汽车尾气污染治理技术24499.docx
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1、大气污染染控制工程程论文 论论文题目:汽车尾气气污染控制制技术研究究现状及发发展趋势 学学 院:环 境 科 学 与 工 程学 院 指指导老师:路 培 姓姓 名:黄 维学 号:20008032201066班 级:环 境 科 学 08001 目 录1.前言32.汽车尾尾气概述32.1汽车车排放污染染物及其危危害32.1.11一氧化碳碳32.1.22氮氧化物物32.1.33碳氢化合合物42.1.44硫氧化物物42.1.55挥发性有有机物42.1.66臭氧42.1.77铅42.1.88碳烟微粒粒42.2汽车车尾气污染染现状53汽车尾气气处理技术术现状53.1机内内净化技术术53.2机外外净化技术术63
2、.2.11贵金属催催化剂63.2.22非贵金属属催化剂63.3提高高燃油品质质73.4替代代原料技术术73.4.11燃料电池池73.4.22燃气(天天然气、液液化石油气气)73.4.33乙醇汽油油83.4.44生物柴油油84.汽车尾尾气处理技技术发展趋趋势84.1低温温等离子技技术84.2光催催化降解技技术94.3汽车车尾气新型型净化催化化剂94.4利用用尾气发电电驱动104.5磁驱驱动技术105.结语10参考文献10汽车尾气污污染控制技技术研究现现状及发展展趋势 黄维 20008032201066 环环科08001 1.前言 随着着汽车工业业的飞速发发展,人们们的出行条条件得到了了极大的改改
3、善,同时时在很大程程度上也推推进了社会会经济的发发展,呈现现出一片繁繁荣的景象象,出行变变的舒适而而便利。无无论在发达达国家还是是发展中国国家,汽车车都具有巨巨大的市场场空间,尤尤其是中国国。城市汽汽车保有量量迅速递增增,汽车排排污负荷幅幅度加大,直直接影响到到空气环境境质量及人人们的健康康。 对汽汽车尾气污污染控制技技术的研究究无疑是当当今的一个个重要课题题1。2.汽车尾尾气概述2.1汽车车排放污染染物及其危危害尾气污染主主要是指柴柴油、汽油油等机动车车燃料因含含有添加剂剂和杂质,在在不完全燃燃烧时,所所排出的一一些有害物物质对环境境及人体的的污染和破破坏。汽车车发动机排排放的尾气气中有一部
4、部分毒性物物质在燃料料不完全燃燃烧或燃气气温度较低低时产生较较多。尤其其是在次序序起动、喷喷油器喷雾雾不良、超超负荷工作作运行时,燃燃油不能很很好地与氧氧化合燃烧烧。另一部部分有毒物物质,是由由于燃烧室室内的高温温、高压而而形成的。汽车排放的的尾气中含含有上千种种化学物质质,除空气气中的氮、氧氧和水蒸汽汽为无害成成份外,其其余均为有有害成份。这这些有害物物质可分为为气体和颗颗粒物两大大类。气体包括:一氧化碳碳、二氧化化碳、氮氧氧化合物、碳碳氢化合物物、硫氧化化合物、挥挥发性有机机物和臭氧氧等。颗粒物包括括:碳黑、焦焦油和重金金属等22。2.1.11一氧化碳碳汽车发动机机若进气不不足或燃油油喷射
