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1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1研究背景
柴油机具有功率覆盖范围广、燃油消耗率低和耐久性好等优点，在交通运输、工程运输、农业机械和发电等领域应用广泛。但随着柴油机的广泛使用，其排放所引起的环境问题也日益恶化，严重影响到人类的健康甚至生活的方方面面。
柴油机依靠机内净化措施可降低有害排放物，如EGR（废气再循环）、推迟喷油提前角、改善燃烧和改进燃烧室结构等，但排气中颗粒物（PM）含量和NOx较多，并且在富氧条件下无法使用三效催化器降低NOx排放，使用后处理技术降低NOx难度大，因此PM和NOx是柴油机排放的主要控制对象。本文主要针对船舶柴油机脱硝（降低NOx排放）做设计研究，氮氧化物（NOx）是船舶柴油机的主要有害排放物之一,其主要为NO和NO2,两者均为重要的大气污染物。NOx排入大气后通过物理、化学作用，会导致一系列的环境问题。
随着生态环境的日益恶化，IMO(国际海事组织)于1997年9月通过了《MARPOL73/78公约》的议定书，并新增了附则VI《防止船舶造成大气污染规则》，该规则于2006年8月23日对我国生效。2008年3月MEPC（海洋环境保护委员会）第57次会议对NOx排放提出了更加严格的第3阶段限值要求，因此控制船舶柴油机的NOx排放已成为了一个重要课题。2011年7月IMO（国际海事组织）第62届海洋环境保护委员会上，选择性催化还原系统（SCR系统）获得通过[1]。
SCR是“SelectiveCatalyst Reduction”的缩写，即选择性催化还原。SCR技术凭借NOx转化率高（可降低柴油机80%以上的NOx排放），燃油经济性好以及适用范围广等优势成为了目前主流的船用柴油机NOx减排后处理技术，其原理是在催化剂作用下，通过往排气管路喷入一定量的尿素溶液，使尿素在废气高温的作用下热解、水解生成NH3并与废气中NOx的发生还原反应,生成无害的N2和H2O,从而降低废气中NOx的含量，其主要反应如下：
(1)尿素热解反应：CO(NH2)2 → NH3 HNCO
(2)尿素水解反应：HNCO 2H2O → NH3 CO2
(3)标准SCR 反应：4NH3 4NO O2 → 4N2 6H2O
(4) 快速SCR 反应：4NH3 2NO2 2NO → 4N2 6H2O
以上选择性催化还原反应需在一定的高温下发生，且发生反应的气体与催化剂需充分接触。为增大催化剂的接触面积，一般采用多层蜂窝结构的催化剂，废气流体只有在一定的高温下与多层孔状结构的催化剂表面充分接触之后才能与NH3发生化学反应生成N2和H2O（见图1）（图见附件）[2]
1.2国内外船用SCR催化器现状
在SCR催化器的选型设计中，催化剂的选型占核心地位，催化剂的性能对整个SCR系统的性能有重要影响，目前，国内外均没有专门的船舶SCR催化剂生产厂商，但一般来说，厂家生产的SCR催化剂型号有很多，有部分可用于船舶SCR系统的催化剂。
1.2.1 国外催化剂技术现状
美国安格(Engelhard)公司于1957年首先发明SCR技术原理并申请了专利。日本于上世纪70年代成功实现其工业应用，之后日本的SCR技术与催化剂生产技术不断进步、完善，形成了以日立为代表的板式和触媒化成株式会社为代表的蜂窝式两种催化剂技术，其SCR技术已向欧洲、美国、中国及韩国输出。目前各主要的SCR催化剂生产商的催化剂型式及量产如表1所示[3][6]。
日本日立（Babcock-Hitachi）公司成立最早，于上世纪60年代开始研究催化剂，并于70年代成功幵发了不锈钢板式催化剂，在日本工厂共有五条生产线，日常运行三条生产线，在中国设立了分公司，但未建生产基地。日本触媒化成株式会社成立于1958年7月，生产蜂窝式催化剂，是成功实现技术转让最多的公司。JM-Argillon公司从触媒化成引进了蜂窝式生产技术，又自主开发了板式催化剂技术，是唯一能够同时生产两种型式的催化剂公司。Cormetech与日本三菱公司合作引进触媒化成蜂窝技术，在美国设有工厂，其蜂窝式催化剂生产能力居世界之首。丹麦的Topsoe公司自主研发了区别于不锈钢板式的波纹板式催化剂，在美国建有2条生产线，丹麦1条生产线。
表1 国际主要SCR催化剂生产厂商信息
| 厂商名称 | 国家 | 催化剂型式及生产能力 | 应用业绩 |
| 触媒化成 | 日本 | 蜂窝式；一条生产线 2500m3/年 | 超过500套 |
| 日立 | 日本 | 板式；三条生产线，总计15000m3/年 | 600套 |
