柴油車后處理技術及應用PPT課件

-,1,內容,一、柴油機尾氣的特征及后處理的難度二、Urea-SCR三、DOC四、DPF和POC五、值得注意的幾個問題六、醇類燃料（含氧燃料）車尾氣凈化,-,2,一、柴油機尾氣的特征及后處理的難度1、尾氣的危害和凈化前景汽車尾氣：HC，CO，NOx和顆粒物（PM）等污染物，經大氣中的光化學反應后，還將產生地表臭氧（O3）和過氧化物；PM、地表臭氧（O3）和過氧化物為致癌物質；CO，NOx和HC為致病物質，嚴重危害人類的健康和生態(tài)環(huán)境。汽車尾氣對人類造成疾病和死亡，特別造成大量人的早死（2007年我國34萬人因尾氣污染而死亡）.,-,3,汽車尾氣凈化催化劑是一個發(fā)展迅速，成就卓著，對環(huán)境保護作用巨大，經濟效益和社會效益顯著的催化領域1960suncontrolledemissions4060gCO/km2000EuroIII2.3gCO/km減少9496%2005EuroIV1gCO/km減少9798%隨后實施EuroV，EuroVI和零排放標準最終消除尾氣污染,-,4,尾氣凈化催化劑的特征：汽車尾氣凈化催化劑屬科學和技術密集型產品國際：27000多項專利，近40000多篇論文。技術來源于對基礎科學規(guī)律的掌握，是科學技術發(fā)展的必由之路。沒有高水平的基礎研究是不會產生出具有競爭力機動車尾氣凈化催化劑技術。上述特征決定了世界范圍內只有少數幾家公司能掌握和發(fā)展尾氣凈化催化劑的技術。,-,5,2、柴油車尾氣特征和凈化的難度（1）四種需要處理的污染物，HC，CO，NOx和PM。（2）還原劑HC和CO偏少，既不利于NOx的還原，又不利于尾氣溫度的提升，還原NOx還需另加還原劑。（3）尾氣溫度低，造成三個困難：NOx處理困難，PM凈化困難，DPF和催化劑的硫酸鹽堵塞。（4）氧過量，615，NOx還原困難。（5）高空速，30000100000cm3(尾氣)/cm3(催化劑)h，增大了催化劑的難度。,-,6,二、Urea-SCR柴油車尾氣：HC，CO，NOx，PM特征：溫度低，O2過量凈化方法：Urea-SCR，DOC，DPF目前為單獨使用或組合，但到實行歐排放標準時，三種方法將同時使用。三種方法涉及的大量復雜的科學和技術問題，是科學和技術同時密集的產品。尾氣處理的成本在所有機動車尾氣處理技術中最大,-,7,SCR涉及的化學反應：1.CO(NH2)2+H2O2NH3+CO22.6NO+4NH35N2+6H2O3.4NO+4NH3+O24N2+6H2O4.6NO2+8NH37N2+12H2O5.2NO2+4NH3+O23N2+6H2O6.NO+NO2+2NH32N2+3H2O是一個復雜的反應體系網絡，對反應條件敏感，存在溫度窗口。,-,8,系統(tǒng)包括：SCR催化劑開環(huán)控制系統(tǒng)（Open-loopcontrol）SCR系統(tǒng)監(jiān)測（SCRsystemmonitoring)SCR催化劑監(jiān)測（SCRcatalystmonitoring),-,9,SCR系統(tǒng)面臨的問題催化劑的本征活性較低（差20倍）催化劑的超溫問題尿素精確噴射系統(tǒng)的設計，制造控制和診斷系統(tǒng)本身不成熟的問題SCR系統(tǒng)與發(fā)動機及整車的匹配,-,10,1、SCR催化劑由于SCR是帶溫度窗口的催化反應，催化劑的性能在低溫和高溫段存在問題，所以發(fā)展的焦點是在低溫段和高溫段同時，擴大催化劑的溫度窗口，提高催化劑性能。,-,11,SCR催化劑負載的氧化物催化劑：Mn，Ni等氧化物負載催化劑，低溫活性好（150左右），高溫活性有待提高。中溫催化劑：V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)。分子篩催化劑：由分子篩負載的Fe、Cu、Ce等，非釩，無毒，分為低溫（150600），高溫（250750）和兼具低溫活性和高溫穩(wěn)定性，已有部分產品產品投入市場，但成本高。,-,12,V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)催化劑：催化劑的空速不夠，導致催化劑體積大。工作溫度窗口較窄（300450）凈化效率不高。