柴油机SCR尿素分解反应路径及模型研究
发布时间：2020-05-04 10:26
【摘要】：随着新排放法规的出台,对氮氧化物的要求也进一步提高,选择性催化还原(SCR)技术是目前主流的后处理技术之一。当SCR系统中的尿素水溶液喷入排气系统时,若分解不完全则容易生成沉积物。严重可造成氨泄漏,以及堵塞排气管,从而增加排气背压。因此在SCR产品开发过程的早期阶段,有必要通过模拟的方法来评估SCR的性能、沉积物的风险和废气系统的压力降低。本文从分子结构化学层面出发,研究尿素分解的详细路径。从碳氮单键首先开始断裂,随后引发尿素-三聚氰酸同系物、尿素-缩二脲、缩二脲-缩三脲和氰酸盐聚合分解4条支路系列连锁反应,共涉及20步反应和15种组份。缩二脲是可以衡量副产物生成状态的重要中间产物;异氰酸是副产物生成中必需的反应物,它的不完全水解也是沉积物生成的重要原因。温度越高,对分子结构的破坏越强,越容易生成比较稳定的环状物质。在此路径分析及前人研究的基础上,构建了包含缩三脲、三聚氰酸一酰胺等组分的11种组分、14步反应的尿素分解化学动力学模型,并基于量子化学计算方法解决了模型中两个反应无法通过文献获取的活化能和指前因子的动力学参数难题。以尿素分解段为目标建立模型,调用总包反应机理子模型和新构建的详细机理子模型进行仿真计算。缩二脲、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺和三聚氰胺几种组份摩尔分数随排气温度变化的计算结果表明,沉积物主要在低排气温度下生成。缩二脲、缩三脲和三聚氰酸有相同的分布规律,沿混合器后的中轴线对称分布。三聚氰酸一酰胺主要分布在催化器入口处。三聚氰酸二酰胺分布呈现管壁比较高,越靠近中间较少的特点。三聚氰胺的分布更靠近分解管出口处的管壁上。通过控制变量法,就分解管长度、管径、混合器与喷嘴距离、叶片数目和叶片长度5种几何因素进行了尿素转氨效率、出口NH3均匀性系数、沉积物风险三个评价指标的评价。结果表明,管径小且叶片长均匀性好,取一个恰当的管径可使转氨效率较高。进行优化计算,当取长度1.14m,管半径0.071m,距离0.48m,叶片数目4,叶片长度0.06m时,氨气均匀性和尿素转氨效率相对于基准状况分别获得18.8%和11.4%的提升。
【图文】：
１．４．２邋ＳＣＲ基本反应过程逡逑一般ＳＣＲ系统会使用尿素水溶液来当还原剂。当尾气排出经过ＳＣＲ系统时，ＳＣＲ逡逑会在催化剂的作用下有选择地将尾气中的ＮＯｘ还原为阶和出０。其原理如下图１－７所逡逑／Ｊ、0逡逑—■＾１，，１１逡逑废气a义希桑剩纾澹诲澹斟未呋痢福危茫海澹澹剩颍哄义希蝈澹隋危瑰澹哄义贤迹保纺蛩兀樱茫蚁低吃礤义希疲椋纾澹欤罚裕瑁邋澹穑颍椋睿悖椋穑欤邋澹铮驽澹酰颍澹徨澹樱茫义澹螅螅簦澹礤义嫌捎谖财奈露冉细撸识蛩厮芤涸谖露鹊淖饔孟孪热冉馍桑危龋澈停龋危茫稀ｅ义希龋危茫夏芄患绦馔桑危龋场Ｈ缓螅危龋秤醒≡竦赜胛财械模危希⑸从Γ义掀渥湮龋玻昂停危校常尺痴龉痰闹饕从θ缦拢哄义希ǎ保┌逼桑哄义夏蛩厮芤航牍艿篮螅蛩厮芤夯嵴舴⑿纬赡蛩乜帕！６蛩胤肿踊岱纸馍慑义习逼鸵烨杷帷Ｒ烨杷嵊只岱⑸夥从ι砂逼７从κ椒直鹞剑ǎ玻罚ⅲǎ玻福ｅ义希危玻龋矗茫希
本文编号：2648401
【图文】：
１．４．２邋ＳＣＲ基本反应过程逡逑一般ＳＣＲ系统会使用尿素水溶液来当还原剂。当尾气排出经过ＳＣＲ系统时，ＳＣＲ逡逑会在催化剂的作用下有选择地将尾气中的ＮＯｘ还原为阶和出０。其原理如下图１－７所逡逑／Ｊ、0逡逑—■＾１，，１１逡逑废气a义希桑剩纾澹诲澹斟未呋痢福危茫海澹澹剩颍哄义希蝈澹隋危瑰澹哄义贤迹保纺蛩兀樱茫蚁低吃礤义希疲椋纾澹欤罚裕瑁邋澹穑颍椋睿悖椋穑欤邋澹铮驽澹酰颍澹徨澹樱茫义澹螅螅簦澹礤义嫌捎谖财奈露冉细撸识蛩厮芤涸谖露鹊淖饔孟孪热冉馍桑危龋澈停龋危茫稀ｅ义希龋危茫夏芄患绦馔桑危龋场Ｈ缓螅危龋秤醒≡竦赜胛财械模危希⑸从Γ义掀渥湮龋玻昂停危校常尺痴龉痰闹饕从θ缦拢哄义希ǎ保┌逼桑哄义夏蛩厮芤航牍艿篮螅蛩厮芤夯嵴舴⑿纬赡蛩乜帕！６蛩胤肿踊岱纸馍慑义习逼鸵烨杷帷Ｒ烨杷嵊只岱⑸夥从ι砂逼７从κ椒直鹞剑ǎ玻罚ⅲǎ玻福ｅ义希危玻龋矗茫希
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