汽车排放净化技术及发展.doc
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1、江苏农牧科技职业学院 毕业设计(论文)题目: 汽车排放净化技术现状及发展 姓名: 胡礼想 学号: 201011843 二级院系部: 机电工程系 班级: 汽车10 专业: 汽车技术服务与营销 指导教师: 崔勇 职称: 讲师 二一三年六月江苏畜牧兽医职业技术学院学生毕业设计(论文)诚信承诺书论文题目汽车排放净化技术现状及发展学生姓名胡礼想学号201011843所属专业汽车技术服务与营销班级汽车10指导教师姓名崔勇职称讲师学生承诺我承诺在毕业设计 (论文)活动中,遵守学校有关规定,恪守学术规范,本人毕业设计 (论文)内容除特别注明和引用外,均为本人观点,不存在剽窃、抄袭他人学术成果,伪造、篡改实验数
2、据的情况,如果有违规行为,我愿意承担一切责任,接受学校的处理。 学生(签名): 年 月 日指导教师承诺我承诺在毕业设计 (论文)活动中,遵守学校有关规定,恪守学术规范,经过本人核查,该生毕业设计 (论文)内容除特别注明和引用外,均为本人观点,不存在剽窃、抄袭他人学术成果,伪造、篡改实验数据的现象。 指导教师(签名): 年 月 日江苏畜牧兽医职业技术学院学生毕业设计(论文)材料目录序号名 称备 注1毕业设计(论文)全文全文2毕业设计(论文)任务书3毕业设计(论文)开题报告或实施方案4毕业设计(论文)指导记录5毕业设计(论文)中期检查记录表6毕业设计(论文)指导教师意见表7毕业设计(论文)评阅教师
3、意见表8毕业设计(论文)答辩记录9毕业设计(论文)成绩评定表汽车排放净化技术现状及发展【摘要】随着社会发展和人们生活水平的提高,环境问题日益成为人们关注的焦点。目前由汽车排放产生的环境污染越来越严重。汽车排放问题越来越被世界各国政府所重视。本文综述了汽车尾气污染净化处理技术,包括机内净化和机外净化,介绍了三元催化技术、低温等离子体技术、非金属催化剂、替代原料技术,并叙述了纳米技术的应用,最后阐述了新的汽车尾气处理技术的发展趋势。【关键词】汽车尾气;净化技术;新技术;改善尾气质量;发展趋势AbstractAlong with the social development and people l
4、iving standard rise, environmental issues increasingly become the focus of attention. Current environmental pollution produced by cars is more and more serious. Car emissions is more and more attention by governments around the world. Car exhaust pollution purification treatment technology were revi
5、ewed, including purify and closed purification machine, introduces the ternary catalytic technology, low temperature plasma technology, exhaust gas recirculation, and describes the application of nano technology, finally puts forward prospect for new purification technology.Key wordsAutomobile exhau
6、st; Purification technology; The new technology; Improve the quality of tail gas; Development trend目 录摘 要I关键词IAbstractIIKey wordsII目 录III绪 论11. 汽车尾气的主要成分21.1 主要成分21.1.1 一氧化碳21.1.2 氮氧化合物21.1.3 碳氢化合物21.2 汽油机与柴油机汽车尾气排放物质31.2.1 汽油机的主要排放物质31.2.2 柴油机主要排放物质32. 汽车尾气净化技术42.1机内净化技术42.2 机外净化技术42.2.1 三效催化技术42.2
7、.2低温等离子体处理技术52.2.3 非贵金属催化剂62.2.4 替代原料技术62.2.5 纳米技术73. 改善汽车尾气质量的措施及应用83.1 提高汽车燃油经济性83.2 提高车用汽油质量83.3 开发代用燃料和电动汽车83.4 正确使用、保养,加强道路建设与交通管理94. 汽车尾气处理技术发展趋势104.1利用尾气发电驱动104.2磁驱动技术10总 结11致 谢12参考文献13绪 论汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说,汽车是一个流动的污染源。在世界各国,汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来,光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生,造成不少人员伤亡和巨大