在600左右發(fā)生TiO2由銳鈦型向金紅石型的轉變，導致催化活性的急劇降低，耐高溫性能差。在450以后，由于V2O5對NH3的氧化加劇，導致催化活性的下降。,-,13,V2O5的毒性大，表現(xiàn)在使用過程中少量V2O5隨尾氣溢出對人體的危害和催化劑報廢后的處理困難。高溫下N2O的形成，N2O是較穩(wěn)定的破壞臭氧層的溫室氣體。SO2氧化為SO3的高活性，SO2氧化為SO3后與NH3和H2O反應生成NH4HSO4,，(NH4)2S2O7，和H2SO4，腐蝕和阻塞催化劑。,-,14,釩化合物對人及動物有中度或高度毒性。其毒性作用與釩的價態(tài)、溶解度、攝取的途徑等有關。價態(tài)越高,毒性越大,如價釩的毒性比價釩的毒性大一倍。五氧化二釩與它的鹽類毒性最大,食物中鋅的濃度增高,增加釩的毒性。對人或動物的毒性程度以攝入途徑的不同而不同,毒性最大的是注射,毒性最低的是經口攝入,呼吸道攝入的毒性在兩者之間。注射液的值越高,其毒性也隨之增加。接觸釩的有些人可發(fā)生尊麻疹、過敏性濕疹樣皮炎、劇烈篷癢等,若接觸大量釩化物的煙氣和粉塵后,首先出現(xiàn)鼻和眼的刺激癥狀,然后發(fā)生呼吸道刺激癥狀,繼而再發(fā)生消化道和神經系統(tǒng)癥狀。,-,15,鑒于V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)SCR催化劑本身性能較差，滿足不了更高的排放標準，最多也是在過渡時期使用一下，由于其毒性，若是報廢后不回收處理（處理無效益）或者處理不好，將會造成嚴重污染。特別是在我國社會管理程度不是很高的情況下，使用V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)SCR催化劑將會造成嚴重的環(huán)境問題。由于已有無毒，性能比V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)SCR催化劑優(yōu)異得多的SCR催化劑，淘汰已成必然。,-,16,分子篩催化劑：溫度窗口明顯比釩催化劑寬，高穩(wěn)定性明顯由于釩催化劑，無毒，是當前發(fā)展的重點。負載的氧化物催化劑：已表現(xiàn)出比釩催化劑更優(yōu)的性能，成熟度不夠。發(fā)展重點：分子篩催化劑和負載的氧化物催化劑。,-,17,開發(fā)進展：（1）分子篩催化劑,新鮮分子篩催化劑的性能（黑線）與新鮮的V2O5基催化劑,-,18,圖2.老化分子篩催化劑和釩基催化劑的性能比較（按照18萬公里耐久）,-,19,所研制的分子篩催化劑具有高的轉化率，經水熱老化后。起燃溫度在低溫端和高溫端的NOx轉化率基本上不變。,-,20,（2）復合氧化物催化劑,復合氧化物催化劑的溫度特性曲線（其中C1C4為不同的復合氧化物催化劑）。此類催化劑具有足夠好的低溫性能，溫度窗口得到明顯擴大,極具發(fā)展前景。,-,21,SCR催化劑與整車（或發(fā)動機）匹配中的幾個問題（1）前置DOC前置DOC，主要是將NO部分氧化為NO2,較顯著提高SCR的低溫性能和性能，同時氧化CO和HC，提高尾氣溫度，提高SCR催化性能，在NO和NO2各一半時，效果最好，DOC的性能和用量，對調變SCR催化劑的性能很重要。（2）尿素噴射系統(tǒng)的控制策略和精度根據尾氣中的NOx量溶液適時噴入等當的尿素溶液，但開環(huán)系統(tǒng)的精度不夠，閉環(huán)的技術程度不夠，調整適應很關鍵。,-,22,（3）噴入的尿素與尾氣的均勻混合差的混合導致差的催化性能在系統(tǒng)設計，運行時實現(xiàn)充分混合。（4）尿素溶液的凝固點ureasolution：-11C（32.5%,40%)ammoniumformateureasolution：-30C儲罐是否配置加熱器,-,23,（5）SCR系統(tǒng)監(jiān)測累加的噴射計量和精確的液位傳感器（6）SCR催化劑監(jiān)測（7）OBD目前的NOx傳感器的精度存在問題，一旦解決，將實現(xiàn)。