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排气催化净化器的研究与应用
作者:管理员    发布于:2016-11-23 14:13:39    文字:【】【】【

  化器有效地降低排气污染。

  1前言随着汽车工业的发展和汽车保有量的日益增大,汽车发动机排向大气的废气也日益增多,加剧了环境污染,为此,我国和各先进工业国都已制定了汽车排放法规,如联合国欧洲经济委员会(ECE)的ECER83/02标准、美国加州车辆排放标准、我国GB14761-1999汽车排放污染物限值及测试方法,以控制汽车的排放,降低城市的空气污染。为改善汽车的排气和城市大气污染情况,国内外学者和汽车企业在大力开展排气净化和净化器的研究和开发应用,例如,国外Engelhard公司(美国)、AC公司(美国)、Dash公司(日本)、Hemeu=公司(德)等均已推出相应的排气净化器产品,而在国内,上海内燃机研究所、吉林工业大学、中国科技大学等,早在70年代就已开展排气净化技术和排气净化器的研究和研制工作,并取得很好的成果。

  本文将讨论汽车柴油发动机的排气催化净化技术和净化器的研究和开发,通过试验和生产应用,确定适用于48与相应排量汽油发动机的排气催化净化器的结构参数和稀土复合催化剂。

  2排气催化净化机理催化净化器利用催化剂改变发动机排气中HC、CO等气体的氧化化学反应速度和COx的还原反应速度,生成C02、H2、C2等,以净化排气,其净化机理的化学反应式如下:3稀土复合催化剂由活性氧化铝浸载稀土(如La、Cr、Pr等)与锰、铜、钴等过渡金属元素水溶液,制成稀土复合催化剂,并对其性能进行试验研究。

  稀土复合氧化物组合及催化活性研制了40余种稀土复合催化剂与其氧化物组成,并在给定的流动反应装置中测定它对C0的催化活性,C0的催化活性是以C0转化率为50K和90K的温度表示,部分试验结果如表2所示。

  表1部分稀土复合催化剂的催化活性(C0浓度为3000ppm)催化剂转化温度CO转化率50K CO转化率90K注:RE表示混合稀,主要成分为La、Cd、Pr等,并加有碱土金属(以下同)试验表明,稀土复合氧化物对C0具有较好的催化活性,通常是温度超过200M即可起燃;掺有少量贵金属的稀土复合氧化物可明显地提高其催化活性,不同的过渡金属元素具有不同的反应活性;不同原料(如单一纯稀土,混合稀土等)制得的同类催化剂,其催化活性较接近。

  稀土复合催化剂的耐高温性能汽车排气温度通常较高,催化剂的耐高温性能对其工作可靠性将会有很大影响。将配制的多种稀土催化剂置于高温炉中焙烧,进行热老化试验,表2给出部分试验结果,给出比表面积随老化温度变化的试验结果。

  试验结果表明,在稀土复合物中添加少量的贵金属,可提高其耐高温性能;随着老化温度的提高,第二载体逐步发生晶形变化,使比表面积下降,在X-射线结构谱图(本文从略)可得知,稀土钙钛矿结构在超过1100M后开始消失。

  稀土复合催化剂的S02中毒性能发动机排气中,除含有C0、HC、C0x等有害气体外,通表2部分稀土复合催化剂耐高温性能催化剂组分CO转化温度(=)新鲜催化剂常由于燃料中含有硫而排气中有少量S2和水蒸汽。对于某些催化剂,SO!含量导致催化剂中毒,使CO转化率下降,所示为部分试验结果,催化剂REMnCuO是在气体中含有100ppm的SO!时,SO!被吸附在催化剂表面造成暂时性中毒,其催化活性和CO转化率将迅速下降,而停止通入SO!

  时,其催化活性将恢复;掺有少量贵金属Pt的催化剂,耐SO!中毒性能很好,转化率未有变化。

  4排气净化器的研制(1)堇青石蜂窝陶瓷载体的制造产品的组份为堇青石、堇青石-莫耒石。根据陶瓷载体的孔数和壁厚,其生、熟料配比约为40~80,原料颗粒度以100~1!0目为主,配以适量的润滑剂(0.5~33)、水份(g)、粘结剂(之),以及降低膨胀系数的少量添加物,采用挤出法在专用的模具中制备成蜂窝陶瓷,经微波干燥和强化干燥工艺干燥,在推板窑内锻烧素坯而成,产品合格率通常可达90.蜂窝陶瓷成品的主要性能应达到:膨胀系数为12.2x10-7/=;变形温度为1400=;软化温度为1424~1450=;轴向抗拉强度为主孔径为8!m吸水率为堇青石含量为96.(之)催化剂选择与涂覆在载体直径相同的条件下,选择不同的稀土复合催化48发动机的台架试验(十三工况试验)测定它们的CO净化率与HC净化率,以及催化剂的起燃温度等。从40多种催化剂中优化筛选,并以发动机在大扭矩工况和标定工况时,CO净化率达90和HC净化率达70为准则来确定所选择的催化剂和载体结构参数。试验表明,Pt贵金属催化剂为佳,其CO起燃温度(即CO净化率达50的温度)为!00=,而稀土复合催化剂为!65=;载体长度150mm,而长径比(1/d)为0.7~1.4为宜;载体孔密度为300孔/in!催化剂涂装量为5~8g/L,装载为1.18L;蜂窝陶瓷稀土复合催化剂装量与发动机排量之比约为0.5:1.催化剂涂覆的工艺过程为:在堇青石蜂窝陶瓷上涂载活性氧化铝,经焙烧后浸载相应的稀土和锰、铜等过渡金属元素水溶液,并进行高温下烧制而成。其制造过程应按规定的工艺参数(从略)进行,以确保产品的质量和高合格率。

  5产品的试验研宄开发的净化器产品PX-!型,除进行结构参数和质量检测外,进行了如下的抽样装机试验:(1)1000h发动机台架耐久试验,试验结果表明,其抗热冲击性能良好,样品完好无损,在试验结束时,净化器的CO净化率下降4.6,HC净化率下降17.3,性能略有下降,但仍符合要求;)5000km道路试验和!000h道路试验,经运行后的净化器情况良好,无损坏;对车辆的冷起动、动力性和经济性等技术指标均无明显的影响;CO净化率下降4.7,HC净化率下降35.5均符合要求。

  (3)在相应的汽油发动机汽车使用试验,其净化效果良好,在怠速工况时CO净化率达86.7,HC净化率达98.8排气噪声下降lA-dBCA)样品工作可靠。

  6结束语所开发的PX-!型净化器具有良好的排气净化和消声效果,48发动机在标定工况与大扭矩工况时的CO净化率达94.7,HC净化率达84,排气的噪声得到有效的控制,且发动机的动力性和经济性等性能不变;产品工作可靠,抗热冲击性动力性能好;选用所研制的稀土复合氧化型催化剂具有较低起燃温度,催化活性和耐高温性能良好,且具有抗二氧化硫中毒的能力;所开发的工艺合理、适于批量生产。

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