上海中船三井造船柴油机有限公司 上海 201306
摘要：柴油机尾气污染已经成为当前城市中空气污染的重要来源，这也就不得不引起我国相关部门的高度重视。对于柴油机尾气的净化主要分为机内和机外净化两种方式，所谓的机内净化主要是对缸内的工作流程不断改进，尤其要注意在燃烧过程中的改进；而机外净化主要是通过设置装置来尽可能减少尾气污染。本篇文章针对如何高效净化柴油机尾气污染这一问题做出了简要回答，同时对其中的工艺及方法也做出了较为详细的描述。
关键词：柴油机；尾气污染；尾气净化
【引言】就目前来说，人们对柴油机的使用量日益剧增，而柴油机尾气排放物当中含有大量的氮氧化物和微粒等。因此，我们在对柴油机尾气净化的过程中，应将重点放在这些微粒和氮氧化物的净化上。
一、柴油机的机内净化技术
近几年来，针对柴油机排放控制的相关技术在一定程度上取得了某些进步，同时也研究出了符合生态环境发展的低污染的柴油机类型，以上这类柴油机的类型不需要通过因为机外净化就可以达到低污染排放的要求。以下表格当中简单描述了对于降低氮氧化物和微粒的有效方法。
二、柴油机的机外净化技术
就目前来看，以上对于机内净化的技术几乎已经达到了极致，且在多种方式上也存在有很大的局限性。所以，如果我们仅仅靠机内净化技术对柴油机的尾气进行净化是远远不够的，这也正是为什么各个国家都在争相研究柴油机尾气净化机外技术的重要原因。机外净化装置从净化的本质原理上来看主要有以下几种:氧化催化器、对于微粒的捕集器、氮氧化物的捕集器、带有选择性的催化还原器以及等离子体的反应器。
2.1氧化催化器技术
该技术中有两个不同的载体，即陶瓷和不锈钢金属，这两种载体的对于污染物的排放量与催化剂的涂层技术有直接联系，催化剂也属于重金属类。顾名思义，该技术主要应用于对于某些有机物的氧化，他可以依照可溶有机物在颗粒物当中的具体含量来对颗粒物的排放量进行降低。除此之外，该技术最大的特点是本身具有氧化的作用，这也就意味着它能将尾气中的二氧化硫进一步氧化成为硫酸盐，这也就在一定程度上是硫酸盐的比例大大增加，从而减少了对空气有污染的二氧化硫。另外，在燃料当中所含有的理由会造成催化剂中毒，因此，含有较多硫的柴油会对该技术的净化效果带来极大的影响，最终是其使用寿命大大削减。虽然该技术是当前在柴油机尾气净化当中应用较广泛的，但还是会受到含硫较高的影响使得带来的实际成效不如预期，这也就说明该技术在未来发展中会受到某些阻碍。
2.2对颗粒物实施捕捉的技术
颗粒捕捉器是针对于减少尾气中含有微粒数量的重要技术装备，首先会通过安装在柴油发动机排放系统中的陶瓷过滤器对尾气当中含有的微粒进行捕捉，之后再通过对所收集的大量微粒进一步氧化达到清洁的作用。微粒过滤的装置一般会有碰撞吸附、扩散和惯性的拦截以及重力沉降的现象发生。当前，在柴油机尾气净化当中，通常使用壁流式的蜂窝陶瓷部机器，其主要工作的原理是再通过孔道之前和之后都要进行堵封，这就很好的是排气从壁面经过之后对微粒进行很好的捕集。颗粒捕捉器属于是有效减少微粒排放量的物理方式，当过滤之后的微粒进行一定程度的存储和积累，就会将过滤孔进行阻封，导致排气的阻力大大增加，最终造成发动机动力性和经济性的严重恶化，所以要及时去除该技术中所存在的微粒，这被叫做颗粒捕捉器的再生。而有关再生技术的主要包括两大类型，主动再生和被动性的再生。稍微的主动型再生主要是依靠外界能量来使温度得到提高后燃烧起来，而被动再生通常利用燃油添加剂或者催化剂来使微粒着火的温度大大降低，这就使微粒即使在正常的排气温度下也能够正常的燃烧起来。然而，该技术也不是完美的，仍存在有以下两个方面的问题:（1）大量的硫酸盐会掩盖在催化剂的表面上，使催化的整体效果大大降低，这就造成微粒的排放量也逐渐增多。（2）微信当中所存在的飞灰会使得捕捉器变得堵塞。所以，这条技术对燃油品质的要求也非常的高。
