目前,柴油车后处理系统的主要部件有:用于控制CO和HC排放的柴油机氧化催化剂(DOC)、用于控制PM排放的柴油颗粒捕集器(DPF)以及用于控制NOx排放的选择性催化还原技术(SCR)。
一、DOC
DOC通常以陶瓷蜂窝为基础负载催化剂,为通流式催化转化器。催化剂的活性组分一般采用贵金属铂(Pt)或钯(Pb)。DOC通常安装在柴油车后处理系统的最前端,利用贵金属组分的催化氧化作用,有效去除尾气中的CO、HC等还原性气态污染物,以及PM中的可溶性有机物(SOF);同时,DOC还可以将尾气中的NO部分氧化为NO2,为后续的DPF再生和SCR反应提供促进作用。
目前关于DOC的相关研究,除了关注对CO、HC、SOF的低温起燃能力和对NO的氧化能力等催化剂活性外,催化剂的热稳定性和抗硫中毒能力也非常重要。贵金属组分在高温条件下容易发生烧结,造成活性位点损失、性能降低,其失活过程是不可逆的,燃油中含硫量过高,会导致DOC发生硫中毒,并且由于DOC的催化氧化作用,造成尾气中硫酸盐成分增加,导致PM排放升高。
二、DPF
DPF是当前降低柴油车PM排放最为有效的技术,能够实现90%以上的颗粒物捕集。目前,最常用的是壁流式陶瓷蜂窝捕集器,利用相邻捕集器孔道前后交替封堵,使尾气从壁面穿过,从而实现PM的截留捕集。DPF的相关研究主要集中在过滤材料和过滤体再生两项关键技术上。
目前,市场上常用的DPF主要以堇青石、碳化硅和钛酸铝为过滤体材料,根据各种材料的特性而应用于不同环境。为了达到背压与捕集效率的平衡,DPF载体的设计开发非常重要,非对称结构和高孔隙率是重要研究内容。
DPF的再生方式主要包括主动再生和被动再生。其中,主动再生采用喷油助燃等方式提供能量,使DPF内部温度达到PM氧化燃烧所需的温度而实现再生;被动再生利用在过滤体表面涂覆催化剂来降低PM燃烧温度,并借助DOC将NO氧化为NO2,通过NO2氧化所捕集的PM提高燃烧效率。利用催化剂涂层来实现被动再生的DPF也被称为CDPF,其催化剂的开发是重要研究热点,为了使柴油车在所有工况下都可实现DPF的可靠再生,通常需要将主动再生和被动再生结合使用。
三、SCR
SCR是在催化剂的作用下利用还原剂选择性地将NOx还原为N2,从而有效去除NOx。SCR技术根据还原剂的不同,又可分为氨选择性催化还原NOx(NH3-SCR)和碳氢化合物选择性催化还原NOx(HC-SCR)。
SCR系统由尿素供给单元(SM)、尿素喷射单元(DM)、尿素液位温度质量传感器、尿素箱、后处理控制单元(ECU)及相应管路和线束构成。尿素NH2CONH2与H2O在高温下分解成NH3和CO2,其工作原理是将还原剂喷入排气管,排气中的氮氧化合物与NH3反应被还原成氮气和水。
四、ASC
ASC的作用主要是消除过量或逃逸的NH3,将NH3氧化为N2、N2O、.NOX;同时,再催化NOX、NH3反应为N2。
编辑:孙伟川


