无源氨选择性催化还原三效催化转化器的设计——适用于稀燃火花点燃直接喷射汽油机的排气后处理系统

稀燃火花点燃直接喷射汽油机技术能改善燃油经济性,然而,稀燃运行时的氮氧化物(NO_x)还原始终是实施有效节能技术的主要障碍。一些被广为应用的排气后处理技术包括了稀氮氧化物捕集和有源尿素选择性催化还原(SCR)技术,其缺点是材料成本高,并且需要用户干预尿素溶液充注。报道了一种既简单成本又低的无尿素的无源氨(NH_3)-SCR系统,它具有在稀燃汽油机中应用的潜力。这种无源NH_3-SCR排气后处理系统的关键组件包括紧耦合式三效催化转化器(TWC)和置于车底的SCR系统。可以通过短暂的发动机富油燃烧运行在三效催化转化器中生成NH_3,然后将它储存在车底的SCR催化转化器中。在新欧洲行驶循环的瞬态循环稀燃运行时,通过TWC的NO_x会被SCR催化转化器内储存的NH_3还原。TWC的设计对NH_3的生成至关重要,并对低排气温度下碳氢化合物及一氧化碳排放的降低起关键作用。总之,试验证实,无源NH_3-SCR是一种适用于稀燃火花点燃直接喷射汽油机的高效、低成本的稀NO_x后处理技术。详细介绍了该系统,以及包括稳态试验结果在内的其他结果。

满足超低NOx排放标准的紧凑耦合SCR系统控制策略研究

紧凑耦合选择性催化还原(ccSCR)技术是满足加州超低NOx排放标准的一种切实可行的后处理技术,本文通过数值仿真计算的方法对ccSCR系统控制策略进行研究。利用SCR单状态模型对催化器NH3存储、NOx排放和NH3泄漏进行预测,分析了未安装ccSCR催化器时美国联邦测试循环(FTP)NOx排放特性,基于此提出了双喷嘴独立控制策略和双喷嘴联合控制策略。研究结果表明,ccSCR系统可以充分利用尾气热量,大大缩短尿素起喷时间,FTP循环冷起动尿素起喷时间从568降低到51 s。双喷嘴联合控制策略将ccSCR催化器和下游SCR催化器中的NH3存储进行联合控制,采用该策略的ccSCR系统NOx转化效率达到99.56%,NOx比排放满足未来加州超低NOx排放法规要求。

电感耦合等离子体质谱法测定柴油车用SCR催化器中钒

首先采用6种不同酸配比的酸溶法对选择性催化还原(SCR)催化剂进行前处理,采用电感耦合等离子体质谱法测定样品中钒元素的含量。结果显示:在添加盐酸的基础上添加氢氟酸或过氧化氢,对钒的溶出都有增益。考虑氢氟酸的毒性及腐蚀性,选取盐酸和过氧化氢酸配比进行研究。通过对酸添加量、微波消解温度和微波消解时间的考察,进一步优化酸溶法,并以电感耦合等离子体质谱法测定样品中钒元素含量。结果显示:采用6 mL盐酸、2 mL过氧化氢,在180℃下微波消解30 min,为最佳消解SCR催化剂的前处理方案,钒的回收率为99.3%,相对标准偏差为1.5%,结果满意。

柴油机后处理系统对细颗粒物排放特性的影响研究

为研究柴油机细颗粒物排放特性,选取一台搭配SCR(selective catalytic reduction)后处理系统的国六重型柴油发动机进行世界统一瞬态循环WHTC(word harmonized transient cycle)测试。为获取对比数据,分别在原排、DPF(diesel particulate filter)后、尾排3个位置获取PN_(10)和PN_(23)细颗粒物数据。基于PN_(10)和PN_(23)排放特性,搭建紧耦合ccSCR(close coupling selective catalytic reduction)后处理系统,探究后处理系统对PN_(10)和PN_(23)颗粒物排放的影响。试验结果表明:尾排细颗粒物排放量随着尿素喷射量和SCR入口温度的提升而增加,其中PN_(10)增加趋势比PN_(23)更明显。粒径为10~23 nm细颗粒物占比与温度同样为正向关系,温度为200℃时占总粒径的55%,240~280℃时占比达到75%,280℃以上时占比超过80%。ccSCR与SCR相比,稳态工况下PN_(10)与PN_(23)排放均下降50%~80%;瞬态WHTC循环下,ccSCR的PN_(10)和PN_(23)排放分别为1.61×10^(11),2.92×10^(10)个/(kW·h),对比SCR的PN_(10)和PN_(23)排放分别下降57.2%和62.3%。

焦炉蓄热耦合SNCR+SCR脱硝特性数值研究

针对当前焦炉烟气脱硝应用选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)或选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)存在的问题,建立具有喷氨空间的新型蓄热室内耦合SNCR+SCR的三维模型。通过数值模拟方法,优化和评价不同蓄热材料物性参数的蓄热指标,分析SNCR及SCR反应区的温度及NO/NH_(3)浓度分布特性。结果表明:耦合脱硝过程从SNCR到SCR依次发生,并具有明显的温度梯度变化及余热梯级利用特性。SNCR反应区的粒子停留时间较大,保证了NH_(3)与NO的混合程度,实现63.8%的NO还原效率。此外,SNCR过程同时存在NO还原与NH_(3)氧化的竞争反应,主体反应区位于注射面以上。由于SCR反应区的NH_(3)浓度低及分布不均匀而具有较低的还原效率,这也与蓄热室结构特性及催化剂涂覆面积有关,而在单独SCR工艺中获得大约36%的NO还原效率。研究结论说明,SNCR主要承担NO减排及SCR进一步降低NH_(3)浓度的耦合脱硝过程,能够实现NO/NH_(3)出口浓度的双重达标,为替代外延SCR脱硝系统提供理论依据。

SCR/DOC+DPF+SCR后处理系统对重型柴油机性能及排放的影响

文章基于氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)耦合颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原器(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术,对比了原机、搭载SCR、搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下重型柴油发动机的性能、排气污染物排放状况以及SCR入口处NO在氮氧化物(NOx)中的体积比。试验结果表明,搭载DOC+DPF+SCR系统比搭载SCR系统的发动机扭矩降低了10N·m,油耗基本保持不变;对比搭载DOC+SCR、搭载SCR以及搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下SCR入口处NO在NOx中的比例发现,SCR状态下基本全为NO,其余2种状态下NOx中NO的体积比随温度升高而逐渐降低,排温在450℃时该比例下降到0.86;搭载DOC+DPF+SCR的ESC试验中CO转化效率为93%,HC转化效率为70%,NOx转化效率为90%,PM转化效率为51%,相比于搭载SCR的ESC试验,NOx的转化效率降低了3%。

车用钒基SCR中对钒挥发速率不确定度评价的试验研究

北京、天津、山东和广东等省市已于2019年7月1日开始执行国六标准。从2021年7月1日起,我国制造、进口、销售和登记注册的重型柴油车必须满足国六排放限值的要求。2000年,国际标准化组织在ISO/IEC17025:2005《校准和检测实验室能力的通用要求》中明确提出:试验室的每个证书或报告,一定要有不确定度评价,检验结果的可用性在很大程度上在于不确定度的大小。文章根据T/CAEPI12.2-2017《柴油车排气后处理装置技术要求第2部分:选择性催化还原转化器(SCR)》,选用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对钒基SCR中钒挥发速率进行检测,并对试验过程中各种误差因素造成的不确定度进行评价,计算得出钒基SCR中钒挥发速率的不确定度为0.1075μg/(L·h)。