汽车尾气处理方案

1、皑汽车尾气危害及斑处理方案靶【摘要】汽车作案为现代化交通工背具爸, 艾在给人们的生产岸与生活带来方便鞍的同时柏, 版它排放的尾气鞍, 熬给大气环境造成挨了严重污染盎, 敖因此扳, 邦我们必须加强和盎提高对保护环境摆的意识拔。根据尾气污染爸物的形成机理扮, 安提出研究净化废胺气中的主要有害颁成分百CO跋、CH、袄NOx 蔼和SO扮2扒的方法。氧化还版原催化剂是核心碍技术颁; 霸以增氧唉, 跋增加催化反应速阿度扒, 鞍增长催化反应时懊间败, 坝保证合适催化温翱度版, 班采用合理结构等跋净化技术系统研安究是技术研究的癌方向。扮【关键词】吧汽车伴尾气办 捌处理捌 污染 净化【正文】敖汽车作为现代化坝交

2、通工具靶, 唉在给人们的生产伴与生活带来方便办的同时盎, 霸它排放的尾气俺, 颁给大气环境造成盎了严重污染。多疤项研究表明耙:皑城市机动车尾气般污染已上升为主鞍要的大气污染跋, 挨而过去以二氧化百硫为主煤烟型污拌染转变为以一氧俺化碳、氮氧化物爱为主的机动车尾罢气污染和二氧化爱硫为主的煤烟型扮污染并重的格局八。在大城市办, 笆汽车排放中白CO 奥占蔼63 %, N办Ox 百占靶22 %, 奥CH爱 柏（碳氢化合物）坝占颁73%哀。在发达国家搬, 搬如美国大气污染耙物排放中氨CO 傲的把66 %, N邦Ox 颁的埃43 %,懊CH蔼 瓣的隘31%靶、微粒的爸20%稗均属于汽车排放搬。汽车对大气的肮

3、污染已成为城市柏大气污染的主要拜污染源挨。因此碍,芭必须采取有效措颁施唉,佰减少或者消除汽爱车尾气的污染及靶危害办,板这是本文与大家坝共同研究与探讨百的一个重要课题绊。扮汽车尾气的有害哀成份与危害搬汽车排放的尾气隘, 氨除燃烧产物昂CO2懊、水蒸气为无害扮成分外安,捌其余均为有害成啊分。汽车发动机艾排放的尾气中的班一部分毒性物质阿,巴是由于燃料不完扳全燃烧或燃气温耙度较低而导致的啊，如鞍CO挨、隘CH和碳烟暗；另一部分有毒耙物质碍,绊是由于燃烧室内昂的高温、高压环盎境而产生的氮氧吧化合物哎NOx (NO搬x 熬是伴NO跋和澳NO疤2按 摆的总称懊) 扮；此外还有燃料吧及添加剂本身燃败烧所产生的

4、柏S02搬和铅化合物等物俺质。肮这些物质中，皑CO啊可与人体血液中皑的血红素结合拔,傲阻碍血液吸收氧哎气和输送氧气而稗中毒死亡，被称肮为汽车尾气第一哀排气公害。百NOx 芭是搬NO笆及懊NO2 稗的总称邦,袄其中办NO八与血液中的血红盎素的结合能力比斑CO蔼还强啊,唉容易使人们中毒碍而死亡跋，还能与O2反拌应产生拌NO2懊。坝而八NO2 爸是一种褐色有毒拌气体搬,扮有特殊刺激臭味昂,百损害人的眼睛和吧肺部疤,靶是佰汽车尾气排放蔼的第二挨公害。案CH化合物在太埃阳光紫外线作用颁下吧,罢会与NO起光化吧反应生成臭氧、耙醛等烟雾状矮物质拜,傲刺激人们的喉、伴眼、鼻等粘膜。熬它还严重影响农肮作物的生长

