全站搜索
柴油车排放净化技术
作者:管理员    发布于:2016-11-30 08:42:32    文字:【】【】【

  机动车辆排放造成城市污染的问题越来越突出。我国政府对此十分重视,为了改善城市空气环境质量,陆续公布越来越严格的机动车排放法规和标准。随着城市经济和城市建设的迅速发展,载重卡车和城市公交大客车,以及小轿车的发展,优选柴油发动机是势在必行,这是因为柴油车有极好的经济性和动力性。

  我国对于柴油车使用远不如汽油车那样迅速。柴油车是否能在汽车市场健康而迅速发展,取决于国家政策、排放法规、燃油品质和国内柴油机技术等因素。

  国家汽车工业十五“规划有关车辆结构调整目标指出:轿车占汽车总量的比重增加,载货汽车中重型和专用车的比重增加。提高柴油载货车、轻型柴油客车的比重,中型车要全部实现柴油化。柴油轿车、柴油微型车生产开始起步,柴油车占总产量的比重从2000年的29.7,提高到2005年35,左右”,今后三年内柴油车产量比重将快速增长。

  技术结构调整目标指出:汽油机普及闭环电控燃油供给系统,安装三效催化转化器,推广稀薄燃烧、可变配气相位、缸内直喷等技术;柴油机推广增压中冷、柴油机共轨技术,并加装氧化型催化转化器。新型轿车、轻微型车、大中型客车、中重型载货汽车应达到欧洲第!排放控制水平,部分中高档轿车和高档大中型客车争取达到欧洲第"排放控制水平。新型四轮农用车要逐步提高排放标准,配备多缸机的四轮农用车应达到欧洲第I排放控制水平,2010年前后各种汽车产品的排放控制水平逐步实现与国际接轨。

  柴油车与汽油车两者原始排放污染物相比(两者均未安装催化转化器),其中柴油车排放CO和HC较低,一般只有汽油车排放的十分之一。柴油车由于高燃烧效率,消耗燃料少,CO2排放量低,而汽油车燃烧效率低,CO2排放量多;NOx排放量与汽油车大致处于同一水平;而柴油车微粒排放量约比汽油车多几十倍。

  我国柴油车排放后处理技术研究比汽油车落后得多,但近年来有了较快发展。由于柴油车排气中O2含量高,排气温度低,含SO2高等原因,使柴油车排放后处理技术研究远比汽油车难度大得多。

  国家科技部在十五“期间,663计划有关机动车污染控制技术与设备专题中设置了两个课题:一是柴油机微粒捕集器关键技术研究与产业化。二是稀燃汽油机及柴油机NOx净化技术。我们深信以663国家高技术研究发展计划列课题支持研究,将会全面推动柴油车应用、开拓与发展柴油机排放后处理研究领域、开发具有自主知识产权的柴油车排放微粒处理技术,以及稀燃汽油机和柴油机NOx净化等关键技术;同时促进开发高品位柴油的生产与供应,带动相关法规与排放标准制定,推进柴油机的更新换代,使我国的机动车排放污染物控制到低水平。

  一、柴油机排放组分与特性柴油车尾气中主要组分,一般含水蒸汽2.6,O215. 2,以及微量颗粒物(PM)、CO、HC、NOx、SO2、硫酸盐、醛等。颗粒物是柴油车排放使人讨厌的污染物,包括固体炭微粒(烟羽),称为不可溶物(IDF);未燃的柴油和润滑油为液相碳氢化物,称为可溶性有机物(SOF)。柴油中一般含有微量硫化物,主要有硫醇和元素硫。因此柴油燃烧时硫化物与氧反应生成SO2,SO2被氧化生成SO3,SO3与水分等反应生成H2SO:和硫酸盐,不仅增加了PM排放而且给尾气净化过程造成不小麻烦,使催化剂中毒。

  通常柴油车排气温度较低,在加速行驶工况时高约300400,。而尾气中氧气浓度较高,一般达10以上,属氧化气氛,因此增加了对NOi净化的难度。

  二、柴油车排放颗粒物过滤净化技术柴油车排放的污染物主要是颗粒物和NOi.颗粒物净化一般采用多孔过滤器捕集,但由于过滤器有一定容量,达到饱和后,必须进行再生才能继续使用。柴油车排放NOi净化,较多采用选择性催化还原NOi.柴油机排放颗粒物粒径分布在0. 012!m,主要由不可溶炭粒、未燃液体碳氢化物和硫酸盐组成。

  目前使用的过滤材料有泡陶瓷、壁流式蜂窝陶瓷、直通式蜂窝陶瓷、金属丝网和陶瓷纤维。蜂窝陶瓷和陶瓷纤维属于表面过滤方式,金属丝网和陶瓷泡属于体内过滤方式。

  壁流式蜂窝陶瓷过滤器优点是过滤效率高,可达到60.95,过滤效果好。但制造工艺复杂、质量要求高。

  金属丝网过滤器的金属丝直径较细,绕线密度较大,过滤效率为4565.由于其流通面积较小,捕集颗粒物容量有限,本体不易散热,而使金属丝网局部过热而烧损等缺点。泡陶瓷的过滤效率为4970,其制造工艺简单,成本低,耐高温,是早期柴油车捕集颗粒物的材料。

  外加强电场使颗粒物呈带荷电而进行静电捕集,有一定效果。王宪成等用金属丝网过滤,上游增加电晕荷电发生装置,使微粒荷电,带电微粒在通过金属丝网时由于静电映像力的作用实施吸附过滤,而提高了过滤效果,过滤效率达50柴油机排放颗粒物旋流净化试验系统如所示。

