HW柴油機后處理技術(shù)概述

1、當下常用柴油機后處理技術(shù)：1SCR（Selective Catalytic Reduction選擇性催化還原技術(shù)）1.1NH 3 - SCR1.1.1反應(yīng)原理使用尿素水溶液作為氨氣來源，這種溶液尿素質(zhì)量分數(shù)為32.5% ，符合 DIN V70070國際標準， 市場上也稱之為“ AdBlue ”溶液。當尿素水溶液被噴射到排氣管中后，與高溫的廢氣混合，尿素水溶液經(jīng)過氣化、熱解和水解等一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳，簡單可以分為兩步。第一步 : 熱解反應(yīng)CO(NH 2 )2 加熱 NH 3 + HNCO第二步 :水解反應(yīng)HNCO+H2O 催化劑 NH 3 +CO 2尿素分解釋放出的氨氣與廢氣

2、中的NO x 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具體反應(yīng)方程式如下4NH 3+4NO+O 2 4N 2+6H 2 O4NH 3+2NO+2NO2 4N 2 +6H 2O8NH3+6NO 27N2+12H 2 O1.1.2控制方法尿素 SCR 系統(tǒng)主要由后處理控制單元( DCU) 、尿素泵 ( SM) 、噴嘴 ( DM) 、尿素罐、 SCR 催化器及相應(yīng)液力管路和電氣線束構(gòu)成，如下圖所示。DCU 為主控制單元，處理傳感器信號、計算尿素噴射量并對各種執(zhí)行器進行控制。SCR 系統(tǒng)開始工作時， DCU 首先確認系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，然后發(fā)出指令使尿素泵開始加壓，壓力使尿素水溶液開始流動?？刂茊卧ㄟ^CAN 總線與發(fā)動機的

3、ECU 進行通訊，獲得發(fā)動機的運行參數(shù)，再加上催化器上游溫度信號，計算出尿素噴射量，驅(qū)動噴嘴將適量的尿素水溶液噴射到排氣管內(nèi)，按反應(yīng)機理還原尾氣中的NO x，多余的尿素被送回到尿素罐內(nèi)。1.1.3存在的問題1.1.3.1低溫工況下NOx 轉(zhuǎn)化率低尿素在廢氣溫度為160 左右時， 開始發(fā)生熱解反應(yīng)產(chǎn)生異氰酸(HNCO)和一部分氨氣。 由于尿素?zé)峤庑枰沾罅康臒崃?，當排氣溫度較低時熱解速度較慢。有關(guān)研究表明， 溫度為330 時僅有 20% 左右的尿素可以發(fā)生熱解，而 400 時有 50% 的尿素發(fā)生熱解，剩下的尿素只能到達催化劑表面后完成熱解。當外界環(huán)境溫度較低或發(fā)動機時，發(fā)動機廢氣溫度很可能達

4、不到要求，不能產(chǎn)生足夠的氨氣，反應(yīng)效率低下，后處理系統(tǒng)不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。對此的對策是開發(fā)低溫催化劑，改善尿素溶液噴射裝置使噴射出的液滴更小，安裝水解催化劑促進尿素低溫水解等等。1.1.3.2尿素結(jié)晶由于排氣管的材料一般為不銹鋼，廢氣與排氣管內(nèi)壁之間存在一定的溫度差，如果尿素溶液在較低的溫度下噴射到排氣管中，勢必有部分霧化后的尿素小顆粒會附著在管壁上形成液膜，進而會產(chǎn)生晶體。其原因是在溫度范圍為132180 的低溫條件下，尿素除了正常分解外，還會發(fā)生另外的一系列副反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物，如三聚氰酸C3N3(OH)3、縮二脲NH(CONH2)2和三聚氰胺C3N3(NH2)3等。如果發(fā)動機排氣管壁溫度長時

5、間維持在較低的水平，壁面上就有可能堆積上述難溶物質(zhì)，堆積量較大時會導(dǎo)致發(fā)動機排氣背壓升高，動力性和經(jīng)濟性下降。對此的對策是安裝排氣管保溫裝置減少熱量散失，改良尿素溶液噴射裝置和混合器的安裝位置，降低尿素液滴碰壁概率。1.2HC-SCR大量的研究表明，乙醇作為還原劑時，氧氣的存在會提高NOx 的轉(zhuǎn)化率，同時水蒸汽的存在也會促進低溫時的反應(yīng)速率。清華大學(xué)汽車系在一臺2.8 L 排放達到歐IV 水平的直噴式柴油機上應(yīng)用乙醇還原NOx進行試驗，研究表明，在空速3 000轉(zhuǎn)，發(fā)動機排氣溫度為350450 時， NOx的轉(zhuǎn)化效率可以達到 90%以上。但存在的問題是CO 的生成量會急劇增加。通過SCR 催化

