柴油机尾气处理技术发展概述
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柴油机尾气处理技术发展概述
发布时间：2022-07-12T07:44:32.801Z 来源：《中国科技信息》2022年5期3月 作者： 张涛
[导读] 随着汽车排放法规的日益严格，柴油机排放控制问题越来越受到社会各界的关注。
张涛
安徽全柴动力股份有限公司 安徽省滁州市 239500
摘要：随着汽车排放法规的日益严格，柴油机排放控制问题越来越受到社会各界的关注。本文主要前言了国际上柴油机排放前后的主流处理技术，结合国内外的技术路线，有选择地研究了柴油机排放控制问题，并比较了这些技术的优缺点，本文分析了未来柴油机排放控
制技术的发展趋势。
关键词：柴油机排放；控制技术；发展趋势
前言
在传统燃油汽车技术相对完善的今天，人们发现柴油机比汽油机具有更好的动力性和燃油经济性，但柴油机的工作特性也决定了其自身的缺点，尤其是颗粒物PM的排放。燃烧过程中的高爆发压力是柴油机功率良好的原因，但也会导致柴油机的高噪声和运转不平稳。
HC、CO和CO2的排放浓度低于汽油机，这是柴油机完全燃烧后的优势；燃烧后的NOx排放与柴油机和汽油机基本相同。在排放控制方面，汽油机一般在理论空燃比附近，排气温度较高。三元催化可以实现排气控制，但不适用于柴油机。因此，柴油机排放的关键是如何降低
NOx和PM的排放，而柴油机NOx和PM的排放是一个矛盾的关系。排放控制的重点是在NOx和PM之间进行折衷。控制汽车尾气污染的方法有三种：预处理净化、机内净化和后处理净化。其中，后处理净化技术是对排气系统中燃烧室排出的废气进行净化。
1柴油机排放预处理技术
1.1柴油机氧化催化技术
该设备主要与其他后处理设备一起使用。可将no转化为NO2，并可置于DPF前进行DPF的被动连续再生；在SCR之前，用于调节no和
NO2的比例（当no=NO2时，SCR反应更快）；放置在SCR后，防止氨泄漏；它对HC和CO的氧化可以控制SCR和LNT的温度。虽然doc能将
HC和CO氧化成CO2和H2O，但它不能氧化PM中的干燥烟尘。因此，只有doc不能满足PM的排放规定，必须采用DPF。
1.2柴油处理技术
要对燃料进行预处理，首先要提高燃料油的质量。具体来说，我们可以从以下技术开始：提高燃油的十六烷值；降低硫含量；降低柴油密度；减少燃油中的芳烃成分；乳化燃料；上述原则基本上是基于减少燃料中最有害化学元素的排放。此外，我们还应考虑使用清洁燃
料，如乙醇、天然气、石油气等。
1.3机内加工技术
机内加工技术主要针对燃烧过程中预处理燃料的优化。首先，应确保燃料能够充分、均匀地混合，以减少燃料不完全燃烧的比例。其次，它还应使发动机在整个燃烧过程中缓慢工作，以便快速启动或停止燃烧反应。从减少废气排放的角度来看，机内处理技术的本质要求
是优化燃烧过程。随着我国自主研发水平的提高，一些技术已达到国际前沿，如多阀技术、涡轮增压技术、EGR技术、高压共轨技术等。
1.4稀燃NOx捕集技术
稀燃NOx捕集技术（LNT）是一种基于发动机周期性稀燃和富燃的NOx净化技术。其关键成分是贵金属铂、铑催化剂和由碱金属或碱土金属化合物组成的吸附剂，具有氮氧化物吸附能力。以BaCO3吸附剂的LNT为例，其原理是在稀薄燃烧（即正常运行）期间，废气中的
no通过催化剂氧化为NO2，然后通过吸附剂以硝酸钡的形式储存。当发动机工况调整到浓燃状态时，硝酸钡分解并释放NOx，通过催化剂，废气中的HC、Co等将其还原为N2。LNT的工作效率可达90%以上，无需额外的还原剂和储存装置。然而，LNT系统的低吸附容量限制
了其在重型柴油机上的应用。在小排量轻型车和柴油车上有着广阔的应用前景。废气的大热容量用于降低最高燃烧温度和氧气浓度，从而
减少no排放[2]。
1.5 NOx和PM综合控制技术
