1



### D e v e l o p m e n t a n d F i e l d V a l i d a t i o n T e s t i n g o f a n O x i d i z i n g C a t a l y t i c

C o n v e r t e r a n d a C o m p a t i b l e L u b e O i l f o r T w o S t r o k e , L e a n B u r n G a s

E n g i n e s

b y

B r u c e C h r i s m a n

– C a m e r o n C o m p r e s s i o n S y s t e m s

G l e n S h a r k o w i c z

- E x x o n M o b i l



### A b s t r a c t

B e c a u s e o f t h e i n c r e a s i n g e m p h a s i s o n a c h i e v i n g l o w e x h a u s t e m i s s i o n s f o r s t a t i o n a r y

g a s e n g i n e s

, a n o x i d i z i n g c o n v e r t e r w a s d e v e l o p e d f o r A j a x ® t w o s t r o k e l e a n b u r n

( 2 S L B ) e n g i n e s i n 2 0 0 4

. A f e w m o n t h s p r i o r t o t h e e f f e c t i v e c o m p l i a n c e d a t e f

o r t h e I C E

M A C T r u l e s w h i c h r e q u i r e l a r g e r e d u c t i o n s i n t h e f o r m a l d e h y d e l e v e l s f

o r e n g i n e s r a t e d

a t  5 0 0 B H P

, t h e s e c o n v e r t e r s w e r e p l a c e d i n t o s e r v i c e w i t h t w o 7 0 0 B H P e n g i n e s a t a

g a s t r a n s m i s s i o n p l a n t i n C o l o r a d o

. T o a s s u r e c o n t i n u o u s c o m p l i a n c e w i t h t h e e m i s s i o n s

r e g u l a t i o n s

, i t w a s g u a r a n t e e d t h a t t h e C O r e m o v a l e f f i c i e n c y w i t h t h e o r i g i n a l c a t a l y s t

e l e m e n t s w o u l d n o t f

a l l b e l o w 6 0 % d u r i n g t h e f i r s t s i x m o n t h s o f o p e r a t i o n

.

O x i d i z i n g c o n v e r t e r s h a v e b e e n p r o v e n h i g h l y e f f e c t i v e f o r m a n y y e a r s f

o r f o u r s t r o k e

s t a t i o n a r y g a s e n g i n e s

. H o w e v e r p r e v i o u s e f f o r t s t o e s t a b l i s h s u c c e s s f

u l u s e o f o x i d i z i n g

c o n v e r t e r s f

o r 2 S L B e n g i n e s h a d n o t p r o d u c e d a d e q u a t e l o n g t e r m e m i s s i o n s r e m o v a l

e f f i c i e n c i e s

. T h e r e a r e s e v e r a l c h a l l e n g e s a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f c o n v e r t e r s o n 2 S L B

e n g i n e s

, w h i c h i n c l u d e : c a t a l y s t f o u l i n g f r o m t h e p r o d u c t s o f c o m b u s t i o n o f t h e f o r c e f e d

c y l i n d e r o i l

, r e l a t i v e l y l o w e x h a u s t t e m p e r a t u r e s

, a n d o c c a s i o n a l r a p i d p r e s s u r e

f l u c t u a t i o n s i n t h e e x h a u s t s y s t e m

.

A f t e r c o n f i r m i n g s u c c e s s f

u l e m i s s i o n s r e m o v a l e f

f i c i e n c i e s d u r i n g a 5 5 0 h o u r R & D L a b

t e s t

, t w o o f t h e s e c o n v e r t e r s w e r e p l a c e d i n t o s e r v i c e i n t h e f i e l d

. T h i s p a p e r f

o c u s e s o n

t h e s u b s e q u e n t m o n i t o r i n g o f t h e f i e l d p e r f o r m a n c e d u r i n g t h e f

i r s t t w o y e a r s o f o p e r a t i o n

a n d o n s e v e r a l i m p r o v e m e n t s w h i c h w e r e i m p l e m e n t e d t o e n h a n c e t h e c o m m e r c i a l

v i a b i l i t y f o r t h e c o n v e r t e r s

. T h e s e i m p r o v e m e n t s i n c l u d e t w o m a j o r a d v a n c e m e n t s t o t h i s

t e c h n o l o g y :

1

. T h e d e v e l o p m e n t o f a c a t a l y s t b o x t h a t c a n b e r e t r o f i t t e d t o e x i s t i n g e x h a u s t

s i l e n c e r s

. 2

. T h e f o r m u l a t i o n o f a l u b e o i l t h a t a v o i d s c a t a l y s t f o u l i n g a n d w h i c h c a n b e

s u c c e s s f u l l y u s e d f

o r c y l i n d e r a n d c r a n k c a s e l u b r i c a t i o n

. G a s M a c h i n e r y C o n f e r e n c e 2 0 0 6

O k l a h o m a C i t y , O k l a h o m a

O c t o b e r 1

- 4

, 2 0 0 62



### I n t r o d u c t i o n

U

. S

. E P A H A P R e g u l a t i o n s

I n c r e a s i n g l y s t r i n g e n t a i r q u a l i t y r e g u l a t i o n s h a v e c a u s e d m a n u f a c t u r e r s o f s t a t i o n a r y

e n g i n e s t o d e v e l o p a v a r i e t y o f i n n o v a t i v e m e t h o d s f o r r e d u c i n g e x h a u s t e m i s s i o n s f r o m

R e c i p r o c a t i n g I n t e r n a l C o m b u s t i o n E n g i n e s ( R I C E )

. U n t i l r e c e n t l y t h e m e t h o d s

e m p l o y e d f

o r t w o s t r o k e

, l e a n b u r n e n g i n e s ( 2 S L B ) w e r e f o c u s e d m a i n l y o n c o m b u s t i o n

i m p r o v e m e n t s

, r a t h e r t h a n e x h a u s t t r e a t m e n t

. T h r o u g h t h e u s e o f p r e c h a m b e r s a n d f u e l

l e a n o p e r a t i o n

, N O X e m i s s i o n s w e r e r e d u c e d t o l o w l e v e l s

. T h r o u g h i m p r o v e m e n t s i n

c o m b u s t i o n p r o c e s s e s

, t h e C O

, v o l a t i l e o r g a n i c c o m p o u n d s ( V O C ) a n d o t h e r p r o d u c t s o f

i n c o m p l e t e c o m b u s t i o n w e r e r e d u c e d

.

I n F e b r u a r y

, 2 0 0 4

, t h e U

. S

. E P A p u b l i s h e d t h e r e q u i r e m e n t s f o r r e d u c i n g H a z a r d o u s A i r

P o l l u t a n t s ( H A P ) f

r o m R I C E s o u r c e s

. T h e s e n e w R I C E r u l e s r e q u i r e t h e u s e o f

M a x i m u m A c h i e v a b l e C o n t r o l T e c h n o l o g y ( M A C T ) t o a c h i e v e t h e f o l l o w i n g

r e q u i r e m e n t s f

o r 2 S L B e n g i n e s :

1

. A 5 8 % r e d u c t i o n i n C O t h r o u g h a c a t a l y t i c c o n v e r t e r ( w h e r e C O s e r v e s a s a

s u r r o g a t e t o i n d i c a t e a s a t i s f a c t o r y r e m o v a l o f f

o r m a l d e h y d e ( H 2 C O ) f

r o m t h e

e x h a u s t )

, o r

- -

2

. L i m i t t h e f

o r m a l d e h y d e i n t h e e x h a u s t s t a c k t o 1 2 p p m v d @ 1 5 % O 2 i n t h e

e x h a u s t

.

T h e s e U

. S

. E P A M A C T r u l e s l e d A j a x t o d e v e l o p a n o x i d i z i n g c o n v e r t e r c a p a b l e o f

r e m o v i n g m o r e t h a n t h e r e q u i r e d a m o u n t o f C O w i t h a n a c c e p t a b l e d u r a t i o n b e t w e e n

c l e a n i n g o f t h e c a t a l y s t e l e m e n t s

.

C o m p l i a n c e T e s t i n g

C o m p l i a n c e t e s t s c o n s i s t o f s e v e r a l m e a s u r e m e n t s w h i c h m u s t b e d o c u m e n t e d a t

o p e r a t i n g i n t e r v a l s w h i c h a r e s p e c i f i e d b y t h e a i r q u a l i t y p e r m i t

. W h e n u s i n g a n o x i d i z i n g c o n v e r t e r

, t h e s e t e s t s m u s t d o c u m e n t t h e e n g i n e s p e e d a n d

B H P

, t h e C O

, a n d t h e e x h a u s t o x y g e n l e v e l s b e f o r e a n d a f t e r t h e c a t a l y s t

. T h e p r e

c a t a l y s t t e m p e r a t u r e a n d t h e p r e s s u r e d r o p ( P ) a c r o s s t h e c a t a l y s t m u s t b e r e c o r d e d

a c c o r d i n g t o 4 0 C F R

, P a r t 6 3

, S u b p a r t Z Z Z Z

. T h i s s u b p a r t s p e c i f i e s t h a t t h e p r e

- c a t a l y s t

t e m p e r a t u r e m u s t b e  4 5 0 O F a n d t h e P a c r o s s t h e c a t a l y s t c a n n o t i n c r e a s e b y m o r e

t h a n 2 " H 2 O f

r o m t h e i n i t i a l P f

o r t h e c a t a l y s t

.

S t a t e R e g u l a t i o n s

D e p e n d i n g o n t h e r e l a t i v e n e e d s t o c o n t r o l a i r q u a l i t y i n v a r i o u s e n g i n e s i t e l o c a t i o n s

, t h e

s t a t e s h a v e i m p o s e d a w i d e v a r i e t y o f e x h a u s t e m i s s i o n s r e g u l a t i o n s

. G e n e r a l l y t h e a r e a s

h a v i n g a i r q u a l i t y a t t a i n m e n t p r o b l e m s a n d t h e a r e a s w i t h l a r g e r a m o u n t s o f i n s t a l l e d

R I C E B H P a r e t h o s e w h i c h m u s t i m p o s e t h e m o r e s t r i n g e n t r e g u l a t i o n s f o r s t a t i o n a r y

e n g i n e s

.3

T h e W y o m i n g D E Q s e r v e s a s a g o o d e x a m p l e f o r s t a t e s w h i c h h a v e i n r e c e n t y e a r s

r e q u i r e d l a r g e r e d u c t i o n s i n t h e a l l o w a b l e e x h a u s t e m i s s i o n s

. F o r t h e l a s t f e w y e a r s

, W y o m i n g h a s b e e n r e q u i r i n g R I C E N O X l e v e l s t o b e  1

. 0 g m / B H P

- h r

. I n 2 0 0 6

, t h e

W y o m i n g D E Q i s s u e d a r u l i n g t h a t 2 S L B e n g i n e s p r o d u c i n g m o r e t h a n 5 0 0 B H P m u s t

u s e a n o x i d i z i n g c a t a l y s t t o d e m o n s t r a t e B A C T

. O p e r a t i n g p e r m i t s f o r t h e s e e n g i n e s w i l l

b e b a s e d o n a c h i e v i n g C O l e v e l s l e s s t h a n 0

. 5 g m / B H P

- h r a n d H 2 C O l e v e l s l e s s t h a n 0

. 0 8

g m / B H P

- h r

.