5、时间间过长,使使得气缸内内燃油不能能完全燃烧烧,则汽车车尾气中将将产生COO。CO与血液液中的血红红蛋白结合合的速度比比O2快250倍。CO经呼吸吸道进入血血液循环,与与血红蛋白白亲合后生生成碳氧血血红蛋白,从从而削弱血血液向各组组织输送氧氧的功能,导导致人体缺缺氧,危害害中枢神经经系统,造造成人的感感觉、反应应、理解、记记忆力等机机能障碍,引引起头晕、头头痛、呕吐吐等中毒症症。重者危危害血液循循环系统,导导致生命危危险。即使是微量量吸入COO,也可能能给人造成成可怕的缺缺氧性伤害害。交通高高峰时段常常常出现CCO的污染染峰值,汽汽车内浓度度有时比车车外更高3。 2.11.2氮氧氧化物 氮氧氧
6、化合物主主要是指一一氧化氮和和二氧化氮氮,它是发发动机大负负荷工作时时,在燃烧烧室高温富富氧的环境境中产生的的一种褐色色且有臭味味的气体。氮氮氧化合物物吸入肺部部后能形成成亚硝酸和和硝酸,对对肺组织产产生强烈的的刺激和伤伤害,以致致引起肺部部病变。当当空气中氮氮氧化合物物含量达11020pppm时,可可刺激鼻粘粘膜、咽喂喂、气管、眼眼角膜等,引引起呼吸道道干涩不适适,流泪及及红眼病等等病症;当当氮氧化合合物超过5500pppm时,几几分钟内就就可使人出出现肺气肿肿而死亡。在二氧化氮氮浓度为99.4mg/m3的空气中中暴露100 minn,即可造造成人的呼呼吸系统功功能失调。此此外,氮氧氧化物还
7、会会导致酸雨雨和光化学学烟雾污染染,在水系系中的沉降降会造成富富营养化。2.1.33碳氢化合合物碳氢化合物物是不完全全燃烧的排排放物,包包括未燃和和未完全燃燃烧的燃油油和机油蒸蒸汽,气态态时是VOOCs,固固态则为颗颗粒物。单单独的碳氢氢化合物只只有在浓度度相当高的的情况下,才才对人体产产生伤害,一一般影响不不大。但碳碳氢化合物物和氮氧化化合物在阳阳光紫外线线照射下发发生化学反反应,形成成光化学烟烟雾。当光光化学烟雾雾中的化学学氧化剂超超过一定浓浓度时,即即对人体产产生较强刺刺激性,人人体吸人后后可明显感感觉到呼吸吸系统不适适,引起急急性喘息症症。2.1.44硫氧化物物主要是指SSO2,它是形
8、形成酸雨的的主要成分分,严重污污染河流、湖湖泊等水系系,殃及野野生动植物物的生存安安全,破坏坏生态系统统的自然酸酸碱平衡,并并严重腐蚀蚀建筑物。对对人类会造造成气管壁壁绷紧,使使呼吸道疾疾病加重,患患有心肺疾疾病和哮喘喘病的人尤尤其敏感。汽汽车尾气中中SO2主要来源源于柴油车车的排放。2.1.55挥发性有有机物包括多环芳芳烃(PAAH)、苯苯系物、烯烯烃等,是是光化学烟烟雾形成的的前体物。苯已被证明是致癌物质,WHO(世界卫生组织)认为即使微量的苯,对人体健康也是有害的。除尾气排放外,汽车燃油箱和加油过程中也会排放挥发性有机物。2.1.66臭氧光化学烟雾雾主要的生生成物是臭臭氧,具有有强氧化性
9、性,可使空空气能见度度降低,橡橡胶制品开开裂损坏,植植物受害。臭臭氧刺激呼呼吸系统的的黏膜,导导致咳嗽、呼呼吸困难,削削弱肺功能能,对室外外锻炼的人人特别有害害。臭氧还还引起一些些常见症状状,如头疼疼、眼鼻喉喉刺痒、深深呼吸时胸胸部不适等等。臭氧会会增加人对对过敏源如如花粉的敏敏感性,也也降低人体体对细菌和和病毒的抵抵抗力,如如易引起感感冒、肺炎炎等。2.1.77铅铅是有毒的的重金属元元素,为了了改善燃油油的抗爆性性,人们在在汽油中添添加含铅物物质四乙基基铅或甲基基铅,导致致汽车尾气气排放时产产生含铅化化合物。城市大气中中的铅600以上来来自汽车含含铅汽油的的燃烧。铅铅化合物以以颗粒状排排人大
