內(nèi)燃機(jī)排放課讀書報告

1、SCR技術(shù)在柴油機(jī)尾氣處理中的應(yīng)用專業(yè)：研動力1301 學(xué)號：S1304052 姓名：李超摘要：選擇催化還原技術(shù)( SCR ) 是降低車用柴油機(jī)NOx 排放的機(jī)外措施之一。本文中將對柴油機(jī)各種尾氣處理技術(shù)進(jìn)行了比較。闡述了SCR技術(shù)的機(jī)理、系統(tǒng)組成及工作原理, 介紹了國內(nèi)車用柴油機(jī)SCR技術(shù)的研究情況及還需解決的問題。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；SCR；NOxThe Application of SCR Technology in Exhaust Treatment of Diesel EngineAbstact:SCR technology is one of the measures to reduc

2、e the NOx emission of vehicle diesel engine.Several kinds of exhaust treatment of diesel engine are compared in this context.This context elaborates the principle、composition and working principle of diesel engines;and introduces the research of the domestic automotive SCR diesel technology and some

3、 problems of SCR techlonogy.Keywords:diesel engine;SCR; NOx0 前言內(nèi)燃機(jī)T業(yè)的發(fā)展在人類文明發(fā)展史上起著舉足輕重的作用，并且在現(xiàn)階段還與人類的生活息息相關(guān)。內(nèi)燃機(jī)排放引起的環(huán)境污染問題已引起全人類的普遍關(guān)注。能源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)失衡成為人類社會嚴(yán)重的、迫切需要解決的三大問題。伴隨著人們可持續(xù)發(fā)展觀念的形成和發(fā)展，尋求社會、經(jīng)濟(jì)、人口和資源、環(huán)境的相互促進(jìn)與協(xié)調(diào)發(fā)展已成為世界潮流。研究表明，柴油機(jī)的PM與NO。排放存在先天的“trade off"效應(yīng)。鑒于現(xiàn)有的柴油機(jī)技術(shù)水平，僅僅依靠柴油機(jī)機(jī)前和機(jī)內(nèi)措施很難大幅度同時降低

4、NOx和PM排放。要滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，尤其是要達(dá)到歐V(NOx排放為29/(kw·h)、歐VI(NOx排放為lg(kW·h)和美國20072010排放標(biāo)準(zhǔn)，必須結(jié)合柴油機(jī)后處理技術(shù)來降低NOx和PM排放。而結(jié)合優(yōu)化缸內(nèi)燃燒的NH廠SCR選擇性催化還原技術(shù)，因其具有能大幅度降低NOx排放(在不降低發(fā)動機(jī)效率前提下，能使NOx的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90以上，并且在溫度變化范圍比較大的情況下保證較高的NOx轉(zhuǎn)換率)、較好的燃油經(jīng)濟(jì)性(油耗可節(jié)省57)、對燃油品質(zhì)相對不敏感(尤其是對S毒副作用的高抗性)、催化劑活性高以及對水蒸氣穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的關(guān)注1。自20世紀(jì)70年

5、代開始，以氮的化合物(氨或者尿素)為還原劑的選擇性催化還原SCR就固定在工業(yè)領(lǐng)域，如化工行業(yè)的精煉加熱器或者鍋爐，以及燃?xì)廨啓C(jī)和燃煤生產(chǎn)等行業(yè)。盡管SCR在柴油機(jī)上使用還存在許多問題需要解決，但SCR是目前滿足柴油機(jī)排放法規(guī)的良好辦法。為滿足重型柴油機(jī)E啪(2005)和Eur0V(2008)NOx排放限值359·(kwh)一和2 g·(kwh)d的要求，尿素-SCR是比較理想的方法。歐洲和美國已經(jīng)使用SCR，且加油站設(shè)置了尿素添加設(shè)備。目前，國內(nèi)在SCR系統(tǒng)研究與開發(fā)方面基本上還是一個空白，但越來越多的科研工作者已經(jīng)開始密切關(guān)注這項(xiàng)工作。柴油機(jī)NOx排放控制系統(tǒng)的SCR方法

