[發明專利]用于去除柴油機NOx的介質阻擋放電耦合催化劑整體反應器

有效

• 申請號: 201010142589.0
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101832168A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 管斌;林赫;黃震
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F01N3/28
• 分類號: F01N3/28;F01N3/20
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 周文娟

所屬技術領域：

本發明涉及一種用于去除柴油機NO_x的介質阻擋放電耦合催化劑整體反應器，特別是一種用于寬反應溫度窗口NH₃-SCR(氨氣-選擇性催化還原)去除柴油機NO_x的介質阻擋放電耦合SCR催化劑整體反應器，屬于柴油機尾氣排放污染物控制技術領域。

背景技術：

柴油機排放產物中氮氧化物(NO_x)和顆粒物(PM)存在先天的“trade-off”效應，單純采用機前、機內措施都難以使柴油機排放達到日趨嚴苛的排放法規要求，國際上普遍認為要使車用柴油機NO_x和PM排放同時達到歐IV及以上排放標準，必須采用機內、機外控制相結合的方法。而NH₃-SCR技術由于其NO_x轉化效率高，催化劑抗硫中毒性能強且在同等輸出功率前提下，可降低5％～7％的油耗等優點被認為降低柴油機NO_x排放最具發展前景的技術之一。

NH₃-SCR技術所采用的釩類催化劑(如TiO₂/WO₃/V₂O₅)在300℃～400℃反應溫度窗口發生如式(1)所示的標準SCR(Standard?SCR)反應，其有較高的NO_x催化轉化活性，但該催化劑低溫工況下(反應溫度＜250℃)活性較低，導致NO_x還原效率大幅度降低。

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O??????????????????????????(1)

而柴油機在低溫冷啟動或怠速階段時，排氣溫度比較低，NO_x與NH₃反應的NO_x還原效率很低，因此在城市路況下，NO_x排放很難達到預期的目標。對此，現有的催化器類柴油機尾氣凈化裝置均無法有效加以解決。因此，有效解決柴油車低溫冷啟動和怠速時NO_x排放超標問題，即拓寬NH₃-SCR反應溫度窗口是使柴油車真正成為清潔汽車的當務之急。

研究發現當增加柴油機尾氣NO_x中NO₂比例可以在低溫工況下(反應溫度＜250℃)大大增加SCR對NO_x的轉化效率，當NO和NO₂的摩爾比接近1∶1時，即可以實現所謂的快速SCR(Fast?SCR)反應過程，其反應如式(2)所示。

2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O??????????????????????????(2)

由于標準SCR所需的活化能為73.5kJ/mol，而快速SCR反應所需的活化能僅為25.2kJ/mol，故后者的反應速率比前者大一個數量級，所以快速SCR反應可以使SCR反應即使在較低的溫度窗口范圍內(100℃～250℃)仍具有較高的NO_x催化轉化效率。

眾所周知，含氧氣體放電誘導的低溫等離子體中含有O、O₃等氧化性較強的物質，研究發現，NO氧化成NO₂是反應必須經歷的中間過程，低溫等離子體放電過程可以有效地將NO氧化成NO₂，在等離子體反應器中，存在大量的離子、電子、自由基、活性原子、激發態原子或其它活性基團，這些高活性的基團可以很好地被用來激發下一步的化學反應，當反應氣體中含有較高濃度的活性基團時，該反應很容易被激發，采用等離子體輔助催化技術時，等離子體反應中產生的高活性基團可以被催化反應充分利用。介質阻擋放電屬于低溫等離子體放電的一種，其安全性好，結構簡單，放電穩定、均勻、漫散，并能有效降低放電所需的能量。