6、器和氧化催化器的配合使用，可以使發(fā)動機達到歐 IV 排放標準。目前對乙醇在釩基催化劑上選擇性催化還原NOx 的機理還不是很明確，同時對還原劑供給策略的研究也剛剛開始。這都是近期 HC- SCR的研究方向，同時如何降低CO 的生成量也是今后研究的重點。2NSC （ NO x Storage Catalyst氮氧化物存儲催化還原技術(shù)）2.1 反應(yīng)原理NSC 系統(tǒng)主要由載體、催化劑和吸附材料構(gòu)成，和用于汽油機上的三元催化器類似。NO x 存儲催化劑是由貴金屬 (Pt) 、堿金屬 (Ba)和稀土金屬 (Rh)組成，吸附材料為堿土金屬氧化物( BaO) ，載體為氧化鋁（ Al 2O 3）。NSC 在正常

7、情況下工作效率高達90% 以上，不需要額外的還原劑及其存儲裝置。NSC 降低NO x 分為吸附和再生兩大步。吸附過程反應(yīng)式如下2NO+O2 Pt 催化 2NO 22BaO+4NO 2+O 22Ba(NO3)2再生過程反應(yīng)式如下2Ba(NO3 )2 加熱 2BaO+4NO2+O 22Ba(NO 3 )2 加熱 2BaO+4NO+3O22NO+2CO 催化劑 N 2+2CO 22.2 控制方法NSC 控制單元主要是判斷何時吸附達到飽和狀態(tài)和何時開始進行還原再生。判斷吸附是否飽和有兩種方法：一種是依靠內(nèi)置的軟件邏輯模塊根據(jù)當前NSC 系統(tǒng)的狀態(tài)計算出 NO x 存儲量和剩余存儲空間；另一種是依靠安裝

8、在 NSC 下游的 NO x傳感器實時監(jiān)測廢氣中的氮氧化物含量，來判斷系統(tǒng)當前的狀態(tài)。同樣，判斷再生是否結(jié)束也有兩種方法：一種是依靠軟件模塊計算出當前NSC中存儲的NOx 含量來判斷再生是否結(jié)束；另一種是在下游安裝氧傳感器來監(jiān)測尾氣中O 2 的含量，該信號會傳遞給電控單元，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機工況產(chǎn)生富燃條件以達到再生的效果。2.3 影響因素2.3.1 溫度吸附階段，溫度過低會影響催化劑Pt 的活性，使得 NO 被氧化為 NO 2 的反應(yīng)效率降低；溫度過高會導(dǎo)致生成的 Ba(NO3 )2 過早熱解。 再生階段， 溫度過低會降低NO x 的轉(zhuǎn)化效率改變轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，有關(guān)研究表明，隨著還原溫度的降低，NH3

9、和 N2O 等副產(chǎn)物的排放將會增加。對于整個裝置而言，溫度過高會使催化器發(fā)生熱力老化。2.3.2硫的影響由于使用BaO作為吸附材料，NSC容易受到燃油中的硫燃燒產(chǎn)物SO2的影響，二者會反應(yīng)生成BaSO 4 ，該物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，難溶難分解，這使其易在催化劑表面留存堆積，最終是催化劑無法發(fā)揮作用，嚴重影響了吸附NOx的效率。因此，想發(fā)揮NSC的效果，必須使用含硫量足夠低的燃油。3DOC （ Diesel Oxidation Catalyst）DOC 技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用于在柴油機尾氣后處理，其主要功能為將廢氣中的HC機物（ SOF）氧化，從而降低有害氣體與顆粒物排放。DOC還能將氮氧化物中的和 CO 、顆粒物中的可溶性有NO氧化為NO2 ，還能作為氧化燃燒器來提高廢氣的溫度等。根據(jù)相關(guān)研究顯示，NO 占柴油機尾氣中的 17 倍，且對反應(yīng)溫度要求更低。因此，將NO