6、研究是針對生產(chǎn)需要，在不改變柴油機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、不增加燃油消耗、適應(yīng)極低NOx排放要求的前提下，進(jìn)行排氣后處理2。圖1 歐洲排放法規(guī)1 幾種NOx控制技術(shù)的比較1.1 電控高壓噴射技術(shù)3目前在國際上，高壓噴射技術(shù)己經(jīng)發(fā)展到了一個很高的水平。實(shí)現(xiàn)高壓噴射的主要方式有以下幾種:高壓共軌高壓共軌是針對歐III排放標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出來的典型技術(shù)。高壓共軌利用提高噴射壓力的方法，對可燃混合物的混合質(zhì)量進(jìn)行了改善，創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒的條件。并且對燃燒過程的優(yōu)化控制采取了電控多段噴射的手段。為面向歐W法規(guī)，電控高壓共軌技術(shù)作為一種基本技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)后噴射為發(fā)動機(jī)的排氣后處理提供了便利。目前的發(fā)展趨勢是在響應(yīng)時間方面要小

7、于O.Ims，大于200MPa的噴射壓力，更小的噴孔直徑(0.110.13mm)，更低的功率消耗和完備軟件支持。 電控直列柱塞泵將原固定的柱塞套筒通過旋轉(zhuǎn)電磁體使套筒能在小范圍內(nèi)上下移動，從而就能選擇噴油開始時間和噴油泵凸輪工作段的型線位置。當(dāng)柴油機(jī)在低負(fù)荷時，選擇凸輪型線低速段，使噴油提前，減少微粒排放，并利用這時的低供油率減小預(yù)混合燃燒，減小氮氧化物排放。高負(fù)荷時選擇高速凸輪型線。其特點(diǎn)是泵體結(jié)構(gòu)改動小，但過程控制慢、精度低、噴射壓力難以進(jìn)一步提高。 電控泵噴嘴電控泵噴嘴系統(tǒng)具有靈活的控制性，通過電磁閥它可以實(shí)現(xiàn)多次動作來產(chǎn)生分次噴射，來對噴油速率進(jìn)行精確的控制。并且電控泵噴嘴系統(tǒng)無高壓油

8、管的噴射壓力損失，具有緊湊的結(jié)構(gòu)，而使其在低速時就能得到較高的噴射壓力，改善低速時內(nèi)燃機(jī)的綜合性能，且噴射系統(tǒng)所消耗的功率小。此類系統(tǒng)燃油噴射壓力很高，油路沒有穴蝕，被看做是重型燃油車滿足苛刻的排放法規(guī)和燃料經(jīng)濟(jì)性要求的最佳選擇之。電控單體泵電控單體泵的油泵出口處裝有高壓電磁閥，將高壓油路分成兩段，電滋同以下的單體泵部分只擔(dān)任進(jìn)油(柱塞下行)和加壓供油(柱塞上行)的任務(wù)，由于取消了傳統(tǒng)直列泵中調(diào)節(jié)油量的齒桿、滑套和調(diào)速器等零件，簡化了結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了泵體的強(qiáng)度和剛度，提高了噴油泵的工作能力。電控單體泵系統(tǒng)將噴油器與柱塞加壓裝置分離，提供更加靈活的發(fā)動機(jī)布置方式，發(fā)動機(jī)改動小、性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用。電

