移動源氮氧化物的控制技術(shù)(1)

1、移動源氮氧化物控制技術(shù)1 隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,機動車數(shù)量迅猛增加。全球機動車總數(shù)約為6億輛,其中小轎車達(dá)到近5億輛,其次是商用車和摩托車。預(yù)測表明機動車在今后30年內(nèi)將高速增長, 20202030年全球機動車總數(shù)將突破10億輛大關(guān)。 據(jù)國家交警部門統(tǒng)計,在我國現(xiàn)階段試行的車輛尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)較西方先進(jìn)工業(yè)化國家已經(jīng)很低的情況下,每年檢測還有40%左右的車輛達(dá)不到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),其碳?xì)浠衔锏呐欧帕勘让绹叱?-13 倍,氧氮化合物高出2倍,一氧化碳高出1.7倍之多。正在中國汽車生產(chǎn)線上流動的汽車也只有40%符合排污標(biāo)準(zhǔn),這種局面將會制約社會國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。影響人類的身體健康。 機動車排放

2、污染現(xiàn)狀23 移動源（機動車尾氣）和固定源（電廠、工業(yè)鍋爐、陶瓷窯爐、玻璃窯爐、水泥及耐火材料窯爐等的燃料燃燒尾氣）是NOx 廢氣的兩個主要來源。 在化石燃料的燃燒過程，NOx 由以下三種機理形成：（1）游離的氮與氧在諸如火焰燃燒這樣的高溫條件下發(fā)生反應(yīng) 而形成，一般稱之為熱力NOx；（2）一些化石燃料，尤其是煤和石油中，存在著含氮化合物，在燃燒過程中，它們在一定的溫度條件下即轉(zhuǎn)化為NOx ,稱之為燃料NOx；（3）在火焰溫度下，一些燃料碎片與氮氣發(fā)生反應(yīng)形成含氮化合物，并進(jìn)而轉(zhuǎn)化為NOx，由于這類NOx 的形成一般發(fā)生在火焰的根部，故稱之為瞬發(fā)NOx，對于大多數(shù)的碳?xì)淙剂?，這類NOx 含量較

3、少。 對于移動源中的NOx，一般認(rèn)為燃料NOx 占了大部分。4 除機動車外，非道路移動源也是氮氧化物排放的重要來源。非道路移動源包括工程機械、農(nóng)業(yè)和園林機械、內(nèi)陸和遠(yuǎn)洋船舶、火車機車、飛行器等，早期在美國和歐洲都未引起足夠重視。 研究發(fā)現(xiàn)，非道路移動源的NOx 和PM 排放與道路車輛相當(dāng)，非道路發(fā)動機NOx 和PM 排放量分別占移動源總排放量的42.6%和60.1%，PM 排放量已經(jīng)大大超過了道路車輛的排放量。非道路移動源大氣污染已經(jīng)到了非控制不可的程度，要將控制非道路發(fā)動機污染物排放提到與道路車輛同等重要的位置。5一、機內(nèi)治理技術(shù)機內(nèi)凈化的主要方式是改進(jìn)發(fā)動機的燃燒方法,即利用所謂稀薄燃燒方

4、式來接近理想燃燒方式,以在較好的條件下使混合氣體燃燒,減少污染物的發(fā)生量。由于氮氧化物的生成主要取決于燃?xì)獾淖罡邷囟?、在高溫下停留時間和燃?xì)庵械暮趿?根據(jù)他們生成的特點,一是改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu),如采用復(fù)合渦流控制燃燒,MCA - JET三門發(fā)動機;二是改進(jìn)點火系統(tǒng),如在化油器上設(shè)置斷油裝置和稀混合氣供給裝置,采用延遲點火裝置和晶體管點火裝置等。目前國外已運用的機內(nèi)凈化方法:環(huán)延遲點火法、廢氣再循環(huán)裝置(EGR)、控制燃燒裝置(CCS)、清潔空氣裝置(CAP)、電子控制汽油噴射系統(tǒng)裝置等,都能有效的抑制氮氧化物的生成。6二、機外凈化技術(shù)機外凈化是在汽車尾氣排入大氣之前,利用催化轉(zhuǎn)化裝置將其轉(zhuǎn)化為無

5、害氣體。目前世界汽車尾氣催化劑市場上主要采用三效催化劑( TWC)進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化,該催化劑可同時凈化一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸?故稱為三效催化劑,其對CO、HC和NOx同時具有很高的催化轉(zhuǎn)化效率。三效催化劑首先由國外科學(xué)家在20世紀(jì)80年代研發(fā)出來,即Pt - Pd - Rh三效催化劑（鉑-鈀-銠）, 1995年起已正式啟用在新型汽車上。目前人們正在研發(fā)全鈀催化劑,并將稀土及其它非貴金屬添加物用于改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì),提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。7 我國科學(xué)工作者研究發(fā)現(xiàn),過渡金屬對汽車尾氣凈化具有催化活性,單純的過渡金屬氧化物在排氣溫度較高時,容易燒結(jié)而喪失低溫活性。稀土氧化物本身

6、在催化反應(yīng)中沒有活性,但能與過渡金屬氧化物相結(jié)合,可顯著提高其活性。鑒于稀土- 過渡金屬氧化物在生產(chǎn)成本上具有優(yōu)勢,故我國集中了大量的人力物力對此技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā),并取得了顯著的成果。此外,近年來等離子體技術(shù)用于機內(nèi)和機外治理也成為一個新的熱點,但都還處于實驗研究階段。8 三、機內(nèi)與機外技術(shù)結(jié)合產(chǎn)物 對于汽油車，排放控制技術(shù)發(fā)展有兩大里程碑:一是燃油閉環(huán)電子噴射(EFI)加尾氣三元催化凈化技術(shù)(TWC)；二是車載診斷系統(tǒng)(OBD)的廣泛應(yīng)用。為了達(dá)到日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，汽油車可以通過更加精準(zhǔn)地控制發(fā)動機燃燒(EFIOBD)和不斷提高TWC 的凈化效率來實現(xiàn)目標(biāo)。 對于柴油車，排放控制技術(shù)發(fā)展

