SCR系统尿素沉积物试验及机理研究
发布时间：2021-09-01 23:15
Urea-SCR（尿素-选择性催化还原）技术是目前柴油发动机应对排放法规升级的最有效技术。尿素水溶液作为还原剂的供给来源,具有易于存储、安全性高的特点,但尿素分解不完全,发生副反应生成各种副产物,长久累积形成沉积物堵塞排气管,使柴油机的运行出现故障。为探究SCR系统沉积物组分、温度、机理相互作用机制,运用热重分析仪,对沉积物、尿素、缩二脲、三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺以及三聚氰胺进行加热分解试验。试验结果表明,缩二脲是生成三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺及二酰胺的最重要反应物,其自身可以发生缩合反应的特性是导致三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺及二酰胺大量生成的重要原因;认为2biuret→ammeline+HNCO+2H2O是生成三聚氰酸二酰胺的重要路径。异氰酸未能及时完全水解是形成沉积物的根本原因。三聚氰酸一酰胺及二酰胺是生成高分子聚合物蜜白胺(C6H9N11)、蜜勒胺(C6H6N10)、蜜立胺（（C6H...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
博世Urea-SCR系统示意图
广西大学硕士学位论文SCR系统尿素沉积物试验与机理研究8图1-2选择性催化还原反应原理图Fig.1-2SchematicdiagramofselectivecatalyticreductionUrea-SCR系统喷射的尿素水溶液在排气管内分两步反应：首先尿素水溶液受热析出尿素颗粒(N2H4CO)，后尿素颗粒受热分解为NH3和异氰酸(HNCO)，HNCO再与水发生水解反应，生成为CO2和H2O，反应式为(1-1)、(1-2)、(1-3)：N2H4CO(aq)→N2H4CO(s)+H2O(g)(1-1)N2H4CO(s)→HNCO(g)+NH3(g)(1-2)HNCO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2O(g)(1-3)NOX的还原反应主要有三个，分别为基准SCR反应(1-4)、快速SCR反应(1-5)以及慢速SCR反应(1-6)[20]：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)→4N2(g)+6H2O(g)(1-4)2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)→2N2(g)+3H2O(g)(1-5)8NH3(g)+6NO2(g)→7N2(g)+12H2O(g)(1-6)柴油机尾气的NOX主要是NO，占总量85%以上，NO2仅占总量的15%，因此基准SCR反应是NOX被氨气还原的主要反应。但快速SCR反应的速率更快，是标准SCR反应的10倍以上[11,21]，若能提高NO2在尾气中NOX中的比例，则对减少NOX的排放量非常有利。Urea-SCR技术相对NH3-SCR技术更安全，但尿素水溶液转化为NH3需要经过尿素液滴蒸发、尿素颗粒热解、异氰酸水解等一系列物理变化和化学反应过程，从尿素热解到生成NH3的准备时间较长，对整个SCR系统的技术要求更高。Urea-SCR系统最为理想的状态是尿素水溶液在抵达催化器前便能在分解管段内完全蒸发并热解，异氰酸能完全水解，且NH3能保持合适的浓度以避免逃逸造成环境污染，同时还能保证NOX能被
广西大学硕士学位论文 SCR 系统尿素沉积物试验与机理研究酸[55](cyanuric acid,CYA)和氨气。从缩三脲的生成及分解反应可知，其是一种在缩二脲受热分解过程中生成的不稳定的化合物，可认为是缩二脲形成三聚氰酸反应中出现的一种中间产物。当存在水解催化剂且温度较高时[56]，缩二脲可以发生水解反应：biuret+H2O→N2H4CO+NH3+CO2。(图中各符号意义：“+”代表反应物，“－”代表生成物，箭头指示的是反应方向，catalyst 代表催化剂作用)
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车尾气污染物扩散对街区环境影响研究[J]. 战乃岩,高政. 东北师大学报(自然科学版). 2019(03)
[2]非道路用重型柴油机燃烧过程优化[J]. 马志豪,刘成,王鑫,刘文斌,马凡华. 农业工程学报. 2019(16)
[3]街区交通污染物光化学反应及其自然通风稀释[J]. 刘呈威,赵福云. 环境化学. 2019(09)
[4]2019上半年全国机动车保有量达3.4亿辆[J]. 商讯. 商用汽车. 2019(07)
[5]大功率柴油机尿素-选择性催化还原系统混合器仿真与试验研究[J]. 赵英良,朱智富,王胜,赵红,桂建华,陈鹏. 内燃机工程. 2019(03)
[6]郑州市采暖期与非采暖期PM2.5中重金属来源及潜在健康风险评价[J]. 闫广轩,张朴真,王晨,宋鑫,高雅,张靖雯,姜继韶,曹治国,朱桂芬,王跃思. 环境科学学报. 2019(08)
