汽車排放及控制技術第7章_柴油機后處理凈化

1、提問61 1、什么是機外凈化技術、什么是機外凈化技術？2 2、過量空氣系數是多少時，、過量空氣系數是多少時，三效三效催化器對汽車尾氣催化器對汽車尾氣有害氣體的轉化效果最好有害氣體的轉化效果最好？ 3 3、催化器由哪些部分組成？各部分的作用是什么？催化器由哪些部分組成？各部分的作用是什么？4 4、三效催化劑的由哪些貴金屬組成？各自的作用是、三效催化劑的由哪些貴金屬組成？各自的作用是什么？什么？5 5、試簡單闡述催化劑的反應機理。、試簡單闡述催化劑的反應機理。6 6、簡述三效催化劑的劣化機理。、簡述三效催化劑的劣化機理。7 7、簡述三效催化轉化器的主要性能指標及影響因素。簡述三效催化轉化器的主要性

2、能指標及影響因素。8 8、簡述稀薄燃燒尾氣處理方法與普通發(fā)動機尾氣處、簡述稀薄燃燒尾氣處理方法與普通發(fā)動機尾氣處理方法有什么區(qū)別。理方法有什么區(qū)別。9 9、簡述吸附還原催化技術反應原理。、簡述吸附還原催化技術反應原理。 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY汽車排放與污染控制汽車排放與污染控制主講:穆桂脂山東農業(yè)大學山東農業(yè)大學 機械與電子工程學院機械與電子工程學院7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 微粒捕集技術微粒捕集技術7.3 7.3 氮氧化物后處理凈化技術氮氧化物后

3、處理凈化技術7.4 7.4 氧化催化技術氧化催化技術7.5 7.5 柴油機后處理復合凈化技術柴油機后處理復合凈化技術第7章 車用柴油機后處理凈化第第7 7章章 柴油機后處理凈化技術柴油機后處理凈化技術 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY主要內容主要內容分析柴油機微粒捕集器的過分析柴油機微粒捕集器的過濾機理，介紹了常用過濾材濾機理，介紹了常用過濾材料及其再生技術。還討論料及其再生技術。還討論NONOX X的選擇性催化還原、選的選擇性催化還原、選擇性非催化還原、吸附催化擇性非

4、催化還原、吸附催化還原以及等離子輔助催化還還原以及等離子輔助催化還原等原等NONOX X的后處理凈化技術的后處理凈化技術并介紹柴油機后處理復合凈并介紹柴油機后處理復合凈化技術?；夹g。 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY概述概述第七章 車用柴油機后處理凈化隨著排放法規(guī)的進一步嚴格，僅僅靠機內凈化技術是不夠的，必須同

5、時采取機外凈化技術。必須同時采取機外凈化的理由：1.潤滑油的消耗只能減少到一定的程度，任何一種發(fā)動機不可能不消耗潤滑油。2.機內凈化主要以油氣充分混合為目的，如高壓噴射技術對大微粒的減少是以增加細小微粒數量為代價，而細小微粒對人體和環(huán)境的危害更大。3.降低微粒與降低NOx之間存在一定的矛盾。柴油轎車排放限值演變過程歐歐V排放標準的要求排放標準的要求 柴油機排氣后處理技術路線柴油機排氣后處理技術路線 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY7.2 微粒捕集技術微粒捕集器微粒捕集器

6、 通過對多種捕集柴油機排氣微粒途徑的研究比較，普遍認為可行性較大的方案是采用過濾材料對排氣進采用過濾材料對排氣進行過濾捕集，即微粒捕集器法行過濾捕集，即微粒捕集器法。柴油機微粒捕集器（DPF，diesel particulate filter）被公認為是柴油機微粒排放后處理的主要方式。微粒捕集器的關鍵技術是過濾材料的過濾材料的選擇與過濾體的再生，其中又以后選擇與過濾體的再生，其中又以后者尤為重要。者尤為重要。 本節(jié)主要介紹微粒捕集器的過濾機理、過濾體材料及其結構、過濾體再生等三個方面的問題。柴油機微粒捕集器 過濾機理過濾機理第七章 車用柴油機后處理凈化通過對多種柴油機排氣微粒捕集途徑的研究比較

