基于V-W/Ti基催化剂的NH3选择性催化还原NOx的试验研究

针对一使用SCR技术满足欧-Ⅳ排放标准的柴油机排气特征,在连续流动固定床反应器上利用NH3作还原剂对一纳米级V-W/Ti基催化剂的选择性催化还原NO的反应进行了试验研究,分析了在不同温度、空速、NH3/NO摩尔比的情况下对DeNOx性能的影响.试验结果表明,温度对催化还原性能的影响最大,在低温下,由于催化剂活性不高,NOx的脱除效率很低,随着反应温度的升高,催化剂活性升高,NOx脱除率随之急剧升高,在300℃～450℃范围内达到较高的NOx脱除效率;随着NH3/NO摩尔比的增加,还原效率并未明显增加,但NH3的氧化和泄漏越来越严重;另外,空速对低温下还原效率也存在一定的影响.     

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。     

NOx对La1-xMxMnO3催化氧化碳烟活性影响的研究

采用铯、钾、铈(Cs、K、Ce)部分取代镧(La)制备了La1-xMxMnO3催化剂,并分析了催化剂的比表面积和晶格结构。在O2、NO O2、NO2 O2三种不同的气体氛围下开展了碳烟、碳烟 催化剂的程序升温氧化试验,考察NOx对碳烟催化氧化活性的影响。研究结果表明,NOx的存在显著促进了碳烟的催化氧化,各特征温度降幅均在100 K左右,NO2的影响强于NO,但与无催化剂时相比,两者的差距明显缩小,这主要是由于NOx在催化剂表面可发生氧化还原循环反应。NOx存在并未影响催化剂活性的排序,Cs取代催化剂的活性依然最高,NO存在时碳烟的起燃温度、峰值温度和燃尽温度降低到618 K、667 K和706 K,NO2存在时碳烟的起燃温度、峰值温度和燃尽温度降低到592 K、657 K和679 K。初步分析了NOx存在时碳烟催化氧化的机理。     

CuO/γ-Al2O3催化剂选择性催化还原NO

利用溶胶凝胶法制备CuO/γ-Al2O3,催化剂颗粒,在固定床上测试催化脱硝活性.CuO/γ-Al2O3在250～400℃范围内脱硝效率达到90%以上.硫化作用后催化剂的最佳温度窗口向高温方向移动.利用程序升温方法研究了.CuO/γ-Al2O3对NH3的氧化性能,经硫化后催化剂NH3的氧化性能下降,降低了催化剂在低温区脱硝活性.NH3和NO的脱附实验显示NH3和NO在催化剂表面存在明显的吸附现象.经硫化经后催化剂增加了对NH3的吸附量,降低了对NO的吸附量.暂态实验证明NH3以吸附态参与反应,而NO以气态或者弱吸附态参与反应.NO的吸附在实际SCR反应过程中影响有限.动力学计算显示溶胶凝胶法制备CuO/γ-Al2O3拥有较低的选择性催化还原反应活化能.     

催化剂涂层微孔结构对SCR系统NO_x转化效率的影响

借助选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统催化剂模型研究催化剂涂层微孔结构对氮氧化物(NOx)转化效率的影响。仿真结果表明:微孔结构对SCR系统特性的影响可分为催化活性限制区、孔扩散限制区和边界层传质限制区的影响。在催化活性限制区域,催化剂的转化效率依赖于催化剂的活性能力,通过增加钒含量以使SCR反应活化能降低或增加涂层负载均可提升该区域的NOx转化效率;在孔扩散限制区域,NOx和NH3在微孔内的扩散速率影响了其在活性位周围的浓度,限制了该区域的NOx转化效率,通过调整微孔结构以增加SCR反应物在微孔内的有效扩散系数是提升孔扩散区域NOx转化效率的主要方法;在边界层传质限制区域,NOx和NH3在边界层传质过程中的浓度降低是该区域NOx转化效率的主要限制因素,通过提高几何比表面积以增加通道内气体与涂层的接触面积,是提高该区域NOx转化效率的主要途径。     

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu分子筛催化剂的NOx还原性能.考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx还原反应.结果表明:Cu分子筛催化剂低温(<400℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高,而Fe分子筛催化剂高温(>400℃)时催化活性较高.考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR反应活性的差异,将Fe、Cu分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗.在标准SCR反应下,Fe分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu分子筛催化剂上游为最佳分区组合;Fe分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu分子筛催化剂上层为最佳分层组合,最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率.然而根据对Cu分子筛催化剂和最佳Fe-Cu分区组合催化剂的瞬态响应特性研究,发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性.通过优化氨氮比,提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率.     

