移动源氮氧化物的控制技术(1)

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2 燃气(天然气、液化石油气) 天然气、液化石油气是汽车燃料的理想替代物。它们在发动机内可以充分燃烧, 汽车发动机不必作大的改动就可直接使用,使汽车所排放的污染成分大大低于 汽油发动机和柴油车。近年来由于环境保护的压力和能源危机的影响,燃气汽 车得到世界上大多数国家政府的重视支持。大量的研究表明,汽车采用燃气后, 尾气排放污染会显著降低,且成本费用低,安全性高,使用性能好。
3 液化气燃料汽车 成本低康,价格便宜、适合推广的应数以液化气、天燃气和甲醉燃料的汽车了。 这几种汽车。无污染或造成的污染大大小于汽油,其潜力是很大的。以液化气 (LPG)代替汽油作燃料的汽车的特点是改装成本少,行车费用低(同距离比汽油 节约20% ) ,可减少CO和CHX化合物排放达9%以上。
4 发展前景诱人的“天然气”汽车 价格使宜、污染程度小和使用广泛的天燃气汽车。目前世界各国投入运行的 现役天然气汽车己达63万辆之多。这种汽车是在不改变汽油系统的基础上. 再重新安装一个天然气系统. 通常是将一个大小合适的天然气瓶固定在后车 箱内,然后通过管道经座舱,向发动机输送夭然气。此外,天然气瓶上装有减压 器,以防止天然气瓶在压力升高时暴炸。专家们认为. 只要能解决好汽车发动 机的汽油与天然气兼容以及安全、方便的容器设计等技术问题,天然气汽车发 展的前景是诱人的。
移动源(机动车尾气)和固定源(电厂、工业锅炉、陶瓷窑 炉、玻璃窑炉、水泥及耐火材料窑炉等的燃料燃烧尾气)是NOx 废气的两个主要来源。 在化石燃料的燃烧过程,NOx 由以下三种机理形成: (1)游离的氮与氧在诸如火焰燃烧这样的高温条件下发生反应 而形成,一般称之为热力NOx; (2)一些化石燃料,尤其是煤和石油中,存在着含氮化合物, 在燃烧过程中,它们在一定的温度条件下即转化为NOx ,称之为 燃料NOx; (3)在火焰温度下,一些燃料碎片与氮气发生反应形成含氮化 合物,并进而转化为NOx,由于这类NOx 的形成一般发生在火焰 的根部,故称之为瞬发NOx,对于大多数的碳氢燃料,这类NOx 含量较少。 对于移动源中的NOx,一般认为燃料NOx 占了大部分。
移动源氮氧化物控制技术
机动车排放污染现状
随着世界经济快速发展,机动车数量迅猛增加。全球机动车总 数约为6亿辆,其中小轿车达到近5亿辆,其次是商用车和摩托车。 预测表明机动车在今后30年内将高速增长, 2020—2030年全球机 动车总数将突破10亿辆大关。 据国家交警部门统计,在我国现阶段试行的车辆尾气排放标 准较西方先进工业化国家已经很低的情况下,每年检测还有40%左 右的车辆达不到国家规定的排放标准,其碳氢化合物的排放量比美 国高出6-13 倍,氧氮化合物高出2倍,一氧化碳高出1.7倍之多。正 在中国汽车生产线上流动的汽车也只有40%符合排污标准,这种局 面将会制约社会国民经济的迅速发展。影响人类的身体健康。
四、提高燃油品质(汽油为例)
燃油品质与汽车尾气也有着重要的关系,为此世界各国,特别 是发达国家不断对汽油质量做出越来越严格的规定。通常,降低汽 油中苯、硫、芳烃、烯烃含量,降低雷德蒸汽压,并在汽油中添加 含氧化合物可以减少汽车尾气中污染物的排放。
五、清洁替代燃料(或能源)
1、燃料电池 燃料电池是一种新型的无污染、无噪声的汽车动力源,它可不经过燃烧而直 接将燃料的化学能转化为电能。其可靠性高,适用性强,能量转换效率高,污染 小,噪声低。按电解质划分,燃料电池大致分为五类:碱性燃料电池(AFC) 、磷 酸型燃料电池( PAFC) 、固体氧化物燃料电池( SOFC) 、熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC) 、质子交换膜燃料电池( PEMFC) 。
希望能对大家有所帮助!
