柴油机后喷燃油定向裂解与DOC/CDPF催化燃烧的协同机制研究
批准号:
52076104
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王攀
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王攀
中文摘要
围绕柴油机缸内后喷与DOC/CDPF催化技术深度匹配的关键问题,申请人提出了柴油机后喷燃油定向裂解与非均匀DOC/CDPF催化剂设计耦合的新思路,采用综合实验和量子化学计算相结合的方法开展应用基础研究。本项目拟以后喷柴油或其它燃料和非均匀DOC/CDPF催化剂为研究对象,主要内容包括:(1)研究DOC/CDPF活性相位梯度分布的调控机制;(2)后喷燃油碳链热裂解或氧化裂解与重整的影响研究;(3)后喷燃油定向裂解反应途径调控机制;(4)后喷燃油定向裂解与DOC/CDPF催化燃烧协同控制研究。通过原子尺度来测定表面结构以明确催化剂活性形成的本质,研究催化活性相位非均匀分布的调控机制,探究后喷燃油碳氢官能团的裂解和重整演变规律,以及裂解组分在非均匀DOC/CDPF催化剂表面的化学反应路径和机理,建立后喷燃油定向调控与非均匀DOC/CDPF催化系统的构效关系,为实现柴油机近零排放提供基础。
英文摘要
Aiming at the key problem of deep matching between the in-cylinder post-injection and the DOC/CDPF catalytic technology, a novel project was present based upon synergetic the directional cracking of post-injection fuel of diesel engine and the design of he non-uniform DOC/CDPF catalyst system. The researches were carried out with the methods of comprehensive experiments and the quantum chemical calculation. Post-injection fuel or other fuels and non-uniform DOC/CDPF catalysts were taken as the primary research object, and the main objects of the research include four parts as follows:(1) The regulation mechanism of active phase non-uniform distribution in DOC/CDPF catalyst. (2) The influence of thermal cracking or oxidative cracking of the carbon chain of post-injection fuel. (3) The regulation mechanism of reactive pathway of post-injection fuel directional cracking. (4) Investigating the cooperative control of post-injection fuel directional cracking and DOC/CDPF catalytic combustion. Determining the surface structure by atomic scale to clarify the nature of catalyst activity formation, and studying the regulation mechanism of the non-uniform distribution for catalytic active phase. Investigating the evolution of carbon-oxygen functional groups during pyrolysis and thermochemical reaction pathways, and revealing the regulation mechanism of the transition of long-carbon-chain HCs to short carbon chains in the post-injection emissions. Revealing the matching rules between HCs components, DOC heat release, CDPF carbon loading and CDPF regeneration target temperature, and establishing the structure-activity relationship between post-injection fuel directional cracking and DOC/CDPF catalytic system, which will supply a theory foundation for the near zero emission of diesel engine.
本项目围绕柴油机后喷燃油定向裂解及DOC/CDPF催化燃烧的协同机制开展研究,通过实验研究与理论计算相结合的方式,探讨后喷燃油催化裂解及催化系统优化对柴油机排放控制的影响机制。采用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、扫描电子显微镜(SEM/EDS)、透射电子显微镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的理化性能进行表征,并利用原位红外漫反射(In-situ DRIFTS)和程序升温脱附(TPD)分析催化剂的反应活性位;基于模拟气实验平台,研究反应条件及燃油成分对催化裂解及后处理催化系统性能的影响。在燃烧反应动力学方面,基于量子化学计算,解析后喷燃油定向裂解的关键反应路径,揭示燃油催化剂对碳链氧化裂解和重整的影响机制,厘清长碳链向短碳链转变的调控机理;通过柴油机台架试验,研究不同后喷参数和工况条件下柴油机燃烧及排放特性,采用傅里叶变换红外气体分析仪(FTIR)分析非常规污染物分布,探讨后喷策略与高活性轻质HCs含量及分布的对应关系;在DOC/CDPF催化系统优化方面,结合实验研究与多尺度分析,探讨活性位非均匀分布对DOC温升规律的影响,揭示HCs组分与放热特性的匹配关系。通过调控碳载量和再生目标温度,研究关键参数对CDPF再生过程的作用机制,厘清碳载量与再生温度的协同规律。此外,分析水热老化对DOC/CDPF催化系统构-效关系的影响,揭示高温水蒸气环境下的劣化机制,为催化剂优化设计提供理论支撑。最终,构建HCs组分、DOC放热特性、CDPF碳载量与再生目标温度之间的动态调控体系,实现催化系统的高效优化。此外,在NOx后处理技术方面,围绕SCR、ASC和deN2O技术进行了拓展研究,优化了催化剂的组成与结构,有效提升了NOx减排效率和NH3逃逸控制性能。本研究揭示了柴油机后喷燃油定向催化裂解及催化系统协同优化的作用机理,深入探讨了DOC/CDPF系统的催化特性,为柴油机实现近零排放控制提供了理论基础和技术支撑。
柴油机后喷对DOC/NSR系统存储和脱除NOx的影响机制研究
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批准号:51676090
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:王攀
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依托单位:
等离子体协同纳米催化脱除NOx及实现PM低温燃烧的机理研究
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批准号:51206068
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王攀
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依托单位:
国内基金
海外基金