第六章_排氣后處理

1、南昌大學機電學院南昌大學機電學院第六章第六章 排氣后處理排氣后處理三效催化轉化器三效催化轉化器氧化催化轉化器氧化催化轉化器富氧降富氧降NOx催化轉化器催化轉化器柴油機排氣微粒捕集器柴油機排氣微粒捕集器南昌大學機電學院南昌大學機電學院v改進內(nèi)燃機設計和優(yōu)化工作過程來降低污染物的排放有一定的限度；世界各國都先后開發(fā)排氣后處理技術，在不影響或少影響其他性能的同時，降低污染物的排放。v最成功的排氣后處理裝置是汽油機用的三效催化轉換器，它使車用汽油機的CO、HC和NOx排放量削減了8090，已成為發(fā)達國家汽油車的必備裝置。v車用柴油機微粒捕集器正在開發(fā)之中，已研制的樣品可降低微粒排放5080。第六章第六

2、章 排氣后處理排氣后處理南昌大學機電學院南昌大學機電學院機外凈化技術的分類及應用機外凈化技術的分類及應用分分 類類處理對象處理對象國外應用現(xiàn)狀國外應用現(xiàn)狀排排氣氣后后處處理理汽油機汽油機熱反應器熱反應器CO、HC汽車已不用，主要用汽車已不用，主要用于摩托車于摩托車氧化催化器氧化催化器CO、HC轎車上已較少，重型轎車上已較少，重型汽油車有應用汽油車有應用還原催化器還原催化器NOx已很少用已很少用,開發(fā)中開發(fā)中三效催化器三效催化器CO,HC,NOx應用最廣泛，轎車和應用最廣泛，轎車和輕型車必備裝置輕型車必備裝置柴油機柴油機氧化催化器氧化催化器SOF,CO,HC少量開始應用少量開始應用還原催化器還原

3、催化器NOx研制開發(fā)中研制開發(fā)中微粒捕集器微粒捕集器PM研制開發(fā)及中試階段研制開發(fā)及中試階段碳纖維吸附凈化碳纖維吸附凈化NOx基礎研究中基礎研究中非排氣非排氣污染處理污染處理汽、柴油汽、柴油機機曲軸箱強制通風裝置曲軸箱強制通風裝置HC法規(guī)要求必備裝置法規(guī)要求必備裝置汽油機汽油機燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)HC法規(guī)要求必備裝置法規(guī)要求必備裝置南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應機理催化劑是一種能改變化學反應速率而催化劑是一種能改變化學反應速率而本身的質量和組成在化學反應前后保持不變本身的質量和組成在化學反應前后保持不變的物

4、質的物質。催化劑催化劑不能影響化學反應的平衡位置不能影響化學反應的平衡位置，也，也不能使熱力學受阻的化學反應得以進行不能使熱力學受阻的化學反應得以進行。催化劑可使熱力學允許的反應在適當?shù)幕瘜W條件下催化劑可使熱力學允許的反應在適當?shù)幕瘜W條件下具有較低的活化能具有較低的活化能，從而，從而加速加速反應的進展反應的進展。催化劑催化劑催化作用的核心催化作用的核心點燃式內(nèi)燃機的排氣成分，與熱力學平衡成分有很大不同；點燃式內(nèi)燃機的排氣成分，與熱力學平衡成分有很大不同；對于對于CO、HC和和NOx等法規(guī)限定污染物，可以等法規(guī)限定污染物，可以利用催化反應利用催化反應加速排氣中各成分之加速排氣中各成分之間可能進行

5、的化學反應，間可能進行的化學反應，使其使其接近平衡組成接近平衡組成，顯著減小污染物濃度。，顯著減小污染物濃度。減小污染物濃度的原理減小污染物濃度的原理南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應機理當排氣中有自由氧時，氧化催化劑促進如下的總量反應： 氧化反應般認為包括下列四個基本步驟【式中(g)表示氣相，(a)表示吸附相】： 在濃混合氣的排氣中，大量具有高度極性的CO吸附在貴金屬催化劑上將妨礙它被O2氧化。為使CO解吸以讓出催化劑的活性位活性位給氧，催化劑必須達到足夠高的溫度(在100-200之間)。氧離解，開始式(6-3)和式(6

6、-4)的反應。反應式(6-4)和式(6-5)空出新的活性位(氧得到)，使CO的催化氧化加速。由于HC和NO對CO的氧化有抑制作用，而對CO2和H2O沒有任何影響。所以部分CO可通過水煤氣反應(Water Gas Shift)而清除（鉑(Pt)可促進此反應）。H2很容易氧化成水導致生成CO21、CO催化氧化機理催化氧化機理南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應機理2、碳氫化合物氧化機理、碳氫化合物氧化機理有多余的氧和氧化催化劑時，會發(fā)生如下的總量氧化反應：NO和CO對碳氫化合物的氧化反應起抑制作用。3、NO還原機理還原機理NO分

