等离子体制取富氢气体及其在四效催化技术中的应用

论文摘要

随着汽车数量的迅速增长,汽车污染排放已成为很多大中城市空气污染的主要来源。柴油车与汽油车相比具有耐用性好、维护成本低、温室气体排量小等特点,在当前能源危机的形势下,推广应用柴油车是一项有效的应对措施。柴油车排放的主要污染物为氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）,目前降低NOx排放的后处理措施主要包括NOx选择性还原技术（SCR）和NOx储存-还原技术（NSR）,颗粒物排放则较多地采用过滤器来控制。四效催化技术能够将PM、HC、CO和NOx同时净化,是目前先进的柴油车尾气后处理技术。本文综述了四效催化技术的发展现状,在分析了整体式和组合式四效催化方法在实际应用中所存在的一些不足的基础之上,提出了一种新型的再生方法,以车用柴油为原料制取富氢气体,并以此种气体来对氮氧化物储存-还原催化剂和颗粒物过滤器进行再生,从而实现对柴油车尾气四效催化技术进一步的完善。本文首先通过模拟配气实验研究了NOx储存-还原（NSR）催化剂储存NOx的性能,并分析了NSR催化剂再生所需的最适反应条件。结果表明：300℃下催化剂的储存性能最佳,温度升高到600℃时催化剂能够完全脱附,O2能够极大地促进储存反应的进行；使用浓度为5%的H2对催化剂进行再生时,再生过程不受温度影响,仅2min左右就可将催化剂再生完全。根据模拟配气实验得出的NOx储存-还原催化剂再生所需的最适反应条件,开发了一套等离子体制氢系统。系统中等离子体反应器通过高电压、低电流的电弧放电将空气离解,引发柴油的部分氧化反应,产生富氢气体（H2浓度5.3%）。而后以排气代替空气来制氢,同样成功制取出富氢气体（H2浓度3.3%）。最后,在柴油发动机上考察了富氢气体在NOx储存-还原催化剂和颗粒过滤器再生中的应用。结果表明：富氢气体（H2浓度5%）能够对NOx储存-还原催化剂和颗粒过滤器在短时间内（分别为240s和165s左右）再生完全,等离子体制氢系统所制取的富氢气体完全能够满足再生要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 汽车排放特征及对环境的影响
• 1.2 柴油车污染特点
• 1.3 柴油车污染的控制方法
• 1.4 研究目标和研究内容
• 1.5 研究工作的意义
• 第二章 国内外研究综述
• 2.1 四效催化
• 2.1.1 整体式四效催化
• 2.1.2 组合式四效催化
• 2.2 富氢气体在四效催化中的应用
• 2.3 等离子体制氢
• 2.4 等离子体制氢用于NOx储存-还原系统（NSR）和颗粒捕集器再生
• 第三章 模拟配气实验研究
• 3.1 试验设备及方案
• 3.1.1 NOx的储存试验
• 3.1.2 NOx的还原实验
• 3.1.3 TG-DTA分析
• 3.2 试验结果与讨论
• 2对NM/BaO储存NOx的影响'>3.2.1 O₂对NM/BaO储存NOx的影响
• 3.2.2 温度对NM/BaO储存NOx的影响
• 3.2.3 TG-DTA分析结果
• 2对NOx的还原'>3.2.4 NM/BaO上H₂对NOx的还原
• 3.3 本章小结
• 第四章 等离子体制氢实验研究
• 4.1 实验原理
• 4.2 第一代等离子体实验装置
• 4.2.1 实验装置设计
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 实验结果及讨论
• 4.3 第二代等离子体实验装置
• 4.3.1 实验装置设计
• 4.3.2 实验步骤
• 4.3.3 实验结果及讨论
• 4.4 发动机台架上的等离子体制氢
• 4.4.1 实验原理
• 4.4.2 实验步骤
• 4.4.3 实验结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 发动机台架上的应用实验研究
• 5.1 贵金属（NM）/BaO催化剂的NOx储存-还原台架实验
• 5.1.1 实验设备
• 5.1.2 实验原理及实验步骤
• 5.1.2.1 实验原理图
• 5.1.2.2 实验步骤
• 5.1.2.3 实验结果及讨论
• 5.2 颗粒过滤器（DPF）捕集-再生台架实验
• 5.2.1 实验设备
• 5.2.2 实验原理及实验步骤
• 5.2.2.1 实验原理图
• 5.2.2.2 实验步骤
• 5.2.2.3 实验结果及讨论
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 今后研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