2.3稀NOx捕集器技术
该技术最开始是用于直喷式汽油机和稀燃汽油机，之后也应用于柴油机。LNT通常分为两个层，底层和顶层含有的金属类型也不同。该反应的原理主要是:在催化剂的作用之下，一氧化氮和二氧化碳能够发生反应生成二氧化氮，同时会以硝酸盐的方式在储存元件的表面进行储存；当发动机在二氧化碳低浓度的状态下运转时，硝酸盐得到分解后释放出NOx,在催化器的反应下进一步生成氮气、二氧化碳和水，同时使碱土金属能够再次生成。但该技术中所存在的问题主要是，硫在柴油中经过燃烧后产生二氧化硫，同时会在pt表面被氧化成为三氧化硫，进一步出现硫酸盐，硫酸盐在稳定性上要比硝酸盐较强，这样在LNT上进一步堆积就会使氮氧化物的储存能力大大降低，进而使催化效果也会变弱。然而，从分解温度上来说，硫酸盐要比硝酸盐较高，这也就意味着其储存能力是可以在未来慢慢恢复的。LNT技术算是较为新兴的一项技术，所以当前应用程度上还不够高。本田汽车公司将对于工艺于2009年投入到美国市场当中，但由于该技术的成本较高、发动机在控制系统上较为复杂等原因就没有广泛应用。
2.4选择性的催化还原技术
该技术在1959年得到发明，在20世纪70年代日本进行了应用。该技术可以使发动机排气中的氮氧化物得到进一步还原，另根据这一原理来有效改善发动机的排放，这种技术也一度被认为快速达到排放标准的最佳选择。欧洲有一家重型的汽车协会打算将采用该技术作为达到排放标准的技术方式。该技术所利用的还原剂有两个:碳化氢和氨气。在目前对于柴油机机外净化技术的研究当中，该技术较其他技术都更成熟。原理是:通过压缩空气来像较热的发动机尾气中增加尿素溶液，溶液再气化之后会生成大量的氨气，同时在催化器中与氮氧化物发生进一步的反应，进而将尾气当中所含大量的氮氧化物变为氮气或者水蒸气。就目前来说，大部分欧洲载货汽车制造商当中都利用这一技术来降低尾气中所含有的有害成分，如果不及时对这一技术进行应用，就很难以达到欧洲所规定的排放标准。
当然，该技术中也是有一定的问题存在的。一方面来说，柴油当中所含有硫的数量非常高，尾气中大部分二氧化硫被氧化成为三氧化硫，三氧化硫将进一步与氮气进行反应生成氨盐，进而导致催化剂中毒或发生堵塞，这都会造成该技术在工作效率上大大降低。从另一方面来说，在工作原理当中，所发生的一切反应都需要有二氧化氮的进一步参与，而国外有充分的研究证明了在高于一定温度下，氮氧化物在二氧化氮和氮氧化物体积比为0.5时才能达到最大转化。而典型的柴油机排放期当中所含有的二氧化氮体积分数只占到了5%到10%，如果还有强化氧化剂时，那么其所占的体积会越来越高，在更高的温度下，还是较难获得较高的二氧化氮含量。因此，就需要在使用该催化器之前，使用尾气与氧化的方式来对这一问题进一步解决。
2.5低温等离子体技术
该技术是20世纪80年代之后所开发的一种新型技术，如今在对固体废弃物以及废气的处理中得到了成功运用。将该技术应用于汽车尾气治理方面也同样可以起到净化尾气的重要作用，如今也越来越引起更多人的重视。在平常的压力作用下，通过电晕放电、介质阻挡放电等形式产生NTP，等离子中的离子和电子都属于非常活泼的反应性物种，这就很容易与其他污染原子产生氧化反应，从而达到减少反应气体当中有害物质作用。除此之外，该技术对于净化二氧化硫具有明显效果。用于去除尾气颗粒物也是利用静电捕捉的方式来完成的，这主要是因为柴油机微粒的电阻率恰好适合于静电捕捉。在燃烧当中所排放的颗粒物也大都是固态氮在火焰中所产生的，当这些颗粒物流入等离子体微粒捕捉器的时候，就会被荷电所慢慢的聚集起来，并在电场的作用之下到收尘极上进行堆积。有相关的研究发现，该技术可以去除大部分的颗粒物，但也有研究发现，当有氧气存在时，等离子体净化尾气过程中，氧化作用是占主体地位的，并且大量的氮氧化物会通过变成二氧化氮的形式向外排放。氧气的体积越大，则氧化的范围就越明显，这也就意味着，如果对该技术进行单独使用时，其效果也就不会那么明显。