### P r o d u c t D e s c r i p t i o n a n d D e s i g n C r i t e r i a

E n g i n e A p p l i c a t i o n

– 2 S L B

T h e s t a r t i n g p o i n t f

o r a p p l y i n g a n o x i d i z i n g c o n v e r t e r t o a 2 S L B e n g i n e i s t o c o n s i d e r t h e

c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e n g i n e

. A n e x a m p l e o f t h e t y p e o f e n g i n e u s e d f o r t h i s d e v e l o p m e n t

p r o g r a m i s p r e s e n t e d i n F i g u r e 1

. T h e s e A j a x ®

e n g i n e s a r e t w o s t r o k e

, s p a r k i g n i t i o n

, f u e l i n j e c t e d

, i n t e g r a l e n g i n e / c o m p r e s s o r u n i t s

. T h e e n g i n e / c o m p r e s s o r u n i t s h o w n i n

F i g u r e 1 c o m p r i s e s f

o u r p o w e r c y l i n d e r s a n d t h r e e c o m p r e s s o r c y l i n d e r s

. I n i t s L E

( p r e c h a m b e r e d

, o r l o w e m i s s i o n s ) c o n f i g u r a t i o n

, i t i s r a t e d a t 8 0 0 B H P ( 5 9 7 K W ) a t 4 4 0

R P M

.

F i g u r e 1

– T y p i c a l A j a x F r a m e C o n f

i g u r a t i o n

A c r o s s s e c t i o n o f t h e t w o s t r o k e p o w e r c y l i n d e r i s i n F i g u r e 2

, w h i c h i l l u s t r a t e s t h e

m e t h o d f o r c o m p r e s s i n g t h e i n t a k e a i r ( b o o s t p r e s s u r e ) o n t h e c r a n k e n d o f t h e p o w e r

p i s t o n

. T h i s i l l u s t r a t i o n s h o w s h o w t h e p r e s s u r i z e d i n t a k e a i r s c a v e n g e s t h e c y l i n d e r

, 0 0 4 9 84

p u s h e s o u t t h e r e s i d u a l e x h a u s t g a s e s f r o m t h e p r e v i o u s f

i r i n g c y c l e

, a n d f

i l l s t h e c y l i n d e r

w i t h f r e s h a i r

.

T

w o

- S t r o k e

, L o o p S c a v e n g e d P o w e r C y l i n d e r

I n t a k e A i r V a l v e G a s

I n j e c t i o n

V a l v e

P r e c h a m b e r

E x h a u s t P o r t

F i g u r e 2

– T w o S t r o k e , L o o p S c a v e n g e d P o w e r C y l i n d e r

E x p e r i e n c e s w i t h O x i d i z i n g C o n v e r t e r s

O x i d i z i n g c o n v e r t e r s h a v e b e e n u s e d e f f e c t i v e l y f o r t h e r e d u c t i o n o f C O a n d V O C

e m i s s i o n s f

o r m a n y y e a r s w i t h f

o u r s t r o k e e n g i n e s

. P r e v i o u s i n d u s t r y e x p e r i e n c e w i t h t h e

u s e o f o x i d i z i n g c o n v e r t e r s f o r f o u r s t r o k e e n g i n e s h a s p r o d u c e d s a t i s f a c t o r y r e s u l t s i n

t e r m s o f e m i s s i o n s r e m o v a l e f f i c i e n c i e s a n d t h e d u r a t i o n o f o p e r a t i n g t i m e b e t w e e n

c a t a l y s t c l e a n i n g a n d / o r r e p l a c e m e n t

.

H o w e v e r p r i o r t o 2 0 0 4

, a p p l i c a t i o n s o f o x i d i z i n g c o n v e r t e r s w i t h t w o s t r o k e e n g i n e s h a d

n o t p r o d u c e d s a t i s f

a c t o r y

, l o n g e r t e r m r e m o v a l o f e m i s s i o n s

. W i t h t w o s t r o k e e n g i n e s

, l u b r i c a t i n g o i l m u s t b e i n

j e c t e d i n t o t h e p o w e r c y l i n d e r s

. C o n s i d e r a t i o n o f t h e d e s i g n a n d

o p e r a t i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e A j a x e n g i n e s r e s u l t e d i n i d e n t i f y i n g t h e p r o b l e m s

a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f o x i d i z i n g c o n v e r t e r s w i t h 2 S L B e n g i n e s

, w h i c h i n c l u d e :

1

. P r o d u c t s f

r o m t h e c o m b u s t i o n o f t h e o i l t h a t i s f o r c e f e d t o t h e p o w e r c y l i n d e r s o f

t h e 2 S L B e n g i n e c a r r y o v e r i n t o t h e e x h a u s t a n d d e g r a d e t h e r e m o v a l e f f i c i e n c y

o f t h e c a t a l y s t

. 2

. R e l a t i v e l y l o w e x h a u s t t e m p e r a t u r e s f o r t h e s e e n g i n e s c a n r e d u c e t h e o x i d i z i n g

e f f i c i e n c y

. 3

. O c c a s i o n a l f

i r i n g i n t o t h e e x h a u s t d u r i n g t h e s t a r t i n g a n d s t o p p i n g o f t h e s e

e n g i n e s c a n d a m a g e t h e c a t a l y s t e l e m e n t s

. 4

. P r e s s u r e p u l s a t i o n s i n t h e e x h a u s t p i p e s a r e t o o h i g h t o c o n s i d e r p l a c i n g a c a t a l y s t

c l o s e t o t h e p o w e r c y l i n d e r s

, u n l e s s a n e x h a u s t m a n i f o l d i s u s e d t o d a m p e n t h e s e

p u l s a t i o n s

. 5

. C a r e m u s t b e t a k e n i n t h e c o n v e r t e r p l a c e m e n t t o a v o i d a d v e r s e l y a f f e c t i n g t h e

t u n e d l e n g t h s o f t h e e x h a u s t p i p e s f o r a 2 S L B e n g i n e

.5

O b j e c t i v e s f o r t h e O x i d i z i n g C o n v e r t e r P r o j e c t

T h e m a i n o b

j e c t i v e f o r t h e 2 S L B c o n v e r t e r p r o j e c t w a s t o a c h i e v e b e t t e r C O a n d H 2 C O

r e m o v a l e f

f i c i e n c i e s t h a n t h o s e n e e d e d f o r c o m p l i a n c e w i t h t h e U

. S

. E P A M A C T

r e g u l a t i o n s

. T h e c a t a l y s t s i z e a n d c o m p o s i t i o n w e r e s e l e c t e d t o g e t a C O r e m o v a l o f m o r e

t h a n 8 5 % a n d a f

o r m a l d e h y d e r e m o v a l o f a b o u t 7 5 %

. A n o t h e r o b j e c t i v e w a s t o m a x i m i z e

t h e o p e r a t i n g t i m e t h a t c a n b e a c c u m u l a t e d b e t w e e n r e g e n e r a t i o n s o f t h e c a t a l y s t

e l e m e n t s

. T h i s d u r a t i o n i s d e f i n e d a s t h e o p e r a t i n g h o u r s d u r i n g w h i c h t h e C O r e m o v a l

e f f i c i e n c y d e g r a d e s f

r o m i t s i n i t i a l l e v e l o f 9 5 % t o t h e E P A M A C T r e q u i r e m e n t o f 5 8 %

r e m o v a l

. T h e c a t a l y s t e l e m e n t s w e r e s p e c i f i e d s o t h a t t h i s d u r a t i o n w o u l d b e m o r e t h a n

8 5 0 0 o p e r a t i n g h o u r s

.

O t h e r o b j e c t i v e s i n c l u d e d : ( 1 ) m a i n t a i n i n g t h e r e q u i r e d t u n e d l e n g t h s o f e x h a u s t p i p e s f o r

e a c h c y l i n d e r t o r e t a i n o p t i m u m p e r f o r m a n c e f

o r t h e e n g i n e

, ( 2 ) k e e p i n g b a c k p r e s s u r e a t

t h e m u f f l e r i n l e t b e l o w 5 " H 2 O t o a v o i d a p o w e r d e r a t e

, a n d ( 3 ) e a s e o f m a i n t e n a n c e f o r

t h e c a t a l y s t e l e m e n t s

, a n d ( 4 ) a c h i e v i n g a r e a s o n a b l e c o s t f o r t h e s i l e n c e r

/ c o n v e r t e r

.



### R & D T e s t i n g

S c o p e o f W o r k

T h e l a b p h a s e o f t h i s p r o

j e c t c o n s i s t e d o f a s s u r i n g t h a t t h e d e s i g n o f t h e c o n v e r t e r a n d t h e

s p e c i f i c a t i o n s f o r t h e c a t a l y s t w o u l d p r o v i d e t h e i n i t i a l e m i s s i o n s t a r g e t s

. T h e a m o u n t o f

d e g r a d a t i o n o f t h e e m i s s i o n s r e m o v a l o v e r a t i m e p e r i o d a l s o n e e d e d t o b e v e r i f i e d

. A

5 5 0 h o u r t e s t a t t h e r a t e d B H P f o r t h e l a b e n g i n e w a s c o n d u c t e d t o i n v e s t i g a t e t h i s

d e g r a d a t i o n

. T h e e n g i n e s e l e c t e d f o r t h e s e t e s t s i s a D P C

- 2 8 0 2 L E t h a t i s r a t e d a t 3 8 4

B H P ( 2 8 6 K W ) a n d 4 4 0 R P M

.

