汽车尾气处理方案样本.docx

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汽车尾气处理方案样本

汽车尾气危害及解决方案

【摘要】汽车作为当代化交通工具，在给人们生产与生活带来以便同步，它排放尾气，给大气环境导致了严重污染，因而，咱们必要加强和提高对保护环境意识。

依照尾气污染物形成机理，提出研究净化废气中重要有害成分CO、CH、NOx和SO2办法。

氧化还原催化剂是核心技术；以增氧，增长催化反映速度，增长催化反映时间，保证适当催化温度，采用合理构造等净化技术系统研究是技术研究方向。

【核心词】汽车尾气解决污染净化

【正文】

汽车作为当代化交通工具，在给人们生产与生活带来以便同步，它排放尾气，给大气环境导致了严重污染。

多项研究表白:

都市机动车尾气污染已上升为重要大气污染，而过去以二氧化硫为主煤烟型污染转变为以一氧化碳、氮氧化物为主机动车尾气污染和二氧化硫为主煤烟型污染并重格局。

在大都市，汽车排放中CO占63%，NOx占22%，CH（碳氢化合物）占73%。

在发达国家，如美国大气污染物排放中CO66%，NOx43%,CH31%、微粒20%均属于汽车排放。

汽车对大气污染已成为都市大气污染重要污染源。

因而,必要采用有效办法,减少或者消除汽车尾气污染及危害,这是本文与人们共同研究与探讨一种重要课题。

一、汽车尾气有害成分与危害

汽车排放尾气，除燃烧产物CO2、水蒸气为无害成分外,别的均为有害成分。

汽车发动机排放尾气中一某些毒性物质,是由于燃料不完全燃烧或燃气温度较低而导致，如CO、CH和碳烟；另一某些有毒物质,是由于燃烧室内高温、高压环境而产生氮氧化合物NOx（NOx是NO和NO2总称）；此外尚有燃料及添加剂自身燃烧所产生S02和铅化合物等物质。

这些物质中，CO可与人体血液中血红素结合,阻碍血液吸取氧气和输送氧气而中毒死亡，被称为汽车尾气第一排气公害。

NOx是NO及NO2总称,其中NO与血液中血红素结合能力比CO还强,容易使人们中毒而死亡，还能与O2反映产生NO2。

而NO2是一种褐色有毒气体,有特殊刺激臭味,损害人眼睛和肺部,是汽车尾气排放第二公害。

CH化合物在太阳光紫外线作用下,会与NO起光化反映生成臭氧、醛等烟雾状物质,刺激人们喉、眼、鼻等粘膜。

它还严重影响农作物生长,迫使农业减产,同步还具备致癌作用,它是汽车尾气排放第三公害。

S02是产生酸雨重要因素，铅化合物是导致土壤重金属污染直接因素，而碳烟能粘附SO2等有毒物质,对人体呼吸道极为有害。

一、汽车尾气净化解决技术

1.变化汽车使用能源。

1.1、选用恰当润滑添加剂———机械摩擦改进剂。

在机油中添加一定量（比例为3%~5%）石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，加入到引擎机油箱中，可节约发动机燃油5%左右。

此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改进，汽缸压力增长，燃烧完全。

尾气排放中，CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境污染。

1.2、使用无铅汽油，禁止使用有铅汽油。

为了可以有效地提高汽车燃油抗爆性，普通加入四乙基铅。

它具备很高挥发性，甚至在0摄氏度时就开始挥发，而挥发出铅粉末，以蒸气及烟形态存在于空气中，或以固体铅形式存在于土壤中，最后通过食物链到达人体，影响人体健康，侵蚀造血系统、神经系统以及肾脏等。

实验证明，甲醛树丁醚同样具备良好抗爆性，汽油中用甲醛树丁醚作渗合剂，不但不含铅，还能减少汽车尾气排出一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物含量。