10、气中中,是污染染大气的有有害物质。人人体长期吸吸入含铅颗颗粒浓度较较高的空气气后,铅会会逐渐在体体内积累。当当达到一定定程度时,铅铅阻碍血液液中红血球球的生长,致致使人体正正常造血功功能降低,血液、心肺器官等发生病变4。而铅对脑细细胞和中枢枢神经的损损害更是不不可逆转的的,铅侵入入人体大脑脑时会引起起头疼、精精神恍惚,严严重时甚至至会出现昏昏迷、惊厥厥等铅中毒毒症状。由由于铅尘比比重大,通通常积聚在在1m左右高度度的空气中中,因此对对儿童的威威胁最大,直直接影响儿儿童的智力力发育。2.1.88碳烟微粒粒是指柴油发发动机燃烧烧不完全所所排出的黑黑色烟雾状状的炭烟颗颗粒。炭烟烟微粒能影影响大气、道
11、道路的能见见度,并含含有少量带带有特殊臭臭味的乙醛醛,吸入后后使人感到到恶心和头头晕。微粒粒表面吸附附的可溶性性有机物对对人的呼吸吸道也有较较大伤害。固体悬浮颗颗粒的成分分很复杂,并并具有较强强的吸附能能力,可以以吸附各种种金属粉尘尘、强致癌癌物苯并芘芘和病原微微生物等。固固体悬浮颗颗粒随呼吸吸进入人体体肺部,以以碰撞、扩扩散、沉积积等方式滞滞留在呼吸吸道的不同同部位,引引起呼吸系系统疾病。当当悬浮颗粒粒积累到临临界浓度时时,便会激激发形成恶恶性肿瘤。此外,悬浮浮颗粒物还还能直接接接触皮肤和和眼睛,阻阻塞皮肤的的毛囊和汗汗腺引起起皮肤炎和和眼结膜炎炎,甚至造造成角膜损损伤5,6。2.2汽车车尾
12、气污染染现状随着汽车社社会拥有率率的大幅增增加,汽车车尾气对大大气造成的的污染也日日益加重。从从全国来看看汽车尾气气污染分担担率已经上上升到了995,年年排放一氧氧化碳为33500万万吨,碳氢氢化合物为为500万吨吨,氮氧化化合物为3380万吨吨6。我国定期发发布空气质质量周报的的30个城市市的资料显显示,有相相当一部分分城市的空空气呈现中中度、重度度污染。环环保部门监监测表明:大气中HHC的96,CO的86,NO。的56来自自机动车排排放,北京京、上海、广广州等100余个城市市已经出现现最为严重重的光化学学烟雾的先先兆。上海19993-19994年监测测结果表明明:主要交交通路口和和路段大气
13、气中的COO平均浓度度超标率达达27,最最大超标倍倍数为2.1倍,NOx平均浓度度超标率为为85,最高日日均浓度超超标倍数达达9倍;广州州19944年大气环环境监测结结果表明:NOx、CO及总悬浮浮颗粒物(TSP)污染严重重,其中以以NOx污染最最为严重,在在繁忙区域域,NOx日均值超超标率达880.4;其他他城市主要要交通道路路上大气污污染物超标标现象亦很很严重,有有资料表明明,这些区区域的汽车车尾气污染染都很严重重。而且,近年年来随着我我国汽车产产销量的迅迅速增长,我我国的汽车车保有量越越来越多,都都集中在大大城市,而而且车况差差,都集中中在大城市市,原油质质量低,单单车的排污污往往高出出
14、国外同类类车的几倍倍,因此汽汽车尾气已已对我国城城市空气质质量造成巨巨大的威胁胁7-100。3汽车尾气气处理技术术现状3.1机内内净化技术术机内治理技技术是通过过对发动机机的调整和和改造,改改善燃烧过过程,以防防止或减少少有害污染染物在机内内生成。机机内净化的的主要方式式是改进发发动机的燃燃烧方法,即即利用所谓谓稀薄燃烧烧方式来接接近理想燃燃烧方式,以以在较好的的条件下使使混合气体体燃烧,减减少污染物物的发生量量。由于一氧化化碳的生成成主要取决决于空燃比比,氮氧化化物的生成成主要取决决于燃气的的最高温度度、在高温温下停留时时间和燃气气中的含氧氧量,根据据他们生成成的特点,科科学家有针针对性地进
