Urea-SCR催化器热失活特性数值仿真

摘要

随着我国排放法规日趋严格，NOx排放限值不断降低。柴油机仅依靠机内净化技术已不能满足NOx排放要求，因此有必要采取机外控制措施。SCR技术是控制柴油机NOx排放的有效手段。法规要求SCR催化器的耐久性里程不得少于16万公里。针对法规要求，本文对SCR催化器的热失活特性展开数值研究。
　　基于反应动力学基本理论，结合NH3-SCR反应机理、反应速率模型、传热传质模型和储放氨模型，建立了SCR催化器单孔道反应动力学模型。采用Fluent耦合 Chemkin的技术路线，对孔道内的多相催化反应过程进行模拟，得到NO浓度场和温度场的分布规律，并进行SCR催化器性能台架试验，试验结果表明转化效率的仿真值与试验值一致性较好，验证了单孔道反应动力学模型。
　　分析SCR催化器的老化形式，并从催化剂颗粒直径和反应速率变化的角度对催化剂热失活特性进行研究。基于反应动力学模型，考虑SCR催化剂相对活性的降低，建立SCR催化器热失活动力学模型。
　　根据快速老化循环，采用单孔道模型进行催化器热失活过程的数值模拟，得出催化器热失活前后孔道内的NO浓度场以及温度场的分布规律，得出不同热失活阶段后催化剂相对活性、NO转化效率以及催化器起燃特性的变化规律。为了研究催化剂相对活性沿载体径向的变化情况，建立SCR催化器二维流动模型，模拟载体入口处的温度变化，并以载体不同径向处的温度为单孔道的初始条件计算催化剂的平均粒径和相对活性变化。最后利用Matlab软件计算出不同热失活阶段后催化剂平均颗粒直径沿载体轴向截面的分布情况，得出载体的中心和前端热失活最为严重。
　　通过研究SCR催化剂老化机理，本文建立了SCR催化器老化的数值仿真方法，得出催化剂相对活性、NO转化效率、起燃特性以及颗粒平均直径等老化特性参数的变化规律。

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目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 SCR催化器老化研究

1.3 课题来源及论文研究内容

第2章 SCR催化器反应动力学模型

2.1 SCR催化器概述

2.2 反应动力学概述

2.3 SCR催化器反应动力学模型的建立

2.4 本章小结

第3章 SCR催化器反应动力学模型仿真

3.1 反应动力学模型仿真过程

3.2 反应动力学模型仿真结果分析及验证

3.3 本章小结

第4章 SCR催化器热失活动力学模型

4.1 SCR催化器老化形式分析

4.2 SCR催化器热失活动力学模型的建立

4.3本章小结

第5章 SCR催化器热失活动力学模型仿真

5.1 快速热失活过程的仿真步骤

5.2 仿真结果及分析

5.3 催化剂平均粒径变化

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与论文相关的科研成果