E m i s s i o n r e m o v a l e f

f i c i e n c i e s w e r e m e a s u r e d f r e q u e n t l y d u r i n g t h e t e s t i n g o f t h e L a b

e n g i n e

. C u r v e s e x p r e s s i n g C O a n d H 2 C O r e m o v a l d u r i n g t h e 5 5 0 h o u r t e s t s a r e p r e s e n t e d

i n F i g u r e 3

.6 F i g u r e 3

– R & D T e s t s : C O a n d H 2 C O R e m o v a l E f f i c i e n c i e s

T h e i n i t i a l r e m o v a l e f

f i c i e n c y f o r C O w a s 9 5 %

, w h i c h d e g r a d e d t o 9 3 % a f t e r 4 2 5 h o u r s

. F o r t h e l a s t 1 2 5 h o u r s o f t h e l a b t e s t s

, t h e f l o w a r e a f

o r t h e c a t a l y s t e l e m e n t s w a s r e d u c e d

b y 4 0 % t o d e t e r m i n e t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n r e m o v a l e f f i c i e n c i e s a n d l e s s c a t a l y s t

m a t e r i a l

.

F o l l o w i n g t h e 5 5 0 h o u r t e s t i n t h e L a b

, w o r k b e g a n o n t h e f a b r i c a t i o n o f t w o

s i l e n c e r / c o n v e r t e r u n i t s n e e d e d f

o r t h e f i e l d t e s t i n g p h a s e o f t h e o x i d i z i n g c o n v e r t e r

p r o j e c t

. B a s e d o n t h e L a b t e s t s

, t h e f l o w a r e a a n d t h e a m o u n t o f c a t a l y s t w e r e d e t e r m i n e d

f o r a t w o c y l i n d e r

, 3 8 4 B H P e n g i n e

. I t w a s d e c i d e d t h a t s t a n d a r d i z i n g o n o n e c a t a l y s t

e l e m e n t f o r t h e e n t i r e l i n e o f A

j a x e n g i n e s w o u l d b e b e s t f r o m b o t h c o s t a n d i n v e n t o r y

p e r s p e c t i v e s

. T h e s t a n d a r d i z a t i o n w a s d o n e b y s i z i n g t h e c o m m o n c a t a l y s t e l e m e n t b a s e d

o n o n e

- h a l f o f t h e e x h a u s t f l o w f o r t h e L a b t w o c y l i n d e r e n g i n e

. T h e r e s u l t w a s o n e

c a t a l y s t e l e m e n t p e r p o w e r c y l i n d e r f o r a l l o f t h e e n g i n e s i n v o l v e d

. T h e r a c k f o r t h e

c a t a l y s t e l e m e n t s i s s h o w n i n F i g u r e 4 f o r a f o u r c y l i n d e r e n g i n e

. T h e f o u r c a t a l y s t

e l e m e n t s a r e d e s i g n e d l i k e d e s k d r a w e r s

, w h i c h s l i d e i n t o t h e c a t a l y s t r a c k

.7 F i g u r e 4

– C a t a l y s t E l e m e n t R a c k



### F i e l d V a l i d a t i o n T e s t i n g

I n i t i a l F i e l d A p p l i c a t i o n

D u r i n g t h e L a b t e s t s

, a f

e w e n g i n e u s e r s w e r e c o n t a c t e d t o i n f o r m t h e m a b o u t o u r p l a n s

f o r f i e l d v a l i d a t i o n t e s t i n g

. A g a s t r a n s m i s s i o n c o m p a n y i n C o l o r a d o p r e s e n t e d a n e e d t o

a c h i e v e l a r g e r e d u c t i o n s i n f o r m a l d e h y d e l e v e l s f

o r t w o D P C

- 2 8 0 4 L E e n g i n e s

.

M o s t o f t h e d e s i g n w o r k t o t h a t p o i n t o f t h i s p r o j e c t h a d f o c u s e d o n t h e i n s t a l l a t i o n o f

c a t a l y s t r a c k s i n v e r t i c a l e x h a u s t s i l e n c e r s

, s i n c e t h e v e r t i c a l c o n f i g u r a t i o n r e p r e s e n t s

m o r e t h a n 9 5 % o f t h e a p p l i c a t i o n s f o r t h i s k i n d o f e n g i n e

. T h e a p p l i c a t i o n i n C o l o r a d o

h a d h o r i z o n t a l e x h a u s t s i l e n c e r s

, w h i c h t h e c u s t o m e r w a n t e d t o u s e f o r t h e f i e l d c o n v e r t e r

p r o j e c t

. T h e r e f

o r e a h o r i z o n t a l v e r s i o n o f t h e s i l e n c e r / c o n v e r t e r w a s d e s i g n e d

. T h i s

c o n f i g u r a t i o n r e q u i r e d t h e c a t a l y s t t o b e m o u n t e d o n t o p o f t h e h o r i z o n t a l s e c t i o n

, d o w n s t r e a m f

r o m t h e s e c o n d v o l u m e c h a m b e r o f t h e s i l e n c e r

. T h e r e s u l t i n g d e s i g n f

o r t h e t w o f

o u r c y l i n d e r f

i e l d e n g i n e s i s d e s c r i b e d b e l o w i n F i g u r e

5

. T o p V i e w

S i d e V i e w A c c e s s D o o r

A c c e s s D o o r S e a l

C a t a l y s t E l e m e n t8 C a t a l y s t B o x

P r e s s u r e R e l i e f V a l v e s

F i g u r e 5

– F i e l d S i t e : T w o C o n v e r t e r s o n D P C

- 2 8 0 4 L E E n g i n e s

F o r t h e s e s i l e n c e r

/ c o n v e r t e r u n i t s

, t h e e x h a u s t p i p e s e n t e r t h e f i r s t v o l u m e c h a m b e r o f t h e

s i l e n c e r b e t w e e n t h e b u i l d i n g w a l l a n d t h e s i l e n c e r

. T h e r e c t a n g u l a r b o x o n t o p o f t h e

h o r i z o n t a l s e c t i o n c o n t a i n s t h e c a t a l y s t e l e m e n t s a n d s e r v e s a s t h e t h i r d v o l u m e c h a m b e r

o f t h e s i l e n c e r

. T h e p i p e s e n t e r i n g t h e b u i l d i n g a b o v e t h e s i l e n c e r / c o n v e r t e r u n i t s a r e f

o r

i n t a k e a i r

.

T h e s e t w o D P C

- 2 8 0 4 L E e n g i n e s a r e d e s i g n r a t e d a t 8 0 0 B H P a t 4 4 0 R P M

. H o w e v e r t h e

s i t e e l e v a t i o n f

o r t h i s g a s p l a n t i n C o l o r a d o i s 5 6 0 0 f e e t ( 1 7 0 7 m e t e r s )

. B e c a u s e t h e s e

e n g i n e s a r e n a t u r a l l y a s p i r a t e d

, p i s t o n s c a v e n g e d e n g i n e s

, a p o w e r d e r a t e m u s t b e a p p l i e d

a t h i g h e r e l e v a t i o n s

. T h i s d e r a t e a p p l i e s f o r s i t e e l e v a t i o n s h i g h e r t h a n 1 5 0 0 f e e t ( 4 5 7

m e t e r s )

, a b o v e w h i c h t h e p o w e r d e r a t e i s t h r e e p e r c e n t p e r e a c h a d d i t i o n a l 1 0 0 0 f e e t ( 3 0 5

m e t e r s )

. T h e r e f

o r e a t 5 6 0 0 f

e e t

, t h e s i t e r a t i n g f

o r t h e s e e n g i n e s i s 7 0 2 B H P a t 4 4 0 R P M

,

F i e l d M o n i t o r i n g R e q u i r e m e n t s

T h e k e y o p e r a t i n g p a r a m e t e r s w h i c h n e e d t o b e m o n i t o r e d i n c l u d e t h e e n g i n e R P M a n d

B H P

. T h e o t h e r d a t a t o b e r e c o r d e d i n c l u d e :

• P r e a n d p o s t c a t a l y s t C O

.

• P r e a n d p o s t c a t a l y s t H 2 C O

.

• P o s t c a t a l y s t N O X

.

• % o x y g e n i n t h e e x h a u s t

.

• P r e a n d p o s t c a t a l y s t e x h a u s t t e m p e r a t u r e s

.

• P a c r o s s t h e c a t a l y s t

.

T h e a b o v e d a t a w e r e m e a s u r e d a n d r e c o r d e d m a n y t i m e s d u r i n g t h e f i r s t t w o y e a r s o f

o p e r a t i o n w i t h t h e t w o s i l e n c e r / c o n v e r t e r u n i t s

. T e s t i n g w a s c o n d u c t e d b y A i r P o l l u t i o n

T e s t i n g

, I n c

. T h e s e d a t a p r o v i d e t h e C O a n d H 2 C O r e m o v a l e f f i c i e n c i e s

. T h e y a l s o

p r o v i d e t h e m o n i t o r i n g r e q u i r e m e n t s n e c e s s a r y t o d e m o n s t r a t e c o m p l i a n c e w i t h t h e a i r

q u a l i t y r e g u l a t i o n s

. A i r I n t a k e F i l t e r9

T h e E P A M A C T c a t a l y s t m o n i t o r i n g s p e c i f i c a t i o n s d e f

i n e t h e e x h a u s t t e m p e r a t u r e a n d

c a t a l y s t P r e q u i r e m e n t s a s d e s c r i b e d i n t h e C o m p l i a n c e T e s t i n g s e c t i o n o f t h i s p a p e r

. T h e h o u s i n g f

o r t h e c a t a l y s t b o x w a s s e t u p t o m e e t t h e c a t a l y s t m o n i t o r i n g r e q u i r e m e n t s

. F i g u r e 6 i s a c l o s e u p v i e w o f t h e c a t a l y s t h o u s i n g w h i c h s h o w s t h e f o l l o w i n g f

e a t u r e s :

• C a t a l y s t e l e m e n t a c c e s s d o o r

.

• B a r u s e d f

o r c l a m p i n g t h e c a t a l y s t e l e m e n t s i n p l a c e t o a s s u r e t h a t n o e x h a u s t g a s

w i l l b y p a s s t h e e l e m e n t s

.

• T w o p o r t s f

o r t h e t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s

.

• T w o p o r t s f

o r t h e c a t a l y s t P m e a s u r e m e n t s

.

• T h e l o c a t i o n o f t h e p r e

- c a t a l y s t e x h a u s t s a m p l i n g

. T h e l o c a t i o n o f t h e p o r t f o r p o s t c a t a l y s t e x h a u s t s a m p l i n g i s i n t h e e x h a u s t s t a c k

.

F i g u r e 6

– C o n v e r t e r w i t h D a t a M e a s u r e m e n t L o c a t i o n s

F i e l d T e s t D a t a

T e s t s w e r e c o n d u c t e d f

r e q u e n t l y w i t h b o t h o f t h e e n g i n e s

. M a n y o f t h e s e t e s t s w e r e d o n e

a t m o n t h l y i n t e r v a l s

, a n d m i n i m a l c h a n g e s o c c u r r e d d u r i n g t h e s e s h o r t d u r a t i o n s

. D u r i n g

t h e e n t i r e t w o y e a r p e r i o d

, t h e s e e n g i n e s h a v e b e e n o p e r a t e d a t n e a r l y t h e s a m e l o a d i n g

c o n d i t i o n s

, w h i c h a r e a b o u t 6 5 0 B H P a t 4 3 5 R P M

.

