轻型柴油机尾气排放后处理技术进展

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1、轻型柴油机尾气排放后处理技术进展随着全球汽车保有量的增加，汽车尾气排放对环境的影响也日益严重。由于汽车尾气中含有很多对人体有害的物质，各国政府针对尾气排放制定了不同的排放法规。美国于1970年出台了《大气清洁修正法》，起初仅使用Pt、Pd氧化型催化剂，后来加强了对NOx排放的限制，Pt、Pd、Rh三效催化剂才逐渐普及化。我国汽车尾气催化起步较晚，目前研究主要集中在含少量贵金属的体系。前一阶段环保部批准了国V排放法规，相比国IV标准，对汽车尾气排放提出了更加严格的要求。欧洲轻型柴油乘用及商用车的排放法规限值不同，各阶段法规实施时间也不同步。柴油车

2、从欧IV升级到欧V，NOx需降低28%，颗粒物(ParticulateMatter，PM)降低80%。从欧V第二阶段(Euro5b)开始，增加了对PM数量(ParticulateNumber，PN)的限制，为6.0×1011km-1。从欧V升级到欧VI，NOx需进一步降低55.6%，PM和PN的限值不变。欧盟对重型柴油车尾气的排放也做了相应的规定，其排放标准见表1。以前柴油机只用于重型和中型汽车，在家用轻型轿车上几乎没有应用，但就目前来看，柴油机应用于轻型汽车将是大势所趋。但柴油机高的PM和NOx排放也对大气环境造成了一定程度的污染，研究开发针

3、对轻型柴油机尾气排放的新型催化剂迫在眉睫。1柴油机尾气的组成及处理方法1.1柴油机尾气组成柴油机排放的废气当中，N2约占75.2%，CO2约占7.1%，O2及其它成分约占16.89%，有害排放物约占0.81%。有害排放物主要包括NOx(35.4%)、CO(35.3%)、PM、SOx(20.76%)、HC(8.54%)。可见柴油机排放的主要有害物质为PM和NOx，其中PM只有亚微米级，几乎全部被人体吸入，对健康造成严重危害。大部分PM是一种类石墨结构的物质，表面吸附有可溶性有机成份(SOF)，另有约5%的硫酸盐。其形成过程如图1所示。在PM的净化

4、中，最难处理的是SOF。研究人员利用气相色谱-质谱联用(GC/MS)等方法对SOF进行了测试，已证实其含有100多种有机物，碳原子数主要分布在C14~C44之间，已查明的多环芳烃有26种。将SOF组成分类，结果如表2所示。1.2柴油机尾气处理方法柴油机尾气的处理方法分为机内净化和后处理技术。机内净化包括燃油高压喷射技术、以增压为核心的进气系统改进和匀质混合压缩点火式燃烧技术(HCCI)等。后处理技术以发动机废气为处理目标，使其转化为无污染或污染程度较轻的气体。本文主要以柴油机尾气后处理技术展开综述。柴油机尾气的主要污染物是NOx和PM，但二者不

5、能同时消除，其净化过程存在此消彼长的关系，故在实际应用中这两种污染物要分别进行处理。NOx主要依靠还原技术将其转化为N2；PM的净化过程与之相反，利用氧化催化剂将PM氧化为CO2和H2O，其关键在于低温氧化燃烧。发达国家通过改善油品质量，采用发动机多次喷射等技术来提高尾气温度，以实现PM的氧化燃烧。我国发动机制造技术与西方相比还有差距，且柴油含硫量较高，导致尾气中的SO2易被氧化为SO3，从而形成硫化物堵塞颗粒捕集器的孔道，并造成催化剂中毒。故我国目前采用尾气催化剂来降低PM的燃烧再生温度，以实现柴油机尾气的净化。2柴油机尾气后处理装置对于NO

6、x的净化，目前主要方法有选择性催化还原(SCR)、稀薄NOx吸附-催化还原(LNT)。PM控制技术有氧化催化转化器(DOC)、颗粒捕集器(DPF)及颗粒氧化催化转化器(POC)。一般将尾气催化净化器安装在汽车尾部排气管的位置，其结构如图2所示。2.1NOx后处理装置2.1.1NOx选择性催化还原(SCR)SCR技术是指利用尾气作为还原剂或添加还原剂，在氧浓度高出NOx两个数量级以上条件下，高选择性地优先把NOx还原为N2。NH3、尿素、烃类或醇类均可作为SCR还原剂，欧美商业化的SCR以氨或尿素为还原剂的V2O5-WO3-TiO2催化体系为主。

7、目前，NH3-SCR被看做是最有希望实用于NOx净化的技术之一。其原理是利用V2O5/TiO2催化剂，在氧气过量时让NH3选择性地将NOx还原为N2。选用TiO2基催化剂主要是因为其具有高耐硫性能。2.1.2稀薄NOx吸附-催化还原(LNT)LNT(LeanNOxTraps)以尾气中还原物质作还原剂，NOx吸附剂和催化还原系统相连。其工作原理为：富氧时NOx首先在贵金属上被氧化为NO2，并与NOx吸附剂反应生成硝酸盐；当吸附能力饱和，或尾气温度增加破坏硝酸盐稳定性之后，开始再生；再生时控制发动机处于缺氧状态以获得含有适量的CO、HC和H2的浓废

8、气，硝酸盐与其反应生成NOx，然后NOx在催化剂的作用下和剩余还原组分反应生成N2。在LNT下游安装SCR可有效综合两项技术的优点。LNT再生产生NH