分子筛SCR催化剂降低柴油机NO_x反应机理的数值模拟

发布时间：2017-08-10 00:18

  本文关键词：分子筛SCR催化剂降低柴油机NO_x反应机理的数值模拟

  更多相关文章： 柴油机 氮氧化物 选择性催化还原 Cu、Fe分子筛催化剂 数值模拟

【摘要】：柴油机的NOx排放是造成空气污染的因素之一,日益严格的机动车排放法规,促进了柴油机NO、排放控制技术的发展和应用。研究者提出了很多适于柴油机NOx排放控制的机内净化技术和后处理技术,其中最有应用前景的后处理技术之一是选择性催化还原(SCR)。拓宽尿素SCR有效工作温窗,提升其低温和高温NOx转化效率一直是研究者关注的问题。对催化剂表面NOx还原过程的深入了解是提升系统NOx转化性能的前提。针对广泛应用于尿素SCR后处理技术的Cu、Fe分子筛催化剂分别建立了一维总包反应动力学模型,模型考虑了NH3吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx转化反应,通过优化各反应的动力学参数对模型进行了实验验证,结果表明所建模型能够较好地预测反应中各组分摩尔浓度及转化率的变化情况。基于验证的模型,对比了各反应条件下Cu、Fe分子筛催化剂性能的不同,结果表明Cu分子筛催化剂的最大储氨量更高,NH3氧化能力更强,Cu、Fe分子筛催化剂的NO氧化性能相差不大。温度低于400℃时,标准SCR反应中Cu分子筛催化剂活性更高,而更高温度范围内Fe分子筛催化剂的NO转化性能更好。分析了入口NO2/NOx比值对催化剂NOx转化效率的影响,结果表明Fe分子筛催化剂对入口NO2/NOx比值更敏感。对Cu、Fe分子筛反应模型瞬态响应进行分析的时候观察到：停止通入NH3的时候,NO转化率先升高后降低,证明Fe分子筛催化剂表面的NH3抑制效应,Cu分子筛催化剂中不存在这种抑制作用。同时,低温条件下,随着催化剂表面NH3覆盖度升高,Fe分子筛催化剂比Cu分子筛催化剂更早达到该温度下的稳态转化率,所以稳态转化率并不能完全反映催化剂的性能。考虑到Cu、Fe分子筛催化剂的低温和高温活性差异,将Cu、Fe分子筛催化剂串联组合以拓宽系统活性温窗。为了确定合理的组合方式,分析了催化剂长度对NH3氧化反应和标准SCR反应的影响,并证明Cu+Fe分子筛催化剂串联组合方式不能提升系统的高温NOx转化活性。改变Cu、Fe分子筛催化剂顺序,证明了Fe+Cu分子筛催化剂串联组合方式的合理性,分析了前后催化剂长度比例对NO转化率的影响,最终确定Fe(20%)+Cu(80%)为最佳串联组合方式,能够在更宽的温度范围内保持较高的NO转化性能。
【关键词】：柴油机 氮氧化物 选择性催化还原 Cu、Fe分子筛催化剂 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 前言9
• 1.2 柴油机排放现状9-10
• 1.3 柴油机NO_x排放后处理技术10-13
• 1.3.1 选择性催化还原10-12
• 1.3.2 稀燃NO_x捕集12
• 1.3.3 LNT-SCR耦合系统12-13
• 1.4 SCR后处理技术研究现状13-19
• 1.4.1 催化剂13-14
• 1.4.2 化学反应机理14-15
• 1.4.3 尿素水溶液喷雾15
• 1.4.4 尿素沉积物15-17
• 1.4.5 SCR系统设计17-19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 反应动力学分析原理20-26
• 2.1 催化反应动力学基础20-23
• 2.1.1 化学反应速率20-21
• 2.1.2 阿伦尼乌斯方程21
• 2.1.3 多相催化反应21-23
• 2.2 SCR计算模型23-25
• 2.2.1 反应器模型23-24
• 2.2.2 反应动力学模型24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 Cu、Fe分子筛催化剂表面NH_3-SCR反应26-48
• 3.1 反应机理26-27
• 3.2 反应模型参数及边界条件27
• 3.3 反应模型验证及分析27-41
• 3.3.1 NH_3吸附和脱附反应28-30
• 3.3.2 NH_3氧化反应30-32
• 3.3.3 NO氧化反应32-33
• 3.3.4 标准SCR反应33-34
• 3.3.5 快速SCR反应34-36
• 3.3.6 慢速SCR反应及N_2O生成反应36-38
• 3.3.7 入口NO_2/NO_x比值对NO_x还原反应的影响38-41
• 3.4 Cu、Fe分子筛催化剂低温活性不同的原因41-43
• 3.5 瞬态响应特性43-47
• 3.6 本章小结47-48
• 4 Cu、Fe分子筛催化剂串联组合48-59
• 4.1 催化剂长度对NH_3氧化反应的影响49-50
• 4.2 催化剂长度对标准SCR反应的影响50-53
• 4.3 Cu+Fe串联组合的实验验证及分析53-55
• 4.4 Fe+Cu串联组合的实验验证及分析55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 杨文杰;温亚林;张武高;;Pt/Ba/Ce/γ-Al_2O_3催化剂H_2-NSR性能影响因素的试验分析[J];上海交通大学学报;2015年05期

2 曹曼曼;李志军;刘磊;陈韶舒;;不同还原剂对稀燃NO_x催化转化器转化效率的影响[J];西安交通大学学报;2015年01期

3 苏庆运;李艳宾;解亮;冯廷智;;铂表面H_2还原NO_x的详细反应机理[J];工程热物理学报;2014年06期

4 唐韬;赵彦光;华伦;帅石金;;柴油机SCR系统尿素水溶液喷雾分解的试验研究[J];内燃机工程;2015年01期

5 帅石金;唐韬;赵彦光;华伦;;柴油车排放法规及后处理技术的现状与展望[J];汽车安全与节能学报;2012年03期

6 姜磊;葛蕴珊;李璞;刘志华;;柴油机尿素SCR喷射特性的试验研究[J];内燃机工程;2010年04期

7 谭丕强,陆家祥,邓康耀,王桂华;车用直喷式柴油机氮氧化物的排放特性[J];内燃机学报;2003年06期

，

本文编号：647995