低温等离子体高效脱除汽车排气NO_x研究

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汽车尾气中的NOx,不仅严重危害人体的健康,而且还会对环境造成极大的污染。现有的机外净化技术存在着各式各样的问题,不能有效控制NOx的排放。低温等离子体(NTP)是近年来在处理废水、废气上新兴的一门技术,它以处理效率高、无二次污染而闻名。本文尝试运用数值模拟、试验研究相结合的方法,研究低温等离子体(NTP)脱除汽车排气中的NOx。首先运用CHEMKIN PRO软件,对低温等离子体脱除NOx进行了模拟分析;其次,设计了以柴油机模拟尾气为气源的低温等离子体脱除NOx的实验装置,并对NOx有效脱除问题展开了研究;最后,在一台单缸柴油机上,安装了一套NOx脱除装置,并对部分研究内容进行了实验验证。研究结果如下:(1)模拟分析可知:低温等离子体能够脱除混合气(O2为10%,NO为500ppm,N2为平衡气体)中的NO,脱除效率在34%左右;混合气中加入适量的C2H4/C3H6,能促进NO氧化为NO2,其中C2H4能使NO脱除效率上升到50%左右,C3H6能使NO脱除效率达到90%。(2)运用自制介质阻挡放电(DBD)装置脱除NOx的实验过程中,只有达到一定的电压即气体击穿电压(10 kV以上),才能使混合气体发生电离、重组反应,进而脱除NOx。(3)反应温度直接影响着NOx的有效脱除,温度过高过低都会导致NOx转化率下降,最佳温度范围为150℃~250℃,此温度区间有利于NOx的转化。(4)在NO/N2/O2进气体系下,随着O2含量的增加,NOx的脱除效率逐渐减少。当混合气中含有少量O2时,NOx能达到较高的脱除率。NOx脱除的主要途径为:(a)放电后NO2首先被N原子还原为NO,随着电压的升高,转化速率加快;(b)当混合气中含有大量N原子时,NO进一步被还原为N2。O2的存在(特别是含量较多时),将大大削弱NOx的有效脱除。(5)CO有利于促进NTP技术脱除NOx。NTP作用下,CO不仅能和O2反应,消耗其含量,同时CO也和NO发生氧化还原反应,生成N2和CO2,同时去除NO与CO。(6)实验混合气中加入适量的水蒸气有利于NOx的脱除。水蒸气主要通过三种方式影响NOx的脱除。(a)高能电子碰撞水蒸气生成H、OH原子团,OH与NO反应生成亚硝酸,亚硝酸进一步与OH反应产生NO2。(b)水蒸气与电离O2产生的激发态O反应生成OH,强氧化性的OH将NO氧化为NO2。(c)高能电子碰撞水蒸气生成的H与O2发生反应生成强氧化性HO2,HO2将NO氧化为NO2。低温等离子体技术能有效的脱除汽车排气NOx,未来此技术的应用局限在于如何减少排气中氧气含量及节省能耗。
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