8、的经济损失。进入21世纪,汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广,它对世界环境的负面效应也越来越大,尤其是危害城市环境,引发呼吸系统疾病,造成地表空气臭氧含量过高,加重城市热岛效应,使城市环境转向恶化。有关专家统计,到21世纪初,汽车排放的尾气占了大气污染的3060%。随着机动车的增加,尾气污染有愈演愈烈之势,由局部性转变成连续性和累积性,而各国城市市民则成为汽车尾气污染的直接受害者。目前汽车尾气排放已经成为我国大中型城市环境污染的主要污染源之一,汽车排放尾气中的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、黑烟、油雾、刺激性臭气甲醛(HC
9、HO)、丙烯醛(CH2CHCHO)、二氧化碳(CO2)、硫化物、铅化物等。汽车尾气排放的污染物给我们赖以生存的大气环境造成了严重的影响,对人体健康产生了严重的危害。因此,必须采取有效措施,减少或消除汽车尾气的排放量,并对尾气进行净化处理,还我们一个洁净的大气环境。1. 汽车尾气的主要成分汽车发动机排气中包含许多成分,其基本成分是二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)、过剩的氧气(O2)以及存留下的氮气(N2)等,它们是燃料和空气完全燃烧后的产物,从毒物学的观点看排气中的这些成分是无害的。除上述基本成分外,汽车发动机排气中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物,包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物
10、(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、固体颗粒(铅及铅化物、碳烟)及醛类等。这些成分的质量总和在汽车发动机排气中所占的比例不大,例如汽油机只占5,柴油机还不到1,但它们中大部分是有害的,有强烈刺激性的臭味,或有致癌作用,因此被列为有害排放物。 1.1 主要成分1.1.1 一氧化碳一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物,主要是在局部缺氧或低温条件下,由于烃不能完全燃烧而产生,混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时,燃料不能充分燃烧,废气中一氧化碳含量会明显增加。1.1.2 氮氧化合物氮氧化合物是在内燃机气缸内大部分气体中生成的,氮氧化合物的排放量取决于燃烧温度、时间和空
11、燃比等因素。氮氧化合物的生成原因主要是高温富氧环境,比如燃烧室积碳等因素。从燃烧过程看,排放的氮氧化合物95%以上可能是一氧化氮,其余的是二氧化氮。1.1.3 碳氢化合物汽车尾气的碳氢化合物来自三种排放源。对一般汽油发动机来说,约60%的碳氢化合物来自内燃机废气排放,20%25%来自曲轴箱(PCV系统)的泄漏,其余的15%20%来自燃料系统(碳罐)的蒸发。图1-1 汽车尾气污染1.2 汽油机与柴油机汽车尾气排放物质1.2.1 汽油机的主要排放物质汽油主要由碳和氢组成,汽油正常燃烧时生成二氧化碳、水蒸气和过量的氧等物质。但由于燃料中含有其他杂质和添加剂,且燃料常常不能完全燃烧,常排出一些有害物质
12、。研究表明,汽车尾气成分非常复杂,有100种以上,其主要污染物汽车尾气污染物主要包括:一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒(某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾)、臭气(甲醛等)。1.2.2 柴油机主要排放物质柴油机车的不足之处是有害颗粒物排放大和氮氧化物(NOx)排放量多。柴油高压喷入燃烧室,压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。这种工作方式,决定了柴油与空气的混合是不均匀的,不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。油料在高温缺氧时,易炭化形成炭烟。柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。柴油车混合气始终处于比较稀的状态下,也就是说,柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。这
13、些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物(NOx),而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)则不容易形成。因此,柴油车排放特点是颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少。 此外,柴油燃烧后会生成一些有臭味的有机气体,因此,柴油机排放中还有臭味。2.汽车尾气净化技术所谓汽车尾气净化就是采取种种有效措施,减少污染物的排放或使排放废气中CO、HC、NOx等污染物,分别被氧化或还原,生成无毒的CO2、H2O和N21。为了减少汽车尾气排放,采取的途径主要有两种,一是在不改变燃料种类的情况下采用清洁燃烧技术(即机内净化)与尾气净化技术(即机外净化);二是利用绿色环保燃
14、料来减少汽车尾气中有害物的排放。 2.1机内净化技术机内净化技术主要是提高燃料质量和改善燃料在发动机内的燃烧条件,尽可能地减少污染物的生成2,而传统的机内净化其措施有:改进燃烧室结构,改进供油系统,改进进气系统,使燃油燃烧更充分,改进点火系统等,但是这些措施对设备的要求较为苛刻,成本过高,而且净化的效果也不理想。目前的研究趋势已从机内净化转到机外净化并且发展的速度很快,研究的成果及运用也是很成功的。这大大改善了机内净化遗留下的废气污染质量。例如:低温等离子体技术等。2.2 机外净化技术机内净化只能减少有害气体的生成量,不能除去已生成的有害气体,因此净化效率不高3。通常人们更关注的是机外净化技术
