今天是一篇“有味道”的探索，尿素这个词怎么会和船舶联系上？它们之间又有着什么样的关系呢？别急，让小编逐一给您解答。
看到尿素两个字，肯定有人会问，它是从尿里提取的物质么？答案当然不是！现在咱们所熟知的药用尿素（可用于化妆品）和工业尿素实际上是人工合成的。尿素是人类第一次用无机物通过一系列化学反应合成的有机物，在人类合成物历史上意义非凡。
言归正传，今天要给大家科普的是用于船舶柴油发动机上的尿素-选择性催化还原（SCR）。
随着全球航运业的快速发展与人们环保意识的逐渐加强，船舶造成的空气污染已经引起全社会的广泛关注。国际海事组织（IMO）在MEPC.177（58）次会议上通过了MARPOL73/78公约附则Ⅵ修正案，该修正案对船舶有害气体的排放提出明确的控制限制，即TierⅠ、TierⅡ和TierⅢ。
根据船舶现有的技术水平，从发动机本身的结构方面采取措施已经很难满足TierⅢ的标准，而尿素-选择性催化还原（SCR）是减少柴油机排放最有效的方法。它能够把发动机尾气中的有害成分氮氧化合物（NOx）减少50%以上，使船舶降低有害排放，更加环保。
01尿素-SCR原理是什么？
SCR是“Selective Catalytic Reduction”的缩写，既选择性催化还原，其原理就是在含有氮氧化物（NOX）的尾气中喷入还原剂（含氮化合物，如尿素），使其中的氮氧化物还原成氮气（N2）和水（H2O），如图1所示。
图1:尿素-SCR原理图
尿素-SCR是指作为还原剂的尿素在经过蒸发、热解、水解等反应后生成氨气（NH3），氨气在催化剂的作用下与氮氧化物（NOX）结合发生反应，将其还原成氮气和水。
尿素-SCR的化学反应方程式如下：
由上述化学反应可见，发动机中的有害物质氮氧化物最终转化为无污染的氮气和水。
02船用SCR装置是如何构成的？
船用SCR装置主要由还原剂供给与喷射单元、催化反应器、还原剂喷射控制单元组成，其布置如图2。
图2:船用选择性催化还原装置系统组成
而且这些组成部分之间各司其职、分工明确。
其一：还原剂供给与喷射单元
还原剂供给与喷射单元包括还原剂储存罐、供给泵、喷射组件等。还原剂储存罐用于存储工业尿素，设有液位、温度传感器，传感器用于实时监测储存罐的液位和温度。当尿素液位低于设定值时，电子控制单元会提示向尿素罐驳运尿素溶液，而当尿素溶液的温度过低或过高时，电子控制单元便控制加热装置的启闭，防止溶液冻结或过热。供给泵用于向喷射组件提供一定压力的尿素溶液。喷射组件用于向排气管内喷射尿素，喷射量由电子控制单元控制。尿素溶液与发动机尾气在混合器里充分混合后流向催化反应器。
图3：供给与喷射单元 图4：催化反应器
其次：催化反应器
催化反应器是SCR装置的核心，上述的各个尿素-SCR的化学反应均在反应器内完成。目前，SCR系统催化剂主要有四类：金属氧化物催化剂、贵金属催化剂、分子筛催化剂和碳基催化剂。对于船舶SCR系统金属氧化物催化剂使用较为广泛。船舶SCR系统催化剂按照结构可分为蜂窝式和波纹板式两种，其中蜂窝式占绝大多数。催化剂的活性元素一般是五氧化二钒。蜂窝式催化剂单体封装后装入反应器内。
图5：催化剂单体 图6：催化剂4合1封装
其三：还原剂喷射控制单元
还原剂喷射控制单元一方面通过采集尿素罐中的液位、温度数据等检测SCR各部分的运行状态，另一方面通过采集发动机工况数据确定还原剂喷射量控制喷射组件喷射适量尿素溶液。尿素溶液喷出后在废气中雾化、汽化，而后与废气进行充分的混合，混合后的气体与催化剂充分接触，在催化作用下氮氧化物与氨气反应生成水蒸汽和氮气。
由此可见，船用选择性催化还原装置（SCR）可有效降低柴油机氮氧化物排放，是能够达到国际海事组织TierⅢ标准的排放控制技术。由于SCR是一种后处理技术，使用SCR不必对柴油机进行较大改动，耐久性好、燃油经济性好。目前SCR在船舶行业普遍看好并被采用，天空变蓝可有它的大功劳呢！
供稿人：武汉分社 余威
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