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1、柴油機(jī)稀燃NOx捕集技術(shù)技術(shù)背景：全球石油短缺問題是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)無法避免的，柴油機(jī)相比于汽油機(jī)具有較高的熱效率，因而燃油經(jīng)濟(jì)性較好，增加汽車中柴油機(jī)的比例對于降低石油的消耗有很大的作用。但柴油機(jī)在排放方面有一些無法避免的缺點，其NOx和微粒的排放，造成酸雨和霧霾問題日趨嚴(yán)重。柴油機(jī)稀燃捕集技術(shù)對于減少NOx的排放有較好的效果，相比于SCR系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單且占用的空間小，適合輕型柴油車的安裝和使用。工作原理：柴油機(jī)稀燃NOx捕集技術(shù)（leanNOxtrap,LNT）是利用發(fā)動機(jī)混合氣濃度變化而進(jìn)行周期性的吸附-催化還原的一
2、種后處理技術(shù)。LNT可以用燃料和未燃THC做還原劑，省卻復(fù)雜的還原劑噴射裝置。其反應(yīng)原理為在稀燃狀態(tài)時（氧氣多），尾氣處于氧化氣氛中，在鉑的催化作用下，發(fā)動機(jī)中的NO與O2反應(yīng)生成NO2，并以硝酸鹽的形式吸附在催化器表面，當(dāng)發(fā)動機(jī)在濃燃條件下工作時，發(fā)動機(jī)排氣中的HC和CO的含量增加，把硝酸鹽分解釋放出的NOx，在催化劑銠的作用下與CO，HC和H2反應(yīng)生成N2，CO2和H2O，并使堿金屬再生。LNT通過交替循環(huán)進(jìn)行捕集和還原兩個工作階段來降低排放。捕集階段是LNT在稀燃條件下吸附尾氣中的NOx，還原階段是LNT在富燃
3、條件下將所吸附的NOx還原成無毒的N2。優(yōu)缺點：由于LNT的這些特點尤其是系統(tǒng)簡單占用空間小，因此主要用于歐IV以上排放水平的輕型柴油車，以及尿素供應(yīng)不便地區(qū)的重型柴油車。但LNT有一些缺點，由于使用貴金屬，因而成本高于SCR催化劑，而且要求柴油含硫量小于10ug/g。需要多噴燃料進(jìn)行還原反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)油耗增加。優(yōu)點缺點系統(tǒng)簡單，占用空間小維修方便故障率低成本低要求柴油含硫量小于10ug/g多噴燃料進(jìn)行還原反應(yīng)，發(fā)動機(jī)油耗增加不適用于重型車從圖1可以看出SCR在占用空間、硬件設(shè)施和成本上處于劣勢，圖2顯示SCR這一
4、技術(shù)只在重量較大的車型上處于優(yōu)勢，比如貨車。LNT系統(tǒng)的組成和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理LNT的組成結(jié)構(gòu)和三元催化器相似，由氧化鋁(Al2O3)作載體，Pt或Rh作催化劑。LNT中常用的吸附材料是堿土金屬氧化物(BaCO3)或堿金屬(Na，K，Cs等)氧化物。LNT的化學(xué)反應(yīng)十分復(fù)雜，主要包括捕集階段的吸附反應(yīng)和還原階段的還原反應(yīng)。捕集階段LNT的捕集階段是將吸附的NOx以Ba(NO3)2的形式暫時儲存在載體上。在稀燃條件下，LNT吸附的化學(xué)反應(yīng)為：還原階段LNT的還原階段是將儲存在載體上的Ba(NO3)2還原成N2。為創(chuàng)造還原所
5、需的富燃?xì)夥?，可采用缸?nèi)噴射燃油和尾氣管中直接噴射還原劑兩種方式。由于采用缸內(nèi)噴射會影響整車的操縱性能，目前常用的方式是后者。噴射的還原劑主要為燃油和H2。還原劑為燃油時在LNT中發(fā)生的還原反應(yīng)為當(dāng)尾氣中含氧量高且溫度不高時，捕集階段產(chǎn)生的硝酸鹽無法熱解出NOx，這時需要對燃油進(jìn)行預(yù)氧化作用。隨著燃油噴射和反應(yīng)放熱的進(jìn)行，尾氣中的含氧量降低且溫度升高，促使硝酸鹽熱解。用燃油為還原劑無需額外的還原劑存儲、噴射等結(jié)構(gòu)，對整車結(jié)構(gòu)無需改動。但由于在反應(yīng)前進(jìn)行預(yù)氧化燃燒作用，因此燃油消耗較大。LNT工作過程ECU根據(jù)LNT前
6、后溫度、濃度等傳感器測得的信號，來控制LNT進(jìn)行捕集吸附還是還原再生。當(dāng)ECU判斷出LNT載體還未達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，則控制LNT繼續(xù)捕集吸附，這個過程一般持續(xù)60s左右；當(dāng)判斷已達(dá)到飽和狀態(tài)，則控制LNT進(jìn)行還原再生，這個過程一般持續(xù)2~5s。LNT影響因素溫度的影響溫度對LNT的捕集和再生兩個階段都有影響。捕集：JosephR.Theis研究表明，通常LNT捕集的最佳溫度區(qū)間為300~400℃（BaCO3）。溫度過低，NO難以氧化成NO2；溫度過高，捕集的NOx會被熱解釋放。還原：Jae-SoonChoi研究表明，
7、隨著還原溫度的降低，NH3和N2O等多余產(chǎn)物排放將會增加。且若捕集階段是在高溫條件下進(jìn)行，則捕集的NOx在低溫時還原再生效率很低。另外，長期在高溫下工作會使LNT產(chǎn)生嚴(yán)重的熱力老化，如使載體表面的貴金屬催化劑產(chǎn)生流失、載體表面的吸附材料發(fā)生相變及吸附材料和載體發(fā)生脫落。燃油中S的影響目前對LNT耐S、易脫S材料和高脫S策略是研究的熱點。這是因為：燃燒生成的SO2可在燃燒和后處理過程中生成硫酸鹽，這些硫酸鹽覆蓋在載體表面，嚴(yán)重影響捕集效果；S燃燒生成的SO2能像NO2一樣與BaCO3反應(yīng)生成BaSO4，而BaSO4特別
8、穩(wěn)定，嚴(yán)重阻礙了LNT的還原再生。H2O和CO2的影響AnnaLindholm表明，H2O和CO2的存在降低了LNT捕集能力，但兩者的影響方式不同：H2O主要影響載體氧化鋁的活性；CO2主要影響吸附材料Ba的活性。LNT+SCR的技術(shù)方案用LNT技術(shù)還原所吸附的NOx，尤其是還原溫度較低時，會產(chǎn)生一定量的NH3，在LNT下游安裝SCR可有效綜合
