柴油機(jī)四效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)研究.pdf

1、柴油機(jī)以其優(yōu)越的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，近年來(lái)得到更普遍的應(yīng)用。柴油機(jī)排氣的主要有害成分包括微粒、NOx、HC、CO，其中HC與CO濃度較低且易在富氧環(huán)境中氧化，所以柴油機(jī)排氣控制的重點(diǎn)是微粒與NOx。目前，柴油機(jī)機(jī)內(nèi)控制技術(shù)已經(jīng)使柴油機(jī)排放降低到較低的水平，但仍不能滿足未來(lái)嚴(yán)格的排放法規(guī)，迫切需要排氣后處理新技術(shù)，以及多種現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)集成來(lái)同時(shí)對(duì)柴油機(jī)的有害排放物進(jìn)行凈化。 本文首先分析了國(guó)內(nèi)外車用柴油機(jī)四效催化轉(zhuǎn)化裝置的研究進(jìn)

2、展，認(rèn)為國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展了許多用于柴油機(jī)排氣后處理的技術(shù)，但各自又都面臨一些問(wèn)題，尚沒(méi)有開(kāi)發(fā)出較好的排氣后處理技術(shù)。低溫等離子體技術(shù)與催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的集成技術(shù)，因其理論上有可能達(dá)到較好的效果，而且避免了其他四效催化轉(zhuǎn)化裝置的主要問(wèn)題，諸如要求排氣溫度較高，需要復(fù)雜的還原劑供應(yīng)裝置等，具有重要的研究?jī)r(jià)值。 本文研究了催化劑的制備，結(jié)果顯示，燒結(jié)法和溶膠．凝膠法都能制備La0.9K0.1CoO3鈣鈦礦型復(fù)合氧化物。通過(guò)提高燒結(jié)溫度，都能

3、進(jìn)一步提高產(chǎn)物的純度，同時(shí)晶粒粒度會(huì)增大，比表面積減小。在相同燒結(jié)溫度下，溶膠-凝膠法生成的產(chǎn)物與燒結(jié)法相比更純一些，粒度更小，比表面積和孔徑更大。因而，溶膠．凝膠法是制備La0.9K0.1CoO3鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的較理想方法。 在小樣試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)用溶膠．凝膠法在1050℃燒結(jié)溫度下制備的La0.9K0.1CoO3鈣鈦礦型復(fù)合氧化物催化劑，具有更低的碳煙點(diǎn)火溫度、更低的NOx起始反應(yīng)溫度，更低的反應(yīng)副產(chǎn)物CO濃度，因而催化性能

4、優(yōu)于燒結(jié)法制備的催化劑；通過(guò)適當(dāng)提高燒結(jié)溫度和采用溶膠．凝膠法可以提高催化劑凈化PM和NOx的性能。然后嘗試分別利用貴金屬Pt、La0.9K0.1CoO3、Pt和La0.9K0.1CoO3共同，三種方案作為PM和NOx反應(yīng)的催化劑。結(jié)果Pt和La0.9K0.1CoO3共同應(yīng)用則效果不佳：Pt催化劑在各反應(yīng)溫度指標(biāo)上都略優(yōu)于La0.9K0.1CoO3，但它也有一定的缺陷，包括對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化效率較低，最后殘余CO、HC等污染氣體沒(méi)有反應(yīng)，使

5、用貴金屬，成本較高等；因而綜合考慮溶膠-凝膠法在1050℃燒結(jié)溫度下制備的La0.9K0.1CoO3是較理想的凈化PM和NOx的催化劑。最后研究了這種催化劑的工作條件，與發(fā)動(dòng)機(jī)高速大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的排氣狀況相符合。 在柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，La0.9K0.1CoO3催化劑在一定溫度下不僅能夠同時(shí)降低柴油機(jī)排氣中的PM和NOx，還可以降低HC和CO的排放，但是對(duì)PM和NOx的轉(zhuǎn)化效率還比較低，在最好的情況下只有15％～20％；需與低溫等離

6、子體技術(shù)技術(shù)協(xié)同作用，以提高凈化效果。 在對(duì)低溫等離子體技術(shù)的理論分析中，重點(diǎn)分析了低溫等離子體技術(shù)的能耗問(wèn)題，設(shè)計(jì)了并聯(lián)式的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，以及確定了與之相匹配的高壓脈沖電源參數(shù)，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算了反應(yīng)器的功率。 研究了等離子體技術(shù)與鈣鈦礦型催化劑技術(shù)的協(xié)同作用，與單獨(dú)用催化劑技術(shù)相比，可提高對(duì)柴油機(jī)排氣凈化效果，但對(duì)反應(yīng)溫度降低較小，仍然在300℃左右。 在低溫等離子體臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中，所設(shè)計(jì)的并聯(lián)式的介質(zhì)阻擋放

7、電反應(yīng)器，可正常工作，并達(dá)到凈化柴油機(jī)排氣的效果；采用催化劑后置，低溫等離子體發(fā)生器前置的布置形式，難以達(dá)到催化劑工作溫度；催化劑前置，低溫等離子體發(fā)生器后置的布置形式，有利于滿足催化劑的工作條件，使催化劑有效發(fā)揮作用。低溫等離子體輔助柴油機(jī)四效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)NOx和微粒有較好的凈化效果，尤其是對(duì)NOx，凈化率最高可達(dá)81.2％。對(duì)于固定式柴油機(jī)改進(jìn)后基本具備實(shí)際應(yīng)用的條件；對(duì)于車載柴油機(jī)，在解決高壓脈沖電源小型化、可移動(dòng)的問(wèn)題后，也具