移动源氮氧化物的控制技术

移动源氮氧化物控制技术随着世界经济快速发展,机动车数量迅猛增加。全球机动车总数约为6亿辆,其中小轿车达到近5亿辆,其次是商用车和摩托车。预测表明机动车在今后30年内将高速增长,2020—2030年全球机动车总数将突破10亿辆大关。据国家交警部门统计,在我国现阶段试行的车辆尾气排放标准较西方先进工业化国家已经很低的情况下,每年检测还有40%左右的车辆达不到国家规定的排放标准,其碳氢化合物的排放量比美国高出6-13倍,氧氮化合物高出2倍,一氧化碳高出1.7倍之多。正在中国汽车生产线上流动的汽车也只有40%符合排污标准,这种局面将会制约社会国民经济的迅速发展。影响人类的身体健康。机动车排放污染现状移动源（机动车尾气）和固定源（电厂、工业锅炉、陶瓷窑炉、玻璃窑炉、水泥及耐火材料窑炉等的燃料燃烧尾气）是NOx废气的两个主要来源。在化石燃料的燃烧过程，NOx由以下三种机理形成：（1）游离的氮与氧在诸如火焰燃烧这样的高温条件下发生反应而形成，一般称之为热力NOx；（2）一些化石燃料，尤其是煤和石油中，存在着含氮化合物，在燃烧过程中，它们在一定的温度条件下即转化为NOx,称之为燃料NOx；（3）在火焰温度下，一些燃料碎片与氮气发生反应形成含氮化合物，并进而转化为NOx，由于这类NOx的形成一般发生在火焰的根部，故称之为瞬发NOx，对于大多数的碳氢燃料，这类NOx含量较少。对于移动源中的NOx，一般认为燃料NOx占了大部分。除机动车外，非道路移动源也是氮氧化物排放的重要来源。非道路移动源包括工程机械、农业和园林机械、内陆和远洋船舶、火车机车、飞行器等，早期在美国和欧洲都未引起足够重视。研究发现，非道路移动源的NOx和PM排放与道路车辆相当，非道路发动机NOx和PM排放量分别占移动源总排放量的42.6%和60.1%，PM排放量已经大大超过了道路车辆的排放量。非道路移动源大气污染已经到了非控制不可的程度，要将控制非道路发动机污染物排放提到与道路车辆同等重要的位置。一、机内治理技术机内净化的主要方式是改进发动机的燃烧方法,即利用所谓稀薄燃烧方式来接近理想燃烧方式,以在较好的条件下使混合气体燃烧,减少污染物的发生量。由于氮氧化物的生成主要取决于燃气的最高温度、在高温下停留时间和燃气中的含氧量,根据他们生成的特点,一是改进燃烧室结构,如采用复合涡流控制燃烧,MCA-JET三门发动机;二是改进点火系统,如在化油器上设置断油装置和稀混合气供给装置,采用延迟点火装置和晶体管点火装置等。目前国外已运用的机内净化方法:环延迟点火法、废气再循环装置(EGR)、控制燃烧装置(CCS)、清洁空气装置(CAP)、电子控制汽油喷射系统装置等,都能有效的抑制氮氧化物的生成。二、机外净化技术机外净化是在汽车尾气排入大气之前,利用催化转化装置将其转化为无害气体。目前世界汽车尾气催化剂市场上主要采用三效催化剂(TWC)进行催化转化,该催化剂可同时净化一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物,故称为三效催化剂,其对CO、HC和NOx同时具有很高的催化转化效率。三效催化剂首先由国外科学家在20世纪80年代研发出来,即Pt-Pd-Rh三效催化剂（铂-钯-铑）,1995年起已正式启用在新型汽车上。目前人们正在研发全钯催化剂,并将稀土及其它非贵金属添加物用于改变催化剂的电子结构和表面性质,提高催化剂的活性和稳定性。我国科学工作者研究发现,过渡金属对汽车尾气净化具有催化活性,单纯的过渡金属氧化物在排气温度较高时,容易烧结而丧失低温活性。稀土氧化物本身在催化反应中没有活性,但能与过渡金属氧化物相结合,可显著提高其活性。鉴于稀土-过渡金属氧化物在生产成本上具有优势,故我国集中了大量的人力物力对此技术进行研究和开发,并取得了显著的成果。此外,近年来等离子体技术用于机内和机外治理也成为一个新的热点,但都还处于实验研究阶段。三、机内与机外技术结合产物对于汽油车，排放控制技术发展有两大里程碑:一是燃油闭环电子喷射(EFI)加尾气三元催化净化技术(TWC)；二是车载诊断系统(OBD)的广泛应用。