7、，宜采用多孔介質或纖維過濾材料對排氣進行過濾，目前應用最多的是壁流式蜂窩陶瓷。一個好的過濾體應該是過濾效率高且壓力損失低。 微粒捕集示意圖 微粒捕集過程按過濾體結構特征不同分為微粒捕集過程按過濾體結構特征不同分為： 表面過濾型：表面過濾型：用較密實的表面過濾微粒。單位體積表面積大，材料壁薄，過濾效率高，流動阻力小，但過濾體形狀復雜，在高溫度下易損壞。 體積過濾型：體積過濾型：用比較疏松的過濾體容納微粒。難以兼顧高效率和低阻力，但結構均勻，不易產生很大的熱應力。 捕集器過濾材料有陶瓷基、金屬基和復合基三大類。 采用不同過濾材料的微粒捕集器結構可能不同，但過濾機理基本一致。過濾機理的分類過濾機理的

8、分類第七章 車用柴油機后處理凈化擴散機理 在排氣氣流中，微粒由于受到氣體分子熱運動的碰撞而作布朗運動，使微粒的運動軌跡與流體的流線不一致。初始排氣中的微粒濃度分布是均勻的，布朗運動不會引起微粒的宏觀輸運，即微粒濃度分布的均勻性不會發(fā)生改變。但是，當流場中出現捕集物后，捕集物對微粒的運動起到了匯集的作用，從而造成排氣中微粒分布的濃度梯度，引起微粒的擴散輸運，使微粒脫離原來的運動軌跡向捕集物運動而被捕集。 第七章 車用柴油機后處理凈化微粒沉積的三種機理1-擴散機理微粒；2-攔截機理微粒；3-慣性碰撞機理微粒 擴散機理擴散機理 微粒的尺寸越小，排氣溫度越高，則布朗運動越劇烈，擴散沉積作用越明顯。其擴

9、散捕集僅僅發(fā)生在微孔內距入口很近的范圍內，減小平均微孔徑可以提高微粒的擴散沉積效率，但是這會導致過濾體壓力損失的上升。由于排氣流速決定了微粒在過濾體內的滯留時間，排氣流速越小，擴散捕集效率越高。第七章 車用柴油機后處理凈化不同直徑微粒的擴散捕集效率當微粒直徑小于1m時，需要考慮微粒的擴散作用，當微粒的直徑小于0.1m時，擴散作用已經十分顯著。 攔截機理攔截機理第七章 車用柴油機后處理凈化當微粒接近過濾表面，一旦微粒與過濾表面的距離小于或等于其半徑，即微粒直徑大于或等于過濾微孔直徑時，微粒就被攔截捕集，過濾體起了篩子的作用，這就是攔截機理。攔截機理慣性碰撞機理與綜合過濾機理慣性碰撞機理與綜合過濾

10、機理慣性碰撞機理一般把微慣性碰撞機理一般把微粒理想化為只有質量而粒理想化為只有質量而沒有體積的質點。當氣沒有體積的質點。當氣流轉折時，微粒仍有足流轉折時，微粒仍有足夠的動量按原運動方向夠的動量按原運動方向繼續(xù)對著捕集物前進而繼續(xù)對著捕集物前進而偏離流線，使一些微粒偏離流線，使一些微粒碰撞到捕集物而被捕集碰撞到捕集物而被捕集分離。由于柴油機微粒分離。由于柴油機微粒質量太小，其擴散作用質量太小，其擴散作用要強于慣性作用，所以要強于慣性作用，所以過濾體對柴油機微粒的過濾體對柴油機微粒的慣性捕集效率較擴散捕慣性捕集效率較擴散捕集效率低。集效率低。綜合過濾機理認為在微粒的過綜合過濾機理認為在微粒的過濾過