蜂窝状催化剂脱硝过程数值计算

对蜂窝状催化剂内部的对流、传质、化学反应过程进行分析研究。建立壁面区域的控制方程,由几何对称性及扩散平衡写出边界条件,生成自适应网格,利用有限差分法对控制方程进行离散,求壁面NO浓度分布;建立蜂窝状催化剂通道内部区域的控制方程,由几何对称性及扩散平衡写出边界条件,采用交替方向隐式(ADI)算法对控制方程进行离散;最后通过方程式联立并求解,得到对于给定温度、气流速率、一定的脱硝效率和可接受氨泄漏量的条件下最佳NH3/NO比的计算式。实例计算得出:SCR反应仅发生在靠近催化剂壁面的一薄层内,其余部分均为死区;由催化剂单个孔内NH3和NO沿轴向的浓度分布情况,得到各断面上NH3的浓度下降比NO来得快,主要由于NH3在高温下被氧化而导致的结果;由一定NO进气浓度、温度和气流速率下的最佳NH3/NO比,得出最合适的NH3给气流量与NO不是等摩尔。     

柴油机SCR载体SOF覆盖试验研究

针对柴油机选择性催化还原(SCR)载体因可溶性有机物(SOF)覆盖而导致SCR系统NOx转化效率低的问题,首先通过试验确定发动机颗粒物(PM)原始排放成分(典型稳态工况)中soot和SOF平均质量占比分别约为24.9％和75.1％;其次,进行PM成分的捕集效率试验(典型稳态工况),SCR载体对SOF具有较高的捕集效率,...     

Pd和K共负载的Mg-Al水滑石基氧化物同时去除碳烟和NO_x

采用浸渍法将Pd和K共同负载到Mg-Al水滑石基氧化物(Pd-K/MgAlO)上,用于碳烟颗粒和NOx的同时去除,并与Pd/MgAlO和K/MgAlO催化剂进行了比较.研究发现,单独的Pd负载不具备催化碳烟燃烧的活性,但可以提高生成CO2的选择性;引入NOx后,Pd可以通过促进NO氧化对碳烟燃烧有所改善,同时可以去除少量的NOx.当Pd与K共负载时,碳烟燃烧温度显著降低;引入NOx后,起燃温度进一步降低至240,℃左右,而且碳烟燃烧受接触方式的影响不大,其中催化作用的主要影响组分是K.在Pd和K协同作用下,NOx的最大去除效率达到45%,高于Pd/MgAlO和K/MgAlO的去除效率.其中,一部分NOx被碳烟还原,另一部分则发生了分解反应.     

基于CFD的Urea-SCR混合器性能研究

应用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件建立了尿素溶液的喷射雾化和蒸发分解模型,喷雾与壁面相互作用模型和尿素选择性催化还原(SCR)催化器的NOx催化反应模型。研究了叶片型混合器不同布置方案对尿素溶液雾化、蒸发和分解及催化剂入口NH3分布均匀性的影响。数值计算结果显示:叶片型混合器能够提升尿素喷雾雾化效果,提高尿素蒸发分解效率,改善NH3的分布均匀性。混合器布置在离喷嘴1倍排气管直径的位置,SCR系统具有最佳的喷雾雾化效果和尿素分解效率;混合器布置在3倍排气管直径的位置,SCR系统具有最佳的NH3分布均匀性。台架试验和数值计算结果表明:混合器布置在距离喷嘴1倍排气管直径位置时,SCR系统具有更高的NOx的催化转化效率。     

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。     

重型柴油机Urea-SCR系统控制策略建模与仿真研究

针对重型柴油机选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统,基于质量及能量守恒定律,推导出催化器内部各组分的数学控制表达式,并在MATLAB/Simulink软件中建立SCR催化转化器模型、SCR开环控制模型及SCR闭环控制模型。通过对SCR开环控制模型的欧洲稳态测试循环(European steady state cycle,ESC)发现,与试验结果相比,除个别工况外,NOx转化效率的模拟结果误差均控制在10%之内,符合精度要求。通过对闭环控制模型的欧洲瞬态循环(European transient cycle,ETC)测试发现,虽然NOx转化效率提高幅度较小,但是NH3的平均泄漏量大幅度降低,为开环控制中NH3平均泄漏量的60%,NH3泄漏峰值也大幅度降低。     

溶胶凝胶法制备CuO／γ-Al2O3催化剂及其脱硝活性的研究

用溶胶凝胶法制备了CuO/γ-Al2O3催化剂颗粒,并在固定床上测试其催化脱硝活性.利用程序升温方法研究了CuO/γ-Al2O3催化剂对NH3和NO的氧化性能.结果表明:CuO/γ-Al2O3催化剂在250~400℃范围内脱硝效率达到了85%以上;在350℃时,达到98%;但在400℃时,由于NH3的急剧氧化而使脱硝效率下降.高度分散的活性组分能在一定程度上降低催化剂高温下的氧化性能.CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化成NO2,有利于脱硝反应的进行,NH3和NO在催化剂上都存在明显的吸附现象.NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用.     