9、控轉(zhuǎn)子分配泵其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在泵頭上設(shè)置一電磁控制閥來控制供油定時。噴油量也是由電磁機(jī)構(gòu)控制驅(qū)動的。當(dāng)電磁閥開啟時，定時調(diào)節(jié)活塞上的油壓下降，供油定時后移;當(dāng)電磁閥關(guān)閉時，定時調(diào)節(jié)活塞上的油壓上升，供油定時前移。通過改變電磁閥的開啟與關(guān)閉的時間比例，就可以調(diào)節(jié)供油定時。1.2 增壓（中冷）技術(shù)增壓中冷采用廢氣渦輪增壓，可提高進(jìn)氣壓力、增大空氣的供給量，使整個循環(huán)的平均燃?xì)鉁囟忍岣?。若空燃比不變，碳?xì)浜鸵谎趸嫉臐舛榷枷陆?若空燃比增大，則碳?xì)浜鸵谎趸嫉臐舛雀汀Ｖ欣浼夹g(shù)會使進(jìn)氣溫度降低(可降到50左右)，提高密度，可進(jìn)一步提高其功率，同時降低循環(huán)溫度，有效抑制氮氧化物的排放。可變渦輪喉口截面增壓

10、器是在廢氣量不變的情況下改變進(jìn)入渦輪的狀態(tài)參數(shù)，從而改變從廢氣中獲取能量的大小。小喉口截面將使進(jìn)入渦輪的廢氣加速，作用在渦輪葉片的沖擊力增加，渦輪加速，空氣增壓壓力提高，從而滿足內(nèi)燃機(jī)在低速小負(fù)荷運(yùn)行時的需要。使得低工況下發(fā)動機(jī)的排放得到改善。在高速大負(fù)荷時，可以保證渦輪在高速范圍運(yùn)行，這時候喉口截面處于最大位置，排氣背壓值最小，渦輪效率最大。1.3 排氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)熱式EGR發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)中最基本和有效的方法之一就是采用廢氣再循環(huán)(EGR)來控制氮氧化物的生成。在燃燒開始時向進(jìn)氣系統(tǒng)中引入適量的尾氣，來適當(dāng)降低O2濃度。而降低NOx排放方面是，降低燃燒速率和放熱率來打到減少燃燒時

11、的高溫持續(xù)期的目的。通過排氣再循環(huán)技術(shù)，氮氧化物的轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%以上。當(dāng)前新型轎車采用廢氣再循環(huán)技術(shù)的非常普遍。但在大負(fù)荷情況下，排氣進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)是同時也增加了進(jìn)氣溫度，使熱負(fù)荷提高，這時也會對氮氧化物排放產(chǎn)生一定的影響。這時就需要對EGR進(jìn)行冷卻。冷卻式EGR冷卻式EGR是把再循環(huán)的排氣加以冷卻，可以使進(jìn)入缸內(nèi)的新鮮空氣的損失減少，從而避免了大負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度的惡化。冷卻式EGR對氮氧化物排放的改善作用更顯著，但制作成本相對昂貴，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，目前只在某些高檔發(fā)動機(jī)上應(yīng)用。增壓柴油機(jī)EGR現(xiàn)在增壓柴油機(jī)中，由于渦輪增壓器效率的提高，增壓器后的進(jìn)氣壓力在很多情況下會高于增壓器前

12、的排氣壓力，造成EGR的困難。有技術(shù)將進(jìn)氣系統(tǒng)中安裝文丘里管，它可以提高EGR的有效壓差。還可以用專門的EGR泵強(qiáng)制進(jìn)行EGR，但由于泵的流量要求很大，價格較昂貴。用可變噴嘴增壓器為解決這一問題提供了新途徑，柴油機(jī)大負(fù)荷時可以通過減小渦輪噴嘴流通面積來提高排氣壓力，進(jìn)而增大大負(fù)荷領(lǐng)域的EGR率。1.4 發(fā)動機(jī)本身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化多氣門結(jié)構(gòu)是指多于兩個氣門的柴油機(jī)，最常見的是4氣門柴油機(jī)，它有兩個進(jìn)氣門和兩個排氣門。有以下優(yōu)點(diǎn):它擴(kuò)大了進(jìn)氣門的截面積，提高了柴油機(jī)的功率;柴油機(jī)噴油嘴中心布置，有利于燃油在空間的均勻分布;可以實(shí)現(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣渦流強(qiáng)度。在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，還可以通

