DOC/DOC+CDPF对重型柴油机气态物排放特性的影响研究

基于AVL-PEUS傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究柴油机氧化型催化器(DOC)、柴油机氧化型催化器耦合催化型颗粒捕集器(DOC+CDPF)对重型柴油机一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO_2)和二氧化硫(SO_2)气态物排放特性的影响。研究结果表明:相比单独的DOC,DOC+CDPF对CO具有更低的起燃温度,在催化剂活性位上THC比CO具有较强的吸附强度和活性位竞争优势,因此具有比CO更低的起燃温度;DOC和DOC+CDPF均能不同程度地减少NO、增加NO_2、减少总NO_x排放,减少NO的主要途径是氧化机理;在催化剂中添加氧化铈(CeO_2)能有效实现稀燃储硫、富燃释放硫的效果,增强催化剂的抗硫能力。     

乙醇预混与PODE直喷复合燃烧的气体排放特性

为了控制压燃式发动机的气体排放,在一台增压中冷共轨发动机上对聚甲氧基二甲醚(PODE)引燃乙醇均质充量的复合燃烧性能及其气体排放特性进行了研究.结果表明:随着进气道预混乙醇比例增加,复合燃烧滞燃期被延长,其预混燃烧量与放热率峰值增大,扩散燃烧量降低;复合燃烧的NO_x排放随着预混乙醇比例增加而降低,但m(NO_2)/m(NO_x)值显著增大,经过氧化催化转换器(DOC)后,纯PODE燃烧的m(NO_2)/m(NO_x)值增大而复合燃烧的m(NO_2)/m(NO_x)值减小;复合燃烧的HC、CO、甲醛和乙醛排放量均明显高于纯PODE燃烧,且随着预混乙醇比例增加而增大,但可以被DOC高效氧化.复合燃烧的HC、CO和NO_x排放量经过DOC后均明显低于纯PODE燃烧的排放,而甲醛、乙醛和NO_2排放量与纯PODE燃烧时处于同一水平.     

铜基菱沸石催化剂——适用于未来中国柴油车排放法规的选择性催化还原技术

详细介绍了更严NOx的排放要求带来的挑战及基于小孔分子筛(菱沸石)的铜基SCR催化剂技术(Cu-CHA),然后研究了催化剂的老化因素(如碳氢中毒、水热老化和硫中毒等)对该催化剂的影响,并通过试验对比研究了钒基SCR和大孔铁基分子筛(Fe-Beta)SCR技术,表明此Cu-CHA选择性还原技术具有优异的低温活性,并且该技术具有极高的热老化稳定性,对碳氢及硫中毒和中毒不太敏感。此外,介绍了铜基SCR在柴油车后处理上的不同应用,包括重柴柴油车DOC+CSF+Cu-SCR系统及轻型柴油车DOC+SCRoF系统等,认为Cu-CHA技术能够满足中国第六阶段排放法规提出的更严格的NOx的排放要求,且该技术安全又具有持续性。     

NO_2/NO_x比例对NSR催化剂存储NO_x性能的影响

为了研究稀燃阶段体积分数比例对NSR催化剂的NO_x存储性能影响,利用改进的溶胶凝胶法结合浸渍法制备了催化剂,并通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)对催化剂的晶型进行分析,以及利用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对催化剂的活性组分价态进行测试.结果表明:晶面尺寸为5.7 nm,且Ce元素主要以Ce~(4+)存在,离子数量比为0.127,表面化学吸附氧与晶格氧的比例离子数量比)为0.561.通过模拟气试验研究了在不同温度下比例对催化剂存储NO_x性能的影响.结果表明:在350℃时,催化剂具有对NO_x的最佳存储性能,存储饱和时NO_x存储量为641.14μmol/gcat;随着比例增加,NO_x溢出速率降低,存储饱和时间增加,表明提高比例能显著提高催化剂的NO_x存储效率.     