7、子在熱力學上是不穩(wěn)定的（ 除非在很高的溫度下），會按如下的反應分解成分子氮和分子氧：理論上NO的分解反應（這種放熱反應很難進行）排氣中的CO、未燃HC和H2作為還原劑導致NO消失的總量反應如下：NO得以還原的必要條件：較高的溫度和具備化學還原劑得以還原的必要條件：較高的溫度和具備化學還原劑水煤氣反應式水蒸氣重整反應H2的可能來源其中：南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應機理3、NO還原機理還原機理（具體基本步驟如右側所示）：當發(fā)動機用濃混合氣濃混合氣運轉時，排氣中出現(xiàn)大量化學還原劑，從NO離解產(chǎn)生的原子態(tài)氮可以進行更加徹底的

8、還原。主要反應通過下列某一途徑生成氨：用現(xiàn)有催化劑不能完全消除供給過量空氣的發(fā)動機(稀燃點燃式內(nèi)燃機和壓燃機稀燃點燃式內(nèi)燃機和壓燃機)排氣中NO的原因在氧化化學還原劑CO、HC和H2的過程中，NO離解產(chǎn)生的氧與排氣中存在的分子氧之間會發(fā)生競爭。如果分子氧的分壓明顯高于NO的分壓，NO消失的速率會顯著下降(圖6-1)。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應機理4、雙床催化（、雙床催化（Dual-BedCatalyzation）1）為在第一級還原NO，發(fā)動機要用濃混合氣運行，這意味著較高的燃油消耗。2）在第一級生成的氨，可能在第二

9、級通過以下反應氧化成分子態(tài)氮；還可能進行更深度的氧化回到原始的NO：氨重新氧化為NO的比例，取決于催化劑的本性、溫度和氧的分壓。雙床催化凈化技術：雙床催化凈化技術：發(fā)動機用濃混合氣運轉時發(fā)動機用濃混合氣運轉時，若一直有過量的還原劑存在，會生成氨（不希望出現(xiàn)），因此必須用串聯(lián)的兩個催化反應器。第一個還原NO(生成一定數(shù)量的NH3)，然后在第二個氧化反應器中消除CO和HC。為了得到這樣的氧化條件，必須在這兩反應器之間噴入附加空氣(稱為二次空氣)。雙床催化凈化技術的缺點：雙床催化凈化技術的缺點：南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應

10、機理5、三效催化、三效催化 鑒于雙床催化的缺點，目前已不再用于車用發(fā)動機，目前主要應用三效催化，它能同時消除法規(guī)限定的三種污染物CO、HC和NOx。當供給發(fā)動機的可燃混合氣的空燃比嚴格保持為化學計量比時(過量空氣系數(shù)1.0)，為CO、H2和HC的氧化不存在NO與O2之間的競爭問題，因為O2不過剩。所以，用一種合適的催化劑(稱為三效催化劑)，可以同時消除三種污染物。如果發(fā)動機的可燃混合氣的空燃比不是嚴格的化學計量比，三效催化劑的轉化效率就將下降(圖6-2)：對稀混合氣(過量空氣)，NO凈化效率下降；對濃混合氣(過量燃油)，CO和HC氧化效率下降【當可用的O2和NO已經(jīng)消耗完，CO和HC還可以分別

11、通過與排氣中的水蒸氣發(fā)生水煤氣反應式(6-6)和水蒸氣重整反應式(6-10)加以消除】。過量空氣系數(shù)對三效催化轉化器轉化效率的影響過量空氣系數(shù)對三效催化轉化器轉化效率的影響南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器一、催化反應機理一、催化反應機理5、三效催化、三效催化三效催化劑能理想工作的過量空氣系數(shù) “窗口”很窄，寬度只有0.01-0.02左右(對應空燃比窗口寬度0.15-0.3)，且并不相對a1.00對稱，而是偏向濃的方向。在這個窗口工作，在這個窗口工作，CO、HC和和NOx的凈化的凈化效率均可在效率均可在80以上以上。閉環(huán)空燃比調節(jié)系統(tǒng)對加速和減速響應

