尾气吸收与净化

1、柴油机尾气吸收与净化汽油车和柴油车的区别汽油车和柴油车由于使用油料不同，发动机结构、混合气形成方式和燃烧方式不同，其污染物排放规律也不同。两者排放物的主要区别表现在以下几个方面 1、汽油具有很强的挥发性，而柴油很难挥发，因此汽油车污染物中有燃料蒸发排放物，其组分是碳氢化合物(hc)。 2、汽油具有容易与空气混合，且混合后不易分离的特性。汽油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室外进行，在点燃之前又经过进气、压缩过程，有相对较长的混合时间。因此汽油与空气可以混合得很均匀，汽油的分子又小，决定了汽油车排放物中颗粒物较少。进入发动机燃烧室的空气与汽油的比例基本控制在理论空燃比附近，采用火花塞放电点火燃烧

2、，燃烧速度很快。3、柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的，柴油高压喷入燃烧室，压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。这种工作方式，决定了柴油与空气的混合是不均匀的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。油料在高温缺氧时，易炭化形成炭烟。柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。柴油车混合气始终处于比较稀的状态下，也就是说，柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。这些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物(nox)，而一氧化碳(co)和碳氢化合物(hc)则不容易形成。排放特性这些区别使得汽油机和柴油机的尾气含量与成分不同，汽油机的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)排放量高，而颗粒物和氮

3、氧化合物(NOx)排放量低。柴油车的排放特点是颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少。这些颗粒物主要由干碳（soot），溶解性的有机组分(sof)和少量的硫酸，硫酸盐组成。同时柴油发动机在贫燃条件下，尾气中的O2浓度相对较高，因此采用传统的三效处理技术无法起到有效的净化作用国家标准我国从2013 年开始所有的新机动车上牌全面实施国四排放标准，大致相当于欧IV 标准，从2015 年1 月1 日起全国范围内将全面实施国四排放标准。从国到国IV 的排放标准对比中可以看出，对汽油机CO、CH、NOx 和柴油机NOx、PM 的限值几乎下降了一半，而国V 的标准更

4、加针对柴油机的PM 排放。柴油机尾气净化技术柴油机主要有四种技术路线：电控高压共轨技术：在共轨式蓄压器喷射系统中，ECU 通过接收各传感器的信号，借助于喷油器上的电磁阀，让柴油以正确的喷油压力在正确的喷油点喷射出正确的喷油量，保证柴油机最佳的燃烧比、雾化和最佳的点火时间，以及良好的经济性和最少的污染排放。电控高压共轨技术被国际企业VOLVO(沃尔沃)、奔驰、MAN(曼)等采用。电控泵喷嘴技术：在泵喷嘴系统中喷油泵和喷油嘴组成一个单元，由ECU 也就是电脑控制摇臂或者间接的由发动机凸轮轴通过推杆来驱动喷油嘴准确喷油。电控泵喷嘴技术被VOLVO(沃尔沃)、陕汽、东风等企业采用。电控单体泵技术：单体

5、泵系统工作方式跟泵喷嘴相同，与泵喷嘴系统不同的是，其喷油嘴和油泵用一根较短的喷射油管连接，由发动机的凸轮轴驱动。电控单体泵技术被奔驰、IVECO(依维柯)采用，国内应用较少。“电喷”发动机最大的优点就是应用ECU，也就是用电脑对喷油量、喷油时间进行精确控制，达到油气充分均匀混合燃烧，进而降低油耗的目的。机械泵EGR 技术：最早由德国曼恩公司创造，是在国II 机械泵的基 础上，利用电磁铁控制机械泵的齿条、出油阀，做成简易电控喷油泵外加EGR （ Exhaust GasRecirculation）废气再处理系统，减少废气排放。因此，机械泵的电控和高压共轨的电控是有区别的，机械式EGR 是对电磁阀开

6、启角度进行电控，而高压共轨是对喷油量进行电控。欧美在实现柴油机低排放方面是两条不同的技术：美国使用的是“电控高压共轨+EGR+DOC / DPF”，该方法通过采用EGR 技术降低柴油机NOX排放，同时采用DPF (DieselParticule Filter 柴油颗粒捕集器)或DOC（Diesel Oxident Catalyst 氧化催化器)技术降低柴油机颗粒排放。而欧洲使用的是“电控高压共轨+SCR”，这种方法采用机内优化燃烧技术降低柴油颗粒排放，同时采用SCR（Selective Catalyctic Reduction 选择性催化还原）技术，降低柴油机NOX排放，这需要加装尾气后处理装

7、置。两种方案在处理NOx和PM 的先后顺序正好相反对比两者：“EGR+DOC”的优点在于不会产生排气阻塞、催化器体积小，但由于采用EGR 技术，柴油机最高爆发压力高，相比DPF，柴油机排气颗粒转换效率低，需要低硫的柴油（50ppm），燃油消耗增加。“EGR+DPF”的优点是有很高的颗粒转换效率，缺点也是柴油机最高爆发压力高，需要低硫的柴油（10ppm），DPF 过滤器使用寿命短，燃油消耗增加（相比国，增加约5%以内）。DPF过滤体结构与过滤机理 DPF 过滤机理是让气流通过具有一定多孔性的壁面；这个过程称为“壁流”。壁流式过滤体由具有一定孔密度的蜂窝结构陶瓷组成。过滤体通道被交替封堵，迫使气流

