排气温度、排气流量和海拔高度对SCR系统NOx转化率和NH3泄漏量的影响研究

为研究不同海拔下SCR系统性能,分别在80、90、100 k Pa大气压力下对一台满足国五排放标准的高压共轨柴油机进行性能与排放试验,以研究排气温度、排气流量和海拔变化对NO_x转化率和NH₃泄漏量的影响。结果表明:在排气流量为350 kg/h情况下,NO_x转化率随排气温度升高呈现先增后减的趋势,不同温度下NO_x转化率最大差值为43.4百分点;NH₃泄漏量随着温度的升高大体上呈下降趋势,不同温度下NH₃泄漏量最大差值为328×10^-6;NO_x转化率随排气流量升高呈现先增后减的趋势,在250℃时,不同排气流量下NO_x转化效率最大相差21.5百分点;NH₃泄漏量随排气流量的增大而增加,在250℃时,不同排气流量下NH₃泄漏量最大差值为90.8×10^-6。相同工况下,海拔越高,NO_x转化率越高,NH₃泄漏量越小,大气压力为80和100 k Pa下NO_x转化率最大相差20.1百分点,NH₃泄漏量最大相差54.6×10^-6。     

铜基SAPO-34催化剂原位合成及台架性能研究

使用磷酸三乙胺为结构引导剂与磷源,原位制备Cu/SAPO-34-z催化剂,考察其经800℃-10%-24 h条件处理前后的催化活性,结合XRD,SEM,TG,BET等表征手段分析理化特性,并进一步验证其发动机台架性能。结果表明：磷酸三乙胺制备的SAPO-34分子筛结晶度更高,比表面积达到了682 m²/g,粒径集中分布在1～3μm;焙烧过程中,由于铜铵络合物分解,致使350～450℃区间内失重加剧;高温水热处理对Cu/SAPO-34-z催化剂低温活性影响较小,温度窗口由173～515℃劣化至173～445℃。台架性能测试结果显示：自制SCR样件200℃时NO_x转化率超过90%,220～450℃接近100%,即使空速增至60 000 h^-1,NO_x转化率仍超过98%;温度对氨存储量的影响远大于空速,3种空速下温升导致的降幅分别是86%,86%,57.5%;氨存储率越高,NO_x转化率越高,且变动幅度受温度与空速影响越低;空速越高,氨逃逸量越高;温度越高,尿素停喷前后氨逃逸量差值越小...     

柴油机后处理系统N_2O排放特性的试验研究

对一台重型柴油机的后处理系统进行台架试验,研究其N2O生成特性,包括在颗粒捕集器(DPF)主动再生、选择性催化还原(SCR)反应和泄漏氨气在氨气氧化催化器(ASC)的氧化过程中一氧化二氮(N2O)的生成规律。结果表明,DPF主动再生时,喷入排气管的柴油与排气中的氮氧化物在催化剂表面发生副反应生成N2O,其生成量随DOC出口温度的升高呈现先增后减的趋势。在SCR反应中,Cu沸石催化剂生成的N2O最多,Cu/Fe复合催化剂次之,而其它催化剂生成的N2O很少;对于前两种催化剂,随着温度的升高,N2O生成量呈先增后减再增的趋势。从SCR催化器泄漏的氨气在ASC中被氧化生成N2O,温度在200~250℃时N2O生成量较大。     

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。     

国六柴油机用铜基和钒基SCR催化剂特性台架对比研究

在发动机测试台架上对比研究不同温度、空速、氨氮比下铜基分子筛SCR催化剂和钒基SCR催化剂的NOx转化效率和氨存储特性。试验结果表明,对于铜基SCR催化剂,在低温区域200～250℃,温度对氮氧转化率影响明显,而空速影响甚微。温度对氨储存量影响极大,铜基SCR催化剂氨存储量随温度上升而快速下降,200℃时为1.5g/L,250℃为0.77g/L。对比而言,铜基催化剂低温性能优异,转化效率达到84%,明显高于钒基催化剂低温40%～60%转化效率;中温段(250～450℃)性能稳定,转化效率达到98%;高温段(450℃以上)效率较高,达到96%,且随着温度升高效率降低幅度较小。铜基分子筛催化剂性能整体优于钒基催化剂,从技术角度考虑,为国六后处理催化剂的优先选择。本试验研究工作获得的基础数据,可用于发动机数据标定。     

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。     

NH_3-SCR钒系催化剂的制备及脱硝性能研究

为了有效控制柴油机NOx排放量,采用等体积浸渍法制备了一系列不同组合含量的钨基催化剂及掺杂不同过渡金属M的改性催化剂M-V2O5-WO3/TiO2(其中M可以是Ni,Zr,Fe,Cu),分别对两类催化剂进行了SCR脱硝活性测试,并进一步用XRD,TEM和NH3-TPD对催化剂进行了表征。研究表明,催化剂掺杂金属Zr时的催化效率较高,在低温(150℃)时也有较高的活性。催化剂活性增加的原因可能是掺杂金属Zr加强了V,W及载体TiO2的分散性,提高氧化还原能力和表面酸性,从而促进SCR性能。     