T h e c h a n g e s i n c a t a l y s t p e r f o r m a n c e d u r i n g t h e f

i e l d t e s t s a r e e x p r e s s e d i n F i g u r e 7

. P r e

- C a t a l y s t

M e a s u r e m e n t P o r t C a t a l y s t

T e m p e r a t u r e P o i n t s

A c c e s s D o o r C a t a l y s t  P P o r t s1 0 

### F i e l d T e s t s : C O a n d H 2 

### C O R e m o v a l E f f i c i e n c i e s

5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 1 0 0

0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0

C a t a l y s t O p e r a t i n g H o u r sEmissionsRemovalEfficiencies(%)

A c t u a l E m i s s i o n s R e s u l t s

E x p e c t e d H 2 C O % B a s e d o n t h e R e l a t i o n s h i p t o C O R e m o v a l E f f i c i e n c y

U

. S

. E P A M A C T R e q u i r e d C O R e m o v a l %

F i g u r e 7

– F i e l d T e s t s : C O a n d H 2 C O R e m o v a l E f f i c i e n c i e s

A s t h e s e c u r v e s d e s c r i b e

, t h e C O r e m o v a l e f f i c i e n c y d e g r a d e d f

r o m 9 8 % t o 9 3 % d u r i n g

1 5

, 0 0 0 o p e r a t i n g h o u r s

. T h e H 2 C O r e m o v a l e f f i c i e n c y d r o p p e d f

r o m a b o u t 9 5 % t o a b o u t

8 7 %

. B e c a u s e o f t h e d i f

f i c u l t y w i t h f

i e l d m e a s u r e m e n t s o f H 2 C O

, o n l y t h e f i r s t 1 5 0 0

h o u r s o f t h e H 2 C O c u r v e a r e s u p p o r t e d b y a c t u a l H 2 C O m e a s u r e m e n t s

. T h e r e m a i n d e r o f

t h i s c u r v e

, w h i c h i s t h e d a s h e d p o r t i o n

, i s e s t i m a t e d b a s e d o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n

H 2 C O a n d t h e r e m o v a l e f f i c i e n c y f o r C O

. B o t h o f t h e s e c u r v e s a r e c o m p a r e d t o t h e U

. S

. E P A M A C T r e q u i r e m e n t o f 5 8 % C O r e m o v a l

. P r e

- c a t a l y s t C O

= 1

. 4 g m / B

- h

P o s t

- c a t a l y s t C O

= 0

. 0 2 5 g m / B

- h

P r e

- c a t a l y s t H 2 C O

= 0

. 2 4 g m / B

- h

P o s t

- c a t a l y s t H 2 C O

= 0

. 0 1 0 g m / B

- h P r e

- c a t a l y s t C O

= 1

. 7 g m / B

- h

P o s t

- c a t a l y s t C O

= 0

. 1 2 g m / B

- h



### C O

H 2 

### C O

U

. S

. E P A M A C T

R e q u i r e d C O R e m o v a l %1 1

T h e d a t a r e c o r d e d d u r i n g t h e f i e l d t e s t s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 1

, w h i c h i n c l u d e s a l l o f

t h e m o n i t o r e d i n f

o r m a t i o n a t a p o i n t e a r l y i n t h e c a t a l y s t s e r v i c e a n d a t a p o i n t a f t e r a b o u t

2 0 m o n t h s o f s e r v i c e

.

T a b l e 1 : F i e l d T e s t s w i t h T w o D P C

- 2 8 0 4 L E E n g i n e s

• O p e r a t i n g D a t a D u r i n g t h e F i r s t 1 3

, 0 0 0 H o u r s

• S i t e R a t e d P o w e r = 7 0 2 B H P @ 4 4 0 R P M

• S i t e E l e v a t i o n = 5 6 0 0 F A S L ( 1 7 0 7 M e t e r s )

A u g u s t 2 0 0 4 M a r c h 2 0 0 6

C a t a l y s t H o u r s 1 0 0 0 1 3

, 0 0 0

E n g i n e S p e e d 4 3 6 4 3 0

B H P 6 5 0 6 3 0

% o f S i t e R a t e d L o a d 9 3

. 4 9 1

. 8

E x h a u s t F l o w ( s c f

m ) 3 1 8 0 3 1 0 0

% O 2 i n E x h a u s t 1 4

. 6 1 4

. 7

P r e

- C a t a l y s t T e m p ( ° F ) 6 2 0 5 9 0

P o s t

- C a t a l y s t T e m p ( ° F ) 5 8 5 5 5 0

 P A c r o s s C a t a l y s t ( i n H 2 O ) 0

. 5 0

. 8

P r e

- C a t a l y s t

– C O ( g m

/ B H P

- h r ) 1

. 4 1

. 7

P o s t

- C a t a l y s t

– C O ( g m

/ B H P

- h r ) 0

. 0 2 5 0

. 1 2

C O R e m o v a l E f

f i c i e n c y 9 8

. 2 9 2

. 9

P r e

- C a t a l y s t

– H 2 C O ( g m

/ B H P

- h r ) 0

. 2 4 0

. 2 5

P o s t

- C a t a l y s t

– H 2 C O ( g m / B H P

- h r ) 0

. 0 1 0 0

. 0 3 2 ( 1 )

H 2 C O R e m o v a l E f

f i c i e n c y 9 5

. 8 8 7

. 2 ( 1 )

P o s t C a t a l y s t N O

x ( g m

/ B H P

- h r ) 0

. 8 0 0

. 5 0

N o t e 1 : H 2 C O e s t i m a t e d b a s e d o n C O r e m o v a l e f f i c i e n c y

I n a d d i t i o n t o t h e C O a n d H 2 C O e m i s s i o n s d a t a i n t h i s t a b l e

, t h e r e a r e a f e w o t h e r

p e r t i n e n t p o i n t s :

1

. T h e p r e

- c a t a l y s t t e m p e r a t u r e i s w e l l a b o v e t h e M A C T r e q u i r e m e n t o f 4 5 0 O F

,

w h i c h i s i m p o r t a n t b e c a u s e t h e l a b t e s t i n g i n d i c a t e s t h a t t h e b e s t r e m o v a l

e f f i c i e n c i e s a r e f

o r e x h a u s t t e m p e r a t u r e s o f > 5 5 0 O F

. 2

. T h e c a t a l y s t P i n c r e a s e d b y o n l y a c o u p l e o f t e n t h s o f a n i n c h o f w a t e r d u r i n g

t h e f i r s t 2 0 m o n t h s

. 3

. T h e N O X l e v e l s o f 0

. 5 t o 0

. 8 g m / B H P

- h r a r e s u b s t a n t i a l l y l e s s t h a n t h e s t a n d a r d

N O X l e v e l s a t t h e d e s i g n r a t i n g f o r t h e s e e n g i n e s

. I f t h e s e e n g i n e s w e r e r u n n i n g a t

t h e s i t e r a t i n g o f 4 4 0 R P M a n d 7 0 2 B H P

, t h e n t h e e x p e c t e d N O X w o u l d b e 1

. 8

g m / B H P

- h r

. H o w e v e r t h e s e t e s t s w e r e c o n d u c t e d a t a b o u t 9 2 % o f t h e s i t e r a t i n g a t

w h i c h p o i n t t h e e x p e c t e d N O X w o u l d b e a b o u t 0

. 8 g m / B H P

- h r

.1 2

A d d i t i o n a l F i e l d V a l i d a t i o n S i t e s

A d d i t i o n a l s i l e n c e r

/ c o n v e r t e r u n i t s h a v e r e c e n t l y b e e n i n s t a l l e d w i t h 2 S L B A j a x e n g i n e s

a t o t h e r g a s p l a n t s i n C o l o r a d o a n d W y o m i n g

. I n c l u d e d a r e D P C

- 2 8 0 3 L E a n d D P C

2 8 0 4 L E e n g i n e m o d e l s

. R e s u l t s f r o m t h e s e u n i t s w i l l a l s o b e m o n i t o r e d

.



### D e v e l o p m e n t o f t h e C a t a l y s t F r i e n d l y L u b e O i l

N e e d f o r a C a t a l y s t C o m p a t i b l e L u b e O i l

A k e y c h a l l e n g e i n a c h i e v i n g s a t i s f a c t o r y p e r f

o r m a n c e o f o x i d i z i n g c o n v e r t e r s w i t h 2 S L B

e n g i n e s i s t h e r e s o l u t i o n o f c a t a l y s t f o u l i n g c a u s e d b y p r o d u c t s f r o m t h e c o m b u s t i o n o f

t h e o i l t h a t m u s t b e f

o r c e f e d t o t h e p o w e r c y l i n d e r s o f t w o s t r o k e e n g i n e s

.

E x x o n M o b i l L u b r i c a n t s & S p e c i a l t i e s C o m p a n y w a s a p p r o a c h e d b y C a m e r o n

C o m p r e s s i o n S y s t e m s t o d e v e l o p a l u b r i c a t i n g o i l f o r i t s A j a x 2 S L B t h a t w o u l d b e

o u t f i t t e d w i t h i t s n e w c a t a l y t i c c o n v e r t e r e m i s s i o n s r e d u c t i o n s y s t e m b e i n g d e s i g n e d t o

m e e t i n c r e a s e d a i r e m i s s i o n s r e g u l a t i o n s

. C u r r e n t g a s e n g i n e o i l f o r m u l a t i o n s c o n t a i n

m a t e r i a l s t h a t a r e k n o w n t o p o i s o n v a r i o u s c a t a l y s t s

. A s p e c i a l l y b a l a n c e d f o r m u l a t i o n o f

t h e l u b r i c a t i n g o i l w a s d e v e l o p e d a n d a f o u r p h a s e e v a l u a t i o n w a s c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e

t h e p e r f o r m a n c e w i t h r e s p e c t t o o x i d a t i o n s t a b i l i t y

, w e a r p r o t e c t i o n

, c o m p a t i b i l i t y w i t h

c u r r e n t l u b r i c a n t s a n d c a t a l y s t p e r f o r m a n c e

. T h r o u g h t h e s e e v a l u a t i o n s

, E x x o n M o b i l h a s

d e v e l o p e d a u n i q u e l u b r i c a n t f o r m u l a t i o n t h a t p r o v i d e s e x c e l l e n t w e a r p r o t e c t i o n a n d

l i m i t e d d e g r a d a t i o n a n d f o u l i n g o f t h e c a t a l y t i c c o n v e r t e r s y s t e m

, w h i l e m a i n t a i n i n g

p r e m i u m p e r f

o r m a n c e i n e x i s t i n g e q u i p m e n t

.

