解決柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放問(wèn)題--SCR技術(shù)

      目前，中國(guó)的霧霾災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重，其中,機(jī)動(dòng)車的排放物已成為霧霾的重要污染源。在機(jī)動(dòng)車中，造成污染zui嚴(yán)重的是柴油車。我國(guó)的柴油車發(fā)展起步較晚,加上以前長(zhǎng)時(shí)間“重汽輕柴”的發(fā)展政策,使柴油車技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間處于落后狀態(tài),一些舊式柴油車油耗高,噪聲大,黑煙滾滾 。對(duì)于柴油機(jī)尾氣排放后處理，SCR技術(shù)是常用的處理方式。

　　從2017年1月1日開(kāi)始，全國(guó)范圍內(nèi)已全部執(zhí)行國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)五作為汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于歐盟的歐五標(biāo)準(zhǔn)，歐盟已經(jīng)從2009年起開(kāi)始執(zhí)行，其對(duì)氮氧化物、碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己蛻腋×Ｗ拥葯C(jī)動(dòng)車排放物的限制更為嚴(yán)苛。從國(guó)一提至國(guó)五，每提高一次標(biāo)準(zhǔn)，單車污染減少30%至50%。柴油機(jī)廠家大多通過(guò)機(jī)內(nèi)凈化降低碳煙，然后利用SCR系統(tǒng)降低NOx排放的方法來(lái)滿足國(guó)五排放法規(guī)對(duì)碳煙和NOx的限制。

　　下面我們簡(jiǎn)單了解下SCR技術(shù)

　　SCR（Selective Catalytic Reduction），即選擇性催化還原，其原理是在含有NOx的尾氣中噴入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx還原成N2和水。還原反應(yīng)在較高的溫度范圍（870—1100℃）內(nèi)進(jìn)行，不需要催化劑，稱為選擇性非催化還原（SNCR）；還原反應(yīng)在較低的溫度范圍（315—400℃）內(nèi)進(jìn)行，需要催化劑，稱之為選擇性催化還原（SCR）。由于NH3可以選擇性的與NOx反應(yīng)而不是被氧氣氧化，因此反應(yīng)稱為選擇性的。目前SCR用到的催化劑主要有TiO2為載體，V2O5為活性物質(zhì)的平板式催化劑。

　　SCR的關(guān)鍵因素有二：一是排氣與NH3充分混合；二是按進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的NOx濃度及去除率嚴(yán)格控制NH3的噴入量。

　　主要反應(yīng)方程式：

　　4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）

　　2NO+4NH3+2NO2→4N2+6H2O（2）

　　6NO2+8NH3→7N2+12H2O（3）

　　3O2+4NH3→2N2+6H2O（4）

　　反應(yīng)( 1) 為標(biāo)準(zhǔn)SCR 反應(yīng), 由于排氣中的NO與NO2 的比例一般在9：1 以上, 此時(shí)SCR 催化器中主要發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)SCR 反應(yīng)。反應(yīng)( 2) 稱為快速SCR 反應(yīng), 研究表明, 此反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行, 并且在較低溫度下反應(yīng)速率是標(biāo)準(zhǔn)SCR 反應(yīng)的17 倍。提高NOx 中NO2 的比例可以使SCR 在較低溫度下發(fā)生快速SCR 反應(yīng), 有利于提高N Ox 轉(zhuǎn)化率。因此, 提高尾氣中NO2 的比率是提高SCR 轉(zhuǎn)化率的有效途徑。SCR 本身對(duì)S 不敏感, 我國(guó)燃油品質(zhì)較差, 含S量偏高, 因此SCR 適合在我國(guó)使用。但是SCR 技術(shù)通常需要前置DOC 調(diào)節(jié)NO2 比例, 或者后置DOC 來(lái)處理泄漏的NH3 , 而DOC 一般都是對(duì)S 敏感的, 這就影響了SCR 在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。只有通過(guò)提高燃油品質(zhì), 降低燃油中的S 含量來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。為同時(shí)去除排氣中的NOx 和PM, 需將不同排氣后處理技術(shù)合理結(jié)合。

　　SCR的性能因素：

1. 催化劑的活性。由于煙氣的某些成分引起催化劑中毒，煙氣溫度過(guò)高導(dǎo)致的催化劑燒結(jié)，飛灰的撞擊造成催化劑的腐蝕等都會(huì)降低催化劑的活性。

2. 煙氣溫度。煙氣溫度既決定了催化還原進(jìn)行的速度，也決定了催化劑的活性。

　　典型的SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括尿素水溶液儲(chǔ)存、傳輸、噴射系統(tǒng)，壓縮空氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。其主要部分及功能如下：

　　尿素箱：尿素水溶液的儲(chǔ)存容器。因?yàn)槟蛩厮芤壕哂幸欢ǖ母g性，因此其儲(chǔ)存和傳輸設(shè)備應(yīng)該選用特殊的材料或者進(jìn)行防腐蝕處理，來(lái)防止或減緩腐蝕。

　　尿素泵：尿素泵是尿素水溶液傳輸?shù)膭?dòng)力裝置，它將尿素水溶液輸送到計(jì)量設(shè)備中，并且維持一定的壓力備用。

　　壓縮空氣系統(tǒng)：尿素的噴射分為壓縮空氣輔助噴射和無(wú)壓縮空氣輔助噴射兩種方式。目前應(yīng)用較多的是利用壓縮空氣輔助噴射，采用這種方式就需要用壓縮空氣系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是霧化效果好，但是由于使用壓縮空氣系統(tǒng)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，而且輸送管路中尿素水溶液中的水分蒸發(fā)會(huì)使尿素晶體析出，堵塞噴嘴；若不使用壓縮空氣輔助噴射，雖然可以使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但是霧化效果不好，影響SCR反應(yīng)的程度，使NOx轉(zhuǎn)化率下降，NH3泄露量大，因此應(yīng)用不多。

　　尿素噴嘴：尿素噴嘴安裝在排氣管上，將計(jì)量設(shè)備送來(lái)的尿素與壓縮空氣的混合物順流噴射進(jìn)入排氣管中，并且盡量使噴出的尿素水溶液均勻霧化，尿素水溶液的霧化程度，與尾氣混合的均勻程度對(duì)scR反應(yīng)的程度有極大的影響。尿素水溶液的霧化對(duì)噴嘴的型式，數(shù)目等都有一定要求，此外，對(duì)噴嘴的安裝位置也有一定的要求，研究發(fā)現(xiàn)噴嘴到催化消聲器的入口至少300mm，距離越大混合的效果越好嘲。

　　催化轉(zhuǎn)化器：Nox還原反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，一般采用蜂窩狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為了提高SCR反應(yīng)的程度要獲得盡量大的內(nèi)表面積，同時(shí)也要盡量減小轉(zhuǎn)化器造成的排氣背壓升高。SCR催化劑附著在催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)表面，工作時(shí)吸附在表面上的NH3與NQ在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)。

　　針對(duì)空氣污染的現(xiàn)狀，朝輝推出了兩款專為柴油機(jī)尾氣排放后處理裝置DOC/DPF和SCR系統(tǒng)的汽車尾氣壓力傳感器PT124B-245/249系列產(chǎn)品，現(xiàn)已批量投入市場(chǎng)，使用的DOC/DPF和SCR系統(tǒng)*符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，將明顯改善環(huán)境質(zhì)量，為減少霧霾天氣做貢獻(xiàn)。