11、程中，擴散、攔截和慣性濾過程中，擴散、攔截和慣性碰撞通常是組合在一起同時起碰撞通常是組合在一起同時起作用的，但這三種機理并不是作用的，但這三種機理并不是完全獨立的。事實上，如果擴完全獨立的。事實上，如果擴散、攔截和慣性碰撞三種機理散、攔截和慣性碰撞三種機理同時作用，理論上存在透過性同時作用，理論上存在透過性最大的微粒直徑，若微粒小于最大的微粒直徑，若微粒小于這個直徑，擴散作用占主導，這個直徑，擴散作用占主導，總的捕集效率隨直徑的減小而總的捕集效率隨直徑的減小而增加；若微粒大于這個直徑，增加；若微粒大于這個直徑，攔截和慣性碰撞作用占主導，攔截和慣性碰撞作用占主導，總的捕集效率隨直徑的增大而總的捕

12、集效率隨直徑的增大而增加。增加。過濾體材料及其結構過濾體材料及其結構第七章 車用柴油機后處理凈化壁流式蜂窩陶瓷 陶瓷基過濾材料陶瓷基過濾材料 陶瓷基過濾材料通常由氧化物或碳化物組成，陶瓷基過濾材料通常由氧化物或碳化物組成，具有多孔結構，在具有多孔結構，在700700以上能保持熱穩(wěn)定，比表以上能保持熱穩(wěn)定，比表面積大于面積大于1m1m2 2/g /g ，主要結構包括，主要結構包括蜂窩陶瓷、泡沫蜂窩陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纖維氈。陶瓷及陶瓷纖維氈。 第七章 車用柴油機后處理凈化壁流式蜂窩陶瓷整體與多空陶瓷微觀結構 進氣道 排氣道 過濾壁面 陶瓷堵封壁流式蜂窩陶瓷壁流式蜂窩陶瓷壁流式蜂窩陶瓷 壁流式蜂窩

13、陶瓷具有多孔結構，相鄰兩個通道中，一個通道入口被堵住，另一個通道出口被堵住。這種結構迫使排氣從入口敞開的通道進入，穿過多孔的陶瓷壁面進入相鄰的出口敞開通道，而微粒就被過濾在進氣道的壁面上，這種微粒捕集器對微粒的過濾效率可達90%以上。 產生的壓力損失主要包括：陶瓷壁面產生的壓力損失、碳煙微粒層產生的壓力損失、進排氣道內部流動摩擦引起的沿程損失和、進氣道入口處流動面積突然變小產生的局部損失和排氣道出口處由于流動面積突然變大產生的局部損失。泡沫陶瓷過濾材料泡沫陶瓷過濾材料泡沫陶瓷泡沫陶瓷的顯微結構 泡沫陶瓷與蜂窩陶瓷相比，可塑性大大增強，孔隙率大（80%90%）且孔洞曲折。這種結構可改善反應物的混

14、合程度，有利于表面反應；它的熱膨脹系數各向同性，具有更好的熱穩(wěn)定性，因此近些年被用作柴油機排氣微粒的過濾材料，但需解決捕集效率較低及煙灰吹除難等問題。其工作原理主要是深床過濾，部分顆粒物滲入多孔結構中，有利于顆粒物與催化劑的接觸。氧化鋯增強的氧化鋁(ZTA)是一種廣泛研究的泡沫陶瓷材料，相對于堇青石等其它陶瓷材料，ZTA基本上不與催化劑發(fā)生反應，因而更可取。陶瓷纖維過濾材料陶瓷纖維過濾材料陶瓷纖維氈過濾體結構 第七章 車用柴油機后處理凈化 陶瓷纖維材料不受固定尺寸的限制，給過濾體的孔形狀和孔分布提供了廣泛的選擇余地，通過改變各種設計參數可使應用效果最佳。陶瓷纖維氈具有高度表面積化的特點，過濾體