3 乙醇汽油 将乙醇进一步脱水再加上变性剂后生成变性燃料乙醇。所谓车用乙醇汽油就是把 变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配制成的一种汽车燃料。用乙醇汽油作为燃料 的汽车早在上世纪已在巴西、印度等国家出现。在我国使用乙醇汽油作为汽车燃 料在技术上已非常成熟,部分地方开始推广使用,但成本较高,经济效益不如汽油 车。 4 生物柴油 生物柴油是一种可再生的能源,它是由任何天然的油脂63和甲醇(或乙醇)经过化 学方法加工而成,它可以直接在柴油机上使用(B100)或与柴油以任意比例混合使 用(B20) 。使用生物柴油能减少温室气体排放,降低空气污染,另外生产和使用生 物柴油对发展国内经济,减少石油供给的需求,实现可持续发展等方面都有积极作 用。
一、机内治理技术
机内净化的主要方式是改进发动机的燃烧方法,即利用所谓稀 薄燃烧方式来接近理想燃烧方式,以在较好的条件下使混合气体燃 烧,减少污染物的发生量。 由于氮氧化物的生成主要取决于燃气的最高温度、在高温下停 留时间和燃气中的含氧量,根据他们生成的特点,一是改进燃烧室结 构,如采用复合涡流控制燃烧,MCA - JET三门发动机;二是改进点火 系统,如在化油器上设置断油装置和稀混合气供给装置,采用延迟点 火装置和晶体管点火装置等。 目前国外已运用的机内净化方法:环延迟点火法、废气再循环 装置(EGR)、控制燃烧装置(CCS)、清洁空气装置(CAP)、电子控制 汽油喷射系统装置等,都能有效的抑制氮氧化物的生成。
除机动车外,非道路移动源也是氮氧化物排放的重要来源。 非道路移动源包括工程机械、农业和园林机械、内陆和远洋船 舶、火车机车、飞行器等,早期在美国和欧洲都未引起足够重 视。 研究发现,非道路移动源的NOx 和PM 排放与道路车辆相当, 非道路发动机NOx 和PM 排放量分别占移动源总排放量的42.6% 和60.1%,PM 排放量已经大大超过了道路车辆的排放量。非道 路移动源大气污染已经到了非控制不可的程度,要将控制非道 路发动机污染物排放提到与道路车辆同等重要的位置。
我国科学工作者研究发现,过渡金属对汽车尾气净化 具有催化活性,单纯的过渡金属氧化物在排气温度较高时, 容易烧结而丧失低温活性。稀土氧化物本身在催化反应 中没有活性,但能与过渡金属氧化物相结合,可显著提高 其活性。鉴于稀土- 过渡金属氧化物在生产成本上具有 优势,故我国集中了大量的人力物力对此技术进行研究和 开发,并取得了显著的成果。此外,近年来等离子体技术 用于机内和机外治理也成为一个新的热点,但都还处于实 验研究阶段。
二、机ห้องสมุดไป่ตู้净化技术
机外净化是在汽车尾气排入大气之前,利用催化转化装置将其 转化为无害气体。 目前世界汽车尾气催化剂市场上主要采用三效催化剂( TWC)进 行催化转化,该催化剂可同时净化一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化 物,故称为三效催化剂,其对CO、HC和NOx同时具有很高的催化转化 效率。 三效催化剂首先由国外科学家在20世纪80年代研发出来,即Pt - Pd - Rh三效催化剂(铂-钯-铑), 1995年起已正式启用在新型 汽车上。目前人们正在研发全钯催化剂,并将稀土及其它非贵金属 添加物用于改变催化剂的电子结构和表面性质,提高催化剂的活性 和稳定性。
六、新型汽车新技术的发展
1 美国推出“完全燃烧的无污染汽车” 美国福特汽车公司不久前推出了一种新研制成功的“完全燃烧的无污染汽车。这 种汽乍“消除污染”的秘诀在于它的“催化罐”,一般汽车的催化罐不但不能解 决尾气污染问题。甚至在启动阶段还会造成更严重的污染。福特公司研制的这种 新型催化罐,设置两个电极,使用时气体通过两个电极被点火燃烧。这样,在排出 之前经过“再次”燃烧的这种气体就很少带有污染物。 2 德国比利时研制“以液态氢作燃料”的 汽车以液态氢作燃料的汽车,是德国一家工业气体公司与比利时一引擎制造商联 合研制的。它不污染空气, 能行驶70km路程。制造这种汽车的德国公司发明了置 于车上的液氢燃料箱,比利时制造商则把传统的西德柴油机改装成用氢燃烧驱动 的奥托循环发动装置,并附有燃料预热系统和浓合系统。但要普及这种以液态氮 作燃料的汽车,还存在一个成本太高的问题。
三、机内与机外技术结合产物
对于汽油车,排放控制技术发展有两大里程碑:一是燃油闭环 电子喷射(EFI)加尾气三元催化净化技术(TWC);二是车载诊断系统 (OBD)的广泛应用。为了达到日益严格的排放标准,汽油车可以通 过更加精准地控制发动机燃烧(EFI+OBD)和不断提高TWC 的净化效 率来实现目标。 对于柴油车,排放控制技术发展有三大步:一是燃油电子喷射 加高压共规技术;二是SCR;三是颗粒物捕集器(DPF)的广泛应用。 此外,降低柴油车的氮氧化物排放,还有一种技术路线是采用尾气 再循环系统(EGR)。但EGR 在降低柴油机氮氧化物排放的同时,也 会增加油耗和颗粒物排放,因此需要综合考虑。
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