柴油机后处理技术必须同时降低NOx和PM排放。该方法将内部净化与后处理技术相结合，例如控制发动机内部的PM排放，并在发动机外部使用SCR技术来减少NOx排放，或控制发动机内部的NOx，并在发动机外部使用DPF技术来减少PM排放。庄信万丰的rscrt技术是连
续再生DPF（即CRT技术）和SCR的结合。丰田的dpnr系统集成了LNT和DPF捕获再生的净化原理。近年来，低温等离子体催化辅助技术作
为一个新的研究领域受到了广泛关注。等离子体是一种导电流体，含有电子、离子、原子、分子、自由基和其他粒子，这些粒子是由电离
气体通过放电、加热和辐射形成的。该技术主要是促进活性物种的形成，使催化剂具有更高的活性和选择性，同时净化NOx和pm。该技术
主要控制机器内部的NOx值，然后使用颗粒捕集器捕获机器外部的PM。该技术路线还采用了逐步处理的方法，以降低NOx和PM值。目
前，斯堪尼亚、曼恩等制造商主要采用这种技术路线。
2柴油机排放治理技术研究
2.1选择性催化还原（SCR）
SCR技术是通过选择性催化还原技术将排气中的NOx还原，从而降低NOx排放。该技术最初应用于火力发电厂的脱销。它是以氨或氨水、尿素作为还原剂的选择性催化还原系统，可以有效地降低柴油机排放中的NOx，一般可达到60％一90％，而且还能部分降低排气中HC
的浓度。其理论依据是将尿素与水以适当比例混合，喷入废气中，能将废气中的NOx还原成N2和H2O。在高温环境中（温度高于300℃），
再加上催化剂的作用，NOx能迅速与氨气NH3反应，生成氮气N2和水H2O。而柴油机的排气温度一般在300～500℃范围内，满足了NOx还
原所需的温度条件。
因SCR技术降低NOx排放的效果非常显著，对机内NOx排放要求不高，因而可以通过适当优化供油时刻获得较好的燃油经济性，弥补了使用尿素的成本，甚至还会更经济。同时，SCR技术对燃油中S含量相对不敏感。因此，SCR技术在重型柴油机上有较好的应用前景。
2.2氮氧化物催化转化器
NOx催化转化技术主要分为催化热分解和选择性催化还原。前者主要利用由一些特殊物质组成的催化剂来降低分解反应的活化能，并将NOx转化为氮气。整个反应过程安全、高效、无毒；选择性催化还原反应是将饱和HC和NOx注入废气中，最终生成氮、二氧化碳和水等无毒物质。柴油颗粒过滤器（DPF）是一种高效的柴油颗粒物后处理技术。PM通过装置后进行过滤，然后定期去除过滤器中收集的PM，实
现DPF的连续使用，称为再生。再生通常通过PM燃烧实现。PM是柴油燃烧的产物，因此只要提供足够的温度，PM就可以继续燃烧并最终
转变为CO2和H2O。一般来说，PM的点火温度应高于550℃，低于650℃，高于正常排气温度。因此，人们开发了两种PM燃烧方法：被动再
生和主动再生。被动再生是通过添加催化剂来降低反应活化能；主动再生利用加热技术提高柴油机的排气温度或过滤器体的温度。颗粒捕
集器的捕集原理：过滤技术和非过滤技术。颗粒之间的碰撞、拦截、扩散或重力沉降原理被吸附在捕集器单元中，即过滤技术。
2.3氧化型催化转化器的安装
为了有效地净化废气中的可燃气体和sof，柴油机通常安装一个氧化催化转化器，它可以有效地降低HC、CO和PM等特殊物质的含量。其中，HC的净化效果尤为显著，排气中的异味明显减少。然而，氧化催化剂的使用存在一些问题。对于二氧化硫等含硫物质，它们将被氧
化为三氧化硫，进一步进行雾化反应或固体硫酸盐颗粒，从而在一定程度上增加PM。因此，由于柴油含硫量较低，该技术普遍适用于柴油
机的废气排放处理。在废气处理过程中，氧化催化转化器对外部环境有着严格的要求。为了达到最佳的净化处理效果，必须综合控制各种
因素。
总结
随着新的国家排放标准的颁布，柴油机技术正朝着环保、节能、紧凑的方向发展。未来，柴油机技术必须严格按照排放法规进行优化升级，以实现自然资源和人类社会经济的可持续发展。
参考文献
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