15、內纖維表面全是有效過濾面積，過濾效率可高達95%，美國3M公司生產的微粒捕集器采用該材料，它能承受再生時的較高溫度。但陶瓷纖維是一種脆性的耐高溫材料，生產工藝較復雜且易損壞 。陶瓷纖維材料金屬基過濾材料金屬基過濾材料第七章 車用柴油機后處理凈化金屬在材料的強度、韌性、導熱性等方面有陶瓷無法比擬的優(yōu)勢。鐵鉻鋁（Fe-Cr-Al）是一種耐熱耐蝕高性能合金，具有熱容小、升溫快的特點，有利于排氣微粒快速起燃，且抗機械振動和高溫沖擊性能好，近年來受到廣泛重視。 但構成金屬蜂窩體的箔片表面平滑，不是多孔材料，過濾效率較低，在柴油機微粒捕集器方面應用較少。目前研究較多的結構形式主要是泡沫合金、金屬絲網及金屬

16、纖維氈。RYPOS TPAP金屬纖維氈過濾體結構復合基過濾材料復合基過濾材料第七章 車用柴油機后處理凈化由于陶瓷基過濾材料與金屬基過濾材料都有不可避免的缺陷，目前正在研究復合基增強型過濾材料，且主要集中在纖維氈結構上。如NHK Spring公司發(fā)明的新型過濾材料，其過濾體單元由疊層金屬纖維氈和氧化鋁纖維氈組成。其過濾效率可達80%-90%,同時還能起到消聲的作用。再生技術再生技術第七章 車用柴油機后處理凈化 微粒捕集器是一種物理性的降低排氣微粒的方法，在過濾過程中，微粒會積存在過濾器內，導致柴油機排氣背壓增加。當排氣背壓達到20KPa時，柴油機工作開始明顯惡化，導致動力性、經濟性等性能降低，必

17、須及時除去沉積的微粒，才能使微粒捕集器繼續(xù)正常工作。微粒捕集器 再生技術 除去微粒捕集器內沉積的微粒的過程稱為再生，這是微粒捕集器能否在柴油機上正常使用的關鍵技術。實用化再生技術應滿足以下條件：在微粒捕集器再生過程的研究中，經常要涉及過濾體中已經沉積的微粒質量或過濾體負載量以及再生效果兩個概念。（1）能在各種工況下正常工作，具有較高的捕集效率；（2）產生的排氣背壓低，對柴油機動力性和經濟性等性能的影響?。唬?）不應對環(huán)境產生二次污染；（4）具有良好的可靠性和耐久性；（5）有較強的再生能力和較高的再生效率，再生控制操作方便；（6）性價比高。過濾體負載量過濾體負載量第七章 車用柴油機后處理凈化pp

18、1 1 沉積或負載微粒后的排氣背壓；沉積或負載微粒后的排氣背壓； ppe e 潔凈的捕集器在同一工況下的排氣背壓。潔凈的捕集器在同一工況下的排氣背壓。 1/eMpp 過濾體負載量用無量綱的負載參數過濾體負載量用無量綱的負載參數M M表征表征 再生效率再生效率 再生效果用無量綱的再生效率再生效果用無量綱的再生效率r r表征表征： 11()/()rrepppp 第七章 車用柴油機后處理凈化ppr r捕集器再生后的排氣背壓。捕集器再生后的排氣背壓。 一般微粒捕集器允許最大負載參數一般微粒捕集器允許最大負載參數Mmax35，要求再生效率要求再生效率r 70%80%。 再生系統再生系統第七章 車用柴油機

19、后處理凈化根據原理和再生能量來源的不同根據原理和再生能量來源的不同主動再生系統是通主動再生系統是通過外加能量將氣流過外加能量將氣流溫度提高到微粒的溫度提高到微粒的起燃溫度使捕集的起燃溫度使捕集的微粒燃燒，達到再微粒燃燒，達到再生過濾的目的。生過濾的目的。被動再生系統利用柴油機排氣自身的能量使微粒燃燒，達到在生微粒捕集的效果。主動主動再生再生系統系統噴油噴油助燃助燃再生再生系統系統電加電加熱再熱再生系生系統統微波微波加熱加熱再生再生系統系統紅外紅外加熱加熱再生再生系統系統反吹反吹再生再生系統系統主動再生系統主動再生系統 噴油助燃再生是國內外研究和應用較多的一種主動再生方法，按照其實現方式的不同基