1.3、掺入添加剂，变化燃料成分。

向汽油中掺入15%如下甲醇或乙醇燃料，能在一定限度上减少或者消除CO、NOx、CH污染效果，提高燃料运用率。

若采用“甲醇燃料”，当醇类比重占30%~40%时，汽车尾气排出污染物可基本上消除。

采用含10%水份水—汽油燃料亦有一定效果。

将汽车燃料改为天然气，也可以有效减少尾气中污染物比重。

当前世界各国在天然气作燃料方面技术比较成熟，国内也有大量使用天然气汽车。

1.4、采用生物燃料等可再生能源。

关于专家指出，开发乙醇代替汽油，既节约能源，又可消化陈粮，使汽车排出有害气体减少，是一项有助于保护环境和资源新课题。

如果按照1∶9乙醇汽油配比，用20万吨乙醇，可配出约200万吨乙醇汽油，200万吨乙醇只消耗粮食70万吨。

因而，发展、开发使用专用乙醇汽油既可缓和汽车尾气污染问题，又可缓和原油供应紧张状况。

随着太阳能电池改进，太阳能转化效率不断提高，使用太阳能作动力已经成为现实。

事实上，美国和欧洲都以开发出自己太阳能汽车，相信太阳能作为动力将是此后研究热门之一。

1.5、使用电能作为动力，研制电动汽车。

电能是清洁能源，汽车使用电能作为能源瓶颈技术已经解决，蓄电池技术发展将电动汽车研制推向了高潮。

当前已有不少电动汽车投入使用，它不产生任何尾气，完全解决了汽车因尾气产生污染。

电动汽车是将来汽车技术研发主题。

2.变化汽车燃烧系统构造。

2.1、优化发动机内部系统设立，减少尾气污染物含量。

（1）减少喷油提前角。

减少喷油提前角，可减少发动机工作最高温（1500摄氏度），使NOx生成量减少。

（2）改进喷油器质量，控制燃烧条件（燃比、燃烧温度、燃烧时间），可使燃料燃烧完全，从而可减少CO、CH煤烟。

（3）调节喷油器质量，可减少发动机功率，使雾化燃料有足够氧气进行完全燃烧，从而也可以减少CO、CH和煤烟生成。

2.2、设计循环系统，进行尾气再运用。

（1）正曲轴箱通气系统设计:

把从汽缸窜入曲轴箱气体（重要是未燃体）再循环进入进气歧管,使其再次燃烧,变化了过去将其直接排入大气所导致污染。

（2）排气再循环设计:

发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接,使排出气体通过再次循环,以减少氮氧化物排放量。

（3）蒸发排放控制系统设计:

将化油器浮子室中汽油蒸发汽引入进气系统,而将油箱中蒸发汽引入储存系统,可大大减少污染物排放。

3.使用车用选取性催化还原排气后解决系统

3.1、车用选取性催化还原排气后解决系统工作原理

车用选取性催化还原排气后解决（SCR）是通过尿素反映产生氨再与汽车尾气进行反映一种技术，是被认证为满足欧Ⅳ法规综合排放控制系统。

是一项控制柴油发动机排气中NOx技术。

系统使用尿素与水混合成32.5%溶液。

这种溶液公认工业商品名称是AdBlue。

其成分在DIN原则No.70070中有规定。

固体或水溶液中尿素（AdBlue）被分类为非危险品。

AdBlue是一种透明液体，有淡淡氨水气味。

如果溅出，水分蒸发，形成结晶。

该系统构造图如下，AdBlue存储在一种安装在底盘上尿素罐中。

尿素罐向安装在底盘上定量给料单元（DU）供应溶液。

DU由发动机控制模块（ECM）控制。

DU使用来自车辆系统压缩空气来产生AdBlue喷雾，通过非常精准计量和泵送系统输送到发动机排气系统内喷嘴处。

喷入排气中AdBlue数量由ECM控制，在任意转速和负载状况下都能与发动机NOx输出相匹配。

当与高温排气接触时，水迅速蒸发，尿素变成氨。

氨与NOx在催化器内反映，这一过程成果就是从排气管中排放出无害N2和H2O。

该系统中可以有效地减少汽车尾气中含量，减少由于NOx所引起污染。

但是SCR系统存在不少局限性之处，导致其普及率不高。

（1）SCR系统安装复杂，设备成本较高，并且必要在汽车出厂迈进行安装；

（2）SCR系统需要消耗由尿素配成AdBlue溶液，使得汽车使用成本大大上升，尿素生产消耗也会引起二级污染；

（3）SCR系统对于汽车尾气中CO、CH、微粒等污染物没有效果，必要加装其他净化设备；

（4）SCR系统对汽车智能规定较高，容易引起发动机无法点火。

4.使用高压脉冲电晕放电技术净化汽车尾气。

4.1、高压脉冲电晕放电技术净化汽车尾气理论根据。

高压脉冲电晕放电技术运用等离子体体系中活性物种强化（催化）氧化－还原反映，将汽车尾气中有害物质通过氧化、还原或离解而转化为无害或低害物质以达到减少环境污染目。

普通以为，高压脉冲放电是由高压电场中电子雪崩产生流柱在电场中运动现象，流柱理论是被广泛接受一种理论。

该理论以为，在流柱头部包括大量由电场加速高能电子，它们碰撞气体分子而使得气体分子化学键断裂，从而达到减少反映气体中有害成分目。

高频率脉冲电压可以在不发生火花和弧光放电前提下，达到更高脉冲峰值电压，同步，在时间上产生更多流柱，从而提供更多高能电子。

这些高能量电子高速碰撞气体分子，打开气体分子化学键，产生大量活性粒子，使气体中气体成分发生变化。

4.2、高压脉冲电晕放电技术净化汽车尾气技术实现。

在汽车尾气排放管后加装一种正电晕裂变反映器，就能将高压脉冲电晕放电技术用于尾气解决。

所谓“正电晕裂变”是指电晕净化器中尾气分子突然得到“爆炸式”巨大能量时成为活化分子，发生频繁碰撞，在纳秒级有效碰撞瞬间，将动能转化为分子内部势能，使其化学键破坏，将CO、HC、NOX和SO2等分解成单质固体微粒子S、C和单原子气体分子O2、N2以及H2O电离过程。

