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尾气后处理器技术综述

2009-07-31 07:00:00 庄志伟

    由于地球环境日益恶化,环保议题也更加受到重视,欧美各国柴油车污染排放无不实施更严格之管制措施,以欧洲为例,其轻型柴油车PM排放管制EuroIV比EuroIII的管制量降低50%,NOx也降低50%;而重型柴油引擎PM排放管制则降低80%;NOx降低30%,如图1、图2所示。

尾气后处理器技术综述

图1 重型柴油引擎EuroIII与EuroIV污染排放标准比较

尾气后处理器技术综述

图2 轻型柴油车EuroIII与EuroIV污染排放标准比较

    美国也决定了2007重型柴油引擎排放标准,PM为0.01g/bhp-hr;NOx为0.20g/bhp-hr,与现在的1998年标准相比,新规则在NOx水平代表95%降低(目前在4.0g/bhp-hr),在PM排放有80-90%降低(当前卡车引擎在0.1g/bhp-hr和城市的公共汽车在0.05g/bhp-hr)。这也意味着后处理器的强迫使用。

    以目前情况来看,符合我国三期排放标准车辆中已约有50%配置使用氧化触媒等废气排放后处理器组件,其对HC和部分PM具有改善作用,而对NOx及PM中碳成分却无影响。为因应未来更严格的排放标准,各大车厂无不积极投入De-NOx触媒及PM粒状污染物捕集器之开发工作,期以符合法规要求。

    环顾国内情况,我国柴油引擎技术大部分是依赖国外原厂提供,对于国内几家大厂而言,技术来源或许较无问题,但对于生产及代理数量较少之车厂,其技术能力之获得则必然发生困难。因此,于实施下一阶段排放标准前,政府相关单位应建立起柴油车污染控制后处理器之相关技术能力来协助车厂因应污染排放的控制工作。 

●  国内外后处理器技术发展现况

    在全球法规污染物排放标准更加严苛的发展趋势下,若单纯只透过改良引擎燃烧行为、降低机油消耗量及减少柴油中的硫含量等方式,仍然不足以保证能完全符合较严苛的法规标准值,故借助于后处理系统的二次减量仍在所难免。

    (一)氧化触媒转化器

    选择后处理系统时,必须考虑下列因素:效率、背压、耐温、耐久、成本。截至目前为止,氧化触媒转化器之经济效益最大,其优点如下:

    1.符合法规需求 

    可氧化SOF达80﹪以上,但对碳粒无氧化能力,因此须配合燃烧行为预先减少碳粒生成,并控制柴油中的硫含量低于0.05﹪,以避免生成硫酸及金属类硫酸盐等粒状污染物。

    2.环境保护

    柴油引擎采过氧燃烧,只要排气温度维持在170℃以上,触媒转化器即能充分氧化HC及CO,并能大幅减少乙醛与PAH,降低致癌机会。

    3.开发弹性 

    氧化触媒能氧化柴油及机油发生的碳氢化合物,故能控制因制造差异生成的污染物,使不至于逾越法规值,并容许工程人员开发的污染防制技术时,不会发生顾此失彼的现象。

    开发柴油引擎用的触媒转化器,除必须考虑它的空间速度、密度、背压、触媒担体及贵重金属外,尚须留意柴油硫含量,机油添加剂及排气温度,避免影响耐久性能。

    (二)其他后处理技术

    正在发展中的技术包括氮氧化合物吸附器(NOxAbsorber)、连续性再生柴油引擎粒状污染物过滤器(CR-DPF)、柴油引擎粒状污染物催化过滤器(CDPF)等。近来美国能源部(USDOE)、引擎制造商协会(EMA)与污染排放控制装置制造商协会(MECA)合作的计划已着手研究柴油燃料含硫量等级在3、16、30、150与350ppm时,对重型与轻型柴油引擎在这些污染控制技术方面的影响。

    1.NOx防制技术方面:

    废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)

    废气再循环系统(EGR)是利用所排放出之废气再次导入燃烧室中反应燃烧,藉由降低燃烧时之最高温度,以达到NOx污染排放减量的效果,应用上需配合增压器与中间冷却器来使用。废气再循环系统(EGR)平均可使得氮氧化合物减量可达40﹪。在轻型汽油车及柴油车上,经常可以看到EGR系统。

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