基于铈添加剂柴油机微粒捕集器催化再生机理研究

论文摘要

柴油机微粒捕集器是目前国内外公认的控制柴油机微粒排放的有效措施,但由于其再生过程中过滤体容易热损坏、再生能量消耗大、对燃油品质要求高等难题,至今还没有全面推广应用。燃油添加剂再生技术是通过燃油中的活性金属组分来催化过滤体内微粒再生,其能降低微粒起燃温度到200℃左右,降低再生过程中的峰值温度,从而减少再生能量消耗,避免过滤体热损坏。基于此点,本文围绕柴油机微粒捕集器内铈添加剂催化微粒再生机理进行了相关的研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以国家“863”项目子项(2008AAl1A116)、国家自然科学基金项目(50876027)为依托,采用数值模拟与实验验证相结合的方法研究了基于铈添加剂的微粒催化再生动力学模型,并对其进行了验证。最后运用Chemkin软件中的PSR模型探讨了CeO2对微粒再生起燃温度和氧化速率的影响。论文的主要研究工作与创新之处如下：(1)针对金属氧化物CeO2的结构、特性、催化本质以及微粒捕集器内多相催化反应的物理化学过程,提出催化剂与碳烟微粒接触的疏密度是决定微粒氧化速率的一个重要因素。(2)基于已有的微粒再生动力学模型和催化剂与微粒接触几何参数模型,推导并获得基于铈添加剂的微粒催化再生动力学模型。将模型计算结果与已有文献的试验结果进行对比,验证该模型的正确性。(3)运用Chemkin软件对CeO2催化微粒氧化过程进行了研究,并得到了如下结论：CeO2能通过储氧和释氧功能降低微粒的起燃温度,提高微粒氧化速率；Ce02的质量分数和分散度对CeO2的催化性能有质的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柴油机排气中NOx和PM的形成特性
• 1.2.1 微粒
• 1.2.2 氮氧化合物（NOx）
• 1.3 日益严格的柴油机排放标准
• 1.4 柴油机微粒捕集器简介
• 1.4.1 微粒捕集器技术要求
• 1.4.2 微粒捕集器过滤体结构和材料
• 1.4.3 微粒捕集器再生技术
• 1.5 基于金属添加剂微粒捕集器再生机理研究现状
• 1.6 课题研究内容及研究意义
• 2催化机理研究'>第2章 微粒捕集器内CeO₂催化机理研究
• 2简介'>2.1 金属氧化物CeO₂简介
• 2结构'>2.1.1 金属氧化物催化剂CeO₂结构
• 2的半导体特性'>2.1.2 金属氧化物催化剂CeO₂的半导体特性
• 2表面氧种及其作用'>2.1.3 金属氧化物催化剂CeO₂表面氧种及其作用
• 2催化作用'>2.2 金属氧化物CeO₂催化作用
• 2催化反应本质'>2.2.1 金属氧化物CeO₂催化反应本质
• 2催化再生反应动力学研究'>2.2.2 CeO₂催化再生反应动力学研究
• 2.2.3 多相催化反应物理化学过程
• 2.3 催化剂接触特性及其对微粒氧化的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于铈添加剂的微粒催化再生动力学模型
• 3.1 微粒再生动力学模型
• 3.1.1 早期碳烟微粒再生动力学模型
• 3.1.2 碳烟微粒氧化反应阿伦尼乌斯活化能
• 3.1.3 成熟碳烟微粒再生动力学模型
• 3.2 微粒催化再生动力学模型
• 3.2.1 催化剂与微粒接触几何参数模型
• 3.2.2 微粒催化再生动力学模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 铈添加剂催化微粒氧化再生模型及机理研究
• 4.1 微粒捕集器反应器模型
• 4.1.1 PSR模型控制方程
• 4.1.2 表面化学反应模型
• 4.2 微粒氧化反应机理
• 2催化微粒氧化模拟计算'>4.3 CeO₂催化微粒氧化模拟计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 全文总结与展望
• 5.1 全文主要工作内容
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录