12、的滯后引起實際a相對目標值1.00上下波動。波動頻率為0.5-1.5Hz，波動幅度a0.01。試驗表明，這種實際試驗表明，這種實際 a圍繞圍繞1.00的波動不僅沒有害處，反的波動不僅沒有害處，反而能加寬三效催化的高效窗口，而且還可降低起燃溫度。而能加寬三效催化的高效窗口，而且還可降低起燃溫度。原因：三效催化劑中加有改善它們在a脈動工況下性能的添加劑添加劑。這些添加劑能迅速氧化還原，起氧化還原緩沖劑作用?，F(xiàn)代汽油機采用由排氣氧傳感器反饋控制空燃比的電控汽油噴射系統(tǒng)與三效催化劑相配現(xiàn)代汽油機采用由排氣氧傳感器反饋控制空燃比的電控汽油噴射系統(tǒng)與三效催化劑相配匹配閉環(huán)空燃比調節(jié)系統(tǒng)引起匹配閉環(huán)空燃比調

13、節(jié)系統(tǒng)引起 a的波動的波動原因：1）增大了排氣阻力；2）可燃混合氣與不裝催化轉化器的相比要濃一些（后者在部分負荷下總是以略稀的經(jīng)濟混合氣工作。三效催化轉化器可使汽油機的燃料消耗增加三效催化轉化器可使汽油機的燃料消耗增加南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成內(nèi)燃機排氣凈化用三效催化劑是由載體和活性相內(nèi)燃機排氣凈化用三效催化劑是由載體和活性相(狹義的催化物質狹義的催化物質)組成的。組成的。1、催化劑載體、催化劑載體1）催化活性主要由表面原子產(chǎn)生，為了最大限度地發(fā)揮催化劑的效果，它們的用量應盡可能少(特別是對貴金屬催化劑)，而且

14、必須高度分散在載體表面上。2）載體必須具有多孔性及足夠大的微觀表而積，保證活性相能很好分散(指可以與氣相很好接觸的活性物質的質量分數(shù)盡可能大)，并保證足夠快的傳質。最好的孔隙分布是雙峰分布(宏觀孔隙平均孔徑1-2m，微觀孔隙平均孔徑0.02m左右)，既能使氣體反應物很快擴散，又能使催化劑很好分散。3）載體應盡可能減少催化劑微粒之間的接觸，防止其在高溫下燒結以防引起活性損失。4）載體必須讓排氣順利通過，不使排氣背壓過分增大，以免損害發(fā)動機的性能。但催化轉化器必須有足夠的長度因為催化反應取決于反應物的分壓，所以當污染物逐漸耗盡時反應速率不斷下降，為了獲得超過90的總轉化率，流道太短不行。5）催化劑

15、載體必須具有足夠的力學性能和耐熱性，必須能抵抗由于發(fā)動機工況突然變化引起的熱沖擊。熱容量要盡可能低，在發(fā)動機冷起動時能迅速響應，使催化劑很快起燃。 (1)對載體的要求 南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成內(nèi)燃機排氣凈化用三效催化劑是由載體和活性相內(nèi)燃機排氣凈化用三效催化劑是由載體和活性相(狹義的催化物質狹義的催化物質)組成的。組成的。1、催化劑載體、催化劑載體 (2)蜂窩多孔陶瓷載體帶有很多細小的蜂窩狀方形孔道，故又稱為蜂窩載體 (圖6-3)。早期的氧化鋁多孔顆粒狀載體早期的氧化鋁多孔顆粒狀載體粒度2-3mm，呈球狀、片

16、狀或柱狀。比表面積很大，但存在磨損快、阻力大、熱容大等缺點，現(xiàn)已基本被淘汰。整體式載體（整體式載體（20世紀世紀80年代后）年代后）南昌大學機電學院南昌大學機電學院蜂窩載體一般用堇青石制造，是一種鋁鎂硅酸鹽陶瓷，其化學組成為2Al2O32MgO5SiO2原材料為高嶺土、滑石、硅石和礬土。 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成1、催化劑載體、催化劑載體 (2)蜂窩多孔陶瓷載體1）各原料礦石先磨成粒度小于50m的細粉；2）摻入粘結劑(如甲基纖維素，以提高泥料強度)、潤滑劑(如乙二醇，使燒結前成形容易)和助熔劑(如堿金屬和堿土金屬的氫氧化物，以促進燒結)，將制

17、備好的泥料通過模具擠壓成最終形狀。3）經(jīng)過預燒結消除泥坯中的粘結劑和潤滑劑等揮發(fā)性化合物。然后在高溫(1300-1400之間)下燒成為一種多孔性材料。加工過程南昌大學機電學院南昌大學機電學院為增大蜂窩載體的幾何表面積，降低其熱容量和氣流阻力，隨著制造工藝的改進，單位正面面積的蜂窩數(shù)(一般用每平方英寸的蜂窩數(shù)cpsi表示)不斷增加，從cpsi300(47孔/cm2)到400(62孔cm2)再到600(93孔cm2)，而壁厚不斷減小，由0.3mm到0.15mm再到0.1mm，使單位體積的幾何表面積由2.2m2L增加到2.8m2L再到3.4m2L。其典型物理性質見表6-1。 6.1 6.1 三效催化

