低温SCR反应动力学研究

论文摘要

氨／尿素选择性催化还原（SCR）是世界公认最有前景的减少机动车NOx排放方法之一。柴油机排放法规的日趋严格,使得提高低温工况下NOx的转化效率已经成为目前的研究方向。本文以NH3为还原剂,以颗粒状V2O5-WO3／TiO2催化剂为研究对象,利用固定床催化反应器研究了低温时操作条件和反应气体组分对催化剂活性的影响,确定了控制反应速率的因素。接着结合TPD和TRM催化剂表征技术,对SCR催化剂进行了瞬态动力学研究,探讨了催化反应机理。最后建立了催化器的数学模型,估算反应速率常数。低温时,催化剂的活性随着空速的增大而减小；接触时间分析表明,表面反应为速率控制步骤；O2浓度提高,催化剂的活性增加；H2O会对NO转化率产生一定的抑制作用；SO2的存在提高了催化剂的活性。V2O5-WO3／ZiO2催化剂瞬态动力学分析结果表明：NH3强烈吸附到催化剂的表面上,且随着温度升高,NH3吸附量减少,NO未发生吸附现象,即认为SCR反应遵循Eley-Rideal机理。催化剂表面存在“临界”NH3覆盖度,当NH3覆盖度小于“临界”NH3覆盖度时,SCR反应速率依赖于催化剂表面的NH3浓度；当NH3覆盖度大于“临界”NH3覆盖度时,SCR反应速率与催化剂表面NH3覆盖度无关。基于上述分析提出V2O5-WO3／TiO2催化剂上NH3-SCR反应可能遵循的反应路径,推导了NO反应速率方程。本文最后建立了催化器单通道一维瞬态动力学模型,估算得到动力学模型的参数,并对其验证,模拟结果与试验结果吻合较好。该模型可以用于预测发动机不同工况的NOx排放水平,为还原剂控制策略的制定提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 SCR技术研究现状
• 1.2.1 SCR催化剂研究
• 1.2.2 SCR反应动力学研究
• 1.2.3 反应机理研究
• 1.2.4 模拟研究现状
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 催化剂活性影响因素试验研究
• 2.1 试验装置
• 2.1.1 气源单元
• 2.1.2 质量流量控制器（MFC）
• 2.1.3 泵及汽化室装置
• 2.1.4 温控炉及反应器装置
• 2.1.5 测量分析装置
• 2.2 试验条件
• 2.3 催化剂的评价指标
• 2.4 试验结果分析
• 2.4.1 空速对NO转化率的影响
• 2.4.2 接触时间对NO转化率的影响
• 2对NO转化率的影响'>2.4.3 温度及O₂对NO转化率的影响
• 2O对NO转化率的影响'>2.4.4 H₂O对NO转化率的影响
• 2对NO转化率的影响'>2.4.5 SO₂对NO转化率的影响
• 2.5 本章小结
• 3低温催化还原NO反应的机理研究'>第3章 NH₃低温催化还原NO反应的机理研究
• 3.1 试验设计
• 3.1.1 反应物瞬态吸附-解吸附动力学试验
• 3+NO SCR反应的瞬态动力学试验'>3.1.2 NH₃+NO SCR反应的瞬态动力学试验
• 3.2 试验装置及试验条件
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 反应物瞬态吸附-解吸附性能
• 3.3.2 SCR反应的瞬态动力学
• 3.4 低温SCR反应路径推测
• 3.5 NO反应速率方程推导
• 3.6 本章小结
• 第4章 SCR反应器建模与仿真
• 4.1 SCR反应过程
• 3-SCR化学反应'>4.2 NH₃-SCR化学反应
• 4.3 SCR反应器模型
• 4.3.1 模型的基本假设
• 4.3.2 数学模型
• 4.3.3 模型求解方法和参数估计方法
• 4.3.4 模型的边界条件
• 4.4 仿真结果分析
• 4.4.1 利用模型标定动力学参数
• 3临界覆盖度的影响'>4.4.2 NH₃临界覆盖度的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文