5、啊,摆迫使农业减产熬,爸同时还具有致癌板作用岸,埃它是汽车尾气排拜放的第三公害。氨S02皑是产生酸雨的主胺要原因，铅化合澳物是导致土壤重八金属污染的直接佰原因，而碳烟能蔼粘附靶SO2唉等有毒物质袄,昂对人体呼吸道极瓣为有害。版汽车尾气的净化搬处理技术拌改变埃汽车坝使用的能源傲。班1.1、选用恰背当的润滑添加剂盎机械摩擦斑改进剂。搬在机油中添加一哀定量（比例为板3%5%芭）石墨、二硫化背钼、聚四氟乙烯按粉末等固体添加哀剂，加入到引擎班的机油箱中，可板节约发动机燃油柏5%般左右。此外，采奥用上述固体润滑懊剂可使汽车发动绊机汽缸密封性能阿大大改善，汽缸拜压力增加，燃烧岸完全。尾气排放敖中，暗CO 隘

6、和碳氢含量随之矮下降，可减轻对奥大气环境的污染奥。板1.安2暗、使用无铅汽油办，严禁使用有铅鞍汽油。俺为了拜能够柏有效地提高汽车挨燃油的袄抗爆性，一般加稗入四乙基铅。它矮具有很高的挥发岸性，甚至在白0 岸摄氏度时就开始翱挥发，而挥发出颁的铅粉末，以蒸傲气及烟的形态存半在于空气中，或邦以固体铅的形式拌存在于土壤中，蔼最终通过食物链案到达人体，影响白人体的健康，侵哎蚀造血系统、神靶经系统以及肾脏坝等。艾实验证明，甲醛啊树丁醚同样具有俺良好的抗爆性，瓣汽油中用甲醛树靶丁醚作渗合剂，凹不仅不含铅，还瓣能降低汽车尾气八排出的一氧化碳凹、氮氧化合物、八碳氢化合物含量扳。败 拌1.傲3蔼、掺入添加剂，袄改变

7、燃料成分。按向颁汽油中掺入爱15%啊以下的甲醇翱或乙醇巴燃料，能在一定隘程度上减少或者拜消除盎CO笆、拜NOx傲、癌CH吧的污染效果安，提高燃料的利疤用率奥。若采用“甲醇白燃料”，当醇班类的比重隘占隘30%40%靶时，汽车尾气排袄出的污染物可基罢本上消除。颁采用含扮10%班水份的水汽油百燃料亦有一定的蔼效果。熬将汽车燃料改为板天然气，也能够扮有效降低尾气中昂污染物的比重。胺目前世界各国在埃天然气作燃料方安面技术比较成熟颁，我国也有大量巴使用天然气的汽版车。吧 拌1.八4败、凹采用生物燃料等佰可再生艾能源碍。唉有关专家指出，扒开发乙醇代替汽叭油，既节约能源捌，又可消化陈粮阿，使汽车排出的懊有害气

8、体减少，奥是一项有利于保跋护环境和资源的熬新课题。如果按靶照埃1俺把9 扮的岸乙醇汽油配比，袄用芭20 半万吨乙醇，可配把出约肮200 敖万吨的乙醇汽油八，扒200 般万吨的乙醇只消吧耗粮食按70 笆万吨。因此，发敖展、开发使用专傲用乙醇汽油翱既霸可百缓解汽车尾气污胺染耙问题，又可缓解稗原油供应的紧张白状况。罢随着太阳能电池笆的改进，太阳能敖转化效率不断提霸高，使用太阳能班作动力已经成为伴现实。事实上，把美国和欧洲都以般开发出自己的太氨阳能汽车，相信般太阳能作为动力跋将是今后研究的把热门之一。澳1.跋5艾、使用电能作为埃动力，研制电动翱汽车靶。芭电能是清洁能源啊，汽车使用电能盎作为能源的瓶颈埃

9、技术已经解决，安蓄电池技术的发皑展将电动汽车的半研制推向了高潮搬。目前已经有不啊少的电动汽车投挨入使用，它不产爸生任何尾气，完哎全解决了汽车因啊尾气产生的污染扮。电动汽车是未奥来汽车技术研发蔼的主题。百改变汽车燃烧系佰统结构。稗2.1、优化发把动机内部系统设佰置，降低尾气污拜染物含量。埃（奥1胺）减少喷油提前翱角。减少喷油提氨前角，可降低发拜动机工作的最高半温叭（板1500 绊摄氏度），使哀NOx 凹的生成量减少。昂（奥2柏）改善喷油器的邦质量，控制燃烧斑条件（燃比、燃般烧温度、燃烧时爱间），可使燃料爱燃烧完全，从而八可减少把CO隘、唉CH 翱的煤烟。隘（埃3班）调整喷油器的唉质量，可降低发盎

10、动机的功率，使扳雾化的燃料有足颁够的氧气进行完熬全燃烧，从而也昂可以减少坝CO艾、罢CH 隘和煤烟的生成。俺2.2、设计癌循环系统，进行爱尾气再利用。八(1)疤正曲轴箱通气系翱统的设计敖:邦把从汽缸窜入曲稗轴箱的气体拔(靶主要是未燃爱体矮)胺再循环进入进气瓣歧管办,啊使其再次燃烧班,班改变了过去将其疤直接排入大气所把造成的污染。拔(2)熬排气再循环设计背:挨发动机排气口用氨控制阀与进气歧拔管相连接伴,哎使排出的气体经巴过再次循环耙,岸以降低氮氧化物肮的排放量。艾(3)吧蒸发排放控制系板统的设计佰:俺将化油器浮子室昂中的汽油蒸发汽耙引入进气系统拌,奥而将油箱中的蒸隘发汽引入储存系靶统唉,背可大大

11、减少污染敖物的排放。敖使用挨车用选择性催化岸还原排气后处理拜系统坝3.1、车用选扒择性催化还原排奥气后处理系统工百作原理爱车用选择性催化吧还原排气后处理把(班SCR疤)拌是通过尿素反应瓣产生的氨再与汽拌车尾气进行反应班的一种技术安，是被认证为满版足欧法规的综扒合排放控制系统挨。是一项控制柴把油发动机排气中扳NOx 颁的技术。阿系统使用尿素与瓣水混合成矮32.5% 背的溶液。这种溶俺液公认的工业商矮品名称是摆AdBlue皑。其成分在半DIN 胺标准白No.7007碍0 案中有规定。固体碍或水溶液中的尿拌素（哎AdBlue拜）被分类为非危八险品。哀AdBlue 安是一种透明液体伴，有淡淡的氨水捌气

12、味。如果溅出瓣，水分蒸发，形班成结晶。斑该系统结构扮图白如叭下，罢AdBlue 暗存储在一个安装叭在底盘上的尿素背罐中。尿素罐向爱安装在底盘上的癌定量给料单元扮(DU) 芭供应溶液。案DU 凹由发动机控制模艾块碍(ECM) 半控制。敖DU 肮使用来自车辆系笆统的压缩空气来背产生叭AdBlue蔼喷雾，通过非常案精确的计量和泵笆送系统输送到发阿动机排气系统内巴的喷嘴处。喷入皑排气中的搬AdBlue 摆数量由败ECM 白控制，在任意转笆速和负载状况下澳都能与发动机的背NO罢x 隘输出相匹配。当岸与高温排气接触扒时，水迅速蒸发哀，尿素变成氨。芭氨与办NO坝x 安在催化器内反应坝，这一过程的结瓣果就是从

13、排气管百中排放出无害的跋N背2般 案和稗H奥2巴O办。稗 巴该系统中板能够有效地减少拜汽车尾气中的含艾量，降低由于凹NO办x办所引起的污染。班但是SCR系统昂存在不少的不足笆之处，导致其普袄及率不高。埃SCR拔系统阿安装复杂，设备摆成本较高，而且挨必须在汽车出厂叭前进行安装；矮SCR稗系统需要消耗由瓣尿素配成的办AdBlue艾溶液，使得汽车皑使用成本大大盎 袄 柏上升，尿素的生阿产消耗也会引起扮二级污染；班SCR系统对于哎汽车尾气中的艾CO、CH、微坝粒等污染物没有吧效果，必须加 埃 装其它净化盎设备；跋SCR系统对汽搬车智能要求较高巴，容易引起发动霸机无法点火。埃使用高压脉冲电凹晕放电技术净

14、化肮汽车尾气。扒4叭.1、高压脉冲百电晕放电技术净安化汽车尾气的理靶论依据。八高压脉冲电晕放扒电技术利用等离巴子体体系中的活埃性物种强化埃(啊催化疤)唉氧化还原反应靶，将汽车尾气中盎的有害物质通过按氧化、还原或离蔼解而转化为无害熬或低害物质以达盎到降低环境污染拔的目的。搬通常认为，高压搬脉冲放电是由高阿压电场中电子雪斑崩产生的流柱在八电场中的运动现霸象，流柱理论是暗被广泛接受的一背种理论。该理论疤认为，在流柱头案部包含大量由电暗场加速的高能电拌子，它们碰撞气绊体分子而使得气斑体分子化学键断鞍裂，从而达到减澳少反应气体中有芭害成分的目的。奥高频率的脉冲电版压能够在不发生摆火花和弧光放电熬的前提下

15、，达到凹更高的脉冲峰值柏电压，同时，在案时间上产生更多氨的流柱，从而提阿供更多的高能电熬子。这些高能量伴的电子高速碰撞邦气体分子，打开凹气体分子的化学艾键，产生大量的翱活性粒子，使气罢体中的气体成分碍发生改变。巴4.2、高压脉般冲电晕放电技术半净化汽车尾气的版技术实现。摆在汽车尾气排放鞍管后加装一个正爸电晕裂变反应器哀，就能将高压脉八冲电晕放电技术拌用于尾气处理。氨所谓“正电晕裂瓣变”是指电晕净笆化器中的尾气分懊子突然得到“爆案炸式”的巨大能肮量时成为活化分爸子，发生频繁碰肮撞，在纳秒级的背有效碰撞瞬间，把将动能转化为分扳子内部势能，使八其化学键破坏，办将肮CO颁、埃HC斑、叭NO八X扮 岸和

16、奥SO捌2百 罢等分解成单质固邦体微粒子班S般、蔼C 败和单原子气体分鞍子佰O胺2蔼、拔N靶2矮 搬以及白H按2耙O办的电离过程。拌 敖汽车尾气电晕净绊化器安装位置如霸图叭1 碍所示。邦4.吧3凹、净化汽车尾气摆的技术难点跋正电晕裂变需要疤的超高压窄脉冲懊激活。所谓“办超高压窄脉冲矮”是指脉冲幅值案为几百千伏，半靶幅值脉宽为几百搬纳秒，频率为几芭百赫的脉冲。它凹由于脉冲陡并且熬峰值很高，能使氨净化器空间电场疤强度发生突然的鞍巨大变化，从而俺使汽车尾气分子爸突然获得裂变的叭巨大能量，在纳爱秒间成为活化分班子。目前败为了产生超高压跋窄脉冲，拌广泛使用的手段败有两种：一是在碍直流电压上叠加岸脉冲；二

17、是用特佰殊造型的脉冲变皑压器及其关联装埃置直接生成脉冲鞍。不管使用那种百手段，都必须保佰证脉冲本身内耗爸应足够小，同时捌保证使脉冲电压版峰值尽量高按，以降低能耗。懊尽管如此，正电皑晕裂变仍然需要爱消耗大量的电能斑，并且现有的的佰超高压窄脉冲发半生器发生器体积隘较大。高压脉冲奥电晕放电技术在傲汽车上的应用仍癌然需要进一步的跋研究，但是该技瓣术在长、大隧道坝空气净化方面拥笆有经济有效的应佰用前景。败汽车催化剂技术扳在颁减少疤汽车尾气上的应瓣用。昂5.1、挨早期发展。敖人们很早就知道拜,扳一些材料拔,拌尤其是贵金属元俺素或某种非贵金碍属化合物俺,般在温度足够高的昂气流和多余的氧鞍气存在的条件下摆,肮

18、可以产生适当的把活性。于是有人班考虑把这种性质懊应用于汽车发动翱机下游的催化剂按, 翱将不完全燃烧的案CH、CO等氧暗化。昂由于对催化剂的拜毒性鞍,按铅被从汽车燃料般中脱除出来。为跋了消除由于铅的阿脱除带来的不良耙影响拔,耙采用了改进的内邦燃机工艺摆,凹汽车燃料的辛烷八值也没有因此减盎小。具有适当活暗性傲,八可用于催化剂的班金属太少靶,皑仅限于贵金属元拔素熬,碍金属冶炼代价很百大。后来的废汽案车上的催化转化巴器循环利用技术耙又使这一问题得岸以解决。靶压缩环境、高气绊流率和低反作用捌压力的综合因素澳使汽车催化剂采绊用整体式把,坝这和许多工业和稗石化废气催化剂艾的集成结构有很般大不同。整体结颁构是

19、多孔的陶瓷疤晶体白,搬这些小孔的壁上邦有比表面很大的懊涂层斑,翱涂层中分布着贵矮金属固体颗粒安,埃废气从小孔中通奥过。目前岸,罢整体式催化剂广办泛应用于汽车尾扳气催化剂爸,背而且绊,岸这种技术已经应瓣用于处理工业废暗气的工业催化剂办。凹5.2、催化剂矮用贵金属的选择暗。半选择用贵金属作摆为汽车尾气催化坝剂的原因主要有霸: (1)佰由于催化剂容量罢很小袄,拜而废气的流量很摆大俺,安这需要催化剂能半在很短时间将污矮染物转化斑,爱只有贵金属能有绊如此高的活性碍; (2)百只有贵金属对废背气中残留的硫氧笆化物有足够的抗吧毒性斑; (3)皑贵金属最不易在拜高温下与扳Al, Ce,案 Zr鞍等反应而失活。

20、吧因此颁,哎最初的催化剂采敖用隘Pt矮和哀Rh袄的不同比例混合袄;耙后来半, Pd安被应用于三效催搬化剂中用于增强哎催化剂对氮氧化氨物的还原作用。版现在傲, 疤三效催化剂中各鞍金属的使用配比百如哎Pt/Rh, 翱Pt/Pd /百Rh罢和暗Pd /Rh懊贵金属催化剂都暗有商业上的价值版。拌5.3、现代催暗化技术化学矮反应和电子控制斑设备的结合。巴80八年代初期癌,哀美国出台了盎NOX矮排放标准办,隘对汽车尾气的排办放做了更加严格靶的限制俺,霸这就要求有一种斑除了能够处理叭CO 搬和笆CH白之外还能处理皑NO昂X斑的新型催化剂。熬随着三效催化剂傲的发展板,板化学反应和电子板控制设备越来越靶受到重视

21、。稗CO翱和版CH靶的处理八是昂在氧化条件下进案行哎,澳而芭NOX扮的处理则是在富吧余燃料的还原条板件下进行的。一矮开始肮,肮这个矛盾是通过白采用双反应床转俺化器来解决的。啊首先在还原条件白下的第一个催化安转换器中笆NO靶X安被还原爸;瓣在第一个催化剂八后加入更多氧气安,爸这样充足的氧气唉进入第二个催化蔼转换器绊,按在这里办CO罢和隘C颁H盎被氧化处理。双拜反应床转化器远稗不是理想处理手岸段拜,案因为低的空燃比半大大影响了燃料般的利用率盎,叭并且限制了发动背机的使用范围。板而且在低的空燃按比造成的还原环般境下可能是把版NOX唉转换为坝NH拌3懊 ,拔而不是所期望的摆N瓣2案。这样在后续的癌氧化

22、环境中巴,NH搬3佰又被转化为袄NO摆X般 ,敖降低了矮尾气处理能力隘。佰研究发现伴,捌将空燃比控制在拌合适的范围内肮,岸三种污染物都可佰以在一个催化反安应器中有效地去凹除。哀这就需要翱电子安控制系统对发动瓣机中的气体反应耙环境进行实时控耙制罢。这项技术的基唉本思路是采用一佰种氧气含量传感皑器笆,板传感器探测还原八环境或者氧化环坝境并将信号传递八给发动机电子控拜制系统。控制系拔统将信号反馈到疤燃料注射系统拜,盎从而决定加料的把程度罢,巴这样可以将空燃澳比控制在合适的坝范围。巴此外稗,败通过引入储氧材癌料也可以削弱空翱燃比在最佳点附办近的摆动。埃最近的进展是在坝催化剂之后添加板第二个氧含量探暗测

23、器吧,凹下游的探测器对办热老化和污染物啊不敏感疤,百而且传感比上游吧探测器更加平衡爸的气体组成。这蔼种情况下胺,颁即使是在汽车突案然加速或减速时白也可保持合适的爸空燃比。暗化学反应和电子岸控制设备的结合埃使用是一个很有蔼前途的发展领域暗。随着机载计算跋机技术的发展隘,安将会采用更加合柏适的空燃比以降半低污染物的艾数量皑。斑5.4、摆冷启动后短时间哎内催化剂效率提板升。氨汽车尾气催化剂蔼应用过程中的另半外一个事实是疤:斑决定催化剂处理扮效果的关键是对斑冷启动后的很短扳时间内尾气处理鞍的效果的好坏。拌早期人们开发了捌一些措施来改进邦对尾气、尤其是巴CH般的利用。通过采坝用不锈钢来代替伴传统的管材料

24、可昂以减少尾气热量挨的散失。尽管这熬样可以使催化剂澳很快达到最佳催拌化温度懊,邦但这也意味着催败化剂必须承受更扮高的温度。现在案广泛采用的减少疤冷启动期间尾气稗排放的措施是减耙缓汽车发动机的爸运作敖,安这样可以使尾气邦带来更多的热量办。例如爸,背可以通过推迟点跋火时间来达到这版样的效果疤:奥推迟了燃烧暗,芭并且可以使尾气斑得到更充分的处巴理。除了对汽车叭发动机和尾气排搬放系统的改进鞍,八人们通过改进催俺化剂的整体式布败局唉,懊使点火行为得到昂了改善。通过开疤发新的薄壁和更安大的比表面积的半催化剂载体白,芭使催化剂更快地俺达到使用温度并霸且有合适的面积背使催化反应顺利阿进行。相应的暗,蔼催化剂形

25、式的改芭变也使得其点火绊性质得到改进班,拜高含量的翱Pd板催化剂正是这类罢催化剂的代表。袄目前解决冷启动捌问题的主要措施柏有紧密耦合催化啊剂、前置小体积蔼催化剂、电加热翱和燃烧尾气等技罢术。拜5.5、尾气中班颗粒物的净化处昂理。爱解决这一问题主斑要采取两种技术瓣。第一种是颗粒绊物催化燃烧岸,版其实现分为两个坝步骤爱:胺首先版,八颗粒物的捕集氨,邦这可以通过催化阿过滤装置完成搬;凹然后是颗粒物的澳催化燃烧佰,背以可控方式在较袄低温度下完成这般一步骤是困难的敖。第二种技术是爸采用持续性可再疤生捕集催化剂吧,挨这种技术是在第班一种技术之前添巴加了氧化催化剂凹以氧化颗粒物中拔的可挥发组分佰,瓣同时将拌

26、NO背转化为芭NO蔼2袄 , NO唉2皑比拔O暗2岸有更高的氧化性白能板,凹可以更加有效的皑推动颗粒物的氧巴化。哎5.6、汽车催罢化剂的发展方向般。按未来十年值得关绊注的研究方向大昂致有以下几点摆:鞍净化在贫燃条件班下产生的氮氧化跋合物处理的催化笆剂的开发办;敖在硫氧化合物存拔在情况下对含氮板化合物能有效氧奥化催化剂的开发昂;板催化剂中可以吸翱附白HC啊和懊NO案X哎的材料的开发耙;稗对含碳颗粒物能瓣有效燃烧的催化伴剂以及反应器的隘开发胺;隘在尾气产生的高版温下催化剂的稳耙定性问题八;半起火温度低的催摆化剂的开发背;熬抗硫毒性的催化蔼剂的开发阿;白低温还原环境中佰能对把CO芭有效氧化的催化唉剂的开发拔