柴油车尾气净化器的技术应用

我们每一次呼吸，都会吸入微小的悬浮颗粒物，就是所谓的气溶胶粒子。有些气溶胶是自然形成的，另一些则由人类活动产生。碳烟主要属于后一种情况，是从发电站直至小规模森林火灾和装饰蜡烛的燃烧都会有的副产物。碳烟的另一个常见来源是柴油车尾气，尽管现在的柴油车由于过滤器的使用其碳烟排放量已经大幅减少。
 
柴油燃料废气很明显是全球空气污染的主要来源之一，当人吸入这些化学废气后，废气就会与身体发生一些化学变化。
重型柴油车是指总质量大于3.5吨的公交、物流等大中型客车和中重型货车。重型柴油车在道路上处于低速、中速状态下行驶时间最长，中速状态下行驶里程最长。不同道路上油耗和排放由高到低依次为支路、次干路、主干路和快速路。这说明低速行驶是造成单位距离高油耗和排放的主要原因，因此保证车辆顺畅行驶，避免在交叉口处的急加速将有利于减少路网中车辆的油耗和排放污染。
机动车排放污染物主要有氮氧化物（NOX）、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和颗粒物（PM），且污染物都是近地面排放，位于人群呼吸带位置，会直接刺激人体呼吸道，会使呼吸系统免疫力下降，容易诱发慢性气管炎、支气管炎、肺功能下降等症状。此外机动车尾气还含有苯类物质，会引发肺癌、甲状腺癌等。
综合考虑车辆行驶里程和排放系数，一辆国三重型柴油车一年排放的氮氧化物相当于100辆左右国四小轿车排放量。对排放不达标或更低排放标准的重型柴油车而言，氮氧化物排放量会达到国四小轿车的100倍—200倍。
 碳烟颗粒物不仅影响健康，还会导致气候变暖。看似矛盾的是，其它类型的气溶胶粒子在一定程度上却是我们想要的，只要它们对气候有冷却效应从而缓解二氧化碳带来的气候变暖。
碳烟颗粒物是黑色的，吸收辐射从而产生升温效果。因而减少碳烟颗粒物可谓是一箭双雕。
 
柴油发动机排放污染物控制的重点是PM。要减少柴油机微粒排放来满足排放标准和法规的要求，除采用机内净化外还必须同时采用后处理装置，而颗粒捕集器(DPF)是目前提出的控制微粒排放的有效，具发展前景的后处理技术之一。
在严格控制汽车尾气污染的同时，非公路用机动设备如工程机械和施工机械的尾气排放也越来越引起人们的重视。非公路用机动设备是各种工程机械设备、工程车辆、船只和发电机组的总称。它包括户外动力设备，娱乐车辆、农业机械与工程机械、园林机械、水上舰船、机车等。
 
柴油机技术几种体现在进气系统、燃烧系统、喷射系统以及后处理系统的发展上。与1990年以前发达国家开始实行排放法规时得情形相比，我国现在的优势是各项技术已经日渐成熟。因而可以自己吸收发达国家成功的经验和技术，避免重复他们在探索阶段走过的弯路。使尾气净化器得到净化，除了通过燃油品质与优化柴油发动机功能外，采用柴油机排气尾部加装废气净化装置可以进一步降低有害排放直接排入大气，如采用SCR催化转换器和颗粒捕集器等有效降低NOx和颗粒的排放，是非常有效的一种机外尾气净化装置。
 
下面是几种常见的后处理净化技术介绍：
1、DOC—Diesel Oxidation Catalyst——柴油氧化型催化器，蜂窝状金属或陶瓷载体  安装在发动机排气管路中，通过氧化反应，将发动机排气中一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）转化成无害的水（H2O）和二氧化碳（CO2）的装置。  
氧化型催化转化器通常需要二次空气喷射装置配合工作，提供氧化反应所需的氧气，用来降低排气中一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的排量。  柴油机氧化催化器（DOC）以铂（Pt）、钯（Pd）等贵金属作为催化剂，主要降低微粒排放中的SOF的含量从而降低PM的排放。其氧化原理与汽油机三效催化器氧化HC和CO的原理基本一样。同时可以有效减少排气中的HC,CO。氧化催化器对HC和CO的处理效率可以分别达到88%，68%。
2、DPF : Diesel Particulate Filters 柴油颗粒捕集器，壁流式载体结构  以堇青石和碳化硅SiC为主要的两种材料。DPF利用过滤体对发动机尾气排气过程中的碳颗粒物PM进行物理过滤处理。需定时对过滤器内的沉积PM进行清除，即DPF再生。  
工作原理：气流进入DPF后，由于出口被堵，气流从内壁的毛细孔中流出，从而碳烟截留在DPF内部，起到收集碳烟的作用，净化效率高到90%以上，最后通过再生将收集到的碳烟氧化燃烧除去。
 3、POC：Particle Oxidation Catalyst 颗粒物催化氧化转化器，属于半壁流式载体结构  以堇青石和碳化硅SiC为主要的两种材料。POC亦是利用过滤体对发动机尾气排气过程中的碳颗粒物PM进行物理过滤处理，只有30-60%的捕捉效果，一般不容易堵塞，是DPF的过渡性产品。  颗粒捕集型氧化催化器POC工作原理：2NO2+C→2NO+CO2 起始反应温度为200℃，在300 ℃到350 ℃时达到转化效率。
4、SCR：Selective Catalytic Reduction 选择性催化还原，蜂窝载体结构 SCR技术本身并不是新技术，在发电厂里早有应用。在发电厂中NH3是以氨水的形式引入和保存的。而在移动的车辆上使用氨水有一定的难度，因此SCR系统一般是选择尿素水溶液作为还原剂，尿素水溶液喷射到催化剂逆流方向的排气管中。  首先在废气温度大于200℃条件下，和气流作用下气化分解为CO2和氨水。尿素水解为氨气与二氧化碳：（尿素喷射系统） CO(NH2)2→NH3 + HNCO  
HNCO+H2O→NH3+CO2→2NH3+CO2(要求温度200℃以上)
接着氨水作为还原剂将NOX还原为无污染的氮气和水。