柴油機NOx后處理技術

柴油機NOx后處理技術

在柴油機稀薄燃燒條件下，氮氧化合物（NOx）的催化還原是柴油機研究中一個重要目標。常用的NOx后處理技術有5種：直接催化分解、選擇性催化還原（SCR）、NOx捕集、等離子體輔助消減、結合碳煙燃燒的NOx還原。

NOx的直接催化分解一般以貴金屬鉑、鈀為催化劑，分解過程首先是在貴金屬表面的活性位上吸附NOx分子，解離為N原子和O原子；然后以O原子和N原子的形式脫附，使活性位再生。由于O原子的脫附十分困難，抑制了分解反應的持續進行，因而直接催化分解技術在實際應用過程中難度較大。

NOx的SCR是在富氧條件下，NOx首先與還原劑反應轉化為N2和H2O。一般使用的還原劑為尿素。利用SCR降低NOx能夠實現較高的轉化率。但是，SCR催化劑的高溫熱穩定性和耐水性較差，而柴油機排放的溫度較高且不穩定，因而其在實際應用過程中存在限制。

NOx捕集技術是通過捕集和還原兩個階段的交替循環實現NOx排放的降低。捕集階段利用吸附劑吸附排放中的NOx，還原階段則是在富氧條件下將吸附的NOx還原為N2和H2O。吸附劑在未達到飽和狀態前始終處于捕集階段，當其達到飽和狀態后，則進入還原階段，完成其再生。

NOx的等離子體輔助消減首先采用放電等離子體對排放進行預活化，將其中的NO氧化為NO2，同時生成還原性較強的中間物，之后在催化劑上將中間物還原為NO2為N2和H2O。該技術對NOx的轉化效率較高，可能成為未來柴油機上主要的后處理技術。

NOx結合碳煙燃燒的還原技術利用柴油微粒過濾器（DPF）中吸附的碳煙燃燒，NOx作為氧化劑，碳煙作為還原劑，在催化劑上進行氧化還原反應，實現DPF再生的同時，降低NOx排放。這種技術最具成本效益，但是轉化率較低，不能作為需要的NOx消除技術。

刊名：Catalysis,Structure &Reactivity（英）

刊期：2016年第1期

作者：Marco Piumetti et al

編譯：陳丁躍