怎样清除柴油机氮氧化物

在如何减少NOx排放的各种途径中，SCR-NOx选择性催化还原法是最具现实意义的，它能把发动机尾气中的NOx减少50％。研究表明，利用尿素作为氨的来源更合适一些，为此研制了氧化钒、氧化钛为基体的催化转化器以及尿素供给系统，并选择出了其最佳工作条件。测试表明，柴油发动机在安装该装置后NOx的排放量减少了50％-60％。 
     因为在大部分情况下，氧气的氧化能力明显高于NOx的氧化能力，在柴油发动机尾气中，CO和HC是主要的潜在的NOx还原剂，但它们容易被氧气氧化，导致上述(1)、(2)反应过程不能进行。因此，必须在采取一种能在氧气富余的情况下确保还原NOx能力的方案。比如选择性催化还原法，所采用的催化转化器能同尾气中的或供给的还原剂相互作用，还原尾气中的NOx。
使用碳氢化合物(CHx)作为选择性催化还原剂
      采用碳氢化合物(CHx)选择性催化还原NOx被表示为SCR-NOx-CH，其反应式为：
2CHx+2yNO+(x/2-y+2)O2=2CO2+yN2+xH2O (3)
NOx在250℃550℃的温度区间排出较多，可以采用铂(300℃以下)、氧化铜和氧化镍进行催化转化。在450℃以下时，采用Cu/ZSM-5铜-沸石催化转化器更有效一些，而在温度更高时，可以采用银、钴、锡或者其他金属及其氧化物进行催化转化。
     在SCR-NOx-CH过程中，烯烃(丙烯、乙烯等)以及部分氧化的碳氢化合物(醇类、醛类等)是最有效的还原剂。但在发动机使用甲烷或丙烷-丁烷燃料时，其效果就要打折扣。柴油本身也可以用作NOx的还原剂，它既可以喷入催化转化器前的排气管中，也可以在发动机膨胀行程中喷入气缸。但是发动机的油耗会因此相应增加10％左右，碳氢化合物的排放也会有所上升。
使用碳氢化合物作为NOx选择性催化还原剂的研究表明：
    1.涂在催化转化器氧化铝基体上的铂、钯或铂铑金属，能依靠丙烯、丙烷在160℃-260℃的温度区间，在氧气富余的情况下把NOx降至原来的40％-50％。
    2.Cu/ZSM-5铜-沸石催化转化器能依靠丙烯、丙烷在260℃-460℃的温度区间，在氧气富余的情况下把NOx降至原来的40％。但工作不稳定，在10-15小时内很快丧失活性。
   3.同时采用铜-沸石催化转化器和铂金属催化转化器能在160℃-460℃的温度区间还原大约30％-50％的NOx。

采用氨基化合物选择性还原NOx
      虽然同时铂金属或钯金属催化转化器与铜-沸石催化转化器能在160℃-460℃的温度区间依靠碳氢化合物还原一定数量的NOx，但是这种方法存在着以下不足：
     第一，相对来说，该方法清除NOx的效率不是很高，特别是在依靠饱和烃催化还原NOx时。
     第二，在中温及高温区间更有效的Cu/ZSM-5铜-沸石催化转化器，在水蒸气的作用下显得强度不够。
      因此，有必要采用氨基化合物选择性还原柴油发动机尾气中的NOx，该方法可以表示为SCR-NO-NH3，其反应式为：
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O (4)
    在高温区，NH3能同NO反应生成N2：
4NH3+6NO=5N2+H2O (5)
     此外，在采用氨基化合物选择性还原柴油发动机尾气中的NOx时，可能会发生一些附带的反应，其中最有害的是氨的深层氧化：
2NH3+5O2=4NO+6H2O (6)
      显然，使用气态的氨是个麻烦事，而使用30％-40％的尿素水溶液则更方便和安全一些。尿素可以大批量生产，一般用作肥料，其水溶性好，储存运输很方便，而且价格低廉，使用安全。在水溶液中，尿素与水分子相结合并水解为NH3和CO2。