三、联合净化技术
联合净化技术主要是将独立的机外净化技术进行联合使用的一项技术，使用该技术的主要目的是能够更大程度地降低污染物，将净化效果达到最佳。就目前来说，国外对这一联合技术的应用主要有两个思路:将DOC与DPF相结合；NTP协助SCR技术。
3.1连续再生捕集技术
该技术是较为新型的联合净化型技术。其主要所体现的原理是:柴油机废气先通过DOC，这时的一氧化碳被氧化为二氧化碳和水的同时，一氧化氮又被氧化为二氧化碳，而具有很强氧化性的二氧化碳再次经过DPF时，就会将捕获的微粒氧化除去，进而实现了DPF的再生。当前，国外有众多的大型卡车以及运载星期车都采用这一新兴联合型技术。为了更好的是微粒去除，可以增加催化技术的应用，这又进一步被称为催化连续再生捕集技术。
3.2NTP协助SCR的技术
该技术是目前国外对柴油机尾气处理的研究热点问题，将该技术与催化剂联用时可以大大提高氧化还原反应。NTP具有很强的氧化能力，可以把一氧化氮瞬间氧化成二氧化碳，在于较为合适的催化剂作为还原剂相结合，这样就能将氮氧化物顺利的转化为氮气。此外，催化剂还可以与SCR进一步结合。由此可见，在不同阶段对以上两种技术的使用都可以充分的发挥各项技术在去除氮氧化物的优势，所以该技术对于处理氮氧化物具有极大的可行性。不仅如此，NTP技术对于柴油机尾气当中颗粒物的去除也有着极大的作用力，可以有效去除一氧化碳和二氧化硫等有害物质，这就避免了以上技术中二氧化硫催化剂失效导致的反应器堵塞等状况。国外还有一部分研究证明了联合技术的使用能够在低温下提高金属氧化物催化剂效率。
3.3对未来应用技术的展望
随着社会经济水平的不断提高，我国柴油机的机械类型也发生了巨大的进步，煤气排放一直是当前社会所重视的重要问题。为了更好地达到排放要求，我国应该尽快的与国际技术相接轨，不断发现新型的尾气净化技术，并能够在这些技术中看到什么是实用型技术以及什么是新兴技术，这些都有利于技术更好地发挥到对于柴油机尾气处理的工作中。各种机外净化技术在拥有各自的优势之外还存在着某些问题，只有将各种技术的优势相结合、扬长避短，才能更好的解决问题。对于以上提到的联合型技术既保证了去除尾气颗粒物的效率来有效地避免了各项技术所存在的缺点，这同样也为未来柴油机尾气净化指出了明确的方向。要想做到技术的不断更新，还应该在柴油机的装置构造方面继续努力，并对其相关技术做出更为深入的研究。
【结束语】综上所述，有了各种机内和机外的净化技术那是远远不够的，还需要我们去制定各种适合各地区汽车排放的具体标准，并建立较为完善的汽车排放控制管理系统，进而对汽车尾气的排放加大控制力度。只有这样才能够让我们共同的拥有舒适的自然环境。
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论文作者:刘方祥
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
标签：技术论文; 尾气论文; 柴油机论文; 微粒论文; 氧化物论文; 催化剂论文; 二氧化论文; 《防护工程》2019年9期论文;