适用于国4公交车低温起燃SCR技术方案课件

适用于国IV公交车低温起燃SCR技术方案,四川大学四川中自尾气净化有限公司陈耀强,内容（Contents）,一、柴油机尾气的特征及后处理的难度二、适合于公交的低温SCR和SCR,一、柴油机尾气的特征及后处理的难度1、尾气的危害和净化前景汽车尾气：HC，CO，NOx和颗粒物（PM）等污染物，经大气中的光化学反应后，还将产生地表臭氧（O3）和过氧化物；PM（含14种强致癌物质）、地表臭氧（O3）和过氧化物为致癌物质；CO，NOx和HC为致病物质（同样造成死亡），严重危害人类的健康和生态环境。汽车尾气对人类造成疾病和死亡，特别造成大量人的早死（2007年我国34万人因尾气污染而死亡）.,汽车尾气净化催化剂是一个发展迅速，成就卓著，对环境保护作用巨大，经济效益和社会效益显著的催化领域,随着日益严格的排放标准的逐步实施，EuroV，EuroVI和零排放标准，最终消除尾气污染。化石燃料在未来数十年内仍将为主要能源，因此研究和发展尾气净化催化剂的工作将持续数十年国外成功的经验是严格的排放法规和重的处罚力度（在美国装一个不合格的催化转化器罚款2500美金）,尾气净化催化剂的特征：汽车尾气净化催化剂属科学和技术密集型产品国际：27000多项专利，近40000多篇论文。技术来源于对基础科学规律的掌握，是科学技术发展的必由之路。没有高水平的基础研究是不会产生出具有竞争力机动车尾气净化催化剂技术。上述特征决定了世界范围内只有少数几家公司（为什么？）能掌握和发展尾气净化催化剂的技术。,2、柴油车尾气特征和净化的难度（1）特征：低温，高空速和四种污染物，HC，CO，NOx和PM。（2）还原剂HC和CO偏少，既不利于NOx的还原，又不利于尾气温度的提升，还原NOx还需另加还原剂。（3）尾气温度低，造成三个困难：NOx处理困难，PM净化困难，DPF和催化剂（DOC和POC）的硫酸盐堵塞。（4）氧过量，615，NOx还原困难。（5）高空速，30000100000cm3(尾气)/cm3(催化剂)h，增大了催化剂的难度。,在欧阶段的两种选择方案轻型车：EGRDOC（POC）重型车：SCR,二、适合于公交的低温SCR和SCR1、SCR催化剂现状2、Cu-分子筛低温SCR3、复合氧化物基低温SCR4、复合分子筛基低温SCR5、Fe-分子筛SCR,1、SCR催化剂现状柴油车尾气：HC，CO，NOx，PM特征：高空速，低温，O2过量净化方法：Urea-SCR，DOC，DPF（POC）目前为单独使用或组合，但到实施更高的排放标准时，三种方法将同时使用。三种方法涉及的大量复杂的科学和技术问题，是科学和技术同时密集的产品。尾气处理的成本在所有机动车尾气处理技术中最大,Urea-SCR系统,SCR涉及的化学反应：1.CO(NH2)2+H2O2NH3+CO22.6NO+4NH35N2+6H2O3.4NO+4NH3+O24N2+6H2O4.6NO2+8NH37N2+12H2O5.2NO2+4NH3+O23N2+6H2O6.NO+NO2+2NH32N2+3H2O是一个复杂的反应体系网络，对反应条件敏感，存在温度窗口。,由于SCR是带温度窗口的催化反应，催化剂的性能在低温和高温段存在问题，所以发展的焦点是在低温段和高温段同时，扩大催化剂的温度窗口，提高催化剂性能。,SCR催化剂的种类复合氧化物基催化剂，发展中，极具希望中温催化剂：V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)分子筛催化剂：由分子筛负载的Fe、Cu等，兼具低温活性和高温稳定性,V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3)催化剂存在的问题：（1）催化剂的空速不够，导致催化剂体积大（2）工作温度窗口较窄（300450）净化效率不高（3）在600左右发生TiO2由锐钛型向金红石型的转变，导致催化活性的急剧降低，耐高温性能差