柴油机排放后处理技术详解（DOC、SCR、DPF、POC）

龄度

梁海波 发表于 17-10-2011 10:50
NTP——non-thermal plasma catalysis——低温等离子体催化剂
    低温等离子技术净化尾气微粒的方法
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楼主，请教一下，既然微粒已经带电，那么为什么又说经过等离子反应区时是微粒带电？怎么回事

龄度

梁海波 发表于 17-10-2011 10:50
NTP——non-thermal plasma catalysis——低温等离子体催化剂
    低温等离子技术净化尾气微粒的方法
    ...

第一步，尾气通过低温等离子发生器，NO转化为NO：？楼主，这个似乎有错。。到底NO转化成了甚么？

梁海波

DOC——Diesel Oxidation Catalyst——柴油氧化型催化器
    安装在发动机排气管路中，通过氧化反应，将发动机排气中一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）转化成无害的水（H20）和二氧化碳（CO2）的装置。它是催化转化器技术中的早期产品。结构形式与三效催化转化器基本相同，只是催化剂涂层有所不同，只具有氧化能力，没有还原能力。
    氧化型催化转化器通常需要二次空气喷射装置配合工作，提供氧化反应所需的氧气，用来降低排气中一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的排放量。
    柴油机氧化催化器(DOC)以铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属作为催化剂，主要降低微粒排放中的SOF的含量从而降低PM的排放。其氧化原理与汽油机三效催化器氧化HC和CO的原理基本一样。同时可以有效减少排气中的HC，CO。氧化催化器可以除去90％ 的SOF，从而使PM排放减少40％~50％ 。其对HC和CO的处理效率可以分别达到88％ ，68％ 。
    DOC同时对于目前排放法规还未限制的有害成分(如多环芳香烃，乙醛等)都能净化。研究表明DOC可以使有毒的部分减少68％ ，多环芳香碳氢化合物排放减少56％ ，乙醛减少70％ 。

梁海波

SCR——Selective Catalytic Reduction——选择性催化还原
    原理就是在含有NOx的尾气中喷入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx还原成N2和水。还原反应在较高的温度范围（870—1100℃）内进行，不需要催化剂，称为选择性非催化还原（SNCR）；还原反应在较低的温度范围（315—400℃）内进行，需要催化剂，称之为选择性催化还原（SCR）。由于NH3可以选择性的与NOx反应而不是被氧气氧化，因此反应称为选择性的。目前SCR用到的催化剂主要有TiO2为载体，V2O5为活性物质的平板式催化剂。
    SCR的关键因素有二：一是排气与NH3充分混合；二是按进入反应区的NOx浓度及去除率严格控制NH3的喷入量。
主要反应方程式：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）
2NO+4NH3+2NO2→4N2+6H2O（2）
6NO2+8NH3→7N2+12H2O（3）
3O2+4NH3→2N2+6H2O（4）
     反应( 1) 为标准SCR 反应, 由于排气中的NO与NO2 的比例一般在9：1 以上, 此时SCR 催化器中主要发生标准SCR 反应。反应( 2) 称为快速SCR 反应, 研究表明, 此反应可以在较低温度下进行, 并且在较低温度下反应速率是标准SCR 反应的17 倍。提高NOx 中NO2 的比例可以使SCR 在较低温度下发生快速SCR 反应, 有利于提高N Ox 转化率。因此, 提高尾气中NO2 的比率是提高SCR 转化率的有效途径。SCR 本身对S 不敏感, 我国燃油品质较差, 含S量偏高, 因此SCR 适合在我国使用。但是SCR 技术通常需要前置DOC 调节NO2 比例, 或者后置DOC 来处理泄漏的NH3 , 而DOC 一般都是对S 敏感的, 这就影响了SCR 在国内的应用。只有通过提高燃油品质, 降低燃油中的S 含量来解决这个问题。为同时去除排气中的NOx 和PM, 需将不同排气后处理技术合理结合。
SCR的性能因素：
1.催化剂的活性。由于烟气的某些成分引起催化剂中毒，烟气温度过高导致的催化剂烧结，飞灰的撞击造成催化剂的腐蚀等都会降低催化剂的活性。
2.烟气温度。烟气温度既决定了催化还原进行的速度，也决定了催化剂的活性。

梁海波

DPF——Diesel Particulate Filter——柴油机颗粒捕捉器
    它利用过滤体对排气中的PM 进行过滤处理, 需定时对过滤器内的沉积PM 进行清除, 即DPF 再生。再生通常采用PM 燃烧的方式来实现。一般情况下, PM 起燃温度一般为550~ 650℃ , 要高于柴油机的正常排气温度。因此, 要使PM 燃烧, 一是通过在燃油或者过滤体表面加入催化剂, 降低PM 的反应活化能, 从而降低PM 的起燃温度, 在正常排气温度下使其氧化, 即被动再生; 二是采用加热技术提高柴油机排气温度或过滤体的温度, 达到PM 起燃温度, 使过滤体内沉积的PM 得以燃烧, 即主动再生。

梁海波

POC——Particle Oxidation Calalyst——颗粒氧化型催化器
    颗粒氧化型催化器由一个新型的低温涂层和一种称作ECOCAT的金属载体构成。它可以减少60%的颗粒物, 同时，对HC和CO转化率达80%-90%。
    这个需要大家完善一下^-^……

