柴油车排放后处理

Emissions Level
Euro-Ⅱ
Euro-Ⅲ
Euro-Ⅳ
Euro-Ⅴ
Euro-Ⅵ
Fuel Sulfur(ppm) 2000
300
<10
<10
<10
Electric Control
Fuel Injection Pressure (MPa)
Turbocharging and Intercooling
在催化剂存在的条件下，若还原剂优先与气相中的氧发生反应， 再与NOx发生反应的还原过程称为非选择性催化还原。
利用H2、CH4和CO作还原剂进行非选择性催化还原NOx。在非选择 性催化还原过程中，还原剂与气流中的氧反应而被大量消耗，并给催 化床层带来强烈的热效应。近年的研究表明，一定条件下H2、CH4和 CO可以选择性或部分选择性的还原NO。催化剂主要有：CuO、NiO、 SnO2、CeO2、Cr2O3和Pt-、Ru-Al2O3、Rh-TiO2、RuO2等。
Variable Geometry Turbochgar ge(VGT)
<20%
SCR+DPF
√ 240
Variable Geometry or Multistag Turbochar ge LTC
SCR+DPF
要实现欧Ⅳ对NOx和PM较低的限值，目前大致上有两 条机后净化技术路线：
其一是先通过优化燃烧（降低PM排放），再使用选择 性催化还原SCR来降低因燃烧优化而产生的NOx排放(多在
Fast SCR Main reaction in SCR
¾ An effective reduction of NOx for a typical SCR is only achieved aover 250℃
¾ The exhaust temperature is below 200℃ when engine operating on idling or cold start conditions, NOx conversion efficiency dramatically decreases as the temperature goes down
Diesel Engine NOx Emission Control Technology
降低柴油机NOx排放的催化还原技术
1. 选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction－SCR) 指利用尾气中的有机物为还原剂或添加还原剂，在氧浓度高出NOx
浓度两个数量级以上的条件下，高选择性地优先把NOx还原为N2和H2O。 目前在研究或者应用的还原剂包括各种氨类物质（如尿素、氨气等） 和各种烃类甚至PM等。故按照所用的还原剂不同，deNOx过程分为:
欧洲使用，故称为欧洲路线)。
2006 Europe Solution
Control Urea
SCR
Selective Catalytic Reduction (SCR) • Reduces NOx • Reduces PM
பைடு நூலகம்
其二是EGR(废气再循环)+DPF(颗粒捕集器)路线，即
先通过EGR降低排放中NOx的成份，再用DPF捕集颗粒物， 从而达到同时降低NOx和PM的效果，美国路线的油耗量更 大一些。要在柴油机上实现微粒捕集器的再生，一般需要 附加能源，例如用燃烧器加热、电阻加热或微波加热。这 些也在一定程度上增加了这一路线的油耗和系统成本。 (多在美国使用，故称为美国路线)。
80 Turbocharge
Exhaust Gas Recirculation at Full Load
Aftertreatment
None None
√ 120 Turbocharge
<5% None
√ 160
Variable Geometry Turbochgar ge(VGT)
<15%
DPF
√ 200
z 以尿素或氨作还原剂的选择性催化还原（urea or NH3-SCR) z 以烃类作还原剂的选择性催化还原（HC-SCR ＝ LNC） 2. 非选择性催化还原技术（Non-Selective Catalytic Reduction） 3. 稀混合气NOx捕集技术（LNT）
非选择性催化还原NOx
NSCR—Non-Selective Catalytic Reduction
2007 U.S. Solution
EGR
Exhaust Gas Recirculation (EGR) • Reduces NOx
DPF
Diesel Particulate Filter (DPF) • Reduces PM • Vocational application uses
actively regenerated filter
选择性催化还原
NOx（SCR—Selective Catalytic Reduction）
利用HC作为还原剂进行选择催化还原NOx反应。催化剂有贵金属、 分子筛和金属氧化物三个体系，其催化反应是： NO + HC + O2 → N2 + CO2 + H2O
试验证明，象烷烃、烯烃、芳香烃及柴油本身都能降低NOx的排 放。NOx的转化效率不仅与碳氢化合物的种类有关，还与催化剂的选 择及碳氢的比率有关。由于柴油机本身排出的未燃烃较少，因此需 依靠外加的还原剂，这就需要考虑还原剂的控制机构和存贮机构。
在催化器中利用沸石在较低温度下吸附HC，在一定温度下释放 HC，和NOx、O2发生反应。在欧洲循环条件下，NOx转化率可达到 35%，HC + NOx可降低36%，PM可降低32%。
柴油机SCR后处理技术
NH3-SCR系统的含义
NH3-SCR选择性催化还原技术反应机理比较复杂，其利用NH3或尿素 （urea）作为还原剂，在氧浓度高出NOx浓度两个数量级以上的条件 下，在一定的温度和催化剂作用下，将NOx还原为N2和H2O，由于NH3 高选择性地优先还原NOx，而不先与O2反应，故称“选择性催化还原”。
¾ Unfortunately, the content of NO is more than 95% in practical exhaust, fast SCR is hardly achieved
