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凹凸棒石粘土吸收剂湿法净化柴油机废气的研究

作　者: 邹建国
导　师: 钟秦
学　校: 南京理工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 柴油机废气凹凸棒石粘土吸收剂脱除效率净化机理
分类号: X701
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 333次
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内容摘要

以燃烧分析仪、CO-HC化合物自动测试仪、透射和扫描电镜、能谱分析仪、气／质联用仪、激光纳米粒度分析仪等现代分析检测技术为手段，对柴油机废气中污染物的组成及物理化学性能等进行了较为系统的分析与表征。实验结果表明，颗粒物大多呈絮状及链状形态，其构成主要为有机物或为有机物所覆盖的碳微粒，粒径分布峰值约为40nm；柴油机废气中颗粒物浓度为32.6mg／m³～143.6mg／m³，NO_x浓度为208×10^-6～568×10^-6（v／v），SO₂和HC化合物浓度分别为18×10^-6和16×10^-6（v／v）。针对柴油机污染物的组成及特性，通过大量对比实验筛选出凹凸棒石粘土为主吸收剂，并对其进行了稀土改性。采用喷射鼓泡反应器考察了吸收液组成、液位高度、吸收液pH值、温度和柴油机工况等因素对柴油机废气污染物脱除效率的影响。实验得出吸收液最佳配方为：凹凸棒石粘土28％，稀土为粘土加入量的6％，NaOH约1.0％。在最佳实验条件下，柴油机颗粒物脱除率为71.3％，NO_x脱除率可达90.6％，SO₂和HC的脱除率均大于90％。实验室结果经工程应用试验得到了验证。利用电镜、热重分析、激光粒度分析和红外光谱等实验手段，从凹凸棒石粘土的结构及其胶体液性质入手，对其净化柴油机废气的机理进行了实验和理论探讨。结果初步表明，在吸收液中NO脱除是一个催化氧化以及碱中和的联合吸收过程；颗粒物和HC主要为在凹凸棒石外表面及胶体粒子表面上的吸附；而SO₂等酸性气体的去除则主要为碱中和吸收过程。

