对柴油机集成后处理系统催化性能的数值模拟

为研究柴油机集成后处理系统的催化性能,应用CFD软件建立包括尿素水溶液分解、一氧化氮氧化和NOx选择性催化还原化学反应的数值计算模型,计算在SCR催化器上游加装DOC和CDPF催化器后不同排气温度和氨氮比时系统的催化效率。结果表明:当温度达到300℃以上时,尿素分解效率可达81%左右;NO的氧化效率基本维持在45%~60%,系统具有很好的低温催化性能,200℃时NO_x催化效率可达76.6%;当氨氮比为1.0时,大多数工况下NO_x催化效率均高于90%,最高可达98.7%。通过台架实验验证了模拟结果与实验数据绝对误差在5%以内,表明模拟计算结果可靠,可为后处理系统的设计提供理论指导。     

柴油机SCR催化器载体结构参数优化

提出一种柴油机选择催化还原（SCR）催化器载体结构参数优化的设计方法,根据车用柴油机排量,将SCR催化器载体分为4类,选取载体体积、长度、目数、壁厚和涂层厚5个结构参数为设计变量,以高NO。转化率及低压力损失为优化目标,利用拉丁超立方实验设计选择样本点进行数值模拟,在构建的Kriging近似模型基础上,对载体结构参数采用改进的非支配排序遗传算法NSGA—II（non—dominatedsortinggeneticalgorithm—II）进行优化设计。结果表明：Kriging近似模型的拟合精度较高,结合NSGA—II算法对SCR催化器载体结构参数进行优化是可行的、有效的,不同排量下的优化结果均能够较好地满足设计要求。     

用后处理装置减少DMDF发动机的有害排放

在一台增压中冷电控单体泵的四缸柴油机上采用柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧方式进行台架实验,研究了甲醇替代率和不同后处理装置对有害气体、烟度和微粒排放特性的影响。结果表明:在排气管加装柴油机氧化催化转化器(DOC)耦合微粒催化转化器(POC)可以大幅降低双燃料燃烧产生的THC和CO,基本可以实现零排放;与催化前相比,微粒的总数量浓度和总质量浓度均有大幅度降低,平均降幅分别为91.7%和88.1%;烟度排放得到改善,平均降幅为21.9%;同时,该后处理装置对DMDF发动机的NO_x排放无明显影响。与之不同,双DOC耦合的后处理装置对THC和CO的催化效率略优于DOC+POC,但在大部分工况下会导致NO_x和烟度排放的同时增加。     

基于SCR反应器NO_x均匀度测试的脱硝系统超低排放改造

以东北地区某350 MW火电机组为研究对象,对其超低排放改造后的脱硝系统择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)反应器进行性能测试,利用所获数据绘制等高线图和折线图,研究并分析了SCR反应器出、入口烟气流场和NO_x浓度场的分布特性。结果显示,脱硝系统平均效率为97.37%,SCR反应器出口NO_x平均浓度为13.31 mg·m~(-3),均达设计要求(脱硝效率≥91.1%,出口浓度≤40mg·m~(-3)),总体脱硝性能表现良好。结果表明:入口NO_x均匀度较好;甲、乙侧反应器出口烟道NO_x浓度的离散度分别为31.49%、56.90%,高于设计值(≤15%),出口NO_x分布不均匀。技术改造使得该机组SCR反应器出口NO_x浓度满足了超低排放限值的要求(≤50 mg·m~(-3)),却在喷氨优化调整、喷氨格栅清理以及催化剂压差控制等方面存在不足。在增加新催化剂层的基础上,对于催化剂层结构疏通、喷氨自动控制、烟气流场的校核与改造等方面仍有提升的空间。     

电解锰渣替代商用选择性催化还原脱硝催化剂中部分TiO_2载体的实验研究

选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂中的TiO_2载体价格昂贵,导致脱硝成本居高不下。由电解锰产生大量的废弃物电解锰渣,会污染地下水和土壤,为综合利用锰渣,提高资源利用率,探索利用锰渣替代商用钒基SCR催化剂中的部分TiO_2载体,研究锰渣替代后的脱硝催化剂的脱硝性能和机理。通过工艺优化,在不改变脱硝反应历程的前提下,锰渣可以替代高达20.0%(质量分数)的TiO_2载体,并使催化剂最佳脱硝效率保持接近90%,同时保持优异的抗SO_2中毒性能。从而有效地证明了利用锰渣部分替代TiO_2的可行性,为实现废物利用,减少环境污染,降低SCR脱硝成本提供了可能性。     