15、进行了治理理技术研究究。其措施施有:一是是改进燃烧烧室结构,如如采用复合合涡流控制制燃烧,MMCA-JJET三门门发动机;二是改进进点火系统统,如在化化油器上设设置断油装装置和稀混混合气供给给装置,采采用延迟点点火装置和和晶体管点点火装置等等11。目前国外已已运用的机机内净化方方法有:延迟点点火法、废废气再循环环装置(EEGR)、控控制燃烧装装置(CCCS)、清清洁空气装装置(CAAP)、电电子控制汽汽油喷射系系统装置等等,都能有有效的降低低一氧化碳碳、碳氢化化合物的排排放量,抑抑制氮氧化化物的生成成。3.2机外外净化技术术机内净化能能减少有害害气体的生生成,但不不能除去已已生成的有有害气体。
16、通通常人们更更关注的是是机外净化化。催化净净化是目前前研究与应应用最多的的机外净化化方式。70 年代代以来,许许多国家都都进行了汽汽车尾气净净化催化剂剂的研究。目目前已投入入使用的催催化剂主要要有贵金属属催化剂和和非贵金属属催化剂两两种。目前已投入入使用的催催化剂主要要有贵金属属催化剂和和非贵金属属催化剂两两种。3.2.11贵金属催催化剂1978年年美国Enngelhhard公公司首先推推出了同时时有效地处处理汽车尾尾气中的CCO、HC和NOx三种种气体的贵贵金属三效效催化剂TTWC。80年代中中期,TWWC的制备备和应用已已趋成熟,它它以蜂窝状状堇青石为为第一载体体,以-Al2O3为第二载载
17、体,Ptt、Pd和Rh为活性性组分,CCe、La等稀土土元素作为为助剂。贵金属催化化剂TWCC具有机械械强度高,比比表面积大大,气阻小小和活性高高等优点,在在105r/h的高高速和30006550条件件下对3种污染物物的转化率率均高于880%,且且行车100104km无明显显失活,但但它也有自自身的不足足。首先,它它的转化率率受空燃比比(A/FF)影响较大大。只有在在发动机AA/F达14.66的条件下下操作时,催催化剂对HHC、CO及NOx的净净化才可同同时达到最最佳值。因此,2等等发达国家家的汽车排排气管中普普遍安装了了具有氧探探头的燃料料喷射电子子控制系统统,以控制制A/F比在在理想的状状
18、态。其次次,Pt、Rh、Pd等贵金金属价格昂昂贵,资源源有限,且且抗SO2和Pb中毒性性能差,限限制了它的的普遍使用用12。因此,国国内外科研研工作者开开始致力于于非贵金属属催化剂方方面的探索索。3.2.22非贵金属属催化剂近年来,过过渡金属和和稀土元素素的氧化物物型和复合合氧化物型型催化剂一一直受到人人们的重视视。已有一一些过渡金金属氧化物物型、钙钛钛矿型的催催化剂研制制成功并投投入使用。对对于稀土资资源丰富的的我国来说说,开发非非贵金属催催化剂具有有广阔的前前景。谭宇新等以以稀土元素素La、Ce 和过渡元元素Cu、Ca、Mn 为主添加加少量Pdd作为活性性组分,研研制出Laa-Co-Cu-
19、MMn-Ce-Pdd等稀土催催化剂具有有高活性,高高热稳定性性和和低起燃温温度,操作作弹性好等等特点。有的研究者者以Fe2O3为载体,经经高温焙烧烧制成一种种新型复合合金属氧化化物催化剂剂WCX-1(Re-NNi-Coo-Cu-Ox/FFe2O3),该催催化剂具有有较好的高高温活性及及很强的抗抗SO2中毒和抗积积炭性能。3.3提高高燃油品质质燃油品质与与汽车尾气气也有着重重要的关系系,为此世世界各国,特特别是发达达国家不断断对汽油质质量做出越越来越严格格的规定。通通常,降低低汽油中苯苯、硫、芳芳烃、烯烃烃含量,降降低雷德蒸蒸汽压,并并在汽油中中添加含氧氧化合物,可可以减少汽汽车尾气中中污染物的
