船用氨燃料发动机尾气条件下Cu-SSZ-13催化性能研究

摘要

为探究Cu-SSZ-13催化剂在氨燃料发动机高体积分数水蒸气排气条件下的催化性能，本文利用GT-SUITE软件建立了一维反应器模型以及催化反应动力学模型，通过数值仿真的方法对SCR系统内化学反应进行了研究，分析了不同工况下高体积分数水蒸气对Cu-SSZ-13催化性能的影响．模型在Eley-Rideal机理的基础上，首次引入了水蒸气的吸附与脱附反应，并设置水蒸气抑制函数来表征水蒸气对硝酸铵（NH₄NO₃）分解的促进作用以及对氨（NH₃）选择性氧化的抑制作用，同时补充了NH₃的非选择性氧化反应和氧化亚氮（N₂O）的还原反应来进一步完善该模型．结果表明：Cu-SSZ-13催化剂在230～450℃范围内具有较高的氮氧化物（NO_x）转化效率，在350℃以下，水蒸气对NO_x转化具有抑制作用，而在350℃以上表现出促进作用．定义不同工况下NO_x转化效率超过95%的温度范围为高效温度窗口，发现较高的氨氮比与较低的空速均有助于高效温度窗口随水蒸气体积分数升高而拓宽，但同时也使得各水蒸气体积分数下的N₂O生成量有所增加．基于模拟结果，将230～450℃、氨氮比为1.2、空速为50 000 h^-1定义为该催化剂的优化工况．研究发现，在优化工况下，水蒸气对NO_x转化的不利影响显著降低，NO_x转化效率均超过98%．此外，在550℃时，体积分数为25%的水蒸气对NO_x转化效率的促进作用最为显著，相较于基准工况提升值达到8.6%.

关键词

船用氨燃料发动机 / 选择性催化还原 / 水蒸气 / 分子筛催化剂 / 数值模拟