15、。催化净化是目前研究与应用最多的机外净化方式。机外净化是指利用发动机外净化反应装置,在尾气排出气缸进入大气之前,将CO,HC和氮氧化物转化为无害气体的过程4。机外净化是通过安装热反应器,一次反应器,催化转化器等装置以对排出的气体进行一次处理或净化5。机外净化采用的主要方法是净化催化法、分催化燃烧法和三效催化法等,其中三效催化技术最为有效,也是当前用得最多的催化方法。 2.2.1 三效催化技术三效催化技术使用一种催化剂同时催化和控制排气中的CO、HC和NOx。三效催化剂由4个部分组成:载体、高度多孔的活性氧化铝层、活性组分以及助剂6。载体在催化剂中的作用是提供有效的表面积和合适的微孔结构并应具有
16、好的机械强度及热稳定性,起活性中心的作用并能节省活性组分的用量。目前常用的载体有堇青石陶瓷蜂窝载体和金属蜂窝载体,其中堇青石蜂窝载体有一定的机械强度,同时耐高温、耐腐蚀。活性氧化铝层是在载体表面加覆的一层物质,由于载体比表面积尚不能满足催化剂的要求,以提高载体的比表面积,改善催化剂的活性和选择性,保证活性组分的分散度和均匀性,提高催化剂的热稳定性,降低成本。活性组分是催化剂中起主要作用的物质,催化剂活性物组成分为贵金属活性物如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh),非贵金属活性物如钴(Co)、铜(Cu)、锰(Mn)、铁(Fe)以及稀土金属如铈(Ce)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)四种,铂主要
17、用来加快CO和HC转变为CO2和H2O,而铑主要用来加快NOx转化为N2。而添加少量贵金属的单钯催化剂比同等价格的铂,铑催化剂性能更优越。助剂存在于氧化层,由碱金属、碱土金属和过渡金属的氧化物组成,可提高催化剂的活性,增强催化剂的选择性,延长其寿命以及减少贵金属的用量等。一般选用的助剂有氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)等。近年来选用稀土金属氧化物(如铈、镧的氧化物CeO2和La2O3)较多。稀土金属因其独特的物化性质,在汽车尾气净化催化剂中起着很大作用。2.2.2低温等离子体处理技术目前,低温等离子体技术7.8被用于废气处理的研究备受关注。低温等离子体技术具有净化效率高
18、、能耗低以及无二次污染等特点,发展前景广阔。国外在1998年M.Dors等人进行了直流偏压叠加脉冲电晕放电,通过加湿的静电集尘器脱除NOx的研究并获得了很好的效果;J.O.Chae研究了低温等离子体技术在柴油机尾气净化中的应用,结果表明采用低温等离子体技术首先将NO氧化为NO2,然后通过NH3的辅助催化还原能大大提高NO的净化率,同时低温等离子体技术在较低温度下对尾气中颗粒物具有较好的净化效果等。而国内致力于这方面的研究较晚,冯志宏等9采用介质阻挡放电等离子体技术脱除汽车尾气中的NO,并通过试验对“N2+NO”模拟尾气的低温等离子净化做了研究,考察了放电电压、尾气在等离子体反应器中的停留时间、
19、NO初始浓度对模拟尾气中NO去除率的影响,结果表明在增大放电电压、减小模拟尾气进入等离子体反应器的流量的情况下,NO的去除效果非常明显;曾科等10将低温等离子体技术用于降低柴油机微粒排放,得到了适于静电捕集的微粒的电阻率范围,以及初步采用脉冲电晕等离子体法去除汽车尾气中的CO、NOx,得到了一些重要的经验数据等。2.2.3 非贵金属催化剂近年来,过渡金属和稀土元素的氧化物型和复合氧化物型催化剂一直受到人们的重视。已有一些过渡金属氧化物型、钙钛矿型的催化剂研制成功并投入使用。对于稀土资源丰富的我国来说,开发非贵金属催化剂具有广阔的前景。谭宇新等以稀土元素La、Ce和过渡元素Cu、Ca、Mn为主添
20、加少量Pd作为活性组分,研制出La-Ca-Cu-Mn-Ce-Pd等稀土催化剂具有高活性,高热稳定性和和低起燃温度,操作弹性好等特点。有的研究者以Fe2O3为载体,经高温焙烧制成一种新型复合金属氧化物催化剂WCX-1(Re-Ni-Co-Cu-Ox/Fe2O3),该催化剂具有较好的高温活性及很强的抗SO2中毒和抗积炭性能。2.2.4 替代原料技术 (1)燃料电池燃料电池是一种新型的无污染、无噪声的汽车动力源,它可不经过燃烧而直接将燃料的化学能转化为电能。其可靠性高,适用性强,能量转换效率高,污染小,噪声低。按电解质划分,燃料电池大致分为五类:碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体
21、氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)。以PEMFC为例,其反应原理如图(2-1)所示。氢气(为了保持膜湿润,一般在进入电池前进行湿化处理)进入电池扩散至阳极催化层与膜的界面,在铂催化剂的作用下失去电子,形成质子,质子由膜导通,在阴极与膜的界面,在铂催化剂的作用下与氧结合生成水,形成的水以蒸汽或冷凝水的形式由过剩的反应气从阴极气室排走。图 2-1 PEM 电池原理图(2)燃气(天然气、液化石油气)采用清洁燃料治理汽车尾气污染,天然气、液化石油气是汽车燃料的理想替代物。它们在发动机内可以充分燃烧,汽车发动机不必作大的改动就可直接使用,使汽车所
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