汽车尾气电晕净化器安装位置如图1所示。

4.3、净化汽车尾气技术难点

正电晕裂变需要超高压窄脉冲激活。

所谓“超高压窄脉冲”是指脉冲幅值为几百千伏，半幅值脉宽为几百纳秒，频率为几百赫脉冲。

它由于脉冲陡并且峰值很高，能使净化器空间电场强度发生突然巨大变化，从而使汽车尾气分子突然获得裂变巨大能量，在纳秒间成为活化分子。

当前为了产生超高压窄脉冲，广泛使用手段有两种：

一是在直流电压上叠加脉冲；二是用特殊造型脉冲变压器及其关联装置直接生成脉冲。

不论使用那种手段，都必要保证脉冲自身内耗应足够小，同步保证使脉冲电压峰值尽量高，以减少能耗。

尽管如此，正电晕裂变依然需要消耗大量电能，并且既有超高压窄脉冲发生器发生器体积较大。

高压脉冲电晕放电技术在汽车上应用依然需要进一步研究，但是该技术在长、大隧道空气净化方面拥有经济有效应用前景。

5.汽车催化剂技术在减少汽车尾气上应用。

5.1、初期发展。

人们很早就懂得,某些材料,特别是贵金属元素或某种非贵金属化合物,在温度足够高气流和多余氧气存在条件下,可以产生恰当活性。

于是有人考虑把这种性质应用于汽车发动机下游催化剂，将不完全燃烧CH、CO等氧化。

由于对催化剂毒性,铅被从汽车燃料中脱除出来。

为了消除由于铅脱除带来不良影响,采用了改进内燃机工艺,汽车燃料辛烷值也没有因而减小。

具备恰当活性,可用于催化剂金属太少,仅限于贵金属元素,金属冶炼代价很大。

日后废汽车上催化转化器循环运用技术又使这一问题得以解决。

压缩环境、高气流率和低反作用压力综合因素使汽车催化剂采用整体式,这和许多工业和石化废气催化剂集成构造有很大不同。

整体构造是多孔陶瓷晶体,这些小孔壁上有比表面很大涂层,涂层中分布着贵金属固体颗粒,废气从小孔中通过。

当前,整体式催化剂广泛应用于汽车尾气催化剂,并且,这种技术已经应用于解决工业废气工业催化剂。

5.2、催化剂用贵金属选取。

选取用贵金属作为汽车尾气催化剂因素重要有：

（1）由于催化剂容量很小,而废气流量很大,这需要催化剂能在很短时间将污染物转化,只有贵金属能有如此高活性；

（2）只有贵金属对废气中残留硫氧化物有足够抗毒性；（3）贵金属最不易在高温下与Al，Ce，Zr等反映而失活。

因而,最初催化剂采用Pt和Rh不同比例混合;日后，Pd被应用于三效催化剂中用于增强催化剂对氮氧化物还原作用。

当前，三效催化剂中各金属使用配例如Pt/Rh，Pt/Pd/Rh和Pd/Rh贵金属催化剂均有商业上价值。

5.3、当代催化技术——化学反映和电子控制设备结合。

80年代初期,美国出台了NOX排放原则,对汽车尾气排放做了更加严格限制,这就规定有一种除了可以解决CO和CH之外还能解决NOX新型催化剂。

随着三效催化剂发展,化学反映和电子控制设备越来越受到注重。

CO和CH解决是在氧化条件下进行,而NOX解决则是在富余燃料还原条件下进行。

一开始,这个矛盾是通过采用双反映床转化器来解决。

一方面在还原条件下第一种催化转换器中NOX被还原;在第一种催化剂后加入更多氧气,这样充分氧气进入第二个催化转换器,在这里CO和CH被氧化解决。

双反映床转化器远不是抱负解决手段,由于低空燃比大大影响了燃料运用率,并且限制了发动机使用范畴。

并且在低空燃比导致还原环境下也许是把NOX转换为NH3,而不是所盼望N2。

这样在后续氧化环境中,NH3又被转化为NOX,减少了尾气解决能力。

研究发现,将空燃比控制在适当范畴内,三种污染物都可以在一种催化反映器中有效地去除。

这就需要电子控制系统对发动机中气体反映环境进行实时控制。

这项技术基本思路是采用一种氧气含量传感器,传感器探测还原环境或者氧化环境并将信号传递给发动机电子控制系统。

控制系统将信号反馈到燃料注射系统,从而决定加料限度,这样可以将空燃比控制在适当范畴。

此外,通过引入储氧材料也可以削弱空燃比在最佳点附近摆动。

近来进展是在催化剂之后添加第二个氧含量探测器,下游探测器对热老化和污染物不敏感,并且传感比上游探测器更加平衡气体构成。

这种状况下,虽然是在汽车突然加速或减速时也可保持适当空燃比。

化学反映和电子控制设备结合使用是一种很有前程发展领域。

随着机载计算机技术发展,将会采用更加适当空燃比以减少污染物数量。

5.4、冷启动后短时间内催化剂效率提高。

汽车尾气催化剂应用过程中此外一种事实是:

决定催化剂解决效果核心是对冷启动后很短时间内尾气解决效果好坏。

初期人们开发了某些办法来改进对尾气、特别是CH运用。

通过采用不锈钢来代替老式管材料可以减少尾气热量散失。

尽管这样可以使催化剂不久达到最佳催化温度,但这也意味着催化剂必要承受更高温度。

当前广泛采用减少冷启动期间尾气排放办法是减缓汽车发动机运作,这样可以使尾气带来更多热量。

例如,可以通过推迟点火时间来达到这样效果:

推迟了燃烧,并且可以使尾气得到更充分解决。

除了对汽车发动机和尾气排放系统改进,人们通过改进催化剂整体式布局,使点火行为得到了改进。

通过开发新薄壁和更大比表面积催化剂载体,使催化剂更快地达到使用温度并且有适当面积使催化反映顺利进行。

相应,催化剂形式变化也使得其点火性质得到改进,高含量Pd催化剂正是此类催化剂代表。

当前解决冷启动问题重要办法有紧密耦合催化剂、前置小体积催化剂、电加热和燃烧尾气等技术。

5.5、尾气中颗粒物净化解决。

解决这一问题重要采用两种技术。

第一种是颗粒物催化燃烧,其实现分为两个环节:

一方面,颗粒物捕集,这可以通过催化过滤装置完毕;然后是颗粒物催化燃烧,以可控方式在较低温度下完毕这一环节是困难。

第二种技术是采用持续性可再生捕集催化剂,这种技术是在第一种技术之前添加了氧化催化剂以氧化颗粒物中可挥发组分,同步将NO转化为NO2，NO2比O2有更高氧化性能,可以更加有效推动颗粒物氧化。

5.6、汽车催化剂发展方向。

将来十年值得关注研究方向大体有如下几点:

（1）净化在贫燃条件下产生氮氧化合物解决催化剂开发;

（2）在硫氧化合物存在状况下对含氮化合物能有效氧化催化剂开发;

（3）催化剂中可以吸附HC和NOX材料开发;

（4）对含碳颗粒物能有效燃烧催化剂以及反映器开发;

（5）在尾气产生高温下催化剂稳定性问题;

（6）起火温度低催化剂开发;

（7）抗硫毒性催化剂开发;

（8）低温还原环境中能对CO有效氧化催化剂开发;

（9）抗CO毒性电催化剂开发;

（10）燃料电池电催化剂开发。

6.柴油机尾气微粒净化解决技术

柴油机尾气中具有大量固体微粒，是当今柴油机汽车行业所面临难题之一，至今未有良好解决办法。

柴油机中，微粒和炭烟生成源于高温和局部混合气过浓。

混合气越浓，其中碳成分就越多。

混合气在高于一定温度条件下，某些燃料分子会产生热裂解而分解成许多分子量低而碳比例高碳氢化合物，如乙炔、乙烯等，其中也有自由碳。

以这些裂解产物为核心，会不断使表面增长和凝聚，尺寸不断扩大，形成球形粒子。

到一定尺寸后，各种粒子又会聚成键状集合体。

当燃烧进行到末期，缸内温度下降，某些未燃CH和有机、无机物凝结和粘附在这些集合体表面，这就成为柴油机排气中微粒。

当前净化排气炭烟颗粒办法可采用:

（1）设立排气净化燃烧室以烧掉炭烟颗粒为目。

（2）颗粒过滤装置。

（3）水洗净化或蒸气淋浴等净化废气中有害物质和颗粒。

二、结束语。

汽车自从诞生之日起，给人类发展带来了翻天覆地变化，同步，也带来了严重污染。

世界上因汽车尾气污染而导致劫难不可胜数。

但咱们应当相信，随着科学技术不断发展，咱们一定可以战胜汽车带来尾气污染。

无论是新能源使用，还是SCR技术、电晕技术、催化剂技术发展，都是为了还人类一种蓝天。

但咱们也要苏醒结识到，汽车尾气污染治理任重而道远。

汽车保有量不断上升给尾气治理带来了很大压力。

只有在这方面投入巨大人力、物力和财力，才干使汽车这把双刃剑变成人类发展迈进动力。

参照文献：

【1】黄涛.电晕净化汽车尾气办法与核心技术

【2】夏青松.欧Ⅳ发动机排气后解决技术

【3】刘永莉.汽车催化剂发展回顾及展望

【4】周华祥、龙华、胡家英、任成高、王雪红.汽车尾气污染净化解决技术

【5】张勇.汽车尾气污染及其净化解决技术