燃煤电厂选择性催化还原烟气脱硝系统的性能试验

在420 t/h电站燃煤锅炉尾部建立了选择性催化还原脱硝工业性试验装置,重点研究了NH3/NOx摩尔比、反应温度、反应空速等因素对烟气脱硝效率的影响.结果表明:当NH3/NOx摩尔比小于1时,脱硝效率随着NH3/NOx摩尔比的增大而提高;当NH3/NOx摩尔比大于1时,随着NH3/NOx摩尔比的增大,脱硝效率变化不明显;当NH3/NOx摩尔比为0.9、反应温度为325～350℃时,脱硝效率达到90%;当空速小于4 760 h-1时,随着空速提高,脱硝效率基本不变;当空速大于4 760 h-1后,脱硝效率随空速提高迅速降低.试验研究还发现:氨逃逸量随着NH3/NOx摩尔比的增大而逐渐增大;当NH3/NOx摩尔比小于0.95时,氨逃逸量均能满足设计要求;在325～350℃内,SO2/SO3转化率随反应温度的升高而提高,且均小于0.6%,符合设计要求.     

MnOx／TiO2低温NH3选择性催化还原NOx的研究与表征

制备了不同负载量、不同焙烧温度TiO2负载的MnOx催化剂(MnOx/TiO2),进行了低温NH3选择性催化还原(SCR)NOx的试验研究.结果表明,NOx的转化率随负载量增加而提高,而N2选择性则相反,焙烧温度同时影响催化活性和N2的选择性.借助X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、孔容、孔径、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、程序升温还原(TPR)及 NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段,找到了最佳的MnOx/TiO2制备条件.结果显示,相同负载量MnO2的活性与选择性高于MnO2与Mn2O3的混合物,在空速12 600 h-1、80 ℃时NOx转化率达97%,120 ℃时近似100%,6% H2O存在时转化率达99.0%,表明MnO2是极好的低温NH3选择性催化还原NO催化剂的活性组分.     

钒基催化剂NH3-SCR低温反应特性研究

利用固定床反应器及原位漫反射傅里叶变换红外光谱仪,通过稳态及瞬态反应,研究了v205-wO,rri02催化剂低温NH3选择性催化还原(SCR)机理及低温活性的影响因素.结果表明:低温时,V205-WO3l'iO2 SCR催化剂首先吸附气态NH3,形成吸附态NH3nnH4．,然后吸附态NH3vnh^和气态NO反应,生成N...     

喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧及排放的影响

在保持压缩比不变的条件下,设计了3种不同径深比的燃烧室,并采用CFD数值模拟方法研究了喷油定时和燃烧室形状对柴油机燃烧过程、碳烟和NOx排放的影响.结果表明,随着喷油的推迟,各燃烧室NOx排放均呈下降趋势,碳烟排放则有所增加,尤其是缩口较小的燃烧室,其碳烟生成较多而氧化速率却很低,因此碳烟排放较高.此外,缸内温度为1500～2400K的区域是碳烟生成的主要区域,温度过低不利于碳烟的生成,而较高的温度会促进已生成碳烟的氧化.     

NH3低温选择性催化还原NO的研究

在固定床反应器中,利用瞬态响应技术和程序升温技术研究了低温时NH3选择性催化还原(SCR)NO的瞬态动力学及V2O5-WO3/TiO2催化剂活性的影响因素,试验结果表明:O2的体积分数增大,NO转化率增大;H2O的存在抑制了NO的转化率;SO2的存在提高了NO的转化率.低温时,SCR反应遵循Eley-Rideal机理,...     

颗粒物氧化催化转化器对柴油机排放的影响研究

在发动机台架上对一台装有颗粒氧化催化转化器(particulate oxidation catalyst,POC)的重型柴油机进行了常规气态污染物和颗粒物粒径分布与成分的排放特性试验。利用废气分析仪测量POC前后柴油机的常规气态污染物,利用ELPI分析颗粒物数量粒径分布,采用聚四氟乙烯滤膜采集POC前后颗粒物,并对POC前后的颗粒物质量与成分进行分析。研究结果表明:POC对HC、CO和PM排放降低作用显著。在发动机工作范围内,POC对HC的平均转化效率为54%;在大部分工况对CO的转化效率都在85%以上;对NOx基本上没有影响;对NO2和NO之间的比例影响非常大,使NO2排放增长了三倍以上;加装POC后颗粒物数量的平均降低率为49.0%,PM质量比排放量降低了45.2%~89.0%,PM中干碳烟部分减少41.7%~93.3%,SOF部分减少7.8%~97.7%。     

重型柴油车尿素SCR系统及其控制策略研究进展

对选择性催化还原(SCR)系统工作原理进行了介绍;提出了DeNOx系统催化器集成方案;分析了SCR控制系统面临的主要问题;重点介绍了传统SCR控制技术和先进的SCR控制技术,分析了不同控制方法的优缺点。已有研究结果表明:SCR控制系统主要面临SCR模型非线性问题、多时间尺度耦合控制问题、商业传感器测量问题。开环控制系统NOx转化效率可以达到60%～80%,仅满足国Ⅳ和国Ⅴ排放法规要求。而闭环控制系统具有更高的NOx转化效率,可以满足更为严格的排放法规要求。先进SCR控制技术具有良好的控制效果和鲁棒性,能更有效地控制NOx排放和NH3泄漏。发动机和后处理系统协同控制增加了后处理系统的可控性,可以进一步降低柴油车污染物排放。