13、過關(guān)閉一個進(jìn)氣通道來減小進(jìn)氣道截面，提高進(jìn)氣道氣波的振幅，提高柴油機(jī)氣波充氣效果，增大柴油機(jī)的充氣量，增加柴油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的扭矩。進(jìn)氣渦流優(yōu)化提高噴射壓力和增大進(jìn)氣渦流可以降低發(fā)動機(jī)微粒的排放。當(dāng)渦流加強(qiáng)時，由于改善了混合，使燃燒時間縮短，反應(yīng)速度加快，缸內(nèi)溫度升高，NO增加，而CO和碳煙則減少。目前柴油機(jī)的發(fā)展趨勢是，提高噴油壓力，降低渦流強(qiáng)度，以減小進(jìn)氣壓力損失，配合多氣門小孔徑噴油器來獲得更好的混合氣。電控可變氣門機(jī)構(gòu)電磁控制氣門機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，耗能少，出了可以改變配齊定時外，還可以改變氣門升程曲線。這樣可通過控制進(jìn)氣門開關(guān)時間控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，從而可取消節(jié)氣門，減少負(fù)壓進(jìn)氣造成的換氣損失

14、。由于可通過適當(dāng)控制進(jìn)氣門開啟點(diǎn)和排氣門關(guān)閉點(diǎn)來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)內(nèi)部EGR，同一測試循環(huán)的氮氧化物排放可下降40%左右。燃燒室優(yōu)化發(fā)動機(jī)燃燒室的優(yōu)化可以提高動力性，改善燃料經(jīng)濟(jì)性。燃燒室構(gòu)造要盡可能緊湊，以減少散熱損失，縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高熱效率。而快速燃燒又是采取用EGR和推遲點(diǎn)火等手段降低氮氧化物措施獲得成功的前提條件，所以要結(jié)合進(jìn)氣渦流、噴嘴位置等情況綜合設(shè)計其最佳形狀。電控附屬系統(tǒng)電控機(jī)油泵、電控機(jī)油冷卻器和電控冷卻風(fēng)扇等技術(shù)，使一些附件在保證性能的前提下消耗功率最小，在各種工況下保持機(jī)油壓力、機(jī)油溫度和冷卻能力均處在最佳范圍，使發(fā)動機(jī)性能提高，壽命延長，間接改善發(fā)動機(jī)的實(shí)際排放。1.5

15、排氣后處理技術(shù)氧化催化轉(zhuǎn)化器氧化催化轉(zhuǎn)化器主要功能是降低微粒排放。雖然柴油機(jī)的排氣溫度較低，微粒中的碳煙難以氧化，但氧化催化劑可以氧化微粒中SOF的大部分(使SOF下降40%90% )，得到微粒排放降低的效果。同時，也可使柴油機(jī)的CO排放降低30%左右，HC排放降低50%左右。選擇性非催化還原技術(shù) 選擇性非催化還原是在高溫尾氣中加入氨，與其中的氮氧化物反應(yīng)后生成氮?dú)夂退?。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無催化劑參與，可以省去價格昂貴的催化劑，但凈化效果只出現(xiàn)在11 OOK 1400K的溫度范圍內(nèi)。其原因是還原反應(yīng)是在NHZ與NO之間進(jìn)行的，而只有在這個溫度范圍內(nèi)才能由NH3產(chǎn)生大量的NH2。但是過高的溫度又將