20、本上可以分為以下三種：燃燒器噴油助燃再生、DOC 上游排氣管內二次燃油噴射 SFI(Secondary Fuel Injection)再生、缸內燃油后噴 PI(Post Injection)再生。噴油助燃再生系統噴油助燃再生系統燃燒器噴油助燃再生燃燒器噴油助燃再生第七章 車用柴油機后處理凈化用丙烷或柴油作為燃料、用電點火的燃燒器來引發(fā)微粒捕集器的再生。已沉積在過濾體中的微粒的燃燒必須進行得盡可能迅速和完全，但不能使陶瓷過濾體過熱而碎裂或熔融。這就要求在燃料流量、助燃氣流流量和氧濃度、燃燒器工作時間與已沉積的微粒質量之間進行優(yōu)化匹配。 燃燒器噴出的火焰溫度應盡可能均勻，平均溫度至少在700800

21、，以便可靠點燃微粒。再生周期取決于微粒沉積速度。 帶再生燃燒器的微粒捕集器帶再生燃燒器的微粒捕集器帶再生燃燒器的微粒捕集帶再生燃燒器的微粒捕集器串連在排氣管中，結構器串連在排氣管中，結構簡單，如圖簡單，如圖 (a)(a)所示。所示。如在過濾體前設置一旁如在過濾體前設置一旁通排氣管，如圖通排氣管，如圖 (b)(b)所所示。示。 在柴油機排氣系統中安在柴油機排氣系統中安裝兩套微粒捕集器，如裝兩套微粒捕集器，如圖圖(c)(c)所示所示。DPF在排氣系統中的布置DOC 上游排氣管內二次燃油噴射 該再生系統在 DOC 上游噴入一定量的燃油，利用燃油在 DOC 內的氧化放熱提高排氣溫度實現 DPF 主動再

22、生。缸內燃油后噴再生 缸內燃油后噴 PI 再生，該再生系統不需要采用任何額外的噴油設備，利用發(fā)動機原有的高壓共軌燃油噴射系統，實現對燃油噴射的柔性控制。日本日野汽車的 DPR(Diesel Particulate Active Reductions System)系統已成功的實現了缸內燃油后噴再生，并已投入生產。如圖 所示，該系統主要包括電控單元 ECU、共軌燃油噴射系統、DOC 以及 CDPF。電加熱再生系統電加熱再生系統第七章 車用柴油機后處理凈化電加熱再生系統的功率一般在36kW之間，結構簡單，使用方便、安全可靠，但再生時熱量利用率和再生速率低，消耗能量較多。 蜂窩陶瓷再生加熱電阻絲結構

23、1-回形電阻絲；2-螺旋形電阻絲在微粒捕集器工作一段時間后，采用電熱絲或其它電加熱方法，周期性的對微粒捕集器加熱使微粒燃燒。微波加熱再生系統微波加熱再生系統第七章 車用柴油機后處理凈化 利用微波獨具的選擇加熱及體積加熱特性來再生微粒捕集器。微粒可以以60%70%的能量效率吸收頻率為210GHz的微波，由于陶瓷的損耗系數很低，所以微波并不會加熱陶瓷過濾體。再生過程中過濾體內部溫度梯度小，再生過程易于控制。微波再生效率高，沒有二次污染。 紅外加熱再生系統紅外加熱再生系統第七章 車用柴油機后處理凈化在柴油機微粒捕集器的再生過程中，加熱器的輻射能量主要集中在紅外波段。在紅外再生過程中，首先由加熱器加熱