控制排放中NO_2体积分数提高SCR效率的研究

为适应排放法规要求,根据选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)的反应机理,通过在特定工况下调节SCR上游NO_x排放中NO_2的体积分数,抑制慢反应,保证SCR内部的快反应顺利进行,提高SCR的反应速率。利用氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)的氧化作用及比例、积分、微分(proportion,integral,differential,PID)闭环控制,通过调节DOC的旁通电磁阀使SCR上游NO_2体积分数达到设定值,实现提高SCR整体效率的目的。试验验证表明,该方法在特定工况下能够有效提高SCR的转换效率。     

硫含量对配备POC的柴油机颗粒物排放影响研究

为研究颗粒氧化型催化器(particle oxidation catalyst,POC)装置对柴油中硫含量的适应性,选取硫含量分别为350×10~(-6)和50×10~(-6)的两种车用柴油,在柴油机上进行排放试验,并进行颗粒物中的离子成分分析。试验结果表明:采用POC技术进行排放控制的柴油机使用高硫柴油有可能大幅度增加排气颗粒物中硫酸盐排放,从而大幅度增加颗粒物的质量排放,增加的硫酸盐的质量等效H_2SO_4·7H_2O的质量;柴油的硫含量对NO_x排放的直接影响很小;改进POC系统中柴油氧化催化剂(diesel oxidation catalyst,DOC)的配方,如减少催化剂中贵金属的使用量,以减少SO_2转化为硫酸盐的比例,能有效降低使用高硫柴油柴油机的颗粒排放。     

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。     

基于小样性能和柴油机台架试验的Urea-SCR钒基催化剂老化研究

本文分别应用小样评价试验和柴油机台架试验对国产的矾基催化剂和进口的钒基催化剂分别进行了水热老化和硫老化性能研究,并进行了对比分析。小样评价性能试验结果表明:两种矾基催化剂都有较强的抗硫老化能力;但对水热老化都非常敏感,国产矾基催化剂的NOx转化率的高效温度窗口降低了18%,进口矾基催化剂的NOx转化率的高效窗口降低了15%。柴油机台架试验结果表明:快速老化对矾基催化剂的活性有较大的影响,进口催化剂的劣化率低于国产钒基催化剂,但经过台架快速老化考核后的两种催化剂都能满足国IV排放标准的使用要求。     

Cu基和Fe基分子筛催化剂对发动机排放影响的试验研究

在一款国六4缸柴油机上进行Cu基和Fe基分子筛催化剂对比试验,研究2种分子筛催化剂在选定氨氮比(ammonia nitrogen ratio,NSR)和在瞬态测试循环(world harmonized transient cycle,WHTC)下的NO_x转化效率。研究结果表明,在柴油机稳态工况下,按照选定的NSR,Fe基催化剂工作温度在225℃以下低温区的NO_x转化效率较Cu基催化剂差,225℃以上时2种分子筛催化剂的NO_x转化效率基本一致;在WHTC排放循环中,温度为200～300℃时Fe基催化剂的NO_x转化效率低于Cu基催化剂,温度为300～350℃时Fe基和Cu基催化剂的NO_x转化效率均较高。     

无焰燃烧NO_x生成的数值分析和实验研究

无焰燃烧具有降低氮氧化物(NO_x)排放的优点.采用耦合骨架化学反应机理的涡耗散概念(EDC)模型,对某常温进气无焰燃烧锅炉的NO_x生成过程进行了三维数值模拟,并进行了实验验证.分析表明,该模型模拟结果与实验测试结果符合较好;无焰燃烧可以实现超低NOx排放,其摩尔分数低于20×10~(-6);NO_x主要在射流下游周围一个较宽广的空间生成;由于反应区加宽,燃烧室最高温度低于1 700 K,热力型NO相对于有焰燃烧锐减;快速型NO极低;N_2O转化型NO成为主要的NO_x生成途径.     

DOC+DPF+SCR后处理系统对小型柴油机性能及排放的影响

对比无后处理的小型柴油机原机和氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)+选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术的柴油机性能和排放状态,测试排气管和DPF出口处NO_x排放中NO的体积分数。试验结果表明:与搭载DOC+DPF+SCR后处理的柴油机相比,原机的扭矩提高5～10 N·m,油耗无明显变化;原机NO_x排放中全部为NO,搭载DOC+DPF+SCR后,NO的体积分数随温度的升高逐渐降低,排温在500℃时,体积分数降至84%左右;相比于原机,搭载DOC+DPF+SCR后处理系统的小型柴油机在非道路稳态循环(non-road steady cycle,NRSC)试验中CO的比排放降低了97%,HC的比排放下降了86%,NO_x的比排放下降了70%,PM的比排放下降了80%。     