16、NH:氧化成了NO 0柴油機(jī)排氣不能達(dá)到這么高的溫度，就只能在燃燒上止點(diǎn)600 CA左右的時刻向柴油機(jī)缸內(nèi)噴射氨水，來達(dá)到這一反應(yīng)。非選擇性催化還原技術(shù) 非選擇性催化還原是吧還原劑(氨或HC等)加入尾氣中，然后在催化劑的作用下，對排氣中的NO、進(jìn)行還原。因?yàn)椴裼蜋C(jī)尾氣有很高的含氧量，催化劑的催化作用又沒有選擇作用，還原劑會被大量的氧化，造成很大的消耗。三元催化凈化技術(shù) 三元催化凈化法是一種需要使用氧氣探測器、反饋控制機(jī)構(gòu)、電子控制的燃料噴射裝置，并將可燃混合氣的空燃比始終控制在理論空燃比附近，以一級催化方式同時將氮氧化物、一氧化碳和碳?xì)淙N有害成分除去的排氣凈化方法。這種方法現(xiàn)在大多使用鉑一鍺

17、貴金屬作催化劑，催化反應(yīng)器的載體使用三氧化二鋁材料。選擇性催化還原技術(shù) 選擇性催化還原是將還原劑氨和尿素噴入廢氣或直接噴入燃燒室中。尿素?zé)峤夂退夂螅峁┧璧陌?。尿素作還原劑與用氨作還原劑相比，在同樣保持活性的條件下，易于處理，絕對無毒。只是催化劑的選擇性很強(qiáng)。此技術(shù)氮氧化物的轉(zhuǎn)化率很高，在排氣溫度為260 00500時，轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%90%。但SCR系統(tǒng)的體積相對較大，成木較高。對于車用而言，需要復(fù)雜的尿素噴射控制系統(tǒng)匹配非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的發(fā)動機(jī)，而且需要對噴射系統(tǒng)進(jìn)行精確的標(biāo)定。此技術(shù)在歐洲車用柴油機(jī)上已經(jīng)日趨成熟4,5。由于選擇性催化還原技術(shù)（SCR）路線具有燃油消耗率低( 油耗可節(jié)省5%

18、 7% , 若扣除因使用尿素而增加的費(fèi)用, 它還有2% 3% 的優(yōu)勢。) 以及燃油品質(zhì)相對不敏感等優(yōu)點(diǎn), 目前已成為國內(nèi)各大企業(yè)競相發(fā)展的技術(shù)。2 SCR技術(shù)機(jī)理及催化劑2.1 SCR機(jī)理SCR系統(tǒng)的作用是去除柴油機(jī)排氣中的NOx,其原理是:將尿素與水以適當(dāng)比例(一般為32.5%)混合,噴入柴油機(jī)排出的廢氣中,使廢氣中的NOx還原成無害的N2(氮?dú)?和H2O(水蒸氣) ,其化學(xué)反應(yīng)式為6,7:CO(NH2)2+H2O2NH3+CO24NH3+2NO2+O23N2+6H2O 4NH3+4NO2+O24N2+6H2O 尿素在常溫下就能水解成氨氣和二氧化碳,在高于300的環(huán)境中,NH3(氨氣) 與N

19、Ox在催化劑的作用下迅速反應(yīng),生成N2(氮?dú)?和H2O(水蒸氣)。柴油機(jī)的排氣溫度一般在300500范圍內(nèi), 滿足了NOx還原所需的溫度條件。2.2 SCR的催化劑SCR中的一個關(guān)鍵的技術(shù)就是催化劑，催化劑的選擇決定了SCR系統(tǒng)的反應(yīng)效率，并且催化劑的成本不低，約占SCR系統(tǒng)工藝成本的30%。所以對SCR催化劑的選擇應(yīng)符合以下特點(diǎn):選擇性強(qiáng)、高活性、工作溫度區(qū)間合適、強(qiáng)抗中毒能力、高機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性、壽命大、成本低8。外國對于SCR催化劑的研究始于20世紀(jì)七八十年代，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，基本上形成了催化劑四大體系:貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、分子篩催化劑和碳基催化劑。 貴金屬催化劑在低溫情