柴油机SCR系统还原剂喷量自适应控制研究

针对柴油机尾气排放问题,建立了描述选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统催化器动态特性的微分方程,并给出了简化后的数学模型。提出了利用原机NOx排放量标定催化器下游NH3浓度期望值的方法,并以下游NH3浓度作为控制目标设计了还原剂喷量前馈控制器。为改善系统的控制精度,设计了自适应PID控制器,通过实时监测发动机的工况参数自动切换控制器模式,有助于减轻NH3泄露造成的"二次污染"。仿真结果表明,前馈控制策略和自适应控制策略都能有效提高NOx的转换效率;但与前馈控制相比,自适应闭环控制能够在不影响NOx转换效率的前提下有效地降低NH3滑失。     

铁铈复合催化剂的低温SCR脱硝性能

以柠檬酸酸法制备了不同铁铈比例的脱硝催化剂并将其用于NO_x的低温NH_3选择性催化还原,通过N_2吸附、XRD和TPD手段对催化剂进行表征,并考察了H_2O和SO_2对催化剂性能的影响。结果表明:Ce的掺杂显著提高铁基催化剂的低温SCR性能,0.10CeFeO_x催化剂在200~300℃,60 000 h~(-1)空速下能达到85%以上的效率;Ce的掺杂能够提高催化剂比表面积和改善催化剂孔结构,有助于反应气体吸附以及提供更多的活性位点;铁铈之间有较强的相互作用,掺杂Ce后,Fe、Ce以无定型态存在,形成良好固溶体,并且大幅提高了催化剂表面酸性强度;在250℃,由于5%(vol)H_2O竞争吸附导致0.10CeFeO_x催化剂反应效率有所下降,但仍保持在90%左右;对于模拟烟气中SO_2的毒化作用,250℃时0.10CeFeO_x催化剂反应效率下降明显。     

快速SCR反应对商用V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂脱硝特性的影响

通过实验考察了快速SCR反应对商用V2O5-WO3/Ti O2催化剂脱硝特性的影响。在250~375℃的实验温度区间内,快速SCR反应能适应更宽的温度窗口而保持较高的效率;快速SCR反应在高空间速度(SV=12 400 h-1)的脱硝效率甚至要高于标准SCR反应在低空间速度(SV=7 400 h-1)时的脱硝效率;快速SCR反应在410~820 mg·m-3的NOx质量浓度内脱硝效率波动不大。通过快速SCR反应和标准SCR反应条件下的催化剂活性分析和体积量计算,快速SCR反应相较标准SCR反应可以提高活性1.4倍,减少催化剂用量28.57%,同时通过催化剂寿命计算,快速SCR反应可以延长现有SCR脱硝系统V2O5-WO3/Ti O2催化剂寿命22 582 h,延长催化剂的更换周期941 d。     

铁氧化物复合氧化铝催化臭氧化过程中溴酸盐的生成控制简

以市售活性炭、硅藻土和氧化铝小球为载体,考察了负载铁基活性组分对催化臭氧化过程中溴酸盐的控制情况,其中,铁基复合氧化铝小球体现出更好的溴酸盐还原特性和催化剂稳定性,证实催化剂中铁氧化物是溴酸盐得到有效控制的主要活性组分。进一步考察了铁基复合氧化铝小球催化臭氧化处理实际原水过程中对溴酸盐的生成控制,以及反应过程中溶解性有机碳（DOC）的去除情况。结果表明,与单独臭氧化相比,该催化剂既能有效去除水中的溶解性有机物,又能明显抑制溴酸盐的生成,反应50 h,其活性并没有明显下降。催化剂失活主要归因于吸附位点数量的下降,可以通过负载铁氧化物来实现催化剂的再生。     

铁氧化物复合氧化铝催化臭氧化过程中溴酸盐的生成控制

以市售活性炭、硅藻土和氧化铝小球为载体,考察了负载铁基活性组分对催化臭氧化过程中溴酸盐的控制情况,其中,铁基复合氧化铝小球体现出更好的溴酸盐还原特性和催化剂稳定性,证实催化剂中铁氧化物是溴酸盐得到有效控制的主要活性组分。进一步考察了铁基复合氧化铝小球催化臭氧化处理实际原水过程中对溴酸盐的生成控制,以及反应过程中溶解性有机碳（DOC）的去除情况。结果表明,与单独臭氧化相比,该催化剂既能有效去除水中的溶解性有机物,又能明显抑制溴酸盐的生成,反应50h,其活性并没有明显下降。催化剂失活主要归因于吸附位点数量的下降,可以通过负载铁氧化物来实现催化剂的再生。     

反应条件对等离子体脱除吸附于Cu-Ce/AC表面NO_x的影响

以放电等离子体协同催化法对吸附在Cu-Ce/AC上的NO_x进行脱除,研究了不同的放电条件和添加水蒸气对脱除NO_x的影响。结果表明,对于同轴圆筒形反应器,催化剂量一定时,放电长度增加,吸附态NO_x去除率先升高后下降;放电电压增大,吸附态NO_x去除率升高,原因在于放电反应区内能量密度和活性粒子分布状态改变。根据NO_x程序升温脱附(TPD),TPD低温位(200℃)的吸附态NO_x更容易被放电等离子体脱除,放电长度和放电电压能够影响不同吸附位上NO_x的去除效率。适宜条件下,吸附态NO_x去除率最高达到93.3%。循环吸附-等离子体脱除NO_x进行10次后,NO_x脱除率在92%以上。在混合气中添加5%水蒸气提高了等离子体对吸附态NO_x的去除率,但导致循环吸附-等离子体脱除NO_x效率下降。原因是H2O与NO_x竞争吸附带来的负面效应大于等离子体中H2O提供自由基与吸附态NO_x反应所带来的正面效应。     

柴油机Urea-SCR系统喷射雾化的数值模拟

为研究柴油机Urea-SCR系统喷射雾化规律,应用CFD软件建立喷射雾化模型,对喷嘴喷射距离、喷射位置与方向、喷孔数目与孔径对催化剂载体入口处的浓度分布情况的影响进行了数值模拟。结果表明,喷嘴距反应器距离为排气管直径5倍为宜;采用四喷孔、孔径为0.5 mm、喷嘴处于管道中心,喷射方向为径向时喷射雾化均匀性最好。通过台架实验,验证了采用喷距5D、径向、四孔、小孔径喷嘴方案可使NOx的转化率达到95%以上。     

铜/海泡石催化氧化CO和催化还原NOx性能的研究

采用浸渍法制备铜/海泡石催化剂,考察其催化氧化CO和催化还原NOx性能以及预处理条件和掺加稀土元素对其性能的影响,并用XRD、BET技术对其进行表征.盐酸和硝酸改性的海泡石载体都能使铜/海泡石在190℃左右将CO完全转化;稀土元素的添加对铜/海泡石催化氧化CO的活性没有显著影响;铜/海泡石对NOx有一定的催化还原性能,添加稀土后对其催化还原活性有明显促进作用.     

不同Cu交换分子筛脱除柴油机尾气中的NOx

以BEA、ZSM-5和SAPO-34分子筛为载体,采用离子交换法制备了用于柴油机尾气中氨选择性催化还原(NH3-SCR)NOx的Cu改性分子筛催化剂.采用XRF、ICP、H2-TPR、和NH3-TPD等表征对催化剂样品的理化特性进行了分析.结果表明,分子筛类型影响铜交换量和铜物种的存在状态.借助H2-TPR和UV-Vis分析可以清晰地看出,在不同类型的分子筛上Cu的还原能力和配位环境明显不同.铜元素引入后,3类分子筛的SCR活性都有明显的改善.3种Cu-交换分子筛的抗高温水热老化能力却明显不同:老化的Cu-SAPO-34依然保持良好脱硝性能而老化的Cu-ZSM-5严重失活.     

CeO_2-CoO/ACF低温SCR烟气脱氮性能的研究

活性炭纤维(ACF)经硝酸处理后采用浸渍法制备了CeO2-CoO/ACF复合催化剂,测试了其在以氨气为还原剂的低温SCR过程中的催化活性,同时研究了金属氧化物浸渍顺序及负载量、催化剂煅烧温度、空速比(SV)、NH3/NO(摩尔比)、O2含量等因素对NO转化效率的影响。研究发现,负载量为10%的CeO2-CoO/ACF复合催化剂经煅烧后在120~240℃时具有很高的催化活性,并且在NO初始浓度为1 000 mg/m3、空速比(SV)为6 000 h-1、NH3/NO为1.05、O2体积分数在3.0%时具有较高的NO转化效率。     

富氧条件下流化床内Ru基双贵金属催化去除碳颗粒

采用等体积浸渍法制备了系列Ru基双贵金属催化剂.利用程序升温技术研究了富氧条件下Ru基双贵金属催化剂催化氧化碳颗粒的反应,考察了双贵金属活性组分比例、载体以及双贵金属组合对催化活性的影响.还对固定床与流化床内碳颗粒氧化进行了比较,分析了流化床内碳颗粒低温氧化的原因.结果表明,双贵金属摩尔比为1∶1时具有较高的催化活性,复合载体TiO2/SiO2更易与双贵金属组分形成协同效应,不同贵金属取代形成的双贵金属催化剂中,Ru-X/TiO2/SiO2(X=Rh、Ag和Ir)的催化活性较高.与固定床相比,流化床因其良好的传热和传质特性,使得碳颗粒催化氧化温度最多可降低50℃左右.流化床是一种类似于尾气中气流流动状态的反应装置,具有潜在的应用前景.     

CeO2-CoO／ACF低温SCR烟气脱氮性能的研究

活性炭纤维（ACF）经硝酸处理后采用浸渍法制备了CeO2-CoO／ACF复合催化剂,测试了其在以氨气为还原剂的低温SCR过程中的催化活性,同时研究了金属氧化物浸渍顺序及负载量、催化剂煅烧温度、空速比（SV）、NH,／NO（摩尔比）、O2含量等因素对NO转化效率的影响。研究发现,负载量为10％的CeO2-CoO／ACF复合催化剂经煅烧后在120—240℃时具有很高的催化活性,并且在N0初始浓度为1000mg／m3、空速比（SV）为6000h～、NH3／NO为1．05、O：体积分数在3．0％时具有较高的NO转化效率。     

M_xO_y/碳纳米管的低温选择性催化还原脱硝性能研究

采用等体积浸渍法制备了MxOy(M表示V、Mn、Cu、Fe)/碳纳米管(CNTs)4种催化剂,用BET法、透射电子显微镜(TEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)进行结构表征,并对其低温选择性催化还原(SCR)NO性能进行了考察和对比。结果表明,在NO为1248mg/m3、NH3为707mg/m3、O2为5%(体积分数)、气体总流量为700mL/min、反应温度为353～513K的条件下,不同催化剂存在不同的最佳活性温度,V2O5/CNTs催化剂在473K的较低温度下NO转化率达到最大,为82.9%;各催化剂活性均随着O2含量的增加先升高后降低,且变化幅度相似;在20～160min时,各催化剂活性随着反应时间的变化基本保持不变;催化剂活性均随氨氮比(NH3/NO)的增大先升高后降低,最佳NH3/NO为1.0(体积比)。     

氧化镁基催化剂及脱硝性能研究

为控制燃烧烟气中NOx的污染,对共混合方法制备的氧化镁基催化剂进行烟气直接催化分解法脱硝实验研究,分析模拟烟气脱硝塔内温度及床层高度及氧气浓度、NO浓度和空速对脱硝效率的影响.研究表明:氧化镁基催化剂可以采用直接催化分解法对烟气脱硝,脱硝率85%～95%,氧化镁基催化吸附剂组成为氧化镁、固化剂、添加剂;脱硝的床层高度4～5 cm,脱硝反应温度130～170℃,烟气空速2 500～3 000 h-1;研究推测出氧化镁基催化剂存在活性缺陷,并对脱硝机理进行了初步分析.     

利用废旧锌锰电池制备光催化剂净化甲苯

针对废旧锌锰电池回收利用难,以及光催化剂 TiO2活性低的问题,以废旧锌锰电池和商业二氧化钛为原料,通过球磨法制备了新型复合光催化剂.在紫外光灯照射下,进行了废旧锌锰电池复合改性TiO2对甲苯的光催化氧化实验,并重点探究空速、光照强度、相对湿度和氧气体积分数等关键实验条件对甲苯净化效率的影响.结果表明,改性后的催化剂对甲苯的净化能力大幅提高;当TiO2与废电池芯粉的质量比为2:1时,催化剂的催化效果最好,甲苯的净化效率提高了近45％;空速越大,催化剂对甲苯的净化效率越低;净化效率随光照强度的增加呈现先增加后保持不变的规律;催化剂在相对湿度为30％的条件下具有最佳的催化活性,氧气体积分数为15％时为净化效率达到最大.本研究结果可为废旧锌锰电池的回收利用提供新的思路.