8、从孔道壁面通过，并使得颗粒物被壁面过滤废气再循环(EGR)系统废气再循环(EGR)系统是可分为内部EGR 和外部EG R 两大类.由于废气再循环增加了混合气中CO2 、H2O 等多原子气体的含量, 混合气比热容增加, 缸内燃烧温度降低, 同时过量空气系数下降, 氧浓度下降, 使NO x 生成和排放降低。.其中, 外部EG R 将排气中部分废气经EGR阀导入进气系统, 再进入气缸, 从而实现废气再循环.由于EG R 在降低NOx 排放的同时, 使微粒排放又有所增加, 而含氧燃料的采用将有助于加快燃烧速度, 促进燃料中间产物和碳粒的后期氧化, 从而有助于微粒排放的降低氧化催化技术-DOC简介-见文

9、献柴油车氧化催化技术研究进展（王建强）三效催化剂-Pt、Pd、RhPt 是贵金属催化剂中必不可缺的元素，据有关研究表明Pt 对CO 和HC 有明显的催化活性。实验发现Pt 对NO 也有一定的还原能力Pd 是贵金属催化剂的重要活性组分之一，主要功能为催化氧化CO 和HC。因为Pd 对S 中毒的敏感性要远高于Pt 和Rh，所以关于用大量Pd 取代Pt 或Rh 的实验一直无法达到预期的效果。随着无铅汽油推广的政策的实施，汽油中残余的Pb 的浓度已经降到可以用Pd 替代Pt 的水平。1989 年福特汽车公司首次在试验中将Pd/Rh 催化剂作为三效催化剂的组成部分，该技术的发展也推动了Pd 和Rh 在涂

10、层中的分离，从而防止了双金属Pd-Rh 粒子的形成。而且Pd 的价格比Pt 和Rh 低很多，用Pd 替代Pt 做催化剂的主要成分，减少了Pt 的需求量，新型钯催化剂Rh 的需求量还是较大的，价格相对昂贵。曾经有很多研究者想要用Pd 替代Rh，实验表明：2.025 g/L 的纯Pd 催化剂等于0.714 g/L 的5:1 铂/铑催化剂的催化转化效果。提高Pd 性能：主要是加入稀土氧化物，如La 和Ce。为了保证世界上Rh的稳定供应，全Pd 催化剂逐渐成为汽车尾气催化剂的研究热点。国外已研制出与常规的Pt/Rh 三效催化剂具有相同CO、HC 和NOx 催化转化活性的全Pd 催化剂；国内也对全Pd

11、催化剂方向进行了研究。稀土催化剂国外研究者的基本看法认为单一的稀土催化剂几乎是没有活性的，而作为贵金属的一种添加剂则能提高催化剂的性能，主要是提高催化剂的储氧功能。在应用上，国外目前仅将稀土元素作为贵金属的改性添加剂，不将其作为主体催化剂。与国外的研究开发结果不同，由于我国具有丰富的稀土资源，并较早从事科研开发工作，国内的科技工作者一直认为不添加贵金属的稀土催化剂也能用作汽车尾气的三效净化剂，研究开发重点放在纯稀土催化剂或以稀土为基引入少量贵金属的技术方向上。钙钛矿型催化剂钙钛矿型催化剂主要由载体、助剂及稀土钙钛矿型氧化物组成。其中稀土钙钛矿型氧化物是起重要作用的主催化剂。钙钛矿型氧化物的化学

12、式一般以ABO3 表示，A 通常是碱金属等为主，B大多是以过渡金属为主。并且在化学计量ABO3 中A 价态不会高于B 价态。钙钛矿型稀土氧化物的催化机制(1) 表面催化-表面催化通常在低温下进行，是催化剂表面上吸附物质之间的反应和吸附-解吸速率远高于晶格内除氧反应速率的一种过程。(2) 晶内催化-晶内催化是从催化剂晶格中除氧或吸氧的速率与催化不相上下或更高的一种过程。过程中催化剂的价态在较短时间内自行调整以适应气相成分。(3) 铂族金属在B 位的作用-B位过渡金属离子的状况是钙钛矿型氧化物催化领域研究的主题， 对反应产生显著的选择性变化。贵金属催化剂与钙钛矿型氧化物催化剂的对比表对比项目对比项

13、目贵金属催化贵金属催化剂剂钙钛矿型氧化物催钙钛矿型氧化物催化剂化剂温度中、低温稳定性好，催化效果很好达到了贵金属催化剂的催化效果高温和中温时的性能相差不多，成分很稳定存在路径硝酸盐路径亚硝酸盐路径催化剂中毒及还原再生性能较好，结构比较稳定，但是Pt 容易变成氧化态或者硫化态，氧化性能就较难恢复了催化剂中的钙钛矿结构被破坏主要生成了La2(SO4)3 和CoO 等物质还原过程中硫较难脱除SCR 技术助力柴油机升级SCR 系统包括：尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。系统的基本工作原理是：尾气从涡轮出来后进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3，在SCR 系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。在SCR 中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH32N2+3H2ONH3氧化：4NH33O22N