20、況下貴金屬催化劑的催化活性比較好，在SCR反應(yīng)過程中會導(dǎo)致還原劑消耗量大，進(jìn)而加大系統(tǒng)運(yùn)行成本，因?yàn)橘F金屬催化劑對氮氧化物還原及對氨氣、一氧化碳氧化均具有很高的催化活性9。另外，貴金屬催化劑非常容易發(fā)生氧抑制和硫中毒情況，并且其制備成本昂貴。現(xiàn)階段研究人員主要針對某些含硫低的工業(yè)尾氣采用創(chuàng)新的制備技術(shù)和新型載體，并致力于開發(fā)一些性能較好的低溫催化劑。貴金屬型催化劑主要是鉑、把和鍺等，在通常情況下用浸漬法負(fù)載貴金屬涂層，然后經(jīng)過烘干、燒結(jié)、還原而成，其類型有把、鉑一把、鉑一鍺、鉑一把一鍺、鉑一把一鍺一銥等，在多涂層結(jié)構(gòu)中一般用鉑一把一鍺三效催化劑。在這種多涂層結(jié)構(gòu)中，金屬把在內(nèi)層的作用是提高耐熱

21、穩(wěn)定性，金屬鍺在外層還原NO，鉑處于把鍺之間，使三效催化劑性能得到改善。這種類型的催化劑需要很高的空燃比，要保證催化劑的高性能必須對其進(jìn)行精確控制，但其適合在高溫下工作，而且催化活性高。負(fù)載型貴金屬催化劑通常用于尾氣凈化催化，為保證其高活性、高穩(wěn)定性，這類催化劑一般情況下是將貴金屬負(fù)載于涂覆有Al2O3:的荃青石載體上，但價格較高。國外催化劑研究人員一直在尋找減少貴金屬用量的方法，來降低排放后處理系統(tǒng)的成本，改善貴金屬催化劑的性能。經(jīng)過研究制做了許多貴金屬催化劑，其中主要有3種方法:一種是在貴金屬中添入稀土元素;另一種是在貴金屬中添加稀土元素及過渡元素作催化劑;第三種是在貴金屬中加入堿土金屬(

22、也可再在其中加入稀土元素)作催化劑，此類催化劑也具有三效催化劑的性能10。 金屬氧化物催化劑在SCR技術(shù)中常用的為金屬氧化物催化劑，同時該種技術(shù)也較為成熟。金屬氧化物有V205,CuO,CrOx,Mg0和Ni0等。在眾多的金屬氧化物催化劑中研究和應(yīng)用最多的是V2O5/Ti02,V205-W03/Ti02，這些催化劑被用于300-450的傳統(tǒng)SCR裝置中，具有較高的催化活性。單一金屬氧化物型催化劑還原氮氧化物活性不高，高溫下不穩(wěn)定。復(fù)合金屬氧化物通常是將催化劑活性組分浸漬涂覆在氧化物載體上，經(jīng)過組成、結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)和控制，把其中活性物質(zhì)穩(wěn)定一些，催化活性可得到明顯的提高。另外，復(fù)合金屬氧化物還具有較

23、高的熱穩(wěn)定性，因?yàn)楸砻嫠龅幕罨幚?。因此，目前工程中?yīng)用的SCR催化劑有非負(fù)載型金屬氧化物催化劑、以二氧化欽為載體的金屬氧化物催化劑和以三氧化二鋁、二氧化錯，二氧化硅等為載體的金屬氧化物催化劑。其中，典型的負(fù)載型金屬氧化物催化劑主要以五氧化二釩為主劑，以三氧化鎢和三氧化鑰為輔助催化劑構(gòu)成的復(fù)合氧化物作為活性成分。但是，這些催化劑很難達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求，因?yàn)槠湫枰钠鸹顪囟容^高，在低溫范圍大都活性較低。分子篩催化劑分子篩催化劑在化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，同樣在DeNOx-SCR技術(shù)中也備受關(guān)注，但多數(shù)的催化活性主要表現(xiàn)在中高溫區(qū)域，實(shí)際應(yīng)用中的水抑制及硫中毒問題依然亞待解決，目前已開展的研究中涉及

