[实用新型]非热等离子体强化尿素‑SCR脱除柴油车尾气中NOx的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种非热等离子体强化尿素-SCR脱除柴油车尾气中NO_x的系统，具体地说是一种利用非热等离子体强化低温工况下尿素催化分解制氨以及预氧化尾气中部分NO以提高尿素-SCR低温脱除柴油车尾气中NO_x效率的系统，属于柴油机尾气排放污染物控制技术领域。

背景技术

为改善燃油经济性，柴油发动机通常在贫燃(富氧)条件下运行，排放的尾气中含有过量的O₂(一般高于5％)和较高浓度的NO_x(主要是NO)。目前我国柴油车保有量仅占汽车总保有量的百分之十几，但排放的NO_x接近汽车排放总量的70％。为了消除污染，满足日益严格的排放标准，在机内净化的基础上采用高效的尾气后处理技术减少柴油车NO_x排放势在必行。

氨选择性催化还原(NH₃-SCR)被认为是最有希望广泛应用于柴油车尾气脱硝的技术。其中还原剂氨气可直接来源于液氨，也可通过氨水或尿素间接制备。由于液氨和氨水具有爆炸性、强腐蚀性和较大的毒性，运输与储存均存在安全隐患，目前已开发的柴油车尾气脱硝系统主要采用安全性更高的尿素(水溶液)作为NH₃的来源。通常认为，尿素水溶液(AdBlue，含32.5wt.％尿素)喷入到高温排气管中时，水分快速蒸发，而尿素发生热分解反应生成NH₃和HNCO(异氰酸)；HNCO在气相中非常稳定，但在特定的催化剂(水解催化剂)表面能快速发生水解反应，生成NH₃和CO₂。在尿素水解催化剂下游的SCR催化剂表面，尿素分解形成的NH₃将尾气中的NO_x还原成N₂和H₂O。

虽然尿素-SCR脱硝技术已在欧美国家重型柴油车尾气脱硝中获得实验性应用，但该技术的推广尚面临柴油机冷启动、怠速(市区行驶)以及低负荷状况下排气温度远低于200℃时尿素难以分解以及NO_x还原效率低的瓶颈问题。Catalysis Science&Technology 3(2013)942-951中的研究表明，ZrO₂、TiO₂、Al₂O₃等催化剂可同时催化尿素热解与HNCO水解产氨过程，但由于尿素热解过程是速控步骤，实现尿素完全分解制氨尚需反应温度高于200℃。

非热等离子体由于具有低温(室温)下引发各类化学反应以及激活催化剂的特性，近年来得到广泛关注。通过在SCR反应器之前增设等离子体预处理装置 氧化尾气中部分NO为NO₂，使NO和NO₂摩尔比接近1:1以实现快速SCR脱硝是解决低温下NO_x还原效率低的有效途径。中国专利CN 101344026B中公开了一种低温等离子体预氧化辅助NH₃-SCR净化柴油机NO_x的系统，低温工况下(100～250℃)借助介质阻挡放电产生的OH、HO₂、O和O₃等活性基团氧化尾气中的部分NO为NO₂，从而提高低温下SCR脱硝的效率，实现在100～550℃的宽温度窗口内高效降低NO_x排放，但该系统仅仅是对尾气的预氧化，未涉及如何解决低温下尿素分解制氨效率低的问题。

本实用新型将非热等离子体与尿素分解催化剂相结合，利用等离子体中的大量高活性物种同时作用于气体(含喷入的尿素)及催化剂，通过这种方法强化低温下尿素的催化分解以及预氧化尾气中的部分NO，保证柴油机冷启动、怠速(市区行驶)以及低负荷状况下尿素-SCR系统正常运行，实现在宽排气温度窗口(100～550℃)内高效脱除柴油车尾气中的NO_x，对于推动尿素-SCR技术在柴油车尾气脱硝中的实际应用具有重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种非热等离子体强化尿素-SCR脱除柴油车尾气中NO_x的系统，在柴油机排气低温工况下，利用非热等离子体强化尿素的催化分解以及预氧化尾气中的部分NO，大幅度提高尿素-SCR在柴油机冷启动、怠速(市区行驶)以及低负荷状况下NO_x的转化效率。

本实用新型的技术方案为：