20、的排放。此外,世界界各著名机机构研究的的固体酸烷烷基化技术术都能有效效减少汽油油中的烯烃烃含量,降降低汽油的的蒸汽压此外,采用用吸附脱硫硫技术、催化蒸蒸馏脱硫技技术、选择择性加氢脱脱硫工艺、在在重整装置置中增加苯苯抽提工艺艺等都能有有效减少汽汽油中硫、苯苯、芳烃的的含量,提提高汽油的的品质,改改善汽油的的质量,从从而降低汽汽车尾气中中有害物质质的排放量量,减轻汽汽车尾气的的危害。3.4替代代原料技术术3.4.11燃料电池池燃料电池是是一种新型型的无污染染、无噪声声的汽车动动力源,它它可不经过过燃烧而直直接将燃料料的化学能能转化为电电能。其可可靠性高,适适用性强,能能量转换效效率高,污污染小,噪
21、噪声低。按电解质划划分,燃料料电池大致致分为五类类:碱性燃燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池( PEMFC)。以PEMFC 为例,其反应原理如图(1)所示。氢气(为了保持膜湿润,一般在进入电池前进行湿化处理)进入电池扩散至阳极催化层与膜的界面,在铂催化剂的作用下失去电子,形成质子,质子由膜导通,在阴极与膜的界面,在铂催化剂的作用下与氧结合生成水,形成的水以蒸汽或冷凝水的形式由过剩的反应气从阴极气室排走。3.4.22燃气(天天然气、液液化石油气气)采用清洁燃燃料治理汽汽车尾气污污染,天然然气、液化化石
22、油气是是汽车燃料料的理想替替代物。它它们在发动动机内可以以充分燃烧烧,汽车发发动机不必必作大的改改动就可直直接使用,使使汽车所排排放的污染染成分大大大低于汽油油发动机和和柴油车。近近年来由于于环境保护护的压力和和能源危机机的影响,燃燃气汽车得得到世界上上大多数国国家政府的的重视支持持。日本已已决定从22000年年开始,在在国内大量量推广燃气气汽车。其其它燃气汽汽车生产大大国,如德德国、法国国等也不甘甘落后,纷纷纷投入研研制开发新新型的燃气气汽车。大大量的研究究表明,汽汽车采用燃燃气后,尾尾气排放污污染会显著著降低,且且成本费用用低,安全全性高,使使用性能好好。在我国燃气气汽车的推推广活动已已于
23、上世纪纪末,本世世纪初在全全国范围内内蓬勃展开开。北京、上上海、四川川川东地区区等12个城市市和地区被被国家确认认为清洁汽汽车试点示示范城市( 地区),在全面加强对汽车排放控制管理的同时,重点开展压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)汽车推广工作。截至2002年6月底的统计,12个城市(地区)共建成加气站360余座,改装燃气汽车13余万辆。上海市的LPG加气站达80余座,遍布全市区,80%的出租汽车燃用LPG。北京市的单一燃料CNG公交车已达到2000余辆,成为世界拥有CNG公交车最多的城市。四川充分利用天然气资源的优势,成都、德阳、绵阳等城市共建成CNG加气站60余座,改装CNG汽车17
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