| Cormetech | 美国 | 蜂窝式 ；﹥20000m3/年 | 876套 |
| JM-Argillon | 德国 | 板式；﹥12000 m3/年； 蜂窝式；﹥5000m3/年 | 超过540套
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| BASF | 德国 | 蜂窝式；﹥20000m3/年 |
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| Topsoe | 丹麦 | 波纹板式；三条生产线； |
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| Seshin Electronic | 韩国 | 蜂窝式 ；≤3000m3/年 |
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1.2.2 国内催化剂技术现状
四川东方锅炉工业在2006年收购了德国KWH公司的SCR催化剂设备及其生产技术，在成都组建东方凯瑞特公司，共有3条生产线。北京国电龙源环保工程有限公司和国电环境保护研究院于2007年11月联手引进了日本触媒化成SCR峰窝式催化剂的生产技术，合作组建了江苏龙源催化剂有限公司。国内的主要SCR生产商的信息如表2所示[4]-[6]。
表二 国内的主要SCR催化剂生产商的信息
| 生产厂家 | 技术来源 | 引进或自主开发时间 | 催化剂型式 | 生产能力 |
| 成都东方凯特瑞 | 德国KHW公司 | 2006年9月 | 蜂窝式 | 一期3000m3/年 二期3000m3/年 |
| 江苏龙源 | 日本触媒化成 | 2007年11月 | 蜂窝式 | 一期3000 m3/年 二期3000 m3/年 |
| 北京中天环保 | 德国巴斯夫 | 2007年 | 蜂窝式 | 一期6000 m3/年 二期18000 m3/年 |
| 宁波瑞基 | 自主研发 | 2009年4月 | 蜂窝式 | 一期10000 m3/年 |
| 福建大拇指 | 日本触媒化成 | 2009年2月 | 蜂窝式 | 一期3000 m3/年 二期3000 m3/年 |
| 庄信万丰亚基隆（上海） | 德国Argillon | 2010年 | 蜂窝式 | 一期10000 m3/年 二期5000 m3/年 |
| 重庆远达 | 美国Cormetech | 2009年 | 板式 | 一期10000 m3/年 |
| 青岛华拓电力 | 韩国SK能源株式会社 | 2009年7月至2011年9月 | 蜂窝式 | 一期15000 m3/年 |
| 江苏万德电力 | 我国首家自主知识产权 | 2011年 | 蜂窝式 | 一期7000 m3/年 二期10000 m3/年 |
| 昆贵研 | 自主研发 | 2017年4月 | 蜂窝式 | 一期3000 m3/年 |
1.3 研究的目的与意义
面对IMO第三阶段的NOx排放要求，使用SCR技术降低船舶NOx排放已是必然，SCR技术在国外相对成熟，国内现在还处于起步阶段。因此，SCR技术在国内的研究潜力巨大。但目前，多数学者较多的研究了火电厂和车用柴油机的SCR技术，关于船用SCR技术的研究比前两者要少。针对以上现状，本文主要根据船舶SCR催化器的选型依据和催化器参数对催化器做选型设计研究。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究内容
本文通过调研、资料搜集、软件绘图及仿真研究以下内容：
（1）选择性催化还原系统组成与工作原理；
3. 研究计划与安排
3月25日-4月10日：结合任务书要求，查阅scr脱硝催化系统的选型要求，提取所有相关参数及其选型的影响因素，尝试针对某一个机型做scr催化器选型设计，并使用软件绘制图纸，进行仿真模拟。
4月11日-4.17日：进行毕业设计中期讨论，向指导老师汇报设计结果，请教数据的合理性，根据老师的修改意见，准备论文写作；
4月18日-5月22日：毕业设计论文写作；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]https://baike.sm.cn/item.
[2]中国期刊网.船用低速柴油机scr后处理系统发展现状与趋势.2018-19-028
[3]朱林,吴碧君等.scr排气脱硝催化剂生产与应用现状[j].中国电力.2009.08,42(08)
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