[7]SCR/DOC+DPF+SCR后处理系统对重型柴油机性能及排放的影响[J]. 程晓章,陈康,查小辉. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[8]农业机械污染排放控制技术的现状与展望[J]. 谭丕强,王德源,楼狄明,胡志远. 农业工程学报. 2018(07)
[9]柴油机SCR系统排气管壁沉积物影响因素仿真[J]. 钱枫,吕林,杨栋. 内燃机学报. 2018(02)
[10]国Ⅴ柴油机SCR系统结构对尿素结晶影响研究[J]. 冯刚,王奉双,毛伟,白冰,郎俊宇,郑贯宇. 车用发动机. 2017(06)
硕士论文
[1]柴油机SCR尿素分解反应路径及模型研究[D]. 段磊磊.广西大学 2019
[2]柴油机SCR系统尿素转氨及沉积物形成详细反应机理研究[D]. 余俊波.广西大学 2018
[3]基于详细尿素沉积物形成机理的柴油机SCR系统优化研究[D]. 侯鑫.广西大学 2016
[4]柴油机SCR后处理中尿素沉积物的机理研究[D]. 楚向锋.上海工程技术大学 2014
本文编号：3377831
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
博世Urea-SCR系统示意图
广西大学硕士学位论文SCR系统尿素沉积物试验与机理研究8图1-2选择性催化还原反应原理图Fig.1-2SchematicdiagramofselectivecatalyticreductionUrea-SCR系统喷射的尿素水溶液在排气管内分两步反应：首先尿素水溶液受热析出尿素颗粒(N2H4CO)，后尿素颗粒受热分解为NH3和异氰酸(HNCO)，HNCO再与水发生水解反应，生成为CO2和H2O，反应式为(1-1)、(1-2)、(1-3)：N2H4CO(aq)→N2H4CO(s)+H2O(g)(1-1)N2H4CO(s)→HNCO(g)+NH3(g)(1-2)HNCO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2O(g)(1-3)NOX的还原反应主要有三个，分别为基准SCR反应(1-4)、快速SCR反应(1-5)以及慢速SCR反应(1-6)[20]：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)→4N2(g)+6H2O(g)(1-4)2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)→2N2(g)+3H2O(g)(1-5)8NH3(g)+6NO2(g)→7N2(g)+12H2O(g)(1-6)柴油机尾气的NOX主要是NO，占总量85%以上，NO2仅占总量的15%，因此基准SCR反应是NOX被氨气还原的主要反应。但快速SCR反应的速率更快，是标准SCR反应的10倍以上[11,21]，若能提高NO2在尾气中NOX中的比例，则对减少NOX的排放量非常有利。Urea-SCR技术相对NH3-SCR技术更安全，但尿素水溶液转化为NH3需要经过尿素液滴蒸发、尿素颗粒热解、异氰酸水解等一系列物理变化和化学反应过程，从尿素热解到生成NH3的准备时间较长，对整个SCR系统的技术要求更高。Urea-SCR系统最为理想的状态是尿素水溶液在抵达催化器前便能在分解管段内完全蒸发并热解，异氰酸能完全水解，且NH3能保持合适的浓度以避免逃逸造成环境污染，同时还能保证NOX能被
广西大学硕士学位论文 SCR 系统尿素沉积物试验与机理研究酸[55](cyanuric acid,CYA)和氨气。从缩三脲的生成及分解反应可知，其是一种在缩二脲受热分解过程中生成的不稳定的化合物，可认为是缩二脲形成三聚氰酸反应中出现的一种中间产物。当存在水解催化剂且温度较高时[56]，缩二脲可以发生水解反应：biuret+H2O→N2H4CO+NH3+CO2。(图中各符号意义：“+”代表反应物，“－”代表生成物，箭头指示的是反应方向，catalyst 代表催化剂作用)
【参考文献】：
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[9]柴油机SCR系统排气管壁沉积物影响因素仿真[J]. 钱枫,吕林,杨栋. 内燃机学报. 2018(02)
[10]国Ⅴ柴油机SCR系统结构对尿素结晶影响研究[J]. 冯刚,王奉双,毛伟,白冰,郎俊宇,郑贯宇. 车用发动机. 2017(06)
硕士论文
[1]柴油机SCR尿素分解反应路径及模型研究[D]. 段磊磊.广西大学 2019
[2]柴油机SCR系统尿素转氨及沉积物形成详细反应机理研究[D]. 余俊波.广西大学 2018
[3]基于详细尿素沉积物形成机理的柴油机SCR系统优化研究[D]. 侯鑫.广西大学 2016
[4]柴油机SCR后处理中尿素沉积物的机理研究[D]. 楚向锋.上海工程技术大学 2014
本文编号：3377831
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