最新柴油机POC技术综述.ppt

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1、POC技术综述,内容,何谓“POC”POC的结构POC的作用机理POC的性能评价POC的限制因素,何谓“POC”,POC是“Particulate Oxidation Catalyst”的缩写，是颗粒氧化催化技术的简称。POC是一种排气后处理技术，用于捕捉并氧化发动机排气中的颗粒物。相比于其它颗粒后处理技术，POC同时具备较低的成本与较高的净化能力。,POC的结构,POC一般为DOC（前级）+半通式滤器（后级）的布置形式。,POC的结构是一个多褶皱而不堵塞的通道，便于捕捉颗粒。,POC的典型布置形式,POC的结构,POC特殊的载体结构设计使得排气流体通畅的同时接触面积广，可以在保证背压的同时捕

2、捉部分颗粒物并再生。POC的结构特点决定了其具有较好的热耐久性和机械性能。,POC的结构,金属载体,金属纤维烧结成的多孔结构,POC的结构,陶瓷载体当过滤效率是“0”时,可能会有更好的吹灰效果。,出口端只在堵塞的通道上有颗粒沉积,入口端只在贯穿的通道上有颗粒沉积,POC的作用机理,POC技术工作原理：排气气流在颗粒氧化催化器形状复杂的通道内不断地改变流线，跟不上流线的颗粒就脱离气流被吸附到壁面上，和排气中活性很大的NO2分子进行氧化反应生成NO和CO2。POC捕捉颗粒主要有三种形式：压紧捕捉较粗大的颗粒无法通过而被载体表层直接捕捉；热泳捕捉部分小颗粒沿着温度梯度从高温气流中泳向低温载体表层而被

3、捕捉；吸附捕捉部分小颗粒在流经载体表面时被吸附捕捉。,POC的作用机理,POC技术再生原理：一般POC前有一个特殊的氧化催化器（如柴油机氧化催化器DOC，Diesel Oxidation Catalyst），将排气中的NO转化为NO2，以提高排气中NO2的浓度。利用活性很大的NO2中的一个O来氧化颗粒中的C，以达到再生的目的。POC技术去除颗粒的机理如图1所示。,POC的作用机理,图1 POC技术去除颗粒的机理,POC的性能评价,POC的性能评价 POC的被动再生,DOC,POC,NO,NO,2,NOx,NO转化为NO2并不改变总的NOX量,POC的性能评价 背压&NO2,POC中累积的碳烟颗

4、粒被NO2氧化随着累积碳烟的减少，背压也降低；NO2的量在满足氧化碳烟所需之后，其最终排放将会增加。,POC的性能评价,影响POC过滤效率的因素燃油含硫量灰载量（Soot Loading Density）载体结构PM/NO2的比值排气温度,POC的性能评价 POC的过滤效率燃油硫含量,由于燃油中含S，在前级催化器（DOC）的氧化作用下，在一定的温度下，形成SO2（气态）、SO3（固态）、SO4（固态），如果大量的固态硫化颗粒物附着在POC催化器涂层表面而不能很好清除的话，将会严重影响催化效果，引起催化器中毒。,POC的性能评价 POC的过滤效率燃油硫含量,进入 POC 的硫化物中，气态 SO2

5、可以直接排出，固态的 SO3、SO4则会出现以下几种情况：（1）SO3、SO4的 SO 键能较低，易断裂，在 POC 中，一部分 SOx 附着在 C 颗粒物上，不直接附着含贵金属的涂层上，其中的 O 离子与 C 结合，在涂层和贵金属的帮助下生成 CO2随废气排出，重新还原生成的 SO2也随废气排出。（2）另一部分 SOx 直接附着在涂层上，与涂层中的贵金属铂 Pt，钯 Pd 结合生成 PtSO4、PdSO4等物质，但是 PtSO4之间的键能比 PdSO4之间的键能低很多，易断裂，因此附着在 Pt 表面形成的硫化物可以在 C 颗粒的氧化反应作用下重新还原成 SO2随废气排出，因此，在 POC 中

6、仅仅使用贵金属 Pt，而不使用 Pd，也是处于更好地抗硫的原因。,POC的性能评价 POC的过滤效率燃油硫含量,（3）由于 POC 在结构上属于半通式过滤催化器，另一部分 SOx 固态物也直接排出催化器。（4）在 SO2（气态）SO3（固态）SO4（固态）的过程中，通常在 400左右反应最剧烈，生成 SO4最多，但是在轻型车的使用上，排气温度相对较低，因此生成的 SO3和 SO4也相对较少，有利于催化器抗硫。（5）还会有极少量固态 SOx 残留在催化器内部，但是根据国内外已经完成的实验结果来看，对于轻型车，并不会造成 POC 催化器硫中毒现象。,POC的性能评价 硫化物形成温度燃油硫含量,硫化

7、物颗粒形成的温度,由上图可以看出，排气温度在 400以上时 SO2浓度才开始明显下降，被大量氧化成 SO3、SO4等固态物质。,POC的性能评价NO转化能力燃油硫含量,NO转化为NO2的能力随燃油硫含量的增加而降低；且最大转化能力对应的温度随燃油硫含量的增加有向后移（升高）的趋势；400以后，几条线逐渐趋于一致。,POC的性能评价 POC的过滤效率灰载量,A25 排气温度 228 A50 排气温度 409,过滤效率随灰载量增大而减小。,POC的性能评价POC的过滤效率灰载量,上图为Corning公司的测试数据，也有相同的结论：过滤效率随灰载量增大而减小。Corning公司的经验表明，灰载量达8

8、g/L时，POC将不起净化PM的作用。,POC的性能评价POC的过滤效率NO2/PM比,NO2与PM所需的理论质量比为7.7，实际经验所需的质量比为12。,POC的性能评价POC的过滤效率NO2/PM比,POC的NO2/NOX经一段时间的高温劣化后，呈下降趋势。,POC的性能评价POC的过滤效率NO2/PM比,DOC的颗粒捕捉能力为20g/ft3,滤器的颗粒捕捉能力为7g/ft3。(ft表示英尺),POC的NO2/NOX随使用时间的推移，呈下降趋势；不同状态的POC其最大NO2/NOX对应的发动机排温不同，该排温随POC使用时间的推移有升高的趋势。,POC的限制因素,燃油硫含量：由于POC具有

9、强的硫敏感性，要求应用了POC的发动机燃用国IV及以上标准的柴油。目前国IV标准柴油硫含量限值为50ppm。NO2的毒性：前级DOC的氧化作用使得排气中NO2的浓度升高，而等摩尔NO2毒性是NO的45倍，保证DOC氧化能力的同时，应考虑POC中颗粒对NO2的需求量，以防止NO2泄漏失控。目前美国环保署（EPA）对装有POC的发动机NO2排放提出了要求：NO2/NOX不大于20%。,POC的限制因素,POC的净化能力：由于POC为半通式滤器，捕捉PM的能力不及DPF（Diesel Particulate Filter，柴油机颗粒捕集器），导致其净化能力较DPF稍差，POC净化PM以满足国V及以上的排放法规显得“力不从心”。POC的被动再生：POC只能被动再生，一旦发动机排温长时间低于POC“平衡温度”，颗粒物会累积在POC载体，当突加负载使排温升高后，很有可能发生“吹灰”现象，使排放恶化。【POC“平衡温度”定义：发动机在指定的工况下对POC加载颗粒物的过程中，POC的压降没有明显下降时POC的入口温度】,