L u b r i c a t i n g O i l R e q u i r e m e n t s o f a 2 S L B G a s E n g i n e

A l l l u b r i c a n t s p e r f

o r m f o u r m a i n f

u n c t i o n s :

1

. R e d u c e f

r i c t i o n

. 2

. P r e v e n t w e a r

. 3

. R e m o v e h e a t

. 4

. P r e v e n t r u s t a n d c o r r o s i o n o f t h e l u b r i c a t e d c o m p o n e n t s

.

T h e l u b r i c a n t m u s t a l s o d i s p l a y e x c e l l e n t o x i d a t i o n a n d t h e r m a l s t a b i l i t y

, l o n g s e r v i c e l i f e

a n d p r e v e n t i o n o f d e p o s i t s

, a n d g o o d f i l m s t r e n g t h p r o p e r t i e s t o p r e v e n t w e a r

.

L u b r i c a n t s f

o r 2 S L B g a s e n g i n e s a r e f o r m u l a t e d w i t h a m i x t u r e o f b a s e o i l s ( t y p i c a l l y

m i n e r a l ) a n d p e r f

o r m a n c e e n h a n c i n g a d d i t i v e s

. T h e b a s e o i l ’ s m a i n c o n t r i b u t i o n i s t o

p r o v i d e a s u i t a b l e l u b r i c a t i n g f i l m

, t h e r m a l s t a b i l i t y a n d h e a t r e m o v a l m e d i u m

. T h e

a d d i t i v e s c o n t r i b u t e a d d i t i o n a l l o a d c a r r y i n g a b i l i t y ( a n t i

- w e a r

, e x t r e m e p r e s s u r e o r a n t i

s c u f f a d d i t i v e s )

, v i s c o s i t y m o d i f i c a t i o n s f o r h i g h a n d l o w t e m p e r a t u r e s ( v i s c o s i t y i n d e x

m o d i f i e r s a n d p o u r p o i n t d e p r e s s a n t s )

, a n d i n c r e a s e t h e o x i d a t i o n r e s i s t a n c e o f t h e f l u i d

( a n t i o x i d a n t s )

.1 3

T h e m o s t i m p o r t a n t p r o p e r t y o f t h e l u b r i c a n t i s v i s c o s i t y

, o r t h e f l u i d ' s r e s i s t a n c e t o f

l o w

. V i s c o s i t y i s e x p r e s s e d i n s e v e r a l d i f f e r e n t w a y s

. M o s t c o m m o n l y f o r e n g i n e o i l s t h e

v i s c o s i t y i s e x p r e s s e d i n C e n t i s t o k e s ( c S t ) a t 1 0 0 ° C

. A t y p i c a l g a s e n g i n e l u b r i c a n t i s 1 3

t o 1 4 c S t a t 1 0 0 ° C

. T h i s e q u a t e s t o a n S A E E n g i n e O i l G r a d e o f 4 0

. O c c a s i o n a l l y

, a

m u l t i

- g r a d e o i l

, l i k e S A E 1 5 W

- 4 0 i s u s e d w h e r e c o l d s t a r t s o r v a r i a b l e a m b i e n t

c o n d i t i o n s a r e e x p e c t e d

. T h e v i s c o s i t y o f t h e l u b r i c a n t i s l a r g e l y d i c t a t e d b y t h e b a s e o i l

u s e d i n t h e f

o r m u l a t i o n

. V i s c o s i t y c a n a l s o b e m o d i f i e d o r e n h a n c e d w i t h c e r t a i n

a d d i t i v e s

. V i s c o s i t y i n d e x i m p r o v e r s a n d p o u r p o i n t d e p r e s s a n t s m o d i f y t h e b a s e o i l ’ s

v i s c o s i t y c h a r a c t e r i s t i c s a t h i g h a n d l o w t e m p e r a t u r e s t o m e e t a w i d e r r a n g e o f o p e r a t i n g

c o n d i t i o n s

.

T h e j o u r n a l b e a r i n g s f

o u n d i n a n e n g i n e d e v e l o p a h y d r o d y n a m i c o i l f i l m t h a t s e p a r a t e s

t h e t w o s u r f

a c e s

. T h e t h i c k n e s s o f t h i s f i l m i s d i c t a t e d b y t h e v i s c o s i t y o f t h e o i l a t

o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e a s w e l l a s t h e r e l a t i v e s p e e d b e t w e e n t h e m o v i n g s u r f a c e s

. B o u n d a r y l u b r i c a t i o n c o n d i t i o n s c a n o c c u r b e t w e e n p i s t o n r i n g s a n d c y l i n d e r w a l l s

. H e r e

, a n t i

- w e a r o r a n t i

- s c u f f a g e n t s c a n b e u s e f

u l i n p r e v e n t i n g m e t a l t o m e t a l c o n t a c t

a n d i n c r e a s e d w e a r

.

A d d i t i v e s a l s o c o n t r i b u t e t o a p r o p e r t y k n o w n a s s u l f a t e d a s h

. T h e s u l f

a t e d a s h i s t h e

a m o u n t o f a s h l e f

t w h e n o i l i s b u r n e d a n d s u b s e q u e n t l y t r e a t e d w i t h s u l f u r i c a c i d

. M o s t

2

- c y c l e g a s e n g i n e s o p e r a t e w i t h w h a t i s k n o w n a s l o w a s h o r a s h l e s s e n g i n e o i l

. O i l s

w i t h h i g h l y s u l f

a t e d a s h c o n t e n t a r e n o t s u i t a b l e f o r 2

- c y c l e g a s e n g i n e s a s a h i g h l e v e l o f

s u l f a t e d a s h g e n e r a l l y l e a d s t o u n d e s i r a b l e d e p o s i t s i n t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r a n d i n t a k e

p o r t s

.

T y p i c a l p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f t h e i n t a k e l u b r i c a n t i n t h i s s t u d y a r e

p r e s e n t e d i n T a b l e 2

.

T a b l e 2 : L u b r i c a n t P r o p e r t i e s

S A E V i s c o s i t y G r a d e 1 5 W

- 4 0

V i s c o s i t y

, c S t @ 1 0 0 C A S T M D 4 4 5 1 3

. 7

V i s c o s i t y I n d e x A S T M D 2 2 7 0 1 3 2

S u l f a t e d A s h

, w t % A S T M D 8 7 4 0

. 0 7

T o t a l B a s e N u m b e r

, m g

K O H / g r a m A S T M D 2 8 9 6 2

. 4

P o u r P o i n t

, C A S T M D 9 7

- 3 3

C a t a l y s t F r i e n d l y C h a l l e n g e

T h e a d d i t i o n o f a n e x h a u s t g a s c a t a l y s t t o a n e n g i n e p r e s e n t s y e t a n o t h e r c h a l l e n g e f o r t h e

l u b r i c a n t

. S o m e o f t h e o i l t h a t l u b r i c a t e s t h e p o w e r c y l i n d e r s i s c o n s u m e d d u r i n g t h e

c o m b u s t i o n p r o c e s s

. S i n c e c o m b u s t i o n p r o d u c t s o f t h e l u b r i c a n t w i l l b e i n t r o d u c e d t o t h e

e x h a u s t s t r e a m

, m a t e r i a l s t h a t c a n p o i s o n c a t a l y s t s m u s t b e l i m i t e d

. T h e s o u r c e o f t h e

c a t a l y s t p o i s o n i s g e n e r a l l y i n t r o d u c e d f r o m a d d i t i v e s u s e d i n t h e o i l

.1 4

Z i n c

, p h o s p h o r o u s a n d s u l f u r a r e k n o w n c a t a l y s t p o i s o n s a n d t h e i r c o n c e n t r a t i o n a n d

s p e c i f i c c h e m i s t r y n e e d t o b e c a r e f u l l y o p t i m i z e d i n t h e f

o r m u l a t i o n o f a c a t a l y s t

c o m p a t i b l e l u b r i c a n t

. A l s o

, a t t e n t i o n m u s t b e p a i d t o o v e r a l l f o r m u l a t i o n b a l a n c e

. C h a n g i n g o n e p a r a m e t e r o f a l u b r i c a n t f o r m u l a t i o n t o a d d r e s s a s p e c i f i c n e e d o f t e n h a s

t h e e f f e c t o f d e g r a d i n g p e r f

o r m a n c e i n a n o t h e r a r e a

.

T h e m o s t c o m m o n s o u r c e o f z i n c

, p h o s p h o r o u s a n d s u l f u r i n l u b r i c a t i n g o i l s a r e

a d d i t i v e s

, s u c h a s z i n c d i a l k y l d i t h i o p h o s p h a t e ( Z D D P )

. Z D D P i s c o m m o n l y u s e d a s a n

a d d i t i v e t o l u b r i c a t i n g o i l s a s a n a n t i

- w e a r

, o r l o a d c a r r y i n g e n h a n c e m e n t

. A n t i

- w e a r c a p a b i l i t i e s a r e n e c e s s a r y i n a n e n g i n e o i l t o p r o v i d e a d d e d l o a d c a r r y i n g

c a p a b i l i t y i n r e g i o n s w h e r e a f u l l f l u i d f i l m o r h y d r o d y n a m i c o i l f i l m c a n n o t b e

d e v e l o p e d

. T h e p i s t o n r i n g s a n d w a l l s o f t h e p o w e r c y l i n d e r a n d t h e c r o s s h e a d p i n

b u s h i n g s a r e t h e t w o m a i n a r e a s w h e r e t h i s c a n o c c u r

. A n y r e v i s i o n t o t h e f o r m u l a t i o n o f

t h e l u b r i c a n t m u s t c o n t i n u e t o a d d r e s s t h e s e t w o c r i t i c a l a r e a s

. E v a l u a t i o n o f c a n d i d a t e f o r m u l a t i o n s r e q u i r e d a f

o u r p h a s e a p p r o a c h

. F i r s t

, t h e e n g i n e

o i l f o r m u l a t i o n t e a m a t t h e E x x o n M o b i l R e s e a r c h a n d E n g i n e e r i n g T e c h n i c a l C e n t e r

d e v e l o p e d a u n i q u e a d d i t i v e s y s t e m f o r u s e w i t h c a t a l y s t e q u i p p e d e n g i n e s t h a t a l s o

m e e t s t h e n e e d s o f e x i s t i n g e n g i n e s

. A s e r i e s o f l a b o r a t o r y b e n c h t e s t s w e r e c o n d u c t e d

o n s e v e r a l c a n d i d a t e f

o r m u l a t i o n s

. B a s e d o n t h e r e s u l t s o f t h e s e s c r e e n i n g t e s t s

, a r e v i s e d

a n d e n h a n c e d f

o r m u l a t i o n w a s p r e s e n t e d t o C a m e r o n f o r t h e s e c o n d p h a s e o f t h e

e v a l u a t i o n i n t h e p o w e r a n d c o m p r e s s o r c y l i n d e r s o f a n e x h a u s t c a t a l y s t e q u i p p e d e n g i n e

.