18、轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成1、催化劑載體、催化劑載體 (2)蜂窩多孔陶瓷載體堇青石陶瓷熱膨脹系數(shù)很低，有優(yōu)異的抗熱沖擊能力。它的熔點在1450左右，在1300左右仍能保持足夠的彈性，以防止在發(fā)動機正常運轉時產(chǎn)生永久變形(雖然在供油或點火故障時仍有可能發(fā)生局部熔化)。一般認為堇青石蜂窩載體的最高使用溫度為1100左右。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成1、催化劑載體、催化劑載體 (3)蜂窩金屬載體蜂窩載體也可用金屬薄板制成。一般用厚度0.05mm的含鉻l5-20、鋁4-5的鐵素體不銹鋼板制造，對

19、高溫排氣有優(yōu)異的耐熱性。1）在外部橫斷面相同的情況下，金屬載體提供給排氣流的通道面積較大(在涂覆活性涂層以后，陶瓷載體的有效通道斷面為總斷面的55-60，而金屬載體可達70-75)，從而降低排氣阻力15-25可能使發(fā)動機功率提高2-3。2）在鋼板上沖出很多小槽可加強排氣的湍流，改善排氣與催化劑的接觸。3）金屬載體的質量比熱容只有陶瓷載體的一半左右，可縮短發(fā)動機起動時的起燃時間。4）金屬載體有較高的機械強度，特別是抗振性好，5）比較昂貴（不利因素）。目前金屬載體約占載體總量10的份額，主要用于摩托車和少量汽車的前置催化轉化器，后者的主要目的是改善起動排放。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1

20、 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成2、催化活性物質、催化活性物質利用一般金屬的氧化物制備的催化劑（較便宜）僅停留在開發(fā)階段；過渡金屬族氧化物作為催化劑，其最低起燃溫度比貴金屬高100左右，比活性較低；它們在高溫下不穩(wěn)定；對硫等具有高度敏感性。目前只有以貴金屬為基礎的催化劑在汽油機的排氣凈化中獲得大規(guī)模應用，因為沒有任何其他的化合物適于制造可靠的三效催化劑。貴金屬具有很高的催化活性，起燃溫度較低，在高溫下能抗燒結，以免比表面積下降，對燃油中的硫的毒化作用也有較好的耐力。氧化型催化劑用鉑Pt和鈀Pd作為活性元素。對于氧化CO、烯烴或甲烷，Pd的初始活性高于Pt；

21、對于氧化芳烴來說，兩者的活性基本相同；氧化烷烴時Pt更好（因為催化反應總以吸附開始，這對飽和烴來說就要先脫氫，所以脫氫活性好的Pt最有效）。氧化型催化劑的活性元素氧化型催化劑的活性元素Pd的缺點：當存在鉛、磷等毒物（不可逆地堵塞催化劑的活性位）時，Pd失活較快（Pd的高溫穩(wěn)定性好）。Pd的優(yōu)點：Pd較便宜（Pt較貴）。南昌大學機電學院南昌大學機電學院在三效催化劑中，必須向PtPd組合加入銠Rh。原因：PtPd催化劑把NO還原成N2能力不足（CO對這種催化劑有抑制作用）。銠Rh的優(yōu)點：1）有較大的儲氧能力，有助于拓寬可用的空燃比窗口。2）Rh不受CO的抑制作用影響，并且在空燃比偏濃期間產(chǎn)生較少的

22、NH3。銠Rh的缺點：1）Rh易受鉛和磷中毒。2）在氧化氣氛中，Rh在高溫下氧化成Rh2O3，它可能與載體中的Al2O3形成固溶體（這種氧化物也可能通過覆蓋Pt而失活）。 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成2、催化活性物質、催化活性物質三效催化劑的活性元素三效催化劑的活性元素1）因貴金屬資源匱乏，價格昂貴，長期以來人們一直在尋求廉價而活性持久的新型催化劑材料。2）我國稀土資源豐富，稀土催化劑的研究曾引起高度重視。曾報道鈣鈦礦型是CO氧化反應的有效催化劑；3）稀土催化劑雖然對CO、HC的轉化率很高，但對NO的還原性很低，且在實際發(fā)動機環(huán)境下容易失活，所以