梁海波

LNT——Lean-burn NOx Trap——稀释NOx搜集技术
    降低NOx 的另一个研究方向是稀燃NOx 捕集( Lean NOx T rap, LNT) 技术, LN T 的NOx 吸收率可达90%以上, 与发动机系统进行合理集成后可有效减少排气中的NOx 。LNT 关键部件是具有NOx吸附能力的碱金属化合物。以含碱金属钡( Ba) 的吸附材料为例, LNT 的工作原理见图6。ECU通过分析LNT前后温度、N Ox浓度等传感器测得的信号,来控制LNT 进行捕集吸附NOx 或是还原再生。当ECU 判断出LNT 载体还未达到NOx 吸附饱和状态, 则控制LNT 继续捕集吸附NOx ,排气中的NO 在金属Pt 的催化作用下被氧化成NO2, 然后与吸附剂中的碱金属Ba反应生成较稳定的化合物Ba( NO3 )2;当判断已达到饱和状态, 则调整发动机的工况使其达到富燃条件, 此时Ba ( NO3 ) 2 分解释放NOx。NOx再通过金属Rh, Pt的催化作用与HC,CO和H2发生还原反应,生成N2。
    燃油中含有的S 对LNT 的NOx吸附效率影响极大。S燃烧生成的SO2会与吸附催化剂发生类似于NO的反应而生成更为稳定的BaSO4,阻碍LNT 对NOx 的吸收。另外, 燃烧生成的SO2可与机油燃烧排放物反应生成硫酸盐。这些硫酸盐会增加烟度或覆盖在催化剂的表面影响催化效果。因此LN T 仅适用于低S含量的柴油燃料, 或者需要引入S捕集器( Lean Sulfur T rap,LST) 来净化排气中的S。

梁海波

NTP——non-thermal plasma catalysis——低温等离子体催化剂
    低温等离子技术净化尾气微粒的方法
    柴油机微粒中有70％ ～80％ 呈带电状态，每个带电微粒约带1～5个基本正电荷或负电荷，微粒的电阻率一般在10 ～10 Ω•cm之间，符合静电捕集对电阻率的要求(10 4～1011Ω •cm)。低温等离子体物理净化方法即通过静电捕集的方法来达到去除微粒的目的。当含有微粒的排气流经等离子体反应区时，其微粒就被赋电。在其后的流动过程中，这些被赋电的微粒可能发生凝聚，微粒直径增加，并按其电荷的性质向两个电极运动，最终被吸附在相应的电极上。从而达到净化微粒的目的。
    尾气中有害气体的净化
    柴油机尾气排放中含量最多的有害气体是NOx，如何有效地去除它是柴油机尾气净化最重要的问题。传统的NOx的净化方法中，大部分都是使用氨水(尿素)加催化剂，或者碳氢化合物(HC)加催化剂，来直接还原NOx，但效果并不理想。其原因是NOx中大部分是NO，而NO很难被催化还原剂直接还原为N： ，但低温等离子催化辅助系统的净化方法就不同了，其净化过程主要分为两步：第一步，尾气通过低温等离子发生器，NO转化为NO：第二步尾气再通过催化剂反应器，在拥有催化剂的条件下，NO转化为N，最终达到净化的目的，在此过程中当然也会有少量副产物的产生。

梁海波

  低温等离子体去除颗粒污染物的机理主要体现在它的物理效应方面。在电晕放电过程中，产生大量电子和正负离子，在电场的作用下，高速运动与颗粒污染物发生非弹性碰撞，从而附着在上面，与之形成荷电颗粒物（这就是赋电过程），在电场的作用下，运动而被收集，最终达到去除的目的，一般过程包括：①电子与污染物分子碰撞形成带电负离子。②电子以及负离子与颗粒污染物碰撞附着过程。③带电颗粒污染物的收集沉降过程。

梁海波

第一阶段NO转化为NO2，后面一个阶段转化为N2

YUJIALIN2008

随着欧四排放的推迟，电控技术排放还没有实施，前期只是试制或小批量阶段。

jaym_0107

DOC是不需要跟二次空气共用的，柴油机排气本来就是富氧环境。DOC对于SOF的作用原理，请楼主提供更多资料，多谢！

梁海波

jaym_0107 发表于 29-11-2011 22:50
DOC是不需要跟二次空气共用的，柴油机排气本来就是富氧环境。DOC对于SOF的作用原理，请楼主提供更多资料，多 ...

SOF其实就是PM里可以用有机溶剂萃取出来的可容有机成分，也可以叫做soot。SOF的主要成分是未燃碳氢化合物，含氧氧化物（醛、酯、酮、醚等），多环芳烃（PAH）以及其他含氧和含氧衍生物。其实说白了，就是没有充分燃烧的一些化合物，用DOC就是将这些未氧化完全的化合物氧化完全。至于你说的排气是富氧，我不反对，但是我进行空气二次喷射，提供更多氧气去进行氧化反应，效果会更好吧！

俊思无限

我的分怎么是负的呢？？

小华1987

正好最近公司在搞SCR，学到了，谢谢