【摘 要】
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与柴油机相比,低压双燃料发动机NOx、SOx和PM排放较低,具有明显的排放优势,但基于缸内预混燃烧的船舶低压双燃料发动机存在甲烷（CH4）逃逸问题。甲烷的全球变暖潜能值（GWP）约为二氧化碳的25倍,是重要的温室效应气体。国际海事组织（IMO）及世界各国陆续对船舶双燃料发动机逃逸甲烷排放进行限制,但目前对低压双燃料发动机逃逸甲烷的处理技术还不够成熟。本文以船舶低压双燃料发动机尾气为目标对象,研究了
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与柴油机相比,低压双燃料发动机NOx、SOx和PM排放较低,具有明显的排放优势,但基于缸内预混燃烧的船舶低压双燃料发动机存在甲烷（CH4）逃逸问题。甲烷的全球变暖潜能值（GWP）约为二氧化碳的25倍,是重要的温室效应气体。国际海事组织（IMO）及世界各国陆续对船舶双燃料发动机逃逸甲烷排放进行限制,但目前对低压双燃料发动机逃逸甲烷的处理技术还不够成熟。本文以船舶低压双燃料发动机尾气为目标对象,研究了直接催化氧化逃逸甲烷和等离子体协同催化氧化逃逸甲烷两种技术。本文通过逃逸甲烷处理实验装置,研究了不同因素对甲烷转化效率、CO选择性和NOX生成量等的影响,分析了机理,获得了各种因素对逃逸甲烷的作用规律。论文主要研究工作如下:（1）针对船舶低压双燃料发动机逃逸甲烷的问题进行了实验研究,根据甲烷物性特点以及对逃逸甲烷处理的相关理论研究,搭建了催化氧化甲烷的实验平台,进行了甲烷的直接催化氧化实验;并在此基础上增建了等离子体协同催化氧化逃逸甲烷的实验平台,进一步研究等离子体放电技术对于逃逸甲烷处理的有效性。（2）本文利用构建的甲烷氧化实验平台,进行了直接催化氧化逃逸甲烷技术的研究,实验中通过控制反应条件、催化剂等实验变量,研究了甲烷转化效率、CO选择性和NOX生成量的影响规律。研究结果表明:使用Pd/ZSM-5催化剂,甲烷转化效率在400℃时达到了97.25%,Pd/ZSM-5催化剂的甲烷转化效率优于Pd/Al2O3催化剂,更优于Pt/Al2O3催化剂;增加催化剂用量、甲烷初始浓度和氧气初始浓度等可以增加甲烷的转化效率;降低气体流量会增加甲烷转化效率;实验中CO选择性和NOX生成量非常低,NOX生成量受反应温度的影响最为明显。（3）本文利用增建的甲烷实验平台,进行了等离子体协同催化氧化逃逸甲烷技术的研究,实验中通过控制实验变量,研究了反应条件、输入功率等因素对研究对象的影响规律。研究结果表明:使用Pd/Al2O3催化剂,输入功率为20W,甲烷转化效率在250℃时达到了80.975%,Pd/Al2O3催化剂与等离子体的协同作用优于Pd/ZSM-5催化剂,更优于Pt/Al2O3催化剂;增加催化剂贵金属含量、催化剂用量、甲烷初始浓度会提高甲烷转化效率;升高氧气初始浓度和气体流量会降低甲烷转化效率;CO选择性和NOX生成量较高,随着输入功率、甲烷初始浓度的增加,CO选择性降低,NOX生成量受功率影响最为明显,在输入功率为70W时,NOX生成量最高为2704ppm;由实验结果发现等离子体协同催化氧化逃逸甲烷的反应过程分两步进行,第一步发生在放电区域,第二步发生在催化剂表面。本文研究了船舶低压双燃料发动机逃逸甲烷的处理技术,研究成果对控制实际低压双燃料发动机逃逸甲烷具有支撑作用。
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