24、具有較強輻射能力的紅外涂層，再由紅外涂層通過輻射方式加熱過濾器中捕捉到的微粒物。反吹再生系統反吹再生系統 反吹再生過程的最大特點是能將過濾體與微粒燃燒分開，因此該系統不存在過濾體由于與微粒燃燒而產生破裂和燒熔等問題，也解決了不燃物質在過濾器內累積的問題。 當過濾體需要再生時，高壓氣流從需要再生的微粒捕集器的排氣出口端高速噴入，逆向流動的氣流將微粒從過濾體表面清除并落入微粒漏斗。收集在漏斗里的微粒由漏斗內的電加熱器燃燒。被動再生系統被動再生系統大負荷再生大負荷再生第七章 車用柴油機后處理凈化 柴油機的排氣溫度是隨其工況變化而變化的。在高速大負荷運行時，排氣溫度可以達到500以上，在此溫度下，沉積

25、在過濾器內的微?？梢宰孕腥紵?，從而達到過濾器再生的目的。 然而車用柴油機在實際運行中很少在這樣的工況下工作，尤其是在城市運行的汽車，基本上以低速運行，柴油機的平均排氣溫度更低。因此，大負荷再生技術對某些應用場合，尤其是車用是不合適的。排氣節(jié)流再生排氣節(jié)流再生節(jié)流再生是出現較早的技術，也叫強制再生，它實際上是通過某種節(jié)流方法控制柴油機的進氣量，即進氣節(jié)流或排氣節(jié)流，以提高排氣溫度，使過濾體中的微粒著火燃燒。節(jié)流技術拓寬了過濾體利用排氣進行再生的工況范圍，再生時機也可進行控制。 催化再生催化再生 在過濾體的表面浸漬催化劑，催化器與捕集器是在過濾體的表面浸漬催化劑，催化器與捕集器是同一整體。使用過程

26、中鉑作為催化劑，當排氣溫度達同一整體。使用過程中鉑作為催化劑，當排氣溫度達到到400左右微粒開始氧化。左右微粒開始氧化。催化再生器催化再生催化再生第七章 車用柴油機后處理凈化22NOONONOCNOCO反應方程式反應方程式燃油添加劑再生燃油添加劑再生 第七章 車用柴油機后處理凈化在燃油中加入金屬催化劑（如金屬鈰Ce)，添加劑與燃油一起在氣缸內參與燃燒，燃燒后生成的金屬氧化物對微粒起催化作用，降低微粒起燃溫度，從而在較低的排氣溫度下不需外部能源，過濾體能自行再生。 復合再生系統 圖為采用進氣節(jié)流和燃油添加劑的再生系統。如圖所示，這一系統首先利用 FBC 使 PM 的起燃溫度由 600降至 300

27、，從而滿足大部分運行工況下的再生需要。但當車輛在較低負荷下運行或者按城市驅動循環(huán)工作時排氣溫度僅為 150200，此時可配合采用進氣節(jié)流，降低過量空氣系數，提高排氣溫度以實現再生。其他微粒捕集技術 1.等離子凈化技術 柴油機排氣中的有害成分經過等離子反應器，發(fā)生復雜的化學反應，其中NO很容易被氧化成NO2，NO2的強氧化性能在柴油機正常排氣溫度下將微粒氧化。此外，通過添加劑或催化劑等方式可提高微粒凈化的效率，降低能耗。 2.靜電分離技術 利用靜電力吸附排氣中的懸浮微粒，從而達到捕集微粒的目的。該技術具有捕集率高，阻力小，捕集粒徑范圍寬，能耗低以及能在高溫高壓下連續(xù)工作等優(yōu)點，在工業(yè)除塵中應用較

28、廣，技術成熟。 在排氣通道中建立高壓強電場，排氣流過電場時，帶電粒子分別被異性電極吸附，達到微粒凈化的目的。其他微粒捕集技術 3.溶液清洗技術 讓排氣通過水或油來清洗微粒。這種方法簡單，適合固定的排氣設備。 4. 離心分離技術將排氣引入旋風分離器中，利用微粒離心力，將微粒從氣流中分離出來。由于柴油機微粒很小，直徑大多在1 以下，離心分離技術只能分離微粒的5%10%，效果較差，但這種方法可與其他方法一起使用。 5.袋式過濾技術 是一種利用纖維作為過濾介質，在排氣中的微粒過濾凈化設備。濾布做成袋型，其結構簡單、工作可靠、成本低、過濾效率高，對半徑大于0.1 的微粒，過濾效率達90%以上。mm ME