E n g i n e E v a l u a t i o n s o f t h e N e w F o r m u l a t i o n

F o r t h e s e c o n d p h a s e o f t h e e v a l u a t i o n

, a c a n d i d a t e f o r m u l a t i o n o f t h e l u b r i c a n t w a s

a p p l i e d t o a t e s t e n g i n e a t C a m e r o n ’ s f a c i l i t y i n O k l a h o m a C i t y

. A n A j a x 2 8 0 2 L E e n g i n e

,

e q u i p p e d w i t h a n e x h a u s t c a t a l y s t s y s t e m

, w a s r u n u n d e r s i m u l a t e d s e r v i c e c o n d i t i o n s

. T h e o i l w a s a p p l i e d t o t h e p o w e r c y l i n d e r s t o d e t e r m i n e i f t h e r e w a s a n y p e r f o r m a n c e

l o s s i n r e g a r d s t o w e a r a n d d e p o s i t s

, a n d t o e v a l u a t e i f t h e r e w e r e a n y n e g a t i v e e f f e c t s o n

t h e c a t a l y s t s y s t e m

.

A t o t a l o f 5 5 0 h o u r s w a s a c c u m u l a t e d w i t h t h e c a n d i d a t e f o r m u l a t i o n , e n g i n e a n d

c a t a l y s t

. T h e r e w e r e n o i n d i c a t i o n s o f u n u s u a l d i s t r e s s o r d e p o s i t s i n t h e p o w e r o r

c o m p r e s s o r c y l i n d e r s

. T h e p i s t o n r i n g s w e r e s u b s e q u e n t l y i n s p e c t e d w i t h n o o b v i o u s

s i g n s o f w e a r

. T h e c a t a l y s t m a i n t a i n e d a C O r e m o v a l e f f i c i e n c y o f m o r e t h a n 9 0 %

t h r o u g h o u t t h e e v a l u a t i o n

. G i v e n t h e e x c e l l e n t r e s u l t s o f t h e l a b e n g i n e t e s t s

, p r o d u c t i o n

e n g i n e s e q u i p p e d w i t h t h e c a t a l y s t s y s t e m w e r e i d e n t i f i e d f o r t h e t h i r d p h a s e o f t h e

e v a l u a t i o n

.

F i e l d T e s t s w i t h t h e N e w F o r m u l a t i o n

T w o A j a x 2 8 0 4 L E e n g i n e s e q u i p p e d w i t h t h e n e w c a t a l y s t s y s t e m i n w e s t e r n C o l o r a d o

w e r e i d e n t i f

i e d b y C a m e r o n a n d E x x o n M o b i l a s s u i t a b l e f i e l d t e s t s i t e s f

o r t h e l u b r i c a n t

. T h e l u b r i c a n t w a s a p p l i e d t o t h e p o w e r a n d c o m p r e s s o r c y l i n d e r s o f t h e s e e n g i n e s i n J u l y

o f 2 0 0 4

. A f

t e r a c c u m u l a t i n g a p p r o x i m a t e l y 5

, 5 0 0 h o u r s o f o p e r a t i o n

, E x x o n M o b i l

E q u i p m e n t B u i l d e r a n d F i e l d E n g i n e e r i n g S e r v i c e s p e r s o n n e l c o n d u c t e d a b o r o s c o p i c1 5 P i s t o n C r o w n

i n s p e c t i o n o f b o t h e n g i n e s i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e e n g i n e o p e r a t o r a n d C a m e r o n

p e r s o n n e l

.

T h e r e s u l t s o f t h e i n s p e c t i o n s h o w e d e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e o f t h e l u b r i c a n t i n t h e p o w e r

a n d c o m p r e s s o r c y l i n d e r s

.

F i g u r e 8 : B o r o s c o p i c V i e w o f P o w e r C y l i n d e r P o r t s

A s i s r e p r e s e n t e d b y F i g u r e 8

, t h e r e w e r e n o s i g n i f i c a n t p o r t d e p o s i t s i n e i t h e r e n g i n e a n d

o n l y m i n i m a l s u r f

a c e s c r a t c h i n g o n t w o o f t h e p o w e r c y l i n d e r s o f o n e e n g i n e

. C a t a l y s t

c o n v e r s i o n e f

f i c i e n c y h a d b e e n m a i n t a i n e d w e l l w i t h i n d e s i r e d l i m i t s

. T h i s i n d i c a t e d t h a t

t h e e n h a n c e d f

o r m u l a t i o n h a d m a i n t a i n e d i t s l o a d c a r r y i n g a n d t h e r m a l s t a b i l i t y

p r o p e r t i e s

, a s w e l l a s d o i n g n o h a r m t o t h e e x h a u s t c a t a l y s t s y s t e m

.

S i n c e m o s t e n g i n e o p e r a t o r s p r e f e r t o u s e t h e s a m e l u b r i c a n t i n t h e c y l i n d e r s a s w e l l a s

t h e c r a n k c a s e

, t h e f

o u r t h p h a s e w a s t o e v a l u a t e p e r f o r m a n c e i n t h e e n g i n e f

r a m e

. O n e o f

t h e t w o 2 8 0 4 L E e n g i n e s u s e d f o r t h e p o w e r c y l i n d e r e v a l u a t i o n w a s s e l e c t e d f o r t h e

f o u r t h c r i t i c a l s t a g e o f t h e t e s t

. T h e b e a r i n g s i n t h e e n g i n e w e r e r e p l a c e d t o p r o v i d e a

c o n s i s t e n t b a s e l i n e a n d r e s t a r t e d i n A u g u s t o f 2 0 0 5

.

I n e a r l y 2 0 0 6

, a f

t e r a c c u m u l a t i n g 4

, 0 0 0 h o u r s o f o p e r a t i o n

, a n i n s p e c t i o n o f t h e e n g i n e

f r a m e w a s a g a i n c o n d u c t e d b y E x x o n M o b i l a n d C a m e r o n p e r s o n n e l

. T h e m a i n

,

c r o s s h e a d a n d c o n n e c t i n g r o d b e a r i n g s w e r e i n s p e c t e d f o r a n y s i g n s o f a b n o r m a l w e a r

. T h e i n s p e c t i o n r e v e a l e d t h a t t h e b e a r i n g s i n t h e e n g i n e f r a m e s h o w e d n o s i g n s o f

a b n o r m a l w e a r a f

t e r t h e 4

, 0 0 0 h o u r s o f o p e r a t i o n w i t h t h e e n h a n c e d f o r m u l a t i o n

. T h e

c o n d i t i o n s f

o r t h e c r o s s h e a d s a n d t h e p o w e r r o d b e a r i n g s a r e p r e s e n t e d i n F i g u r e s 9 a n d

1 0

, r e s p e c t i v e l y

. A s i s r e p r e s e n t e d i n t h e s e p h o t o s

, t h e w e a r w a s m i n i m a l f o r a l l o f t h e

c r o s s h e a d s a n d b e a r i n g s

. E x h a u s t P o r t

I n t a k e P o r t s1 7

A s d e p i c t e d i n F i g u r e 1 1

, o i l a n a l y s i s d a t a a l s o i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e n o i s s u e s w i t h o i l

l i f e o r w e a r i n t h i s t e s t e n g i n e

. T h e a m o u n t o f i r o n a n d l e a d w e a r m e t a l p r e s e n t i n t h e o i l

i s w e l l b e l o w t y p i c a l a l e r t l i m i t s f o r t h e u s e d o i l a n d i s w i t h i n n o r m a l o p e r a t i n g

p a r a m e t e r s f

o r t h e s e e n g i n e s

. A l s o

, t h e o x i d a t i o n l e v e l m e a s u r e d i s b e l o w c o n d e m n i n g

l i m i t s f o r t h e a m o u n t o f o p e r a t i n g h o u r s o n t h e o i l

.

F i g u r e 1 1

– O i l A n a l y s i s R e s u l t s

F u r t h e r t o t h e e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e o f t h e l u b r i c a n t i n t h e p o w e r c y l i n d e r s a n d f r a m e

,

t h e p e r f o r m a n c e o f t h e c a t a l y s t w a s a l s o e v a l u a t e d

. A f t e r m o r e t h a n 1 3

, 0 0 0 h o u r s o f

o p e r a t i o n

, t h e c a t a l y s t w a s p e r f o r m i n g w i t h > 9 3 % C O r e m o v a l e f f i c i e n c y

. T h e s e r e s u l t s

c o m p l e t e d a n d s u c c e s s f

u l l y v a l i d a t e d t h e f

i n a l p h a s e o f e v a l u a t i o n p r o v i n g t h e n e w

e x h a u s t c a t a l y s t s s y s t e m a n d l u b r i c a n t w e r e w o r k i n g t o g e t h e r i n s e v e r a l t e s t c o n d i t i o n s

a n d r e g i m e s

.

S u m m a r y o f t h e L u b e O i l V a l i d a t i o n

F i e l d e v a l u a t i o n s b y t h e c r o s s f u n c t i o n a l t e a m a l s o d e m o n s t r a t e t h a t t h e s p e c i a l l y

b a l a n c e d f

o r m u l a t i o n m e e t s o r e x c e e d s w e a r p r o t e c t i o n r e q u i r e m e n t s w h i l e m i t i g a t i n g

a n y n e g a t i v e e f

f e c t s t h e l u b r i c a n t c o u l d h a v e o n t h e e x h a u s t g a s c a t a l y s t s y s t e m

.



