船舶氨燃料发动机后处理关键技术及系统

    以Cu-SSZ-13分子筛为基础，调控分子筛的硅铝比、Cu含量等，制备适配氨发动机高NO_x、高未燃NH₃和高含水原排特点的高效稳定SCR催化材料。在NO_x体积分数为2000×10^-6、水的体积分数为20%、典型船舶排温为300~400 ℃条件下，该催化材料对NO_x和NH₃的转化率均超过95%，如图1所示。

图1  高NO_x和高含水下NO_x和NH₃转化率

    采用原位DRIFTS等多种表征技术，揭示了高NO_x、高未燃NH₃和高含水环境对SCR反应过程影响机制，特别是高NO_x内外扩散、NH₃与H₂O在分子筛表面酸性位和反应活性位点的竞争吸附对SCR活性的影响。构建了面向氨发动机的SCR反应机理模型，水的体积分数为18%时，常规模型、改进模型仿真计算的NO_x转化效率和试验结果的对比如图2所示。由图2可知：相比常规模型，改进模型的计算精度提高了约10%。

图2  不同模型计算的NO_x转化效率与试验结果对比

    联合宁波中策、中海蓝航等合作单位，研制基于氨直喷的主被动双级SCR/ASC后处理系统，如图3所示。前置被动SCR/ASC以未燃NH₃还原NO_x，后置主动SCR/ASC以补喷NH₃处理剩余NO_x，船舶氨发动机E3循环工况下后处理测试结果如表1所示。由表1可知：NO_x与未燃NH₃转化效率均超过99.5%，NH₃逃逸体积分数不高于20×10^-6。

图3  主被动双级SCR/ASC后处理系统