selective Catalytic Reduction) vodena otopina uree u obliku spreja ubrizga se u struju vrućih dimnih plinova prije katalizatora, pri čemu dolazi do isparavanja vode iz otopine i stvaranja amonijaka termalnom dekompozicijom uree i hidrolizom izocijanske kiseline. Pri tome rezultirajuća prostorna raspodjela amonijaka prije katalizatora predstavlja ključan faktor učinkovite konverzije NOx-a. Zbog kompleksnosti reakcija i prostorne raspodjele plinova unutar katalizatora, veliki resursi ulažu se u razvoj matematičkih modela pomoću kojih bi se dovoljno dobro opisao proces selektivne katalitičke redukcije. U ovome radu izvršena je validacija najvažnijih matematičkih modela za opis SCR procesa integriranih u komercijalni kod za računalnu dinamiku fluida FIRE na bazi rezultata dobivenih simulacijama s postojećim eksperimentalnim podacima, preuzetim iz akademskog članka. Validacijom je dokazano relativno dobro slaganje eksperimentalnih rezultata i rezultata dobivenih simulacijom po kriteriju efikasnosti pretvorbe NH3. Također je dokazano da simulacije prate trend eksperimentalnih rezultata, te da odstupanja koja su prisutna nisu značajna. Nadalje, izvršena je simulacija realne geometrije industrijskog katalizatora pri različitim radnim uvjetima. Razmatrani su radni uvjeti pri čemu se varirala veličina kapljica ubrizganog spreja, kao i smjer ubrizgavanja spreja. Pokazano je da smjer ubrizgavanja spreja vodene otopine uree u odnosu na strujanje ispušnih plinova (istosmjerno/protusmjerno) nije pokazao neki učinak na konverziju NH3, dok je kod bočnog ubrizgavanja konverzija uvjerljivo najlošija. Na kraju je dokazano da je pobjeg amonijaka kod protusmjernog ubrizgavanja znatno manji nego kod istosmjernog, pri čemu ova vrsta ubrizgavanja postaje zanimljiva za daljnja istraživanja