（4）在450以后，由于V2O5对NH3的氧化加剧，导致催化活性的下降和N2O的生成（5）V2O5的毒性大，表现在使用过程中少量V2O5随尾气溢出对人体的危害和催化剂报废后的处理困难钒基催化剂实际上是一个暂时的过渡技术，满足不了更严格的排放标准,V2O5的毒性大，表现在使用过程中少量V2O5随尾气溢出对人体的危害和催化剂报废后的处理困难高温下N2O的形成，N2O是较稳定的破坏臭氧层的温室气体SO2氧化为SO3的高活性，SO2氧化为SO3后与NH3和H2O反应生成NH4HSO4,，(NH4)2S2O7，和H2SO4，腐蚀和阻塞催化剂,广东微量元素科学1997年第4卷第10期钒化合物对人及动物有中度或高度毒性。其毒性作用与钒的价态、溶解度、摄取的途径等有关。价态越高,毒性越大,如价钒的毒性比价钒的毒性大一倍。五氧化二钒与它的盐类毒性最大,食物中锌的浓度增高,增加钒的毒性。接触钒的有些人可发生尊麻疹、过敏性湿疹样皮炎、剧烈篷痒等,若接触大量钒化物的烟气和粉尘后,首先出现鼻和眼的刺激症状,然后发生呼吸道刺激症状,继而再发生消化道和神经系统症状。,J.Phys.Chem.B2004,108,15738-15747CharacterizationandFTIRStudiesofMnOx-CeO2CatalystforLow-TemperatureSelectiveCatalyticReductionofNOwithNH3GongshinQiandRalphT.Yang*DepartmentofChemicalEngineering,UniVersityofMichigan,AnnArbor,Michigan48109-2136(anatase)catalystpromotedbyWO3orMoO3.10-19TheadditionofWO3and/orMoO3toV2O5/TiO2canincreasetheactivityforammoniaSCR,reduceammoniaoxidation,andgreatlyincreasethepoisonresistanceofthecatalyststoalkaliandarseniousoxides.AlthoughtheSCRtechnologybasedonvanadiacatalystshasbeencommercialized,problemsstillremain.TheseproblemsincludehighactivityforoxidationofSO2toSO3,formationofN2Oathightemperatures,andtoxicityofvanadia.TheoxidationofSO2toSO3isaproblembecauseSO3combineswithNH3andH2O,resultingintheformationofNH4HSO4,(NH4)2S2O7,andH2SO4,whichcausecorrosionandpluggingofequipment.AlthoughN2Oisknownasthemoststablegreenhousegas,itscreationisaproblembecauseitisinvolvedinthedestructionoftheozonelayer.Becauseofthesedrawbacksforvanadiacatalysts,manyareworkingtodevelopnewcatalystsfortheammoniaSCRreaction.,尽管钒催化剂应用于SCR技术已商业化，仍然存在以下问题：SO2氧化为SO3的高活性，高温下N2O的形成，以及钒的毒性问题。SO2氧化为SO3后与NH3和H2O反应生成NH4HSO4,(NH4)2S2O7,和H2SO4，腐蚀和阻塞催化剂。众所周知，N2O是较稳定的破坏臭氧的温室气体。由于钒催化剂的这些缺点，许多研究者致力于发展新型SCR催化剂。