[发明专利]用于去除柴油机NOx的介质阻挡放电耦合催化剂整体反应器

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种用于去除柴油机NO_x的介质阻挡放电耦合催化剂整体反应器，特别是一种用于宽反应温度窗口NH₃-SCR(氨气-选择性催化还原)去除柴油机NO_x的介质阻挡放电耦合SCR催化剂整体反应器，属于柴油机尾气排放污染物控制技术领域。

背景技术：

柴油机排放产物中氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)存在先天的“trade-off”效应，单纯采用机前、机内措施都难以使柴油机排放达到日趋严苛的排放法规要求，国际上普遍认为要使车用柴油机NO_x和PM排放同时达到欧IV及以上排放标准，必须采用机内、机外控制相结合的方法。而NH₃-SCR技术由于其NO_x转化效率高，催化剂抗硫中毒性能强且在同等输出功率前提下，可降低5％～7％的油耗等优点被认为降低柴油机NO_x排放最具发展前景的技术之一。

NH₃-SCR技术所采用的钒类催化剂(如TiO₂/WO₃/V₂O₅)在300℃～400℃反应温度窗口发生如式(1)所示的标准SCR(Standard SCR)反应，其有较高的NO_x催化转化活性，但该催化剂低温工况下(反应温度＜250℃)活性较低，导致NO_x还原效率大幅度降低。

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O                          (1)

而柴油机在低温冷启动或怠速阶段时，排气温度比较低，NO_x与NH₃反应的NO_x还原效率很低，因此在城市路况下，NO_x排放很难达到预期的目标。对此，现有的催化器类柴油机尾气净化装置均无法有效加以解决。因此，有效解决柴油车低温冷启动和怠速时NO_x排放超标问题，即拓宽NH₃-SCR反应温度窗口是使柴油车真正成为清洁汽车的当务之急。

研究发现当增加柴油机尾气NO_x中NO₂比例可以在低温工况下(反应温度＜250℃)大大增加SCR对NO_x的转化效率，当NO和NO₂的摩尔比接近1∶1时，即可以实现所谓的快速SCR(Fast SCR)反应过程，其反应如式(2)所示。

2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O                          (2)

由于标准SCR所需的活化能为73.5kJ/mol，而快速SCR反应所需的活化能仅为25.2kJ/mol，故后者的反应速率比前者大一个数量级，所以快速SCR反应可以使SCR反应即使在较低的温度窗口范围内(100℃～250℃)仍具有较高的NO_x催化转化效率。

众所周知，含氧气体放电诱导的低温等离子体中含有O、O₃等氧化性较强的物质，研究发现，NO氧化成NO₂是反应必须经历的中间过程，低温等离子体放电过程可以有效地将NO氧化成NO₂，在等离子体反应器中，存在大量的离子、电子、自由基、活性原子、激发态原子或其它活性基团，这些高活性的基团可以很好地被用来激发下一步的化学反应，当反应气体中含有较高浓度的活性基团时，该反应很容易被激发，采用等离子体辅助催化技术时，等离子体反应中产生的高活性基团可以被催化反应充分利用。介质阻挡放电属于低温等离子体放电的一种，其安全性好，结构简单，放电稳定、均匀、漫散，并能有效降低放电所需的能量。