23、最終未能大量推廣。4）把稀土元素加到貴金屬中能改善催化劑的活性和耐久性，可減少貴金屬的用量。稀土催化劑的研究稀土催化劑的研究南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑主要作用：儲存和吸附氧，防止載體活性涂層中的氧化鋁燒結，促進水煤氣反應和水蒸氣重整反應，以及提高催化反應活性等。較成功的添加劑是稀土元素，如鑭La、鈰Ce以及鋯Zr等。車用汽油機實際空燃比只能在目標化學計量比附近波動（即使采用空燃比反饋的電控噴油系統(tǒng) ），所以使催化劑交替處在貧氧和富氧狀態(tài)。作用作用1：儲存和吸附氧

24、：儲存和吸附氧為了使三效催化劑在貧氧狀態(tài)下更好地氧化CO和HC，在富氧狀態(tài)下更好地還原NOx，常借助于催化劑涂層中的氧化鈰的吸氧和吐氧作用，因為鈰很容易在三價態(tài)與四價態(tài)之間轉換：南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑作用作用1：儲存和吸附氧：儲存和吸附氧如圖6-4所示，加入ZrO2和CeO2形成固溶體，可顯著提高其熱穩(wěn)定性，又提高了其儲氧能力（ 從熱穩(wěn)定性和耐久性考慮，催化系統(tǒng)通常要求耐1000左右的高溫，但CeO2很容易發(fā)生高溫燒結）?？梢姡蛐迈r未焙燒含Ce樣品中加入

25、25后，產(chǎn)生的CO2量提高近2倍。經(jīng)800或1000高溫老化后，含Zr樣品仍產(chǎn)生較多CO2，表明含Zr的催化劑仍具較高的儲氧能力。圖6-4表示了脈沖CO快速通過Pt-Ce-Zr催化劑樣品時產(chǎn)生的CO2，用來考核催化劑的儲氧能力。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑作用作用2：穩(wěn)定催化劑載體活性涂層中的：穩(wěn)定催化劑載體活性涂層中的Al2O3晶體，避免高溫燒結而損失其比表面積晶體，避免高溫燒結而損失其比表面積選用的主要是1-5的La2O3和可高達20的CeO2。表6-2表示純

26、 Al2O3載體和加入稀土元素的載體樣品在1100焙燒12h前后的比表面積的變化。結果表明，純Al2O3載體經(jīng)1100焙燒后，比表面積從250m2g急劇下降到3m2g，即從 Al2O3 變成 Al2O3 。加入1稀土元素后，焙燒只使比表面積從220m2g降到49-63m2g。原因：這種穩(wěn)定化作用是因為在Al2O3表面形成了立方晶型的稀土尖晶石結構，從而抑制了Al2O3從 型向 型的轉化。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑CeO2的作用：還可以抑制貴金屬因高溫燒結而聚集成

27、大顆粒的作用：還可以抑制貴金屬因高溫燒結而聚集成大顆粒表6-3表示Pt催化劑中Ce的質量分數(shù)對Pt的表觀平均粒度的影響。不加Ce時Pt的平均粒度在老化后從1.1增大為8.9nm。當加入13(質量分數(shù))的Ce后，老化對Pt的粒度沒有影響，維持在2.8nm左右。其原因可能是Pt與CeO2表面的作用較Al2O3強。 缺點：在CeO2存在的條件下，Pt和銠Rh容易在還原氣氛下被還原，從而提高去除CO、HC和NOx的活性。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑作用作用3：促進水煤氣反

28、應式和水蒸氣重整反應式：促進水煤氣反應式和水蒸氣重整反應式在三效催化劑中加入Ce，可促進水煤氣反應式(6-6)和水蒸氣重整反應式(6-10)。水煤氣反應有利于除去CO，反應產(chǎn)生的H2還有利于NO的還原。水煤氣反應式水蒸氣重整反應水蒸氣重整反應有利于在還原條件下減少HC的排放。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑作用作用4：改變：改變NO-CO反應式（反應式（6-11）的動力學）的動力學 稀土元素Ce可以改變NO-CO反應式(6-11)的動力學，即降低反應的活化能，從而降低

29、反應溫度。圖6-5表示銠Rh-CeAl2O3催化劑上反應NO-CO的動力學行為隨Ce含量的變化情況。圖中反應速率指單位時間內(nèi)單位質量催化劑生成的CO2量?？梢钥闯鰮饺?Ce后反應速率明顯升高（表觀表觀活化能從活化能從Ce0時的時的159kJmol下降到下降到9Ce時的時的75kJmol）。在含Ce樣品中較高的NO解離速率和N2脫附速率可能是Ce促進反應的原因。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成3、催化劑添加劑或助催化劑、催化劑添加劑或助催化劑作用作用5：促進催化氧化反應：促進催化氧化反應可見，加入Ce使在銠Rh Al2