,-,24,（8）、SCR對柴油機的適應性從經濟的角度考慮，SCR應用于大，中型柴油機較好，用于小型柴油機成本較高，但隨著SCR技術的進步和小型化的成熟，排放標準的提高，SCR用于小型柴油機將逐步增多（9）、由于柴油車尾氣的低溫高空速特征，為了提高SCR催化劑的效果，催化轉化器應盡可能前置,-,25,三、DOC主要作用：氧化HC和CO氧化顆粒物(PM)中的可溶性有機物部分（SOF)部分氧化顆粒物(PM)中的碳顆粒(SOOT)部分涂覆在DPF表面，氧化顆粒物作為SCR催化劑的前級將NO氧化為NO2,增加SCR催化劑的性能,-,26,DOC的重點：尾氣中的SO2的低的氧化活性，通過催化劑載體的改性和催化劑的制備來解決。SOF的低溫活性，150左右起燃。催化劑的耐久性。DOC進展：制備的DOC催化劑低的貴金屬含量高的HC，CO和SOF的氧化性能低的SO2氧化性能已向數家整車廠提供DOC催化劑,-,27,PM轉化率：53CO轉化率：82.8HC轉化率：80.5%NOx轉化率：25.3,DOC催化劑檢測結果,-,28,DOC使用中的問題1、由于國內燃油的硫含量高，對DOC催化劑提出了嚴峻挑戰(zhàn)，目前專業(yè)的催化劑公司DOC盡管具有較好的抗硫性能，但仍需進一步降低硫含量才能提高催化劑的性能。而技術不具備的公司的DOC對SO2氧化比例高導致大量硫酸鹽的生成而堵塞催化劑孔道，導致整個排氣管堵塞而不能使用。已出現(xiàn)使用僅10000公里，催化劑孔道被含硫酸鹽的PM堵塞，最后只有全部將催化劑捅掉的案例DOC對SO2氧化比例低或不氧化才是合格的。使用對SO2氧化比例高的催化劑將導致催化劑很快因孔道堵塞而失效。,-,29,整車廠是初次接觸催化劑，經驗和催化知識缺乏。應對DOC進行耐久實驗，不合格催化劑大多表現(xiàn)為新鮮時排放合格但耐久不合格。2、DOC另一難點是對SOF的起燃溫度要求在150左右，很難達到，整車廠應仔細選擇合格的DOC3、熱量管理，由于柴油車尾氣的低溫高空速特征，保證通過DOC的尾氣有足夠高的溫度極為重要，要通過盡量靠前安裝提高DOC工作溫度，若太靠后導致工作溫度低，合格的DOC也排放不達標,-,30,四、DPF和POC分為催化和非催化兩種方式催化方式,對硫敏感非催化方式，運行成本高DPF進一步分為：PDPF：即部分的DPF，也叫通透式的DPF，由金屬纖維，金屬孔板等材料制成，可經過處理后涂覆催化劑層，其特點是非壁流式，不會堵塞，免維護，缺點是對PM的過濾效果較低，成本低，適合于國III和國IV排放標準使用。,-,31,POC：帶催化劑涂層的PDPF，也叫CPDPFCPDPF（POC）的難點和問題：（1）在PDPF的表面處理，催化劑涂層的制備具有相當的難度。（2）使用國外公司生產的POC基體價格相當昂貴，選擇國內的原材料生產出合格的基體，制備出合格的POC，主機廠和整車廠應主動配合性能實驗，共同發(fā)展適合于柴油發(fā)動機的POC。（3）對于高硫燃料有可能發(fā)生堵塞問題。,-,32,WDPF：即壁流式DPF，特點是過濾效率高有SiC和堇青石兩種SiC耐熱震性能好，價格高，制備困難堇青石價格較低，耐熱震不如SiCWDPF的發(fā)展趨勢：未來更高的排放標準，考慮到顆粒物的致癌作用和對人類健康的嚴重危害，不止是柴油車要使用汽油車也要使用WDPF，汽油車，CNG車等都要使用，并且是以WDPF的方式使用。PDPF的使用量將會急劇增加，PDPF和催化劑的制備技術應抓緊發(fā)展。,-,33,在WDPF上制備催化劑的難點：由于壁流式的一端是堵上的而不是通透的，催化劑涂層的負載難度大。國內不論是在堇青石還是SiC的WDPF的制備方面需要進一步發(fā)展不能用于高硫燃料。國外以開始發(fā)展基于壓力傳感器的CWDPF的診斷系統(tǒng)。,-,34,建議：中小型柴油車及柴油機（1）EGR+DOC+POC歐IV（2）EGR+CDPF歐IV重型柴油車SCR歐IV,-,35,五、柴油機值得注意的幾個問題1、技術的復雜性汽油車在歐排放標準時就開始接觸尾氣凈化催化劑，而柴油機企業(yè)的技術人員在滿足歐排放標準時才接觸催化劑，柴油機尾氣凈化技術比汽油機尾氣凈化要復雜得多，柴油車的DOC，POC和SCR是非常復雜的高技術產品，要實現(xiàn)與主機或整車的有效匹配絕非是一件容易的事，加之國內柴油的含硫量較高，更增加了問題的復雜性,-,36,2、企業(yè)技術人員對于催化劑知識的缺乏目前整車廠和主機廠，由于專業(yè)的關系，