船舶尾氣高效脫硝系統(tǒng)的開發(fā)與優(yōu)化.pdf

1、多年以來，由于相關排放標準的缺失、監(jiān)管防治不到位等原因，我國船舶尾氣污染日益凸顯，對眾多港口城市以及內河區(qū)域的大氣質量造成了嚴重的不良影響，引起了全社會的強烈關注，船舶廢氣治理迫在眉睫。其中，NOx作為船用柴油機排放中主要的大氣污染物之一在設立的排放控制區(qū)內受到嚴格排放控制。為滿足Tier III排放標準，船用Urea-SCR技術是最為有效的NOx控制途徑。但由于船內空間狹小、排放尾氣溫度低、工況波動大等惡劣條件，長期存在還原劑尿素分解

2、不充分且副產物沉積結晶等現(xiàn)象，進而導致的還原劑消耗量大、系統(tǒng)腐蝕、管道沉積堵塞等嚴重問題，對整體脫硝系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行提出挑戰(zhàn)。因此，為滿足船舶高效脫硝的要求，解決還原劑尿素分解率低和狹小空間內的系統(tǒng)設計兩個關鍵問題。本研究將針對還原劑尿素的高效分解展開研究，深入分析尿素的分解反應特性研究其中間產物生成情況，并探索性地通過研究利用催化作用改變其分解特性以及優(yōu)化系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)來達到提高尿素產氨率以及減少反應副產物的目的，實驗發(fā)現(xiàn)了尿素在催化

3、作用下分解率與反應選擇性都有較大提升并且優(yōu)選了催化劑配方，結合其產物分布探究了尿素催化分解過程的反應機理與反應路徑。同時，針對典型船舶排放工況開展對應脫硝系統(tǒng)設計優(yōu)化的研究，分析了不同船舶典型運行工況、噴射特性等環(huán)境參數(shù)對還原劑尿素分解的影響規(guī)律，并基于Urea-SCR系統(tǒng)進行參數(shù)的耦合優(yōu)化，最終成功實現(xiàn)船用脫硝系統(tǒng)的工程應用。全文得到的主要結果如下：
　　一、深入研究了還原劑尿素熱解反應過程。對尿素的熱解反應過程進行分析，并通過

4、傅里葉紅外光譜技術（FTIR）對生成的副產物進行分析。通過優(yōu)化色譜條件，建立了一種基于普通C18柱的反相高效液相色譜技術（HPLC）的檢測方法，對尿素及其主要副產物（雙縮脲、三聚氰酸、三聚氰胺）進行標定與定量分析，并得到尿素熱解過程中的反應方程式與分解路徑。
　　二、研究了基于V-Ti催化劑的尿素催化熱解反應過程。通過研究尿素在不同釩負載量的V-Ti催化劑表面的熱解反應特性，篩選得到其催化活性順序為V1Ti>V0.5Ti≈TiO2

5、>V5Ti>V10Ti>純尿素，并且催化劑表面的總酸量與催化活性具有很好的相關性。V1Ti具有最佳的催化活性，使尿素轉化率提高約40％，主要產物NH3、HNCO分別提高32%、40%。通過熱重分析（TG/DTG）發(fā)現(xiàn)尿素及其產物均存在催化分解現(xiàn)象，分解溫度降低。通過FTIR與HPLC結合分析的方法，對比分析了尿素催化熱解過程的產物分布并計算得到反應選擇性，證明了在催化條件下副反應被明顯抑制，并且得到了尿素在V-Ti催化劑表面的催化分解機

6、制與反應路徑。
　　三、研究了實際應用中系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)對還原劑尿素分解的影響作用規(guī)律并進行集成優(yōu)化。設計搭建基于船用柴油機的尾氣處理試驗平臺，通過模擬船舶主機典型工況的排放特性，研究還原劑尿素的噴射參數(shù)、柴油機的工況特性對尿素分解率以及產氨率的影響規(guī)律，進而與Urea-SCR系統(tǒng)耦合進行脫硝實驗研究，并在50-100%負荷范圍內實現(xiàn)低于IMO Tier III排放標準。最終，基于本文的研究成果，成功對舟山某漁船進行脫硝系統(tǒng)改造，并在