低温等离子体处理汽车尾气详解.ppt

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低温等离子体处理汽车尾气详解.ppt

一、等离子体的基本概念及产生方式 等离子体概念 由大量的带电的正粒子、负粒子(其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等)组成的集合体,其中正电荷和负电荷电量相等,故称等离子体。 等离子体是物质第四态 电离气体是一种常见的等离子体 放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式 等离子体 ? 电离气体 二、低温等离子体处理废气的作用机理 利用高能电子使电子、离子、自由基和中性粒子以每秒钟300万次至3000万次的速度反复轰击气体中的污染物分子,激活、电离、分解污染物分子,从而发生氧化、分解等一系列复杂的化学反应,将有害物转化为无害物。 而且,离子温度和大量中性粒子的温度远低于电子温度,整个反应体系又可以保持低温,乃至接近室温,反应器也可以处于低温。这样,设备投资少,节省能源。 产生低温等离子体的方法 介质阻挡放电(DBD) 介质阻挡放电是一种灵活可靠的低温等离子体放电方式,适合生成较大体积的等离子体,其兼有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行特点,而且电子密度很高,更加有利于汽车尾气的净化。 DBD的主要特征是至少有一层电介质覆盖在电极上或者悬挂在放电空间里。整个放电由在时间和空间上随机分布的大量称为微放电的电流细丝构成。 等离子净化原理根据汽车尾气成分的不同而有所差异,汽车尾气排放中,无机物和有机物成分共有几十种。含量最多的有害成分主要是NO、CO、HC和PM微粒。当电子能量10 eV,且电子能量大于尾气分子化学键的结合能时,高能的活性粒子可以直接将其分解成单原子分子,当电子能量10 eV的时候,氧化反应起主要的作用。因此,活性粒子的能量与气体的键能对净化的影响非常大。表1示出常见的汽车尾气活性粒子的键能表。 空气经过低温等离子体作用后,产生一系列氧化性极强的OH·、HO2·、O·、O3等强氧化物质。这些活性物质会有效的将汽车尾气中的HC、NOx、PM等有害气体转化为无害的CO2 、H2O和硝氨固体盐等。 CO净化机理: 主要参与的反应有: CO+O→CO2 CO+2OH→CO2+2H2O CO+H2O→CO2+H2O 3CO+O3→3CO2 HC净化机理 主要参与的反应有: HC+O→CO2+2H2O HC+2OH →CO2+2H2O HC+HO2 →CO2+H2O HC+O3 →CO2+H2O PM净化机理 主要的反应有: C+2O →CO2 C+4OH→CO2+2H2O 3C+4HO2→ 3CO2+2H2O 3C+2O3→ 3CO2 2C+2NO2→ N2+2CO NO的氧化反应 NO+O?→NO2 NO+OH?→NO2+H2O NO+HO2?→CO2+OH? NO+O3→NO2 汽车尾气等离子净化系统 汽车尾气等离子净化系统主要有3个部分组成:等离子反应器高压高频电源和控制系统。下图表示出等离子净化系统的整体结构 ,汽车发动机产生的尾气经过等离子净化系统排出。 1、机内净化中的等离子体处理技术   用于机内净化处理的低温等离子体技术, 其基本原理是将空气离子化, 即将空气送入内燃机之前, 利用低温等离子体将空气中的氧转化为臭氧。该技术的主要部件是一台电晕放电式臭氧发生器, 由管道与发动机进气装置相连接 。 臭氧发生器产生的臭氧进入燃烧室便分解为氧负离子, 使火焰膨胀, 促进燃烧, 从而提高了反应速率 。 处理结果节能效率 20% , 污染物减排约 50%。 2、机外净化中的等离子体处理技术 机外净化中所用的等离子体技术主要有电晕放电 、 介电位垒放电 、 沿面放电等几种方式, 利用等离子体体系中的活性物种强化 ( 催化) 氧化—还原反应, 将汽车尾气中的有害物质通过氧化 、 还原或离解而转化为无害或低害物质以达到降低环境污染的目的 。 (1)等离子体技术的单独应用 等离子体技术在汽车尾气净化的单独使用,原理基本上与等离子体技术在机内净化中的原理相同。主要是通过沿面放电或介质阻挡放电,使得由发动机排出的尾气等离子化,即通过等离子激发的活性原子氧等元素,与CO 、HC反应,同时利用尾气中的C元素作为还原剂,可进一步有效的将NOx 生成无害的H2O 、N2 、CO2。 (2)等离子体与三元催化技术的联合应用 等离子体与三元催化技术的

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