甲醇柴油双燃料发动机二氧化氮排放后处理方案研究

研究了柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalysts,DOC)方案和选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)与DOC的组合方案(SCR+DOC)对柴油机掺烧甲醇时排放的影响。试验结果表明,DOC促使NO2比例恢复至柴油机排放水平,且显著降低了甲醇排放,但对甲醛的净化效果不够理想;SCR+DOC方案在保持NO2比例处于柴油机常规水平的条件下,完全消除了双燃料发动机的甲醛和甲醇排放。针对各阶段NO2比例的变化现象,先后分析了燃烧温度和排气温度下相关可逆反应的标准吉布斯自由能变,阐明了各阶段的主要反应及进行方向。针对SCR+DOC方案促进甲醇完全氧化的可能原因,结合相关研究进行了讨论。     

铜基分子筛SCR催化剂活性及NH3存储特性

对比反应温度对大孔Cu/beta和新型小孔Cu/SSZ-13催化剂新鲜和老化样的平均反应速率、NO_x转化率、NH_3存储量和NH_3泄漏的影响;分析了NH_3存储、释放过程以及NH_3存储量与瞬时NO_x转化率的关系;研究了Cu/SSZ-13在空速为3×10~4h~(-1)和5×10~4h~(-1)下NH_3存储特性.结果表明:温度对催化还原反应速率影响显著,空速影响次之;温度升高,两种催化剂平均反应速率升高.两种Cu基催化剂显示出相似的NH_3存储、释放过程.随着温度升高或者空速增加,催化剂的饱和NH_3存储量变小、饱和NH_3存储时间变短;标称NO_x转化率随着温度的增加而增加,随着空速增加而降低.低温下瞬时NO_x转化率随着NH_3存储量的增加而增加;300℃时NH_3存储量对NO_x转化率影响减小.两种催化剂中Cu/SSZ-13对NH_3存储量依赖度更低,且水热稳定性能更优.     

柴油机低氮燃烧及排放性能研究

大量研究均通过缸内或进气道喷水、废气再循环(EGR)、替代新能源等技术来减少柴油机氮氧化物(NO_x)排放,但均都是通过降低缸内燃烧温度控制NO_x生成,都需以牺牲柴油机的经济性为代价,难以突破NO_x-C排放瓶颈。基于柴油机燃烧化学反应机理,NO_x的生成主要来源于进气中的氮气(N2),提出通过控制柴油机燃烧室内氮气的含量来控制柴油机NO_x排放。以高浓度氧气(O_2)和二氧化碳(CO_2)作为4135ACa柴油机进气,减少进气中N2成分,研究柴油机燃烧和排放性能。试验结果表明:进气中N2比例大于50%时,无论如何调节O_2与CO_2比例,均难以突破柴油机NO_x-C排放瓶颈;最终以无N2进气(50%O_250%CO_2)实现柴油机的稳定运转,实现NO_x的最低排放,排放值接近零。     

满足国V排放标准的组合后处理系统应用研究

在一台机械泵柴油机上开展了氧化催化剂(DOC)+颗粒氧化转化器(POC)+选择性催化还原转化器(SCR)组合后处理装置对排放的影响研究,考察了组合后处理装置的排列顺序。试验结果表明,DOC+POC及SCR单后处理系统都不能同时满足国V标准对PM和NO_x的限值要求;DOC+POC+SCR组合后处理装置方案能够使试验柴油机达到国V排放标准。通过对组合后处理装置和管路的优化使整体背压小于25 kPa,降低对柴油机经济性和动力性的影响。     

Pt对Ba-Ce/γ-Al_2O_3催化剂低温还原和脱除NO_x的影响

为研究稀燃氮氧化物捕集催化剂的低温还原和脱除NOx排放性能,通过浸渍法制备了Ba-Ce/γ-Al_2O_3和Pt/BaCe/γ-Al_2O_3催化剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对其理化性质进行了表征.结果表明:Ba-Ce/γ-Al_2O_3催化剂各组分结晶和分散良好,且晶粒尺寸较小;添加铂(Pt)后,对催化剂形貌产生了显著影响,主要由近似球形颗粒变为了块状物质.在催化剂表面,Pt~(0+)是Pt的主要存在形式,也存在少量PtO_x;Ce主要以Ce~(4+)存在,且存在少量Ce~(3+),Ce~(4+)和Ce~(3+)的共存有利于活性氧在催化剂表面的迁移;最后通过H2程序升温还原(H2-TPR)和基于模拟气试验平台的NO_x存储还原(NSR)循环试验对催化剂的催化活性进行了分析,结果表明:添加Pt后,催化剂的还原温度降低了220,℃,NO_x存储还原循环平均转换率提高了12.1%,.     