7、有三大步:一是燃油電子噴射加高壓共規(guī)技術(shù)；二是SCR；三是顆粒物捕集器(DPF)的廣泛應(yīng)用。此外，降低柴油車的氮氧化物排放，還有一種技術(shù)路線是采用尾氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)。但EGR 在降低柴油機氮氧化物排放的同時，也會增加油耗和顆粒物排放，因此需要綜合考慮。9四、提高燃油品質(zhì)(汽油為例) 燃油品質(zhì)與汽車尾氣也有著重要的關(guān)系,為此世界各國,特別是發(fā)達(dá)國家不斷對汽油質(zhì)量做出越來越嚴(yán)格的規(guī)定。通常,降低汽油中苯、硫、芳烴、烯烴含量,降低雷德蒸汽壓,并在汽油中添加含氧化合物可以減少汽車尾氣中污染物的排放。10五、清潔替代燃料(或能源)1、燃料電池 燃料電池是一種新型的無污染、無噪聲的汽車動力源,它可不

8、經(jīng)過燃燒而直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其可靠性高,適用性強,能量轉(zhuǎn)換效率高,污染小,噪聲低。按電解質(zhì)劃分,燃料電池大致分為五類:堿性燃料電池(AFC) 、磷酸型燃料電池( PAFC) 、固體氧化物燃料電池( SOFC) 、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 、質(zhì)子交換膜燃料電池( PEMFC) 。 2燃?xì)?天然氣、液化石油氣)天然氣、液化石油氣是汽車燃料的理想替代物。它們在發(fā)動機內(nèi)可以充分燃燒,汽車發(fā)動機不必作大的改動就可直接使用,使汽車所排放的污染成分大大低于汽油發(fā)動機和柴油車。近年來由于環(huán)境保護(hù)的壓力和能源危機的影響,燃?xì)馄嚨玫绞澜缟洗蠖鄶?shù)國家政府的重視支持。大量的研究表明,汽車采用燃?xì)夂?/p>

9、,尾氣排放污染會顯著降低,且成本費用低,安全性高,使用性能好。113乙醇汽油將乙醇進(jìn)一步脫水再加上變性劑后生成變性燃料乙醇。所謂車用乙醇汽油就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配制成的一種汽車燃料。用乙醇汽油作為燃料的汽車早在上世紀(jì)已在巴西、印度等國家出現(xiàn)。在我國使用乙醇汽油作為汽車燃料在技術(shù)上已非常成熟,部分地方開始推廣使用,但成本較高,經(jīng)濟(jì)效益不如汽油車。4生物柴油生物柴油是一種可再生的能源,它是由任何天然的油脂63和甲醇(或乙醇)經(jīng)過化學(xué)方法加工而成,它可以直接在柴油機上使用(B100)或與柴油以任意比例混合使用(B20) 。使用生物柴油能減少溫室氣體排放,降低空氣污染,另外生產(chǎn)和使用生

10、物柴油對發(fā)展國內(nèi)經(jīng)濟(jì),減少石油供給的需求,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面都有積極作用。12六、新型汽車新技術(shù)的發(fā)展1美國推出“完全燃燒的無污染汽車”美國福特汽車公司不久前推出了一種新研制成功的“完全燃燒的無污染汽車。這種汽乍“消除污染”的秘訣在于它的“催化罐”,一般汽車的催化罐不但不能解決尾氣污染問題。甚至在啟動階段還會造成更嚴(yán)重的污染。福特公司研制的這種新型催化罐,設(shè)置兩個電極,使用時氣體通過兩個電極被點火燃燒。這樣,在排出之前經(jīng)過“再次”燃燒的這種氣體就很少帶有污染物。2德國比利時研制“以液態(tài)氫作燃料”的汽車以液態(tài)氫作燃料的汽車,是德國一家工業(yè)氣體公司與比利時一引擎制造商聯(lián)合研制的。它不污染空氣,

11、能行駛70km路程。制造這種汽車的德國公司發(fā)明了置于車上的液氫燃料箱,比利時制造商則把傳統(tǒng)的西德柴油機改裝成用氫燃燒驅(qū)動的奧托循環(huán)發(fā)動裝置,并附有燃料預(yù)熱系統(tǒng)和濃合系統(tǒng)。但要普及這種以液態(tài)氮作燃料的汽車,還存在一個成本太高的問題。133液化氣燃料汽車成本低康,價格便宜、適合推廣的應(yīng)數(shù)以液化氣、天燃?xì)夂图鬃砣剂系钠嚵?。這幾種汽車。無污染或造成的污染大大小于汽油,其潛力是很大的。以液化氣(LPG)代替汽油作燃料的汽車的特點是改裝成本少,行車費用低(同距離比汽油節(jié)約20% ) ,可減少CO和CHX化合物排放達(dá)9%以上。4發(fā)展前景誘人的“天然氣”汽車價格使宜、污染程度小和使用廣泛的天燃?xì)馄?。目前世界各國投入運行的現(xiàn)役天然氣汽車己達(dá)63萬輛之多。這種汽車是在不改變汽油系統(tǒng)的基礎(chǔ)上