30、O3上進行的CO氧化反應的速率對氣相中O2的敏感性降低。Ce也可促進催化氧化反應。圖6-6表示在銠RhAl2O3催化劑中添加9Ce后對CO氧化速率隨O2濃度變化的影響向Pt催化劑加入小顆粒Ce(12- 27nm)并經(jīng)還原處理后，使NO還原的起燃溫度降低50-100。原因：一般認為，這是由于Pt與Ce的協(xié)同作用所致。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器二、催化劑的組成二、催化劑的組成4、載體催化劑的制備、載體催化劑的制備活性涂層與載體通道壁面的附著性能對于催化劑的耐久性非常重要。如活性涂層與載體的熱膨脹系數(shù)差別很大，涂層就有可能開裂甚至剝落。這時，使涂層

31、材料配方具有較小的彈性模量是有利的。堇青石陶瓷載體的比表面積太小(0.2m2g)，不足以保證貴金屬催化劑充分分散，所以在浸漬催化劑之前必須在載體通道壁面上敷上活性涂層(圖6-7)。活性涂層是比表面積很大的 Al2O3層。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器三、催化轉化器的構造三、催化轉化器的構造催化器殼體通常作成雙層結構，并用奧氏體或鐵素體鎳鉻耐熱不銹鋼板制造，以防因氧化皮脫落造成催化劑的堵塞。殼體的內(nèi)外壁之間填有隔聲絕熱材料。這種隔熱設計防止發(fā)動機全負荷運行時由于熱輻射使催化器外表面溫度過高，并加速發(fā)動機冷起動時催化劑的起燃。催化轉化器簡稱催化器，是

32、由殼體1、減振密封襯墊2和載體與催化劑3構成(圖6-8)。殼體般先用鋼板沖壓成兩半塊，然后沿分割面的法蘭焊接封裝。金屬蜂窩載體直接與殼體銅焊。對于陶瓷蜂窩載體來說，為保持載體在殼體內(nèi)位置牢固（防止它因振動而損壞）和通過補償陶瓷與金屬之間的熱膨脹的差別，保證載體周圍的氣密性，在載體與殼體之間加有一塊由軟質耐熱材料構成的襯墊。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性車用汽油機三效催化轉化器的主要性能指標：污染物轉化效率、排氣流動阻力和使用壽命等。取決于污染物的本性、催化劑的活性、工作溫度、空間

33、速度及流速在催化空間中分布的均勻性等因素。催化轉化器對污染物的轉化效率催化轉化器對污染物的轉化效率表征參數(shù)：催化器的空燃比特性、起燃特性、空速特性等。由流動特性表征催化器對排氣的流動阻力表征參數(shù)：主要與催化劑的劣化特性有關，還涉及熱力-力學性能。使用壽命的表征參數(shù)南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性1、空燃比特性、空燃比特性定義：催化劑轉化效率的高低與發(fā)動機可燃混合氣的空燃比或過量空氣系數(shù)有關，轉化效率隨空燃比或過量空氣系數(shù)的變化稱為催化器的空燃比特性。三效催化劑的典型空燃比特性已在圖

34、6-2中表示。為使CO、HC和NOx三種法規(guī)限制排放物均有80的轉化效率，過量空氣系數(shù)必須保持10.01?，F(xiàn)代電控噴射汽油機必須保證過量空氣系數(shù)圍繞10.01 的中心值波動，否則轉化效率將顯著降低。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性定義：催化劑轉化效率的高低與溫度有密切關系，催化劑只有達到一定溫度以上才能開始工作，稱為起燃。起燃特性的兩種評價方法：催化劑的起燃持性常用起燃溫度評價；整個催化轉化器系統(tǒng)的起燃特性用起燃時間評價。圖6-9表示某催化劑的轉化效率隨氣體入

35、口溫度的變化。轉化效率達到轉化效率達到50所對應的溫度稱為起燃溫度所對應的溫度稱為起燃溫度t50。顯然， t50越低，催化器在汽車起動時越能迅速起燃。t50是催化劑活性的重要指標，它可在化學實驗室或發(fā)動機臺架上針對催化劑或催化器試驗測定。起燃溫度特性：南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性起燃時間特性：定義：起燃時間特性描述整個催化轉化系統(tǒng)的起燃時間歷程，將達到將達到50轉化效率所需要的時間稱轉化效率所需要的時間稱為起燃時間為起燃時間50。到目前為止，起燃溫度是最常

