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。     

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。     

SCR系统降低柴油机NOx排放的试验研究

设计了SCR系统反应器,制备了TiO2-WO3-V2O5催化剂,在6106柴油机上进行了台架试验,以验证SCR系统对NOx排放的转化效率.试验结果表明,在温度为350～500℃、空速为60 000 h-1时,SCR系统的NOx转化率可达到50%～60%.最后分析了SCR系统NOx转化率相对不高的原因.     

分子筛型SCR对车用柴油机排放改善的试验研究

商用车柴油机多采用DOC+SCR的后处理系统来满足国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的要求,而不同类型SCR的催化特性对最终污染物排放影响也不同。试验获取了一支铜基分子筛型SCR,基于1台2.8L柴油机和一支钒基SCR,运行了车用柴油机稳态循环(ESC)和瞬态排放循环(ETC),研究并分析了其对柴油机污染物的减排特性。结果表明,相较于钒基SCR,运行ETC循环时分子筛型SCR对发动机NOx和PM排放的减排效率分别提升19%和33%;分子筛型SCR对NOx的低温转化效率更高,且由于对排气流量不敏感,在高空速工况下其转化效率显著高于钒基SCR;分子筛型SCR对颗粒物个数的减排效率弱于钒基SCR,达7%以上,容易将大质量颗粒物分解为小质量颗粒物;两种SCR均对CO和HC具有一定的减排效果,减排率可达20%左右。     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。     

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...     

CDPF主动再生对SCR性能影响的试验研究

基于某国六小缸径柴油机加载DOC+CDPF+SCR后处理测试台架,进行了8 g/L碳载量下CDPF主动再生及降怠速(DTI)再生试验,研究分析了CDPF主动再生对涂覆不同催化剂SCR工作特性的影响。结果表明：由于混合器作用,CDPF主动再生对SCR入口面温度分布均匀性影响较小,主动再生期间SCR入口温度平均约为580℃;主动再生稳定期间,两种催化剂涂覆方案下,NO_x转化效率均较低,铜基分子筛SCR的NO_x转化效率约为80.3%,钒基SCR约为32%,前者稳定性较好;DTI主动再生试验时,主动再生前,NO_x转化效率随SCR入口温度的升高逐渐升高,入口温度为401℃时达到这一期间最高值,约为99.3%;主动再生稳定后,转化效率随温度升高而降低;当工况突变为怠速工况时,SCR入口达到最高温度,约为582℃,此时转化效率为82.2%,氧浓度升高,致使NO_x转化效率迅速升高至较高值后保持稳定,转化效率稳定于99.5%,直至温度较低时转化效率下降。     

脉冲喷射C_3H_6的新型NSR技术研究

稀燃发动机具有燃料消耗量低的优点,但其缺点是NO_x排放值较高。传统SCR技术由于体积较大无法在轻型乘用车上应用,针对稀燃发动机的NO_x去除主要是通过NSR催化剂来实现,但是其难以解决的问题是高温和高空速时的NO_x转化率较低。通过试验研究,提出了一种针对稀燃发动机排气中NO_x去除的新型NSR技术,其原理是通过在NSR催化剂前端以一定的频率脉冲喷射碳氢还原剂,在NSR催化剂上能形成具有还原性的活性中间物种—CN和—NCO,C_3H_6脉冲喷射期间,活性还原物种不断生成、消耗,从而来还原NSR催化剂上吸附的NO_x,NSR催化剂实现再生。采用此项技术,发动机可一直运行在稀燃工况,避免切换至浓燃状态,而且运行简单,控制成本较低。研究结果表明此技术拓宽了NO_x去除的温度窗口,在排气温度为350～550℃区间均能保持90%以上的NO_x转化效率。另外,对此系统的关键影响参数也进行了探究:反应温度、空速、碳氢燃料喷射频率与喷射量、空燃比。     

汽车三效催化转化器的故障诊断和监测

1使用中三效催化转化器的效率变化及其影响因素在三效催化转化器工作时,首先将NO_x还原成N_2和O_2,只有在排气中含有很少的氧时,这一反应才能顺利进行。浓的混合气使NO_x的转化效率有所上升,但会降低CO和HC的转化效率。稀的混合气有利于CO和HC的转化,但对NO_x的转化效率有所抑制。三效催化转化器对混合气的空燃比非常敏感,所以有必要精确控制进入发动机的可燃混合气的空然比,将可燃混合气的空燃比控制在理     

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。     

SCR催化剂铂中毒对DeNOx性能影响的研究

随着排放法规日趋严格,DOC-DPF-SCR后处理系统越来越广泛地应用于柴油机。位于SCR催化剂上游的DOC催化剂,其主要活性组分为贵金属铂、钯,氧化态贵金属在高温时可以气化,并能随排气迁移至SCR催化剂表面,在SCR催化剂上沉积,造成SCR催化剂贵金属中毒。将台架试验后中毒的催化剂制备成小样,并对催化剂进行了性能探究,发现贵金属中毒主要影响DeNO_x的高温阶段(300℃以上)效率;同时在试验室制备两种模拟中毒样件:掺杂涂覆样件和表面涂覆样件,研究了SCR催化剂Pt中毒的现象并分析中毒后的反应机理。掺杂涂覆500×10^-6样件试验结果表明,贵金属中毒后催化剂氧化能力显著提升,氨气泄漏量在350℃降低至0;而选择性还原能力大幅下降,NO_x转化效率在450℃下降至56.3%。表面涂覆50×10^-6样件试验结果与掺杂涂覆500×10^-6相当。两种涂覆方法研究结果表明,中毒主要发生在表层,导致内层催化剂利用率低,吸附的氨气很难传递进催化剂内层,被直接氧化为NO_x和N₂O,导致NO_x转化效率降低。     

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...     

Parametric study of the main parameters influencing the catalytic efficiency of a diesel oxidation catalyst: Parameters influencing the efficiency of a diesel catalyst

This work studies the impact of five parameters: CO and HC engine-out emissions, space velocity, average value and profile of exhaust temperature, on Diesel CO and HC tail-pipe emissions. The first part of this work is conducted on a reactor and shows that both HC and CO light-off temperature increases with CO and HC input concentration. CO and HC initial concentration influence the adsorption/desorption capacities of HC only at high temperatures. Space velocity also influences CO and HC conversion efficiency. The second part of this work studies the impact of different combinations of HC and CO engine-out emissions on CO and HC conversion and tail-pipe emissions in the case of New European Driving Cycle. This part proposes that a Diesel oxidation catalyst must be mainly studied at the Urban Part of NEDC, as the CO and HC conversions are very high at the extra-urban part of NEDC. CO and HC conversion efficiencies are also dependent on exhaust temperature and catalytic volume. In the case of two different profiles of exhaust temperature with the same average temperature, CO and HC conversion efficiency is lower in the case of the smoother profile.     

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。     

柴油机SCR后处理控制策略开发与研究

为选择性催化还原技术提出了还原剂喷射的控制策略。它根据原机NOx排放浓度脉谱、排气温度和空速脉谱等计算还原剂的喷射速率。分别通过试验研究了NH3/NOx比值、排气温度和空速对NOx转化率和氨泄漏浓度的影响以及SCR催化剂的氨吸附和脱附特性,并根据研究结果,分别确定稳态和瞬态工况下尿素溶液喷射的控制方案,因而实现了ESC稳态循环和ETC瞬态循环下的控制目标。此外,冷机起动试验表明,该阶段的排气温度低,NOx排放浓度较高,故应采取措施减少低温工况下NOx的排放。     

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%。     

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。