### P r o d u c t i o n V e r s i o n s o f t h e O x i d i z i n g C o n v e r t e r

E n h a n c e d D e s i g n C o n f

i g u r a t i o n s

F o l l o w i n g t h e d e m o n s t r a t i o n s o f s u c c e s s f u l p e r f o r m a n c e o f t h e t w o o x i d i z i n g c o n v e r t e r s

a t t h e C o l o r a d o g a s p l a n t

, a d e s i g n r e v i e w w a s c o n d u c t e d t o o p t i m i z e t h e c o n f i g u r a t i o n 

### I r o n a n d L e a d W e a r H i s t o r y

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0

0 8 2 3 1 6 4 6 2 2 2 6 2 9 4 9 3 5 6 5 4 1 1 6 4 6 1 6 4 9 3 3 5 4 3 3 6 0 0 0



### O i l H o u r s P b ( L e a d )

F e ( I r o n )

W e a r M e t a l

L i m i t

O x i d a t i o n

( A b / c m )

O x i d a t i o n L i m i t

( A b / c m )

P b ( L e a d ) F e ( I r o n ) O x i d a t i o n ( A b / c m ) ( A b / c m ) O x i d a t i o n L i m i t W e a r M e t a l L i m i tPPMorAb/cm1 8

f o r t h e s i l e n c e r

/ c o n v e r t e r u n i t s

. I n a d d i t i o n t o i m p r o v i n g t h e d e s i g n f o r t h e c o n v e r t e r

, t h i s

r e v i e w a l s o i n c l u d e d t h e a s p e c t s o f m a k i n g i t e a s i e r t o p r o d u c e t h e c o n v e r t e r a n d o f

e x t e n d i n g t h e a p p l i c a t i o n r a n g e o f t h e c o n v e r t e r t o a w i d e v a r i e t y o f A j a x e n g i n e s

.

M o s t A j a x e n g i n e s u s e v e r t i c a l e x h a u s t s i l e n c e r s

. T o i n c r e a s e t h e a p p l i c a t i o n r a n g e f o r

t h e c o n v e r t e r

, 3

- D m o d e l s w e r e p r o d u c e d f o r a r r a n g e m e n t s o f o n e

, t w o

, t h r e e

, a n d f o u r

c a t a l y s t e l e m e n t s o f t h e a p p r o p r i a t e s i z e t o a c c o m m o d a t e a l l c u r r e n t p r o d u c t i o n e n g i n e

m o d e l s

. A s a n e x a m p l e o f t h e s e c o n v e r t e r c o n f i g u r a t i o n s

, F i g u r e 1 2 i s a m o d e l f o r a

v e r t i c a l s i l e n c e r

/ c o n v e r t e r f

o r a t w o c y l i n d e r e n g i n e

. T h i s m o d e l s h o w s t w o e x h a u s t p i p e s

e n t e r i n g t h e f

i r s t v o l u m e c h a m b e r o f t h e s i l e n c e r a n d t h e l o c a t i o n o f t h e t w o e l e m e n t

c a t a l y s t r a c k

.

F i g u r e 1 2

– T y p i c a l S i l e n c e r / C o n v e r t e r f

o r a T w o C y l i n d e r E n g i n e

I m p r o v i n g t h e C o m m e r c i a l V i a b i l i t y f o r t h e C o n v e r t e r

T h e f i r s t t w o s i l e n c e r

/ c o n v e r t e r u n i t s w e r e f

a b r i c a t e d i n t h e A

j a x f a c i l i t y

. D u r i n g a n d

a f t e r t h e f a b r i c a t i o n o f t h e s e c o n v e r t e r s

, s u g g e s t i o n s w e r e r e c e i v e d f r o m t h e w e l d e r s a n d

e n g i n e e r i n g p e r s o n n e l w h o w e r e i n v o l v e d w i t h t h e p r o d u c t i o n o f t h e c o n v e r t e r s

. S e v e r a l

o f t h e s e s u g g e s t i o n s l e d t o s i m p l e r m e t h o d s f o r p r o d u c i n g t h e c a t a l y s t b o x e s a n d t h e

c o n v e r t e r s

. A c c e s s D o o r

E x h a u s t I n l e t s C a t a l y s t B o x

P r e s s u r e R e l i e f V a l v e1 9

P e r f o r m a n c e G u a r a n t e e s f o r E n g i n e s w i t h C o n v e r t e r s

B a s e d o n t h e L a b a n d f

i e l d v a l i d a t i o n t e s t i n g c o n d u c t e d t o d a t e

, t h e e x p e c t e d e x h a u s t

e m i s s i o n s w i t h t h e o x i d i z i n g c o n v e r t e r c a n b e d e t e r m i n e d f o r v a r i o u s e n g i n e m o d e l s

. T h e

e n g i n e u s e r s n e e d g u a r a n t e e d e m i s s i o n s i n f o r m a t i o n d e f

i n e d o v e r a s p e c i f

i c t i m e p e r i o d

. T a b l e 3 c o n t a i n s t h e e x p e c t e d d a t a f o r 2 8 0 3 L E a n d 2 8 0 4 L E e n g i n e s w h e n t h e c o n v e r t e r

f i r s t g o e s i n t o s e r v i c e a n d a f t e r o n e y e a r o f o p e r a t i o n

. T h e g u a r a n t e e d e m i s s i o n s d a t a

a f t e r s i x m o n t h s o f s e r v i c e a r e a l s o r e p o r t e d i n t h i s t a b l e

.

T a b l e 3 : E x p e c t e d & G u a r a n t e e d E m i s s i o n s R e s u l t s w i t h C o n v e r t e r



### • S i t e r a t e d B H P

= 2 0 0 B H P p e r c y l i n d e r a t 4 4 0 R P M

• S i t e e l e v a t i o n < 1 5 0 0 F A S L

S t a n d a r d

2 8 0 3 L E

o r 2 8 0 4 L E I n i t i a l

E x p e c t e d

P e r f o r m a n c e

w i t h

C o n v e r t e r P e r f

o r m a n c e

G u a r a n t e e w i t h

C o n v e r t e r

( A f t e r

6 M o n t h s ) E x p e c t e d

P e f o r m a n c e

( A f t e r O n e

Y e a r )

R a t e d B H P p e r

c y l i n d e r 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0

N O X ( g m / B H P

- h r ) 1

. 9 1

. 8 2

. 0 1

. 8

C O ( g m / B H P

- h r ) 1

. 2 0

. 0 5 0

. 4 0 0

. 1 5

N M H C ( g m

/ B H P

- h r ) 1

. 2 0

. 4 0 0

. 6 0 0

. 5 5

N M N E H C ( g m

/ B H P

h r ) 0

. 5 0

. 2 0 0

. 3 0 0

. 2 5

H 2 C O ( g m

/ B H P

- h r ) 0

. 3 0 0

. 0 2 0

. 1 5 0

. 0 5

E x h a u s t F l o w P e r

C y l i n d e r ( A C F M ) 1 5 3 0 1 5 5 5 1 5 5 5 1 5 5 5

E x h a u s t S t a c k T e m p

. ( O F ) 5 1 5 5 3 0 5 3 0 5 3 0

R e t r o f i t t i n g C o n v e r t e r s t o E x i s t i n g E n g i n e s

A i r q u a l i t y r e g u l a t i o n s a r e a f f e c t i n g i n c r e a s i n g n u m b e r s o f t h e o l d e r e n g i n e s w h i c h h a v e

b e e n i n s e r v i c e f

o r m a n y y e a r s

. I n m o s t o f t h e s e c a s e s

, t h e e n g i n e s b e c o m e s u b j e c t t o t h e

l a t e s t e m i s s i o n s r e g u l a t i o n s b e c a u s e t h e y h a v e b e e n m o v e d t o a n e w s i t e o r b e c a u s e t h e

a d d i t i o n o f e n g i n e s t o a n o l d e r s i t e e x c e e d s t h e t o t a l a l l o w a b l e e m i s s i o n s f o r t h a t s i t e

.

T o m i n i m i z e t h e c o s t s i n v o l v e d w i t h r e t r o f i t t i n g c o n v e r t e r s

, a m e t h o d w a s d e v e l o p e d t h a t

a l l o w s t h e i n s t a l l a t i o n o f a c a t a l y s t b o x i n t o a n e x i s t i n g e x h a u s t s i l e n c e r

.2 0

T o i n c r e a s e t h e r a n g e o f a p p l i c a t i o n s f o r t h e r e t r o f

i t o f a c a t a l y s t b o x

, t h e p e r f o r m a n c e f

o r

t h o s e e n g i n e m o d e l s m o r e l i k e l y t o b e a f f e c t e d b y a i r q u a l i t y r e g u l a t i o n s w a s c o n s i d e r e d

. I n a d d i t i o n

, t h e v a r i o u s e x i s t i n g c o n f i g u r a t i o n s f

o r e x h a u s t s i l e n c e r s w e r e c o n s i d e r e d

. T h e m a i n g o a l f

o r t h i s p a r t o f t h e p r o

j e c t w a s t o d e f

i n e t h e l e a s t n u m b e r o f c a t a l y s t b o x

c o n f i g u r a t i o n s n e e d e d t o s a t i s f y t h e m a x i m u m n u m b e r o f r e t r o f i t a p p l i c a t i o n s

.

F o r m o s t e n g i n e m o d e l s a n d m o s t m u f f l e r c o n f i g u r a t i o n s

, a n e x i s t i n g s i l e n c e r c a n b e

c h a n g e d i n t o a c o m b i n a t i o n s i l e n c e r / c o n v e r t e r u n i t b y c u t t i n g t h e s i l e n c e r t h r o u g h t h e

s e c o n d v o l u m e c h a m b e r a n d i n s t a l l i n g t h e c a t a l y s t b o x a t t h a t p o i n t

. T h e r e t r o f

i t o f a c a t a l y s t b o x t o t h e s i l e n c e r o f a f o u r c y l i n d e r e n g i n e / c o m p r e s s o r p a c k a g e

i s s h o w n i n F i g u r e 1 3

. F o r t h i s e n g i n e m o d e l t h e e x h a u s t f o r a d j a c e n t c y l i n d e r s i s

m a n i f o l d e d i n t o o n e e x h a u s t p i p e

, s o t h e r e a r e t w o e x h a u s t p i p e s f r o m t h i s e n g i n e t o t h e

v e r t i c a l s i l e n c e r

. B o t h o f t h e s e e x h a u s t p i p e s a r e a i m e d t o w a r d a p r e s s u r e r e l i e f c o v e r i n

t h e f i r s t v o l u m e c h a m b e r o f t h e m u f f l e r

. T h e c a t a l y s t b o x i s i n s t a l l e d i n t h e s e c o n d

v o l u m e c h a m b e r

.

F i g u r e 1 3

– S i l e n c e r

/ C o n v e r t e r o n a F o u r C y l i n d e r E n g i n e P a c k a g e2 1

C o m b i n i n g O x i d i z i n g C o n v e r t e r s w i t h E x h a u s t E x p a n s i o n C h a m b e r s

T h e o x i d i z i n g c o n v e r t e r f o r 2 S L B e n g i n e s r e m o v e s m u c h o f t h e p a r t i a l l y b u r n e d

c o m b u s t i o n p r o d u c t s f

r o m t h e e x h a u s t s t r e a m

. I t h a s b e e n p r o v e n h i g h l y e f f e c t i v e i n

r e m o v i n g C O

, V O C ’ s

, a n d f o r m a l d e h y d e

. H o w e v e r m o s t a i r q u a l i t y r e g u l a t i o n s f o r

s t a t i o n a r y e n g i n e s a l s o i n c l u d e t h e n e e d f o r l o w N O X l e v e l s

.

