船用柴油机SCR系统反应机理和过量氧气作用的研究

针对世界船舶柴油机排放限制日趋严格以及我国目前生产的船用柴油机NOx排放超标的现实，结合船用柴油机富氧燃烧及尾气中存在大量氧气的情况，开展船用柴油机SCR反应机理及过量氧气作用的研究，以促进船用SCR技术的发展，降低我国船舶柴油机的NOx排放，适应目前及未来竞争的需求。研究针对船舶柴油机的工作特点，结合现代催化理论、化学反应动力学理论及计算流体动力学理论等，借鉴电站、车用SCR系统的经验，针对船用SCR系统的催化机理、船用SCR系统的数学模型、SCR系统反应器流动及化学反应模拟、SCR结构优化、过量氧气对NOx转化的作用及影响因素等方面，开展研究，以获取船用发动机SCR系统的基本模型、机理和结论。以期突破船用柴油机SCR设计的理论障碍，为设计实用船舶SCR系统提供支持。

本项目围绕船舶柴油机SCR系统反应机理及过量氧气的作用等重要问题，从SCR催化反应机理、催化剂制备及改良、SCR反应动力学模型、SCR系统优化设计四方面展开了详细的研究，取得了一系列的创新成果，且相关成果已经发表。.第一，从宏观反应和微观反应两方面，详细分析了SCR催化反应机理，且发现SCR反应本质上取决于催化剂表面热、质交换过程（或内、外扩散速率）以及本征反应动力学等方面。.第二，详细研究了商用挤压型V2O5/TiO2催化剂的表征及性能，研究了过量氧气的作用，并推断其活性中心应为V-OH和V=O；进行了催化剂配方改良试验，并发现MnO2/TiO2型催化剂具有较好的低温性能，并对其在船舶柴油机的应用进行了研究。.第三，建立了SCR详细反应动力学模型，该模型能够更全面的描述尿素分解过程、NH3吸附/解附过程、标准SCR反应过程、快速SCR反应过程、NH4NO3生成过程以及NH3氧化反应过程。.第四，建立了船舶柴油机SCR系统三维数学模型，对其还原剂喷射过程、气液混合过程、还原剂分解过程以及SCR催化反应过程进行一体化计算研究，并对其优化方法及途径进行了分析。.最终，本项目研究发现，利用详细动力学模型、动力学试验、SCR系统数学模拟及实机试验数据相结合的方式，可以高效经济的完成船舶柴油机SCR系统催化选型及优化设计。