低温等离子体净化柴油机尾气研究综述

摘 要：柴油机作为最主要的船舶动力推进设备，船舶数量也随之成逐年上升的趋势。庞大的船队规模带来的船舶柴油机污染物排放也引起了广泛的关注。船舶柴油机废气排放污染物主要包括氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物和微粒等。国内外范围内有大量学者研究表明，低温等离子体技术能有效净化柴油机尾气排放。

关键词：柴油机尾气；低温等离子体；氮氧化物；PM

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.221

1 引言

随着经济贸易全球化的快速发展，航运业得到了迅猛发展，据统计，船舶每年NOx排放量约为 1275 万吨，CO2排放量约为 43800万吨，SOx 排放量约为 1054 万吨，其中NOx排放对环境危害大、控制困难[1]。近年来，国内外采用低温等离子体处理柴油机尾气，这项技术具有能耗低、净化效率高，无污染等优点。

2 低温等离子体

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。以介质阻挡放电形式运用最为广泛。如图1、2所示。

3 低温等离子体处理PM

低温等离子体装置可产生带氧化性质的气体以及自由基，其可以氧化柴油机尾气中的颗粒物。吴江霞采用烟度计来研究NTP对尾气中PM的处理情况[2]，研究了不同能量密度下NTP处理PM的效果。图三给出了烟度随能量密度的变化关系，可看出，能量密度从10J/L增加到30J/L时，烟度值呈下降趋势，继续加大能量密度，烟度值趋于稳定，所以NTP对PM有较好的去除效果。

4 低温等离子体处理NOx

韩国济州国立大学化学系Young Sun Mok教授等人研究了介质阻挡放电（DBD）和催化混合法用于除去柴油发动机排气中氮氧化物和颗粒物的方法。此研究表明，这种混合工艺可同时除去柴油机废气中的氮氧化物和颗粒物[3]。重庆大学吴福堂硕士采用高压脉冲放电低温等离子体技术对汽油机尾气进行后处理研究。在重庆大学内燃机实验室做了发动机台架实验。实验结果表明高压脉冲等离子体对发动机尾气中的主要有害气体具有很强的净化功能，但净化效率不仅受到NTP放电参数的影响，同时还受到发动机使用工况的影响[4]。图4、图5表示NO净化率随低温等离子电压、频率参数的变化情况。

从两图中可以看出，NO净化率随低温等离子体电压、频率参数升高而升高，但达到一定值时将达到净化率最大值，超过以后则会下降。所以，需控制好设备参数的调整即能有效去除NOx ，达到净化柴油机尾气的效果。

5 总结

低温等离子体在放电过程中会激发产生大量的活性基体， 显著提高催化剂的活性，产生臭氧等气体与排气中的NOx、HC和PM等进行反应，如将NO氧化成高价氧化物NO2等。大幅提高了NOx转化率和PM去除率。另外，低温等离子体净化尾气技术具有流程短、转化率高、处理彻底、无二次污染、适应温度范围广、对燃油含硫量无要求等特点，越来越多的研究机构和生产厂商从事这方面的研究和开发。

如果将低温等离子体放电与催化还原设备如SCR相结合，用于低温工况下柴油机 NOx的选择性还原，是极具吸引力和应用前景的研究方向。

参考文献：

[1]李世用.船用柴油机Urea-SCR系统仿真与优化设计[D].大连海事大学，2012.

[2]吴江霞，蔡忆昔，赵卫东，李小华等.低温等离子体处理柴油机NO_x和PM试验研究[J].环境工程学报，2008（08）：1078-1082.[12]陈殿英.低温等离子体及其在废气处理中的应用.化工环保，2001，21（03）：136-139.

[3]Young Sun Mok， Yil Jeong Huh. Simultaneous removal of nitrogen oxides and particulate matters from diesel engine exhaust using dielectric barrier discharge and catalysis hybrid system [J].Plasma Chemistry and Plasma Processing， 25（2005） 625-639.

[4]吳福堂.低温等离子体净化装置对降低汽油机尾气排放污染的实验研究[D].重庆大学，2008.

作者简介：尹钊（1993-），硕士在读，研究方向：船舶柴油机尾气排放控制。

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