汽车尾气氢气还原氮氧化物的详细机理研究

论文摘要

当前,汽车工业高速发展,但是汽车尾气对大气造成的污染却日益严重。特别是在高温、贫燃的燃烧条件下,氮氧化物大量生成,对环境的污染已经引起了各国政府的高度重视。为了满足日趋严格的排放法规要求,必须深入研究汽车尾气氮氧化物后处理系统。这些工作涉及从改善催化器微观结构的实验研究到催化器内部化学反应过程详细机理描述的理论研究,其中详细化学反应动力学数值模拟是优化催化转化器的一种有效方法,能够展现催化转化器内部详细化学反应过程,为提高催化转化器转化效率提供参考依据。本文介绍了汽车尾气氮氧化物后处理控制技术,针对汽车尾气氮氧化物后处理系统中氢气催化还原一氧化氮的详细反应机理进行研究。应用微观动力学方法,首先根据第一性原理DFT（密度泛函理论）,应用Materials Studio软件的CASTEP模块分步骤推导Rh（111）表面H2还原NO的反应路径,预测N2O、NH、NH2等中间产物的生成机理,并计算生成中间产物的基元反应活化能。同时,基元反应的指前因子是由过渡态理论中的量级估算法而得;部分基元反应活化能是利用单位键指标—二次指数势法的半经验公式计算而得。然后将得到的基元反应活化能、指前因子等参数构成的详细反应机理应用到CHEMKIN软件中进行数值模拟。模拟结果与文献中相同实验条件下的实验结果进行比较,表明详细机理的数值模拟能够很好的预测反应器出口各物种的浓度特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 汽车尾气排放法规
• 1.3 汽车尾气氮氧化物生成的机理与危害
• 1.3.1 氮氧化物的生成机理
• 1.3.2 氮氧化物排放的危害
• 1.4 汽车尾气氮氧化物后处理技术
• 1.4.1 NOx的直接催化分解
• 1.4.2 选择性非催化还原（SNCR）
• 1.4.3 非选择性催化还原（NSCR）
• 3-Selective Catalytic Reduction）'>1.4.4 氨选择性催化还原（NH₃-Selective Catalytic Reduction）
• 1.4.5 碳氢选择性催化还原（HC-Selective Catalytic Reduction）
• 1.4.6 NOx存储还原技术（NSR）
• 1.4.7 低温等离子体辅助催化还原技术（NTP）
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 催化作用简介及应用软件介绍
• 2.1 催化剂及催化作用
• 2.1.1 催化剂
• 2.1.2 催化作用
• 2.1.3 催化反应的过程
• 2.1.4 催化剂的构成
• 2.2 CHEMKIN软件介绍
• 2.2.1 软件的结构
• 2.2.2 连续搅拌理想反应器模型
• 2.2.3 详细反应机理的开发
• 2.3 CASTEP模块介绍
• 2.3.1 密度泛函理论简介
• 2.3.2 CASTEP简介
• 2.4 本章小结
• 3 DFT计算
• 3.1 计算方法
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 计算函数
• 3.2 计算内容及结果
• 3.2.1 氢气在Rh（111）面上的分解
• 3.2.2 一氧化氮在Rh（111）面上的分解
• 2在Rh（111）面上的生成'>3.2.3 NH、NH₂在Rh（111）面上的生成
• 2O在Rh（111）面上的生成'>3.2.4 N₂O在Rh（111）面上的生成
• 3.3 本章小结
• 4 铑表面氢气催化还原一氧化氮的详细反应机理研究
• 4.1 反应机理
• 4.2 实验参数
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 模拟数据与实验数据对比
• 4.3.2 敏感性分析
• 4.3.3 反应路径分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A CHEMKIN软件中铑表面氢气还原一氧化氮的详细机理
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 攻读硕士学位期间参加研究项目
• 致谢