T h e m o s t e f

f e c t i v e m e t h o d f

o r a c h i e v i n g l o w N O X l e v e l s i s t h e u s e o f a p r e c h a m b e r

. D e p e n d i n g o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e e n g i n e i n v o l v e d

, a p r e c h a m b e r c o n f i g u r a t i o n c a n

g e n e r a l l y p r o d u c e a 6 0

– 9 0 % r e d u c t i o n i n t h e N O X , a s c o m p a r e d t o t h e b a s e l i n e o p e n

c h a m b e r d e s i g n

. P r e c h a m b e r s p r o v i d e a c o n s i s t e n t

, r e l i a b l e m e a n s f o r i g n i t i n g t h e a i r f

u e l

m i x t u r e a n d f

o r p r o j e c t i n g t h i s b u r n i n g c h a r g e t h r o u g h o u t t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r

. T h i s

p r i n c i p l e a l l o w s v e r y l e a n a i r f u e l m i x t u r e s i n t h e m a i n c h a m b e r

, w h i c h r e d u c e s

c o m b u s t i o n t e m p e r a t u r e s

, w h i c h t h e r e f o r e f o r m s l e s s N O X d u r i n g c o m b u s t i o n

.

F o r t h e p r e c h a m b e r e d

, t w o s t r o k e e n g i n e s t e s t e d

, t h e r e i s g e n e r a l l y a s m a l l i n c r e a s e i n

N O X a c r o s s t h e c a t a l y s t

. T h i s i n c r e a s e i s t y p i c a l l y o n e t o f o u r p e r c e n t o f t h e p r e

- c a t a l y s t

N O X l e v e l

. W i t h t h e s e p r e c h a m b e r e d e n g i n e s

, t h e r e a r e t w o e f f e c t i v e m e t h o d s f

o r N O X

r e d u c t i o n

. O n e m e t h o d r e q u i r e s a d e r a t i o n o f t h e s i t e r a t e d B H P

. T y p i c a l l y a f i v e p e r c e n t

r e d u c t i o n f

r o m t h e n o r m a l s i t e r a t e d l o a d w i l l r e d u c e t h e N O X l e v e l b y a s m u c h a s 5 0 %

. T h e o t h e r m e t h o d f

o r r e d u c i n g t h e N O X f

o r t h e p r e c h a m b e r e d

, 2 S L B e n g i n e i s t h e

a d d i t i o n o f e x h a u s t e x p a n s i o n c h a m b e r s

. T h e r e s u l t s o f c o m b i n i n g t h e o x i d i z i n g

c o n v e r t e r w i t h e x p a n s i o n c h a m b e r s i n c l u d e a s u b s t a n t i a l r e d u c t i o n f o r a l l o f t h e p e r t i n e n t

e m i s s i o n s

. T h e e f

f e c t s o n t h e e x h a u s t e m i s s i o n s l e v e l s a r e :

• A N O X r e d u c t i o n o f 6 0 % b e c a u s e o f m o r e t r a p p e d a i r i n t h e p o w e r c y l i n d e r s

.

• A C O r e d u c t i o n o f 5 8

– 9 4 % d e p e n d i n g u p o n t h e a g e a n d c o n d i t i o n o f t h e c a t a l y s t

e l e m e n t s

.

• A V O C r e d u c t i o n o f 4 0

– 7 0 %

.

• A H 2 C O r e d u c t i o n o f 5 0

– 9 0 %

.

O t h e r E m i s s i o n s C o n t r o l M e t h o d s

I n a d d i t i o n t o t h e s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o f o x i d i z i n g c o n v e r t e r s t o t h e s e 2 S L B e n g i n e s

,

o t h e r m e t h o d s f

o r t h e r e d u c t i o n o f e m i s s i o n s a r e b e i n g i n v e s t i g a t e d

. A p r e l i m i n a r y

f e a s i b i l i t y s t u d y i n d i c a t e s t h a t t h e u n b u r n e d f u e l c o n s t i t u e n t s i n t h e e x h a u s t c a n a l s o b e

r e d u c e d t h r o u g h i m p r o v i n g t h e p r o c e s s e s o f a i r f u e l m i x i n g a n d c o m b u s t i o n

. I n c l u d e d i n

t h i s p r o j e c t a r e c h a n g e s t o t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r

, g a s i n j e c t i o n v a l v e s

, p r e c h a m b e r

,

a n d t h e i g n i t i o n s y s t e m

. T h e s e c h a n g e s a r e e x p e c t e d t o r e d u c e V O C ’ s a n d H 2 C O

, a n d

s h o u l d a l s o p r o v i d e i m p r o v e d f u e l e c o n o m y

.



### S u m m a r y a n d C o n c l u s i o n s

B a s e d o n t h e a n a l y s e s o f d a t a f r o m t h e L a b a n d t h e f

i e l d t e s t s i t e s

, i t i s c o n c l u d e d t h a t

o x i d i z i n g c o n v e r t e r s c a n b e a p p l i e d e f f e c t i v e l y t o 2 S L B e n g i n e s

. T h e a m o u n t o f

e m i s s i o n s r e d u c t i o n i s a c c e p t a b l e f o r n e a r l y a l l g a s p l a n t s i t e s a n d t h e d u r a t i o n b e t w e e n2 2

c l e a n i n g a n d / o r r e p l a c e m e n t o f c a t a l y s t e l e m e n t s s h o u l d b e a c c e p t a b l e t o n e a r l y a l l

e n g i n e u s e r s

. I t i s e v i d e n t t h a t t h e f

i v e m a i n c h a l l e n g e s a s s o c i a t e d w i t h t h e a p p l i c a t i o n o f c o n v e r t e r s t o

2 S L B e n g i n e s h a v e b e e n s u c c e s s f u l l y r e s o l v e d

. T h e c a t a l y s t f r i e n d l y g a s e n g i n e o i l

f o r m u l a t i o n m e e t s o r e x c e e d s t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s f

o r c u r r e n t a n d f

u t u r e 2 S L B

g a s e n g i n e s

. T h i s o i l p r o v i d e s s a t i s f a c t o r y l u b r i c a t i n g a n d w e a r p r o t e c t i o n p r o p e r t i e s i n

t h e p o w e r c y l i n d e r s a n d i n t h e c r a n k c a s e

.

S u f f i c i e n t d a t a h a v e b e e n c o l l e c t e d d u r i n g t w o y e a r s o f f i e l d t e s t i n g t o s u p p o r t t h e

d e f i n i t i o n o f g u a r a n t e e d C O a n d H 2 C O e m i s s i o n s r e m o v a l e f f i c i e n c i e s o v e r a n e x t e n d e d

t i m e p e r i o d

.



### A c k n o w l e d g e m e n t s

T h e a u t h o r s e x p r e s s t h e i r a p p r e c i a t i o n t o t h e p e r s o n n e l i n v o l v e d w i t h t h e o p e r a t i o n o f t h e

W i l l i a m s F i e l d S e r v i c e s g a s t r a n s m i s s i o n p l a n t w h e r e t h e f i e l d v a l i d a t i o n t e s t i n g w a s

c o n d u c t e d

.

W e a l s o w a n t t o t h a n k T o m H u r l e y

, w h o c o n d u c t e d t h e r e s e a r c h t e s t i n g

, a s s i s t e d w i t h t h e

f i r s t f i e l d t e s t s

, a n d p r o v i d e d d e s i g n i n p u t f o r t h e c o n v e r t e r p r o

j e c t

.

R e f e r e n c e s

1

. C h r i s m a n

, B

. , 1 9 8 3

, “ R e g u l a t i o n s a n d C o n t r o l T e c h n o l o g y f o r S t a t i o n a r y E n g i n e E x h a u s t

E m i s s i o n s

, ” C a s p e r O i l S h o w a n d C o n f e r e n c e

, C a s p e r

, W Y

.

2

. C h r i s m a n

, B

. , B a r t o s

, J

. , 2 0 0 4

, “ D e v e l o p m e n t a n d T e s t i n g o f a C a t a l y t i c C o n v e r t e r f o r t h e

R e d u c t i o n o f C O a n d H 2 C O E m i s s i o n s f r o m a T w o

- S t r o k e L e a n B u r n G a s E n g i n e

, ” G a s

M a c h i n e r y C o n f

e r e n c e

, A l b u q u e r q u e

, N M

.

3

. D e f o o r t

, D

. , O l s e n

, D

. , a n d W i l l s o n

, B

, 2 0 0 2

, “ P e r f o r m a n c e E v a l u a t i o n o f O x i d a t i o n C a t a l y s t s f o r

N a t u r a l G a s R e c i p r o c a t i n g E n g i n e s

, ” G a s M a c h i n e r y C o n f e r e n c e

, N a s h v i l l e

, T N

.

4

. E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y

, “ N a t i o n a l E m i s s i o n S t a n d a r d s f o r H a z a r d o u s A i r P o l l u t a n t s f o r

S t a t i o n a r y R e c i p r o c a t i n g I n t e r n a l C o m b u s t i o n E n g i n e s ”

, J u n e

, 2 0 0 4 ; 4 0 C F R P a r t 6 3 [ O A R

–

2 0 0 2

- 0 0 5 9 ; F R L

- 7 6 3 0

- 8 ; R I N 2 0 6 0

- A G

- 6 3 ]

.

5

. E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y

, “ F a c t S h e e t

– F i n a l R u l e t o R e d u c e H a z a r d o u s A i r E m i s s i o n s

f r o m R e c i p r o c a t i n g I n t e r n a l C o m b u s t i o n E n g i n e s ”

, M a r c h

, 9 t h

, 2 0 0 4

.

6

. H e y w o o d

, J

. B

. , 1 9 8 8

, I n t e r n a l C o m b u s t i o n E n g i n e F u n d a m e n t a l s

, M c G r a w

- H i l l

, N e w Y o r k

, N Y

.

7

. W i l l s o n

, B

. , O l s e n

, D

. , 1 9 9 8

, “ F o r m a l d e h y d e F o r m a t i o n M e c h a n i s m s i n L a r g e

- B o r e N a t u r a l G a s

E n g i n e s

, ” G a s M a c h i n e r y C o n f e r e n c e

, D e n v e r

, C O

.