29、CHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY7.3 氮氧化物后處理凈化技術NOx NOx 機外凈化技術機外凈化技術第七章 車用柴油機后處理凈化NOxNOx的機外凈化技術主要是催化轉化技術，主要包的機外凈化技術主要是催化轉化技術，主要包括：括：NOx凈化器NONOX X選擇性催化還原選擇性催化還原 第七章 車用柴油機后處理凈化 選擇性催化還原也叫SCR（Selective Catalytic Reduction）方法，SCR轉化器的催化作用具有很強的選擇性：NOX的還原反應被加速，還原劑

30、的氧化反應則受到抑制。還原劑可用各種氨類物質或各種HC。這種系統的工作溫度范圍為250500。 NONOX X選擇性催化還原選擇性催化還原SCRSCR系統系統第七章 車用柴油機后處理凈化2222445242NOHCONCOH O以氨水作為還原劑的SCR系統，可以降低柴油機NOX排放95%以上，但柴油機需要一套復雜的控制還原劑噴射量的系統。以尿素作為還原劑的SCR系統，已在發(fā)電廠和固定式柴油機上得到應用。對于轎車柴油機來說，從使用的方便性出發(fā)，希望可用燃油中的HC作為還原劑，有如下反應式： 22232()2NHCOH ONHCOOHNNONONH2223322快速SCR反應：OHNONONH22

31、236444標準SCR反應：NONOX X選擇性催化還原選擇性催化還原第七章 車用柴油機后處理凈化 與其它催化方法一樣，使用SCR降低NOX要求柴油 含 硫 量 越 低 越 好 。 因 為 硫 會 通 過SSO2SO3NH4HSO4或者(NH4)2SO4的途徑生成硫酸銨或硫酸氫銨，它們沉積在催化劑表面上會使其失活。 NOX選擇性催化還原器 SCRNONOX X吸附催化還原吸附催化還原第七章 車用柴油機后處理凈化吸附催化還原是基于發(fā)動機周期性稀燃和富燃工作的一種NOX凈化技術，吸附器是一個臨時存儲NOX的裝置，具有NOX吸附能力的物質有貴金屬和堿金屬（或堿土金屬）的混合物。當發(fā)動機正常運轉時處于

32、稀燃階段，排氣處于富氧狀態(tài)，NOX被吸附劑以硝酸鹽（ MNO3，M表示堿金屬）的形式存儲起來： 22230.5NOONONOMOMNO再生方法再生方法第七章 車用柴油機后處理凈化當吸附達到飽和時，也需要再生吸附器使其能夠繼續(xù)正常工作，吸附器的再生可通過柴油機周期性的稀燃和富燃工況進行，也可通過人為調整發(fā)動機的工作狀況，使其產生富燃條件，使硝酸鹽分解釋放出NOX，NOX再與HC和CO在貴金屬催化器下被還原為N2。 222(20.5 )(0.25 )0.5chch NOC Hch NhH OcCO220.5NOCONCO富氧狀況下富氧狀況下NONOX X吸附催化原理吸附催化原理 第七章 車用柴油機

33、后處理凈化富氧狀況下NOX吸附催化原理 以含堿金屬鋇（Ba）作為吸附劑為例，在富氧狀況下，Pt催化劑使NO氧化成NO2，NO2進一步與吸附劑中的鋇生成硝酸鋇而被捕集。富燃狀況下富燃狀況下NONOX X吸附催化原理吸附催化原理 第七章 車用柴油機后處理凈化 在富燃狀況下，硝酸鋇又分解并釋放出NOX，NOX再與HC和CO反應被還原成N2。在貧燃或富燃交替變換的環(huán)境下，堿金屬鋇分別以硝酸鋇、氧化鋇或碳酸鋇的形態(tài)存在，起著吸附及釋放NOX的作用。富燃狀況下NOx吸附催化原理 NONOX X的選擇性非催化還原的選擇性非催化還原選擇性非催化還原也稱為選擇性非催化還原也稱為SNCR（Selective No