36、用的起燃特性指標，實驗測定也簡便易行。但為了滿足未來更加嚴格的排放法規(guī)，需要重視對催化轉化器起燃時間特性的研究。起燃溫度和起燃時間的比較評價的內(nèi)容不完全相同。起燃溫度主要取決于催化劑配方(當然還與被催化物種以及空速等有關)，它評價的是催化劑的低溫活性。而起燃時間除與催化劑配方有關外，在很大程度上取決于催化轉化器系統(tǒng)的熱容量、絕熱程度以及流動傳熱傳質過程，影響因素更復雜，但實用性更好。南昌大學機電學院南昌大學機電學院排放試驗表明，按國標GB18352-2001的型試驗用測試循環(huán)的市區(qū)測試循環(huán)(1部)試驗時，頭120s內(nèi)排放了總循環(huán)(為時820s)中90的CO、80的HC和60的NOx(圖6-10

37、)。 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性出現(xiàn)較大的初始排放量主要有兩個原因：1)催化劑未達到足夠高的溫度，不能進行有效的催化反應；2)發(fā)動機起動時用濃混合氣工作，CO和HC的催化氧化因缺氧而不能有效進行。因此保證在發(fā)動機冷起動時使催化轉化器快速起燃,是目前降低車用汽油機排放的重要課題。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性典型的汽油機+催化轉化器系統(tǒng)如圖6-11a所示

38、，般車用三效催化轉化器安裝在汽車底板下(UBC)，距發(fā)動機較遠，因此起燃時間較長。但這樣安裝使催化床溫度不會超過允許的安全溫度(800-900)，減小了熱老化的危險如圖6-11b所示，把底板下催化器盡量往前移，采用所謂近機催化器(CCC)，直接裝在發(fā)動機排氣歧管出口，可以大大縮短起燃時間。但是這時催化劑熱沖擊嚴重，發(fā)動機大負荷運行時溫度可能很高，使催化劑易于老化，發(fā)動機高速運行時排氣阻力可能很大，使發(fā)動機動力性下降。采用薄壁的高強度載體、添加高溫穩(wěn)定劑的活性涂層、用耐高溫的活性組份(例如Pd比Pt好)，可以延長近機催化器的壽命。改善催化器起燃特性的可用技術近機催化器(CCC)南昌大學機電學院南

39、昌大學機電學院如圖6-11c所示，采用可旁通的前催化器(PC)，既可加速起燃，又可保證壽命。前催化器只在起動時工作，其體積只有主催化器（MC）的1/3左右，但貴金屬負載量大，催化活性高，使產(chǎn)生的反應熱盡快加熱主催化器。 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性改善催化器起燃特性的可用技術采用可旁通的前催化器(PC)如圖6-11d所示，采用電加熱催化器(EHC)可明顯加速催化器的起燃。一般在發(fā)動機起動前加熱10-20s起動后再加熱20-30s可使催化器很快進入正常工作狀態(tài)。耗電量大是其主要缺點。改善催化

40、器起燃特性的可用技術采用電加熱催化器(EHC)南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性改善催化器起燃特性的可用技術采用兩級催化器如圖6-11e所示，為解決電加熱催化器(EHC) 耗電量大的缺點，可采用兩級結構。第一級為小型的電熱金屬載體催化器(EHMSC)，它熱容量小，可迅速加熱到高溫，激活催化反應。反應熱隨氣流傳給陶瓷主催化器(MCC)，加快它的起燃。如圖6-11f所示，發(fā)動機冷起動時HC排放是最主要問題。采用碳氫吸附器(HCA)，利用其中的活性炭或沸石分子篩等吸附

41、劑吸附HC，可降低冷起動時的HC排放高峰。溫度提高后，已吸附的HC脫附，正好是后面的催化器開始有效工作，把脫附的HC氧化掉。發(fā)動機正常運轉時，通過轉換閥(SV)使碳氫吸附器不再工作。改善催化器起燃特性的可用技術采用碳氫吸附器（降低冷起動時的HC排放）南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性2、起燃特性、起燃特性改善催化器起燃特性的可用技術采用一種位于催化器前的后燃器如圖6-11g所示，如果發(fā)動機起動時采用較濃的混合氣，可以采用一種位于催化器前的后燃器，使催化器在小于20s的時間內(nèi)達到起燃溫

42、度。后燃器以發(fā)動機排出的廢氣和二次空氣泵(SAP)噴射的空氣組成可燃混合氣，用電點火器(I)點火。這種系統(tǒng)的技術關鍵在于發(fā)動機低溫廢氣到達后燃器時，混合氣必須在發(fā)動機起動后2s內(nèi)被點燃，否則，發(fā)動機過濃的起動混合氣將造成嚴重的HC排放。如圖6-11h所示，為了提高后燃器的工作可靠性，可采用供氣、供油并強制點火的燃燒器直接加熱催化器。燃燒器的工作由位于催化器外殼上的溫度傳感器控制。如果催化劑溫度低于起燃溫度，燃燒器就工作，一旦溫度足夠，供氣和供油就被關斷。所以為使燃燒器工作可靠，不產(chǎn)生二次污染，需要復雜的控制系統(tǒng)。改善催化器起燃特性的可用技術采用供氣、供油并強制點火的燃燒器直接加熱催化器南昌大學