,67064h水热老化，相当于12万英里耐（SAE2007-01-1575）,上述结果表明1、钒基催化剂的抗老化性能比Fe-分子筛和Cu-分子筛催化剂差得多2、钒基催化剂不能与DPF配套使用以达到更高的排放标准,由于钒基催化剂的温度窗口窄，抗老化性能差，效率低下，不能和DPF配套使用和毒性，美国和日本一直禁止使用，使用钒基催化剂的欧洲，目前已基本上完成对钒基催化剂的淘汰,柴油公交车的问题由于公交车长期处于低速行使状态，走走停停，尾气温度在200左右，甚至低于200，钒基催化剂的起燃温度为250，净化效果差，北京装钒基SCR催化剂柴油公交车的实际测定结果表明NOx超标3倍多，非钒基低温催化剂是公交车的理想选择,北京国四公交车排放现状,有专家提出质疑：,SCR不是解决城市公交排放的最佳途径。,摘自北京理工大学研究论文,问题的根源与解决途径,排放不合格,矾基SCR起燃温度过高,排放合格,降低SCR的起燃温度,公交车实际运行工况,国标ESC/ETC测试运行工况,？,制订公交车专用法规,车辆长期在低温区工作,分子筛催化剂：温度窗口明显比钒催化剂宽，高温稳定性明显由于钒催化剂，是当前的主流。负载的氧化物催化剂：已表现出比钒催化剂更优的性能，处于发展中。发展重点：分子筛催化剂和负载的氧化物催化剂。,Cu-分子筛催化剂,2、Cu分子筛低温SCR催化剂（Cu-ZEOLITES）,Cu-分子筛催化剂：低起燃温度，宽温度窗口和优异的耐高温性能（780）既可用于中，重型柴油车（公交），也可用于柴油轿车适合于与DPF配套使用是目前性能优异的低温SCR催化剂,3、复合氧化物基低温SCR,复合氧化物基SCR催化剂的性能,复合氧化物催化剂优异的低温活性温度窗口150400无毒性适合于公交和远洋轮船,4、复合分子筛低温SCR催化剂,复合分子筛低温SCR催化剂,此类催化剂具有良好的低温起燃性能，宽的温度窗口和高温稳定性，其起燃温度比Cu-分子筛催化剂稍高，但其高温稳定性更优，同样适合于中，重型柴油车（公交），也可用于柴油轿车，适合于与DPF配套使用，是目前性能优异的低温SCR催化剂,5、Fe-分子筛催化剂,新鲜Fe-分子筛催化剂的性能（黑线）与新鲜的V2O5基催化剂,老化分子筛催化剂和钒基催化剂的性能比较（按照18万公里耐久）,Fe-分子筛SCR催化剂是一类高性能SCR催化剂，具有非常宽的温度窗口，极好的耐高温性能，对中重型柴油极为使用，若前置DOC，低温起燃性能也很好，同样适合于中，重型柴油车，也可用于柴油轿车，适合于与DPF配套使用，,SCR催化剂与整车（或发动机）匹配中的几个问题（1）前置DOC前置DOC，主要是将NO部分氧化为NO2,较显著提高SCR的低温性能和性能，同时氧化CO和HC，提高尾气温度，提高SCR催化性能，在NO和NO2各一半时，效果最好，DOC的性能和用量，对调变SCR催化剂的性能很重要。（2）尿素喷射系统的控制策略和精度根据尾气中的NOx量溶液适时喷入等当的尿素溶液，但开环系统的精度不够，闭环的技术发展程度不够，调整适应很关键。,（4）尿素溶液的凝固点ureasolution：-11C（32.5%,40%)ammoniumformateureasolution：-30C储罐是否配置加热器（5）应用NH3储存材料代替尿素溶液，对于低温SCR催化剂具有极高的价值,四川大学与中自科技合作成立了四川中自尾气净化有限公司，建立了高性能稀土储氧材料生产线，耐高温高比表面材料生产线和机动车尾气净化催化剂生产线。已批量向整车厂提供汽油车，摩托车，压缩天然气汽车，柴油车和通机尾气净化催化剂。可提供：柴油车：DOC,SCR,CDPF。汽油车：三效，密偶，中偶催化剂。CNG/LNG/LPG车:稀燃和理论空燃比催化剂。摩托车及非道路（通机）：尾气净化催化剂。醇类燃料车:尾气净化催化剂。,摩托车催化转化器汽油车(CNG/LPG/)催化转化器柴油车DOC、POC、SCR催化转化器船舶、工程机械、通机等催化转化器,主