24、了多種類型的分子篩。Cu-ZSM-5和Fe-ZSM-5是常用的分子篩催化劑，但催化劑的低溫活性不高、水抑制及硫中毒等問題阻礙了其工業(yè)應(yīng)用11。故而，對傳統(tǒng)的分子篩催化劑進(jìn)行修飾和改性以及開發(fā)低溫活性好、高抗硫毒和水抑制能力的新型分子篩催化劑是近些年研究的重點(diǎn)。分子篩催化劑的制備條件或制備方法影響其催化活性和選擇性，因此通常需要對催化劑進(jìn)行預(yù)處理。碳基催化劑碳基材料催化劑是指以碳基材料為載體的催化劑。碳基材料提供了大的表面積微孔結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)烈的吸附性，其化學(xué)穩(wěn)定性良好、活性小，具有優(yōu)良的熱導(dǎo)性。國內(nèi)外不少學(xué)者嘗試以各種碳材料及其改性材料作為載體負(fù)載金屬氧化物制備碳基催化劑。結(jié)果顯示出了良好的低溫

25、選擇催化還原特性。當(dāng)采用活性炭作為載體的時候，通常采用Mn203, V2O5作為活性組分，特點(diǎn)是其最佳反應(yīng)溫度通常比較低，在100-200，NOx的最高轉(zhuǎn)化率能達(dá)到90%以上。實(shí)踐表明，將催化劑負(fù)載于碳基載體后，催化劑的活性和穩(wěn)定性均有顯著提高。故對新型碳基催化劑的研究一直是熱點(diǎn)問題。3 SCR系統(tǒng)組成及工作原理3.1 SCR系統(tǒng)組成完整的SCR系統(tǒng)由DOC（氧化器）、水解器、SCR（NOx還原催化器）、氨氧化器等4部分組成，其中DOC主要是將NO氧化成NO2，而水解器則是將尿素水溶液水解生成氨，SCR催化NOx與氨氣反應(yīng)生成N2和H2O，氨氧化器則是將SCR催化器中反應(yīng)殘余的氨氣氧化，使得氨

26、逃逸對大氣造成的污染降低。圖2為完整的SCR系統(tǒng)示意圖12。圖2 完整SCR系統(tǒng)示意圖3.2 SCR工作原理如圖3所示，尿素罐用于尿素溶液的儲存與供給。尿素箱上安裝有液位及溫度傳感器。液位傳感器用于系統(tǒng)診斷、尿素用量監(jiān)控及低液位報警等。溫度傳感器則用于監(jiān)測尿素溶液的溫度，來確定是否需要啟動或者關(guān)閉加熱裝置，防止溶液凍結(jié)或過熱。對尿素溶液的加熱多利用發(fā)動機(jī)冷卻液實(shí)現(xiàn)13。圖3 SCR原理1.液位傳感器2.溫度傳感器3.催化器人口排氣溫度傳感器4. SCR催化劑5.催化器出口排氣溫度傳感器尿素泵為尿素溶液輸送到噴射裝置提供動力。壓縮空氣罐用于給計量裝置提供壓縮空氣，使得尿素液滴在計量裝置內(nèi)提前霧化