SCR催化剂表面NH3和NO吸附实验与机理研究

选择性催化还原(SCR)技术被广泛应用于大型燃煤机组烟气氮氧化物脱除中,脱硝效率达到90%以上。烟气温度下降会导致SCR系统的催化剂受损,在停机之前会停止向SCR系统喷氨,导致此期间的NO_x排放超标。采集并计算了某电厂停炉过程中排放NO的数据,实验发现NO排放量在此过程中仍会有不同幅度的降低。运用密度泛函理论(DFT)基于V_2O_5团簇模型研究了NO和NH_3在催化剂不同吸附位上的吸附机理。研究结果表明:NO不会稳定吸附在催化剂的表面;NH_3既能吸附在钒基表面的Lewis酸性位,又可吸附在Br?nsted酸性位,而且更稳定。由此可知,停机后由于吸附在催化剂表面的NH_3与烟气中的NO反应,使得出口处的NO量降低。     

柴油机钒基与沸石基SCR催化剂对比试验研究

在柴油机台架上比较了钒基、Cu沸石、Fe沸石选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂的稳态转化效率、动态反应特性、副反应产物等性能,试验中SCR喷射系统、催化剂规格和封装形式保持一致。试验结果表明:Cu沸石SCR低温转化效率高于钒基SCR和Fe沸石SCR;前置柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)能够显著提高钒基SCR和Fe沸石SCR催化剂低温转化效率;NO2/NOx摩尔比超过50%时,钒基SCR催化剂的转化效率下降,沸石SCR催化剂的转化效率不受影响;钒基SCR催化剂比沸石SCR催化剂的饱和氨存储量低,动态响应速率也较快,在低温段Cu沸石比Fe沸石SCR催化剂吸附氨气的能力更强;SCR反应中,Cu沸石SCR催化剂比钒基和Fe沸石SCR催化剂更容易生成N2O,当有前置DOC时Cu沸石SCR催化剂的N2O生成量进一步提高。     

中长期私人电动汽车规模化发展常规大气污染物排放研究

本文利用WTW方法构建了面向中长期的电动汽车燃料全生命周期常规大气污染物计算模型,并对纯电动汽车、插电式混合动力汽车和传统汽油车中长期不同电源结构下的常规大气污染物排放情况进行了计算和对比分析。计算结果显示,在当前的电源结构下,纯电动汽车和插电式混合动力汽车燃料全生命周期的VOCs、CO和HC 3种污染物的排放量低于传统汽油车,但NO_x、SO_2、PM_(10)和PM_(2.5) 4种污染物的排放量高于传统汽油车。未来在基准电源结构情景下,相比于同等数量的传统汽油车,电动汽车的规模化发展将有效减少VOCs、CO和HC排放,但会增加NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)和SO_2排放。而在高比例可再生能源情景下,电动汽车常规大气污染物排放将在2035年左右达到峰值,2050年电动汽车的全部常规大气污染物排放均低于传统汽油车。     

钴改性水滑石基LNT催化剂制备及其NO_x吸附-还原和碳烟催化氧化性能

采用共沉淀法和浸渍法制备了贵金属负载的Co改性水滑石基LNT(leanNO_x trap)催化剂,通过多种实验手段表征其理化特性,并研究其NO_x吸附-还原性能及碳烟催化氧化性能.结果表明,Co的引入并不会破坏前驱体水滑石晶体结构,500℃焙烧后原本的水滑石结构被破坏,并出现明显的CoAl_2O_4尖晶石相.Co含量的上升会导致催化剂表面的Co—O吸附位增加,同时催化剂表面吸附的亚硝酸盐物种会逐渐向硝酸盐物种转化.此外,随着Co含量的增加,NO_x脱附峰温度向低温区域移动,脱附峰面积先增加后降低.Pt/BaO/Co_(2.7)Mg_(0.3)AlO催化剂在NO_x吸附-还原反应中对NO_x的净化效率达到89.6%,同时针对碳烟的催化氧化反应又表现出良好的催化性能.