全文目录

第一章绪论  12-37
  1.1 引言  12
  1.2 柴油机废气中有害物质的产生及危害  12-17
    1.2.1 颗粒物  13-15
    1.2.2 NO_x  15-16
    1.2.3 CO和HC  16-17
    1.2.4 SO_2  17
  1.3 柴油机排放标准与现状  17-23
  1.4 柴油机废气净化技术研究进展  23-27
    1.4.1 柴油机排放颗粒物净化技术  23-25
      1.4.1.1 过滤捕集技术  23
      1.4.1.2 静电吸附捕集技术  23-24
      1.4.1.3 湿式净化技术  24
      1.4.1.4 催化氧化技术  24
      1.4.1.5 旋风分离技术  24-25
    1.4.2 氮氧化物(NO_x)净化技术  25-27
      1.4.2.1 选择性催化还原  25
      1.4.2.2 选择性非催化还原  25-26
      1.4.2.3 等离子体技术  26-27
      1.4.2.4 湿法吸收技术  27
  1.5 本课题的研究背景和内容  27-30
    1.5.1 课题研究背景  27-29
      1.5.1.1 国家对柴油机排放控制的重视  27-28
      1.5.1.2 柴油机废气净化技术现状  28
      1.5.1.3 相关领域的特殊要求  28-29
      1.5.1.4 凹凸棒石资源的开发利用  29
    1.5.2 课题研究主要内容  29-30
  参考文献  30-37
第二章柴油机排放污染物组成及物理特性研究  37-52
  2.1 引言  37
  2.2 实验  37-39
    2.2.1 实验设备及仪器  37-38
    2.2.2 实验流程与方法  38-39
  2.3 实验结果与讨论  39-50
    2.3.1 排气温度随负荷的变化  39-40
    2.3.2 排气黑度随负荷的变化  40-41
    2.3.3 NO_x含量随负荷的变化  41
    2.3.4 柴油机颗粒物质量含量  41-42
    2.3.5 柴油机颗粒物中SOF含量  42-43
    2.3.6 SOF组成分析  43-46
    2.3.7 SO_2、HC和CO含量  46
    2.3.8 透射电镜分析结果  46-47
    2.3.9 柴油机颗粒物粒径分布  47-48
    2.3.10 柴油机颗粒物扫描电镜分析  48
    2.3.11 EDS分析结果  48-49
    2.3.12 红外光谱分析结果  49-50
  2.4 本章小结  50
  参考文献  50-52
第三章柴油机废气净化实验研究  52-74
  3.1 引言  52
  3.2 实验  52-61
    3.2.1 实验材料  52-53
    3.2.2 实验装置及流程  53-55
      3.2.2.1 柴油机主要技术参数  53
      3.2.2.2 实验流程与方法  53-54
      3.2.2.3 分析检测方法  54-55
    3.2.3 喷射鼓泡反应器的设计  55-61
      3.2.3.1 喷射鼓泡反应器的原理  55-56
      3.2.3.2 1~#喷射鼓泡反应器的设计  56-61
      3.2.3.3 2~#喷射鼓泡反应器的设计  61
  3.3 实验结果与讨论  61-66
    3.3.1 吸收剂浓度对颗粒物脱除效果的影响  61-63
    3.3.2 柴油机工况对颗粒物脱除效果的影响  63-64
    3.3.3 液位对颗粒物脱除效果的影响  64
    3.3.4 温度对颗粒物脱除效果的影响  64-65
    3.3.5 pH值的影响  65
    3.3.6 NO_x、HC、SO_2和CO的脱除效果  65-66
    3.3.7 电镜分析结果  66
    3.3.8 红外光谱分析结果  66
  3.4 凹凸棒石粘土稀土改性实验研究  66-72
    3.4.1 稀土改性对柴油机废气净化效果的影响  66-70
    3.4.2 XRD分析结果  70-71
    3.4.3 EDS分析结果  71-72
  3.5 吸收系统运行性能评价  72
  3.6 本章小结  72-73
  参考文献  73-74
第四章凹凸棒石粘土净化柴油机废气机理研究  74-95
  4.1 引言  74
  4.2 凹凸棒石粘土  74-77
  4.3 实验分析检测仪器及方法  77
  4.4 气态污染物的脱除机理  77-82
    4.4.1 NO_x脱除机理探讨  77-81
      4.4.1.1 大的比表面积和高的表面活性  79-80
      4.4.1.2 良好的储氧输氧功能  80-81
    4.4.2 SO_2、CO和HC脱除机理探讨  81-82
  4.5 柴油机颗粒物的脱除机理探讨  82-90
    4.5.1 颗粒物吸收脱除的宏观过程  82-83
    4.5.2 凹凸棒石粘土吸附柴油机颗粒物机理探讨  83-90
      4.5.2.1 凹凸棒石粘土胶体性能的影响  83-88
      4.5.2.2 颗粒物在凹凸棒石表面的吸附  88-90
  4.6 本章小结  90
  参考文献  90-95
第五章凹凸棒石粘土净化柴油机废气工程应用研究  95-110
  5.1 引言  95
  5.2 120KW柴油发电机组上的应用试验  95-103
    5.2.1 试验装置与流程设计  95-101
      5.2.1.1 柴油机主要技术参数  95
      5.2.1.2 喷射鼓泡反应器的设计  95-100
      5.2.1.3 试验流程与方法  100-101
    5.2.2 分析检测方法  101
    5.2.3 试验结果与讨论  101-103
      5.2.3.1 柴油机颗粒物脱除效果  101-102
      5.2.3.2 柴油机废气中气态污染物脱除效果  102
      5.2.3.3 排烟降温效果及测试  102-103
    5.2.4 系统运行性能分析  103
  5.3 200KW柴油发电机组上的应用试验  103-107
    5.3.1 试验装置与流程  103-106
      5.3.1.1 柴油机主要技术参数  103-104
      5.3.1.2 喷射鼓泡反应器的设计  104-106
    5.3.2 试验结果与讨论  106-107
  5.4 经济效益初步分析  107-108
    5.4.1 设备投资  107-108
    5.4.2 运行成本  108
  5.5 本章小结  108-109
  参考文献  109-110
第六章结论与建议  110-114
  6.1 结论  110-112
  6.2 下一步工作的建议  112-114
致谢  114-115
攻读博士学位期间主要科研成果  115

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