为了达到日益严格的排放标准，汽油车可以通过更加精准地控制发动机燃烧(EFI＋OBD)和不断提高TWC的净化效率来实现目标。对于柴油车，排放控制技术发展有三大步:一是燃油电子喷射加高压共规技术；二是SCR；三是颗粒物捕集器(DPF)的广泛应用。此外，降低柴油车的氮氧化物排放，还有一种技术路线是采用尾气再循环系统(EGR)。但EGR在降低柴油机氮氧化物排放的同时，也会增加油耗和颗粒物排放，因此需要综合考虑。四、提高燃油品质(汽油为例)燃油品质与汽车尾气也有着重要的关系,为此世界各国,特别是发达国家不断对汽油质量做出越来越严格的规定。通常,降低汽油中苯、硫、芳烃、烯烃含量,降低雷德蒸汽压,并在汽油中添加含氧化合物可以减少汽车尾气中污染物的排放。五、清洁替代燃料(或能源)1、燃料电池燃料电池是一种新型的无污染、无噪声的汽车动力源,它可不经过燃烧而直接将燃料的化学能转化为电能。其可靠性高,适用性强,能量转换效率高,污染小,噪声低。按电解质划分,燃料电池大致分为五类:碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)。2燃气(天然气、液化石油气)天然气、液化石油气是汽车燃料的理想替代物。它们在发动机内可以充分燃烧,汽车发动机不必作大的改动就可直接使用,使汽车所排放的污染成分大大低于汽油发动机和柴油车。近年来由于环境保护的压力和能源危机的影响,燃气汽车得到世界上大多数国家政府的重视支持。大量的研究表明,汽车采用燃气后,尾气排放污染会显著降低,且成本费用低,安全性高,使用性能好。3乙醇汽油将乙醇进一步脱水再加上变性剂后生成变性燃料乙醇。所谓车用乙醇汽油就是把变性燃料乙醇和汽油以一定比例混配制成的一种汽车燃料。用乙醇汽油作为燃料的汽车早在上世纪已在巴西、印度等国家出现。在我国使用乙醇汽油作为汽车燃料在技术上已非常成熟,部分地方开始推广使用,但成本较高,经济效益不如汽油车。4生物柴油生物柴油是一种可再生的能源,它是由任何天然的油脂63和甲醇(或乙醇)经过化学方法加工而成,它可以直接在柴油机上使用(B100)或与柴油以任意比例混合使用(B20)。使用生物柴油能减少温室气体排放,降低空气污染,另外生产和使用生物柴油对发展国内经济,减少石油供给的需求,实现可持续发展等方面都有积极作用。六、新型汽车新技术的发展1美国推出“完全燃烧的无污染汽车”美国福特汽车公司不久前推出了一种新研制成功的“完全燃烧的无污染汽车。这种汽乍“消除污染”的秘诀在于它的“催化罐”,一般汽车的催化罐不但不能解决尾气污染问题。甚至在启动阶段还会造成更严重的污染。福特公司研制的这种新型催化罐,设置两个电极,使用时气体通过两个电极被点火燃烧。这样,在排出之前经过“再次”燃烧的这种气体就很少带有污染物。2德国比利时研制“以液态氢作燃料”的汽车以液态氢作燃料的汽车,是德国一家工业气体公司与比利时一引擎制造商联合研制的。它不污染空气,能行驶70km路程。制造这种汽车的德国公司发明了置于车上的液氢燃料箱,比利时制造商则把传统的西德柴油机改装成用氢燃烧驱动的奥托循环发动装置,并附有燃料预热系统和浓合系统。但要普及这种以液态氮作燃料的汽车,还存在一个成本太高的问题。3液化气燃料汽车成本低康,价格便宜、适合推广的应数以液化气、天燃气和甲醉燃料的汽车了。这几种汽车。无污染或造成的污染大大小于汽油,其潜力是很大的。以液化气(LPG)代替汽油作燃料的汽车的特点是改装成本少,行车费用低(同距离比汽油节约20%),可减少CO和CHX化合物排放达9%以上。4发展前景诱人的“天然气”汽车价格使宜、污染程度小和使用广泛的天燃气汽车。目前世界各国投入运行的现役天然气汽车己达63万辆之多。这种汽车是在不改变汽油系统的基础上.再重新安装一个天然气系统.通常是将一个大小合适的天然气瓶固定在后车箱内,然后通过管道经座舱,向发动机输送夭然气。此外,天然气瓶上装有减压器,以防止天然气瓶在压力升高时暴炸。专家们认为.只要能解决好汽车发动机的汽油与天然气兼容以及安全、方便的容器设计等技术问题,天然气汽车发展的前景是诱人的。希望能对大家有所帮助！