27、，并可將管路中的尿素溶液吹除干凈，防止尿素在管路中殘留結(jié)晶阻塞管路。控制器通過控制計量裝置可控制發(fā)動機(jī)不同工況下的尿素噴射量，并有檢測系統(tǒng)故障的功能;噴射裝置主要是將霧化溶液均勻地噴人發(fā)動機(jī)排氣中，以提高催化劑的轉(zhuǎn)換效率。SCR催化器由載體、涂層、封裝3部分組成，是進(jìn)行凈化反應(yīng)的主要場所。其上安裝的溫度傳感器可以檢測催化劑是否達(dá)到要求的溫度來保證催化還原反應(yīng)的正常進(jìn)行，并據(jù)此確定需要噴人的尿素量。SCR系統(tǒng)中計量裝置與噴射裝置最為重要，二者的精度及響應(yīng)速度直接影響尿素溶液的噴射量14。SCR工作時，尿素泵運(yùn)轉(zhuǎn)吸出尿素罐內(nèi)的尿素溶液，在壓縮空氣作用下，尿素溶液在計量單元內(nèi)提前霧化混合，計量單元根

28、據(jù)SCR控制器傳來的尿素噴射量控制信號將一定的尿素溶液通過噴射裝置噴射到SCR催化器前的排氣管內(nèi)。在排氣管內(nèi)尿素溶液中的水分迅速氣化，尿素分解出的氨隨排氣一起進(jìn)人催化器，再經(jīng)過氨擴(kuò)散器進(jìn)一步混合后，在催化器表面與氮氧化物經(jīng)過充分的催化反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)夂退㈦S排氣排出發(fā)動機(jī)。4 SCR技術(shù)推廣的局限性雖然SCR 技術(shù)配以燃燒優(yōu)化能夠解決柴油機(jī)兩種排放污染物NOx和PM之間互為矛盾的生成關(guān)系的問題, 但使用SCR后不但要增加SCR本身裝置的重量約150300kg, 還要增加一個尿素溶液(A dBlue)箱和尿素溶液15。按100L 尿素溶液跑7000km計算,一輛汽車損失的有效載荷在

29、400kg 左右。此外, 應(yīng)用這一系統(tǒng)時必須裝有儲存和噴射尿素的裝置,尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配,在保證降低NOx的同時,不能超過一定的劑量。尿素的噴入量過少,達(dá)不到應(yīng)有的處理水平;尿素的噴入量過多,則會使多余的氨氣排入大氣,導(dǎo)致新的污染。所以必須要有高靈敏度的NOx濃度傳感器以及相應(yīng)的高精度的尿素噴射裝置。最后,在溫度較低(-11)的情況下,尿素-水溶液會結(jié)冰,也使其在寒冷地區(qū)的推廣使用受到限制。不過,目前可使用添加劑來降低尿素冰點(diǎn),考慮能源消耗而不采用加熱整個尿素箱的方案?？偨Y(jié)SCR 作為一種新的后處理技術(shù),能有效地降低內(nèi)燃機(jī)NOx的排放,是使柴油機(jī)達(dá)到歐排放標(biāo)準(zhǔn)的可行之徑,但

30、是由于系統(tǒng)成本高(大約是車輛成本的3% 5% )、初期投資高、操作和保養(yǎng)費(fèi)用高、需要加一套較復(fù)雜的調(diào)節(jié)還原劑噴射量的控制系統(tǒng)等原因,在車用柴油機(jī)上還沒有得到大范圍推廣。此外還必須保證行駛區(qū)域內(nèi)對尿素需求的供應(yīng),需要車載診斷(OBD),并需要車輛使用者有較強(qiáng)的環(huán)保意識,自覺及時地加尿素也是目前推行這一措施的現(xiàn)實(shí)困難。在SCR技術(shù)的應(yīng)用方面,目前已經(jīng)基本解決尿素的儲存、注入和噴射策略等技術(shù)問題,使用耐久性好,但還需要進(jìn)一步解決SCR 裝置以及尿素加注站的布局及相應(yīng)的成本等問題。隨著對SCR 技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)研究和排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，相信SCR 技術(shù)在歐機(jī)上會很快得到推廣。參考文獻(xiàn)：1國家環(huán)境保護(hù)總局中國環(huán)境狀況公報R20052國家環(huán)境保護(hù)總局國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局GBl76912005車用壓燃式氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值