NO-to-NO2 Ration
Proper NO2 level improve low temperature SCR performance
选择性催化还原
NOx（SCR—Selective Catalytic Reduction）
HC-SCR技术已应用到了轿车上，在欧洲循环条件下的NOx转化 率在20%左右，消耗的HC占燃油消耗的2%左右。Daimler – Benz公 司利用共轨燃油喷射系统柴油机，通过控制系统在主喷期后 90~200°C再向汽缸内喷入少部分燃油，即靠后喷得到还原剂HC， 它的控制直接和柴油机运行工况联系在一起。
desulfurization
9 Engine optimization flexibility, Euro Ⅳ
and Euro Ⅴ from the technology platform
9 Require a reductant , usually ammonia
in the form of urea
选择性催化还原
NOx（SCR—Selective Catalytic Reduction）
是指利用尾气中还原剂或添加还原剂，在氧浓度高出 NOx浓度两个数量级以上条件下，高选择性地优先把NOx还原 为N2,采用尿素、NH3和HC（乙烯、丙烯、丁烯和丙烷）作为 还原剂的选择催化方法，贵金属、贵金属氧化物、沸石作催 化剂的。
（2）
— Much fast than reaction (1), the ideal NO:NO2 ratio is 1:1
NO2 SCR reaction
4NH3+3NO2
3.5N2 + 6H2O
— NH3:NO2 at 1.333:1
（3）
1.6 An Important and Fatal Drawback of SCR
为了解决柴油机排气HC含量低、排气温度变化范围大的问题，可 用多种途径来解决上述问题。如用分子筛在低温吸附贮存HC，升温 时放出HC，促进HC－NOx反应，或者向排气系统中喷入柴油燃料，补 充HC；调配催化剂组成和结构，减少HC的氧化消耗，拓宽温度窗 口，改善NOx还原性能；将还原剂HC改质，转变成还原活性更高的还 原剂，提高HC利用率等等。
MAN公司的VHRO系统
为了获得更为理想的降低NOx效果，MAN公司提出了复杂的VHSO系 统，该系统由4个催化器构成，除了H-kat（尿素水解催化剂）和Rkat（SCR催化剂）外，还有2个氧化催化器Oxi-KAT。
MAN公司的VHRO系统
SCR降低柴油机 NOx的研究
在NH3（urea）-SCR系统中，要提高系统的NOx转换效率，其中最为关 键的是一整套高精度的调节还原剂NH3喷射量的装置。喷量的控制是SCR 系统的核心技术之一。图为Bosch公司目前最为成熟的SCR电控系统。
-29% -33%
Euro 3
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
PM -95%
13 years
-30% -43%
-80%
Euro 4 Euro 5
2006 2008 2010
Aftertreatment Technology Options
Diesel Engine Emission Technology Approach
Why Selective Catalytic Reduction (SCR)?
9 High NOx conversion efficiency (>90%) 9 Wider temperature range than Lean
NOx Trap (LNT)
9 Not sensitive to sulfur in the fuel 9 3%～6% fuel economic benefit 9 Does not require regeneration or
Urea-SCR Reaction Chemistry
Standard SCR reaction
4NH3+4NO+O2
4N2+6H2O
— Equimolar NH3 and NO
★ Fast SCR reaction
（1）
4NH3+2NO+2NO2
4N2+6H2O
— Equimolar NH3 and NOx (NO+NO2)
NH3-SCR反应的机理
NH3-SCR系统的组成
NH3-SCR系统主要组成
二、 NH3-SCR反应的机理
标准SCR反应
4NH3+4NO+O2 快速SCR反应
★ 4NH3+2NO+2NO2
NO2 SCR反应
4N2+6H2O 4N2+6H2O
4NH3+3NO2
3.5N2 + 6H2O
（3） （4） （5）
柴油机后处理技术
Legislation
Emission Reductions Evolution
g / k W . h r * PM scale x10 *
16 14 12 10
8 6 4 2 0
1990
-43% -12%
-56%
Euro 0
Euro 1
Euro 2
NOx -86%
18 years
Effect of NO2 on efficiency of SCR conversion
In any case, it is apparent that preconverting NO to NO2 (oxidation) plays a significant role in enhangcing the efficiency for reduction of NOx to N2 at lower temperature.
¾ SCR reduction of NOx in the exhaust gas containing a balanced mixture of NO and NO2 can achieve the fast SCR reaction
¾ The fast SCR reaction owning such an effective NOx reduction and a wider temperature window, especially at exhaust temperature in the range of 100℃～250℃。