Требования к материалам

Субстрат фильтра является ключевым компонентом системы дизельных фильтров https://incomparts.ru/shop/filtry/, влияющим как на ее производительность, так и на долговечность. Его задача состоит в том, чтобы физически улавливать твердые частицы и удерживать их до тех пор, пока они не будут удалены в процессе регенерации (периодической или непрерывной). Цели проектирования материалов для дизельных сажевых фильтров включают:

• Высокая эффективность фильтрации:
  • масса частицы
  • число частиц
• Высокая максимальная температура использования
• Высокая сажеемкость
• Термостойкость
• Прочность и механическая целостность
• Падение низкого давления:
  • пустой
  • загруженный твердыми частицами и пеплом
  • низкая статистическая вариация перепада давления (т. е. воспроизводимое ΔP при заданном расходе газа и нагрузке сажи)
• Химическая стабильность:
  • устойчивость к компонентам выхлопных газов, включая серу
  • низкая реакционная способность с зольными соединениями
  • стойкость к окислению
• Совместимость с методами регенерации:
  • способность к нанесению катализатора
  • совместимость с присадками к топливу
  • другие методы
• Малая масса и низкая теплоемкость (тепловая масса)
• Компактный размер
• Отсутствие образования вторичных эмиссий (таких как потеря волокна в волокнистой среде)
• Долгий срок службы и высокая прочность
• Бюджетный

В зависимости от метода регенерации материалы дизельных фильтров могут подвергаться воздействию очень высоких температур, превышающих 1000°C, а также резким перепадам температур. Эти тепловые режимы обусловлены выделением тепла при быстром окислении накопившейся в фильтре сажи. Поскольку распределение сажи не обязательно равномерно по всему фильтру, термические напряжения часто носят локальный характер. Термические явления, как высокая температура, так и термическая нагрузка, являются причиной большинства случаев выхода из строя фильтров, таких как плавление или растрескивание.

Важным аспектом долговечности фильтра является реактивность фильтрующего материала с накопившейся золой . Зола различных оксидов металлов, происходящая из присадок к смазочным маслам и из других источников, всегда присутствует в твердых частицах дизельного топлива . Гораздо большее количество золы может содержаться в фильтрах, в которых для облегчения регенерации используются катализаторы на основе топлива (FBC). Эта зола может либо химически воздействовать на фильтрующий материал и разъедать его в результате твердофазных реакций (например, создавая микропоры), либо образовывать системы эвтектического типа, что может привести к резкому ухудшению точки плавления материала. Сообщалось о проблемах, связанных с золой, со многими типами фильтрующих материалов, включая монолиты с пристенным потоком и картриджи из керамического волокна[ Меркель 2001 ] [ Ребенок 1994 ]. Во многих случаях максимальная рабочая температура данного фильтрующего материала определяется реакциями с золой, а не температурой плавления материала.

Типичные реакции золы с фильтрующим материалом показаны на рисунке . Явления, происходящие при более низких температурах, такие как спекание золы, зависят в первую очередь от свойств конкретной золы, а не от фильтрующего материала. Явления в диапазоне средних температур, такие как коррозия в твердом состоянии или плавление эвтектики, зависят от взаимодействия между золой и конкретным материалом. В случае кордиерита, обычного фильтрующего материала с стеночным потоком, с температурой плавления 1450°C, максимальная рабочая температура ограничена примерно 1200°C, в основном из-за реакций золы.