34、n Catalytic Reduction），它的原理是在高溫排氣中），它的原理是在高溫排氣中加入加入NH3作為還原劑，與作為還原劑，與NOX反應后生成反應后生成N2和和H2O，其總量反應式為：其總量反應式為： 第七章 車用柴油機后處理凈化SNCR方法的優(yōu)點是可以省去價格昂貴的催化劑。選擇壓縮上止點后60A左右的時刻向柴油機缸內噴射氨水，可以明顯降低NOx的效果。 322232224446223NONHONH ONONHNONH O等離子輔助催化還原等離子輔助催化還原 第七章 車用柴油機后處理凈化 等離子技術是指由電子、離子、自由基和中性粒子等組成的導電性流體，整體保持電中性。離子、激發(fā)態(tài)分子

35、、原子和自由基等都是化學活性極強的物種，首先利用這些活性物種把NO和HC氧化為NO2和部分氧化的高選擇性含氧CH類還原劑，然后再在催化劑作用下促使新產生的高選擇性活性物種還原NO2，生成無害的N2。等離子輔助催化還原NOX二級系統 等離子輔助催化還原反應方程式等離子輔助催化還原反應方程式反應方程式如下反應方程式如下：第七章 車用柴油機后處理凈化222222)CxHyONOxCxHyOONCOH O222NOx的活性增強：NONO第一階段：等離子HC的活性增強：CxHy+O在催化劑作用下選擇性催化還原第二階段：催化劑NOx(NO或NO等離子體輔助催化的主要作用與優(yōu)點第七章 車用柴油機后處理凈化

36、等離子輔助催化還原器工作示意圖 1. 等離子體氧化過程是部分氧化。2. 等離子體氧化是有選擇性的。 3. 等離子體可以改變NOX的組成，即先將N氧化為NO2，再利用一種新型催化劑將NO2還原為N2 。用低溫等離子體技術處理柴油機排放時，可減少NOX、PM、HC的排放。另一優(yōu)點是對燃料含硫量幾乎沒有要求，可在相對低的溫度下運行。7.4 氧化催化技術 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY柴油氧化型催化器 由于柴油機排氣含氧量較高，可用氧化催氧化催化 轉 化 器化 轉 化 器 （

37、 O C C ， oxidization catalytic converter）進行處理，消耗微粒中的可溶性有機成分SOF來降低微粒排放，同時也降低HC和CO的排放。氧化催化轉化器氧化催化轉化器 氧化催化轉化器 氧化催化轉化器采用沉積在面容比很大的載體表面上的催化劑作為觸媒元件，使排氣中的部分或大部分HC和CO與排氣中殘留的O2化合，生成無害的CO2和H2O。氧化催化劑可以氧化微粒中SOF的 大 部 分 （ S O F 可 下 降40%90%），降低微粒排放，也可使柴油機的CO排放降低30%左右，HC排放降低50%左右。 催化劑表面活性催化劑表面活性第七章 車用柴油機后處理凈化 催化劑的表面活性作用是利用排氣熱量激發(fā)的。從右圖可以看出，當排氣溫度低于150時，催化劑基本上不起作用。隨著負荷增加，排氣溫度升高，CO和HC凈化率也增加，同時由于SOF被氧化，使微粒排放下降。當排氣溫度高于350后，由于硫酸鹽大量生成，反而使微粒排放增加。所以，柴油機氧化催化器的最佳工作溫度范圍是200350。柴油機使用氧化催化轉化器時排氣溫度對微粒排放量的影響顆粒氧化型催化器7.5 柴油機后處理復合凈化技術 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF