采用低温等离子体同步净化柴油机PM和NO_x(一):物理仿真

为了实现对柴油机尾气中PM和NOx的同步去除,将静电旋风捕集技术与等离子体协同烃类选择性催化还原技术(Plasma/HC-SCR)相结合开发了一套柴油机后处理原理性试验装置。该装置集柴油机PM的静电捕集、PM的氧化燃烧、NOx的选择性催化还原于一体,对在富氧条件下利用烃类选择还原催化和静电旋风捕集同步去除柴油机PM和NOx进行了利用可控标准气体的模拟试验研究,得到了净化效率随相关参数之间的变化规律。在单纯的等离子体环境下,NO浓度降低,NO2浓度增加,但总的NOx基本保持不变;使用催化剂的同时辅助等离子体可以使NO的峰值转化率所对应的温度向低温区偏移50℃左右;催化剂、等离子体、还原HC对于降低炭烟的起燃温度都有影响,同时使用可以使炭烟的起燃温度最低降低到280℃。此装置实现了柴油机PM和NOx的同步去除。     

摩托车催化转化器及整车瞬态工况排放的数值模拟

以建设牌125ml摩托车上所使用的三效催化转化器为研究对象,利用CES08A催化器活性评价测试仪对催化剂小样的空燃比特性和氧平衡系数为0.97、1和1.03时的起燃温度特性进行试验测试。空燃比特性结果显示该催化剂对CO的转化效率较高,都保持在90% 以上。起燃温度特性结果显示氧平衡系数对CO的起燃温度影响不大。通过对催化剂反应机理的研究,建立了催化反应模型,对其进行数值求解,模拟结果与试验值吻合较好,验证了模型的正确性。在底盘测功机上对整车在循环工况下的排放进行了定容采样测试,并利用Boost软件建立发动机循环仿真模型,对整车在瞬态工况下的排放进行数值模拟。     

国六SCR催化剂的性能试验研究

选择性催化还原技术(SCR)是国六柴油机控制NO_x排放的主要技术,为了对比国外后处理厂家和国内后处理厂家的铜基分子筛SCR催化剂性能,搭建了SCR催化剂的小样测试台架,对两种SCR催化剂进行了小样性能测试分析,包括稳态测试,瞬态测试,并介绍了相应的测试流程方法。测试内容覆盖了温度扫描,空速扫描,氨氮比扫描,NO/NO_x比例扫描,NO氧化效率,标准SCR转化效率,氨氧化效率和氨存储。试验结果表明,两种催化剂在不同试验条件下所呈现的性能变化规律基本一致,国外催化剂的NO_x转化效率比国内催化剂高3%左右,200℃条件下国外催化剂的氨存储量比国内催化剂高0.5g/L,两种催化剂的性能差异主要集中在低温区域。     

采用分子筛SCR催化器降低柴油机NO_x排放的试验研究

在1台6缸柴油机上进行了十三工况各选定氨氮比(N_(SR))下的两种分子筛SCR催化剂催化活性的试验研究,分析了两种分子筛SCR催化剂的低温催化活性和NO_x转化效率受温度、空速以及HC转化效率影响的规律。结果表明:t=250℃时,空速对NO_x转化效率影响较小;由于受温度的影响,在N_(SR)值为1.0的情况下Cu基与Fe基分子筛的NO_x转化效率最高分别为88%和78%,Cu基SCR催化剂较Fe基SCR催化剂有较好的低温催化性能;t=250℃时,Fe基分子筛催化剂的抗HC中毒能力不如Cu基分子筛催化剂。t=350℃时,NO_x转化效率受空速与温度的双重影响,两种SCR催化剂的最高NO_x转化效率分别出现在空速为115 060 h~(-1)和90 400 h~(-1)时;t=350℃时,Fe基分子筛催化剂比Cu基分子筛催化剂对HC更加敏感。     

欧Ⅳ标准催化转换器的结构设计

将催化转换器安装在发动机排气歧管出口位置,可以使催化剂快速起燃,充分发挥某些配方的催化剂效能,这被执行欧III和欧IV排放标准的车辆广泛应用。从催化转换器布置的角度,介绍这种催化转换器的结构设计,比较了布置方案,并对催化转换器中的零件如进气端管、壳体总成、出气端锥以及封装方案的设计要点作了描述。论述了该型催化转换器的气体流动特性、温度分布和塑性应变分布。     

臭氧协同Fe/SSZ-13分子筛催化氧化低浓度甲烷的性能研究

当前低浓度甲烷催化氧化存在起燃温度高、贵金属用量大等问题，为探索低成本、清洁高效的甲烷去除技术，基于臭氧的强氧化性和Fe/SSZ-13分子筛优异的吸附性，探究了在臭氧(O₃)气氛下Fe负载量、n(CH₄)∶n(O₃)以及空速对甲烷催化氧化性能的影响。研究结果表明，在Fe负载量为1%,n(CH₄)∶n(O₃)为1∶6,温度为200℃的条件下，甲烷的转化率可达80.8%。通过BET,XRD,NH₃-TPD,H₂-TPR,UV-Vis以及XPS表征手段，证明了适量的Fe负载可以提高催化剂比表面积，促进更多酸性位点的形成，调节催化剂表面铁元素的价态分布和种类，从而促进甲烷催化臭氧化反应。基于原位红外试验发现O₃可以活化活性位点，进而促进甲烷吸附和催化氧化反应。     

发动机台架模拟汽油车冷启动排放特性研究

在发动机模拟实验台架上研究了采用不同的催化转化器和不同布置方案的后处理系统对低温启动过程中排放特性的影响。研究结果表明：-7℃冷启动过程中,催化转化器前移、选用较高活性的催化转化器和加装前级催化转化器都会不同程度地降低冷启动排放。其中采用低起燃温度催化转化器近距离布置,可以使两循环内的THC（总HC排放物）排放量减少约38％;采用两级催化转化器,可使THC排放量减少约47％。     

基于废气电加热方案的试验研究

根据相关法规规定,世界各国针对汽车有害物排放的限值正在日益加严。废气电加热技术有助于降低排放,它能使废气后处理系统更快地达到起燃温度,并能在发动机停机或车辆以纯电动状态行驶期间,防止废气后处理系统温度降低。     

柴油机尿素 SCR 反应特性的试验研究

利用可独立控制尿素喷射量的SCR系统,通过柴油机台架试验,研究了钒基催化剂温度和空速对SCR催化还原反应NOx 转化效率和反应速率的影响,以及尿素喷嘴安装位置对转化效率的影响。结果表明：NOx 转化率随着氨氮比（NH3与NOx 物质的量之比）的升高而逐渐升高,由于尿素水解和热解不完全等因素,氨氮比上升到2时NOx 转化率才可达到最大;NOx 转化率随着催化剂温度升高而升高,到400℃时基本趋于稳定,NOx 转化率随空速升高略有下降;SCR反应速率随温度的升高而升高,随空速的变化不明显;相同氨氮比时,尿素喷嘴与催化剂的距离增加,有利于NOx 转化率的升高。     

车用尾气催化剂工作性能的模拟与分析方法

建立了包含催化剂温度特性、空燃比特性和空速特性在内的车用尾气催化剂工作性能模型 ,给出了载体的开口率、内部表面积、排气阻力等性能参数的计算公式 ,并介绍了在实际应用中对催化剂催化性能和耐久性能的分析方法。     

满足第3阶段摩托车排放标准的排气后处理技术

摩托车要满足第3阶段排放标准需要解决冷起动时HC的排放问题。根据欧美各大公司对汽车冷起动排放控制的实践来看,一般单独的快速起燃技术和HC捕集催化技术就可以胜任。密耦型催化净化器和HC捕集催化剂有望成为我国摩托车满足第3阶段排放控制的主流技术。     

汽油车标定用失效催化器制备研究

基于催化剂高温失活机理，分析了OBD催化转化器失效样件的制备过程。其制备过程较为复杂，方法在各大公司尚不统一。文中就其中一种方法的催化剂储氧量、起燃温度测试进行了详细的阐述，给出了一种有效制备汽油车标定用失效催化器的方法。     

摩托车国Ⅲ催化剂涂层性能的改善试验

我国摩托车污染物排放法规日趋严格,催化剂作为污染物控制装置中的一部分所承担的压力大大提高.新型的、满足国Ⅲ排放标准的催化剂要求起燃温度低、耐久性好,通过改进催化剂涂层来优化催化剂老化态的起燃温度及耐久性,达到催化剂耐久性的提升.     

摩托车蜂窝陶瓷载体催化剂结构、性能评价与计算机辅助设计

建立了包含催化剂温度特性、空燃比特性和空速特性在内的摩托车车用排气催化剂工作性能模型,给出了载体的开口率、内部表面积、排气阻力等性能参数的计算公式,及在实际应用中对催化剂催化性能、耐久性能及失效原因的分析方法及计算机辅助设计方法。     

柴油机SCR系统NOx转化率影响因素的研究

利用计算流体动力学的方法对柴油机SCR尿素水溶液喷雾分解和催化剂表面的化学反应过程进行了数值模拟,结合SCR台架试验,探究了氨氮比、温度、空速和喷嘴安装位置对NO转化率的影响。结果表明:当氨氮比在0.6~2.0时,NO转化率随氨氮比的升高呈先升后降趋势,氨氮比为1.2时的NO转化率较高;当催化剂温度在300~500℃时,NO转化率随温度的升高呈先升高后趋于稳定的变化趋势,温度达450℃时基本稳定;空速在13 000~21 000h-1时,NO转化率随空速升高逐渐降低;随着喷嘴与催化剂距离的增加,NO转化率逐渐增加,当喷嘴与催化剂距离大于450mm时,NO转化率逐渐趋于稳定。     

车用催化转化器起燃特性的数值模拟

利用ANSYS Workbench软件建立某催化转化器载体单孔道二维几何模型及有限元模型,在FLUENT软件中,采用层流有限速率湍流模型,对其起燃特性进行了数值模拟,分析了载体内温度、流速、压力及尾气各气体组分的变化过程,基本上反映了催化转化器起燃过程的实际情况,所得到的速度场、温度场、压力场和各组分质量分数分布图趋势均正确合理。在此基础上,分析了载体参数对催化转化器起燃特性和转化效率的影响,并对载体入口速度和温度进行了优化设计。结果表明,尾气各气体转化率随着入口温度的增加而增加,当入口速度增加时,尾气各气体转化率先增加后减小。     

尿素-SCR催化器与发动机性能匹配试验研究

对一台国IV重型柴油机装用不同厂家生产的3种典型商用尿素-SCR催化转化器在台架上进行了动力性、经济性和排放等性能匹配试验,重点研究催化转化器的压降特性、起燃特性、动态响应和转化效率等性能.结果表明,催化器目数越少,其压降越小;起燃温度低,动态响应快的催化器具有较好的NOx控制效果,且在减少NH3、SO2、N2O和NO2排放方面效果也较好.SCR尺寸和结构相同时,发动机动力性和经济性基本不受催化剂配方和涂层工艺的影响.     

蜂窝载体负载V_2O_5-WO_3/TiO_2NH_3-SCR试验研究

针对一使用SCR技术满足欧Ⅳ排放标准的柴油机排气特征,在连续流动固定床反应器上利用NH3作还原剂对一纳米级V2O5-WO3/TiO2催化剂的选择性催化还原NO进行了试验研究,分析了不同温度、空速、NH3与NO物质的量比对NOx转化性能的影响。试验结果表明,温度对催化还原性能的影响最大。在低温下,NOx的转化效率很低,随着反应温度的升高,NOx转化率随之急剧升高,在300℃~450℃范围内达到较高的NOx转化效率;随着NH3与NO物质的量比的增加,还原效率并未明显增加,但NH3的氧化和泄漏越来越严重;空速对低温还原效率也存在影响。     

车用催化剂的研究进展

车用催化剂经历了约30年的发展,是催化领域,尤其是异相催化领域开发最为成功的一类催化剂。目前,车用催化剂的概念已不再局限于仅是一种排放后处理技术,用于改善燃烧过程、降低内燃机污染物生成量的燃油添加剂也是一种新型车用催化剂。     

SCR 反应物理化学过程模型及验证

针对柴油机选择性催化还原（SCR）脱硝技术,建立了零维 SCR 反应器数学模型,并利用 VC ＋＋编写了仿真计算软件。通过小样台架试验测试了钒基催化剂在不同温度、空速、含氧量、NO2与 NO x 的摩尔比以及氨氮比条件下的 NO x 转化率,并与计算结果进行对比。结果表明,模型计算值与试验结果具有很好的一致性,低温条件下,空速越低,NO2与 NO x 的摩尔比越大,NO x 的转化率越高。