  旋流净化器对于0.5!m和1!m的颗粒物捕集效率预测分别达50和70,但小于0. 5!m颗粒物捕集效率则较低。该方法捕集大于1!m颗粒物有望满足实用要求。

  天津大学试验了一种旋风分离颗粒物系统,捕集净化柴油机排气中的颗粒物,捕集效率在2549.再生技术颗粒物过滤器实用性的关键是再生技术,有主动再生和被动再生两种。主动再生原理是利用燃油燃烧的热能、电能、微波能等,提供颗粒物(炭微粒)高温氧化反应能,达到再生目的。但必须具备附加装置,如燃油喷射与控制系统,电加热再生系统,微波发生源加热再生系统。被动再生的原理是利用柴油机排气热能进行再生。在燃油中加入添加剂,也可以在过滤器基体上负载催化剂,目的是降低炭烟粒氧化反应活化能,使化学氧化反应在较低温度下实现,达到再生目的,从而使过滤器达到重复连续使用。

  无论是主动再生还是被动再生都是通过热能实现,将捕集的颗粒物加热烧掉实现再生。

  段家修等研究了壁流式陶瓷微粒过滤器电热分区再生,实现自动再生新方法。米用美国Corning公司壁流式蜂窝陶瓷过滤器,见。过滤器前部布置电阻丝,电阻丝弯成U型,插入过滤器孔中,过滤器顶部开口分成9个区,每个区由3根电阻丝并联在一起。再生的燃烧温度由9根"0.5镍铬铠装热电偶插入到过滤器内测得。加热电路的电源是两个串联的12V盖电池。

  微波是一种高频率的电磁波,波长约为12m,穿透性很强,微波加热再生是利用微波能加热到过滤芯上而形成均匀的热源,并补充二次空气,实现对捕集到的颗粒物加热燃烧,实现过滤器再生。过滤芯可采用泡陶瓷或壁流式蜂窝陶瓷体作为过滤体,微波再生装置如所天津军事交通学院从事微波加热再生装置研究开发多年,已获得中国专利CN002358476.催化过滤器是指在过滤器的内芯上负载催化剂,催化剂的作用是降低颗粒物氧化反应的温度,使其能在柴油机排气温度条件下,实现被动再生。常用催化剂活性组分是贵金属和非贵金属。美国Engelhard公司的催化过滤器,就是利用柴油车排气温度来连续燃烧颗粒物,实现再生。

  另外,连续再生还利用排气中NO在氧化型催化剂上被氧化成为NO2,应用NO2强氧化能力在过滤器上催化燃烧颗粒物实现再生。要求柴油中含硫要低,防止硫使催化剂中毒。

  氧化型催化剂,在一定温度及催化剂的作用下,除去排气中可溶性有机物,同时排气中CO和HC被氧化成CO2和H2O除去。这类氧化催化剂是在蜂窝陶瓷载体上负载贵金属而制成,目前已有商品,国外已在柴油车上使用。

  柴油车的空燃比远远大于理论空燃比,因此排气中氧气含量较高,使其中NO净化增加了难度。目前,国外也没有令人满意的解决办法,但发表较多。我国柴油车排放净化研究比汽油车排放净化研究落后得多,研究较多是颗粒物过滤捕集,其中净化NO研究工作较少。

  柴油车NO净化技术从以往的研究结果分析,其净化方法大致有:选择性催化还原(SCR);非选择性催化还原(NSCR)和吸附贮藏催化转化技术。选择性催化还原技术,必须在排气中添加还原剂,例如NH3、尿素(Urea)及碳氢化物如柴油等。相应技术有NH3-SCR,Urea-SCR,HC-SCR和NO -NSCR等,这类技术估计有应用前景。HiroshiAkama等综述了近年来稀燃NO催化剂转―28―中国环保产业化技术,其中催化制备与性能是该技术的关键。给出了贵金属催化剂、金属与沸石催化剂和非贵金属氧化物催化剂,在稀燃N0.转化中的温度特性。

  显示了稀燃N0转化温度,贵金属催化剂低,非贵金属氧化物高,金属沸石催化剂在两者之间。

  四、柴油含硫对净化技术的影响柴油中含硫量对柴油车排气净化技术负面影响十分明显,硫会造成催化剂的严重中毒,导致无法满足柴油车排放标准,同时还增加颗粒物排放量,限制了柴油车使用。目前世界各国投入巨资开发低硫柴油。

  1993年,美国将柴油中的含硫量从2500ppm降低到350~400PPm,一些城市已经使用含硫量更低的柴油,预计到2006年柴油中的硫含量将降至15ppm.欧洲同样在降低柴油中硫的含量。1996年,在欧洲"号标准实施时,硫的含量从3000ppm降至500ppm.2000年在欧洲号标准实施时,降至300ppm.在2005年当欧洲号标准实施时,将降低至50ppm.1997年日本实现了柴油中硫含量从2000ppm降低至500ppm,目前正投入巨资将含硫量降低至50ppm.我国现行柴油质量规格于1994年颁布,1995年生效执行。轻柴油优等品含硫量为2000ppm.我国大中城市车用轻柴油要求含硫量降低至500ppm.国家有关部门十分重视油品的质量问题,中石化表示有能力将燃油中硫含量降低至500ppm或更低。同时政府有关部门也在考虑在一些大中城市进口高品质燃油以满足低排放的要求。

访问统计
51客服