汽车尾气一氧化碳还原氮氧化物的数值模拟

论文摘要

汽车工业的不断发展,在给人们生活带来便捷的同时,也使汽车尾气逐渐成为大气污染的主要来源之一。尤其是氮氧化物给环境和人类健康带來的危害,已经成了不可忽视的问题。目前,NOx的脱除已经受到了研究人员的广泛关注。三效催化转化器是当今世界上最常用的排气催化净化系统,其中,三效催化剂是其主体,而贵金属催化剂以其高活性、高选择性、高热稳定性和良好的物理性能,逐渐成为三效催化转化器中的主要活性成分,它直接决定着汽车尾气的净化效果。在对汽车尾气中氮氧化物的研究中,详细化学反应动力学数值模拟是一种方便而有效的方法,能够再现催化转化器内部详细化学反应过程,为提高其转化效率提供参考依据。本文介绍了目前汽车尾气排放中氮氧化物的主要控制方法和三效催化转化器的发展及应用。运用多相催化微观动力学方法,根据单位键指标——二次指数势法（UnityBond Index-Quadratic Exponential Potential）计算基元反应活化能;根据过渡态理论量级估算法估算基元反应指前因子,建立了在贵金属表面一氧化碳催化还原氮氧化物的详细反应机理。应用CHEMKIN软件进行数值模拟,研究各物种在不同温度下的浓度及覆盖度,并与实验结果相比较,分析各种贵金属催化剂的特性和氮氧化物催化还原的本质,以及催化转化器的转化效率。同时对于三效催化转化器中一氧化碳催化还原氮氧化物反应中的N20这种重要的中间产物,在不同空速下对三种规格的反应器进行了数值模拟,并与实验结果相比较和分析,证明了在反应过程中,生成了重要的中间产物N2O,以及N2O与一氧化碳之间的反应在体系中的重要性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 尾气中NOx的形成及其排放标准
• 1.2.1 NOx的形成机理及其性质
• 1.2.2 NOx排放标准
• 1.3 NOx排放控制技术及其发展现状
• 1.4 本文的主要工作及研究内容
• 2 多相催化理论基础及CHEMKIN软件介绍
• 2.1 催化转化器的发展
• 2.1.1 三效催化器的现状及发展
• 2.2 催化反应特征及研究方法
• 2.2.1 催化剂的概念及特征
• 2.2.2 活化能的概念及应用
• 2.3 多相催化及反应能量学的发展及现状
• 2.3.1 气固相催化反应过程
• 2.4 CHEMKIN软件
• 2.4.1 CHEMKIN软件发展历程
• 2.4.2 CHEMKIN软件结构
• 2.5 连续搅拌理想反应器
• 2.6 本章小节
• 3 贵金属表面NOx的催化转化
• 3.1 UBI-QEP方法
• 3.1.1 化学吸附热的计算
• 3.1.2 基元反应活反应活化能垒计算
• 3.2 Langmuir-Hinshelwood机理模型
• 3.3 贵金属表面CO+NO反应机理的研究
• 3.4 贵金属Pt、Rh和Pd表面NO的催化还原
• 3.4.1 实验条件
• 3.4.2 详细反应机理
• 3.4.3 模拟结果及分析
• 3.5 Ir表面NO的催化还原
• 3.6 本章小结
• 2O的生成机理'>4 Rh表面N₂O的生成机理
• 4.1 实验条件
• 4.2 模拟计算机理及结果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 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