催化剂涂覆量对POC降低柴油机排放的影响

在1台4缸柴油机上进行了POC催化剂涂覆量对柴油机污染物排放量影响的试验研究,分析了POC催化剂涂覆量对HC,CO,PM和烟度的影响规律。结果表明,催化剂涂覆量为0.706×10-3 g/cm3时对HC和CO均有较高的转化效率,分别为58.4%和72.5%;涂覆催化剂后,POC对PM的氧化率和捕集率随POC前温度的变化呈现相似的规律,最高捕集率与氧化率均出现在230℃左右,分别为73.2%和30.1%。     

基于随机森林和优化GRU算法的柴油机NOx预测

以尿素为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术是降低柴油车NOx排放的主要途径,而实现NOx的精准预测是实现对SCR精准控制的前提,文章提出使用随机森林结合门控循环单元(GRU)的方法对NOx进行预测。针对NOx生成因素的复杂性,使用随机森林进行特征选取,选取对结果影响大的特征,并构建基于优化门控单元的NOx的预测模型。实验结果显示,在瞬态与稳态工况下使用随机森林结合GRU的预测结果的均方误差分别为66.419×10^-6与63.423×10^-6,证明模型具有较高的精准度以及良好的泛化能力。     

基于WO3阵列的高效PEM电解水铱负载电极

PEM电解水阳极面临高电位强氧化的环境，同时受限于金属铱的高昂价格，开发低成本、高活性与稳定性的析氧电极面临巨大挑战。本文通过操作简单的浸渍法在WO₃阵列表面进行铱负载，得到的Ir@WO₃电极在PEM电解水析氧电极中具有较高的活性与应用化价值。通过优化铱前驱体的浸渍量，当载量为0.15 mg_Ir·cm^-2时，电极呈无序多孔结构，铱在电极表面均匀分布。单电解池测试膜电极2.0 V下性能达到2.3 A·cm^-2，此时铱质量比活性提高至15.5 A·g_Ir^-1，传质极化区域tafel斜率降低至360 m V·dec^-1；相比商业化铱黑喷涂电极，WO₃阵列载体的电极在提高催化剂质量活性与降低电极的传质极化方面具有优势。本研究提供的电极制备方法与性能研究思路对于发展低成本高活性PEM电解水膜电极具有一定的价值。     

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。     

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。     

Sliding-mode observer for urea-selective catalytic reduction (SCR) mid-catalyst ammonia concentration estimation

This paper presents an observer design for SCR mid-catalyst ammonia concentration estimation using tailpipe NO_x and ammonia sensors. Urea-SCR has been popularly used by Diesel engine powered vehicles to reduce NO_x emissions in recent years. It utilizes ammonia, converted from urea injected at upstream of the catalyst, as the reductant to catalytically convert NO_x emissions to nitrogen. To simultaneously achieve high SCR NO_x conversion efficiency and low tailpipe ammonia slip, it is desirable to control the ammonia storage distribution along the SCR catalyst. Such a control method, however, requires a mid-catalyst ammonia sensor. The observer developed in this paper can replace such a mid-catalyst ammonia sensor and be used for SCR catalyst ammonia distribution control as well as serves for fault diagnosis purpose of the mid-catalyst ammonia sensor. The stability of the observer was shown based on the sliding mode approach and analyzed by simulations. Experimental validation of the observer was also conducted based on a medium-duty Diesel engine two-catalyst SCR system setup with emission sensors.     

满足欧Ⅴ排放法规增压汽油机的设计和研究

研究了车用增压汽油机的排放特性,阐述了达到欧V排放标准的技术路线。针对催化器非紧耦合布置和暖机速度较慢问题,进行了两方面的研究:一方面通过对三元催化器的分析,优化了其结构设计以及贵金属的涂覆和配比控制,提高了催化转化效率;另一方面通过发动机的电子控制和标定,设定特别的稀燃控制策略和暖机控制策略,降低了发动机的原始排放,提高了催化器的转化效率。排放测试结果表明,上述设计能使增压汽油机满足欧Ⅴ排放标准。     

SHS方法制备的锰铁系NH3-SCR催化剂的性能研究和机理分析

为提高传统选择性催化还原(SCR)催化剂低温窗口的NO去除效率,运用自蔓延高温合成法(Self-Propagating High-temperature Synthesis)制备了一系列低温锰铁系催化剂.对其在SCR法去除NO中的反应性能进行评价,分析了活性组分和液相点燃温度的影响;利用X射线衍射仪(XRD)对催化剂晶...     

柴油机氨基 SCR 化学反应特性的试验研究

为了研究不同因素对氨基 SCR 化学反应特性的影响,基于某重型柴油机及其已有 SCR 装置,分别针对不同空速、温度和氨氮比对氨基 SCR 化学反应特性中 NO x 转化效率和 SCR 反应速率的影响以及升温过程对NH3的饱和存储量的影响开展试验研究。结果表明：NO x 平均转化速率基本上由温度决定,而 NO x 转化效率则由温度和空速共同影响;随着氨氮比增加,NO x 转化效率也会随之升高,但是当氨氮比大于1．0后,NO x 转化效率的变化开始趋于平缓,且氨氮比越大 NH3泄漏会越早超过10×10－6（法规规定）;而且温度升高引起的 NH3饱和存储量的变化会造成 NH3泄漏。试验还获得不同空速、不同温度下的 NO x 最大转化效率 MAP 图和 NH3饱和存储量的动态方程,对于 SCR 控制策略的建立具有重要意义。     

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。