43、機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性3、空速特性、空速特性空速是空間速度的簡稱，其定義空速的大小實際上表示了反應氣體在催化劑中的停留時間 (單位為s)，兩者的關系為：是由催化劑結構參數(shù)決定的常數(shù)。空速SV越高，反應氣體在催化劑中停留的時間 越短，會使轉化效率降低；同時由于反應氣體流速提高，湍流強度加大，有利于反應氣體向催化劑表面的擴散以及反應產(chǎn)物的脫附。因此，在一定范圍內(nèi)，轉化效率對空速的變化并不敏感。空速與轉化效率的關系在催化劑的實際應用中，一般催化劑體積與發(fā)動機總排量之比為0.5-1.0，

44、即貴金屬用量與催化劑體積的數(shù)值關系為南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性4、流動特性、流動特性1）進排氣泵氣損失增大，使有效功率減??；2）排氣背壓增大使缸內(nèi)殘余廢氣量增加，發(fā)動機充量系數(shù)降低，功率下降；3）殘余廢氣使燃燒惡化。 排氣催化轉化器給發(fā)動機的排氣系統(tǒng)增加了阻力，使其排氣背壓加大。后果：發(fā)動機動力性經(jīng)濟性惡化有必要探討其流動阻力的影響因素，研究減小阻力的途徑如圖6-12表示用蜂窩陶瓷載體催化劑的車用三效催化轉化器的實測阻力(用壓力損失表示)的變化范圍。南昌大學機電學院南昌大學機

45、電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性4、流動特性、流動特性1）氣流與殼體壁面的摩擦；2）入口與出口處的氣流剪切和變向；3）載體細小孔道中的流動摩擦。其中主要因素是入口局部阻力和載體孔中的摩擦阻力。引起催化器流動阻力的原因載體孔道中的阻力載體孔道很細，水力直徑很小，雷諾數(shù)一般達到幾百，所以載體孔道中的流動是層流，阻力表達式：降低阻力的方法：從降低阻力角度，減小孔道密度是有利的，但這不利于轉化效率。實際的發(fā)展趨勢是增加孔道密度。所以兼顧效率和阻力的最佳途徑是減小載體孔道之間的壁厚，這時由于熱容減小，起燃時間也可縮短

46、。唯一的困難在于制造工藝方面。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性4、流動特性、流動特性從式(6-17)還可看出，阻力與載體的長度成正比，即縮短載體長度對減小阻力有利。同時，阻力與流速成正比，即增大載體橫截面積減小流速，可減小阻力。所以為保持一定空速，在催化劑體積不變的條件下，用短而粗的催化劑使阻力大大減小。降低阻力的方法：1)實際安裝條件限制催化轉化器的橫向尺寸。 2)橫向尺寸過大使橫截面上流速分布不均勻。實際的限制條件：1）使流動阻力增加，2）引起催化器轉化效率下降和劣化加速。原因

47、：流速分布不均勻一般均是中心區(qū)域流速高，外圍區(qū)域流速低，所以中心部分溫度過高，使該區(qū)催化劑很容易劣化，縮短了使用壽命，而外圍部分溫度又過低，使該區(qū)催化劑得不到充分利用，造成總體轉化效率的降低。3）流速分布不均勻還會導致載體徑向溫度梯度增大，產(chǎn)生較大熱應力，造成載體熱變形和損壞可能性的加大。催化器橫截面上流速分布不均勻的危害南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性5、催化劑的耐久特性、催化劑的耐久特性催化劑長期使用后性能將發(fā)生劣化，亦稱失活。國際上一般要求車用催化劑在使用了8-16萬km后整

48、車排放仍能滿足法規(guī)限值，而催化劑的轉化效率的降低不大于20。當排氣溫度超過850時，就可看到由于熱力因素引起的催化劑失活，一般稱為催化劑的熱失活。在這種高溫環(huán)境下，作為催化劑主要活性組分的貴金屬晶體將發(fā)生燒結。原因：新鮮的催化劑貴金屬是以微小的晶體狀態(tài)均勻分散在高比表面的載體上。在高溫度的作用下，細微的貴重金屬晶體發(fā)生凝聚，生成較大顆粒的晶體。所以貴金屬表面積縮小，相當于催化活性位的損失，結果導致催化劑活性下降。失活的定義在催化劑正常使用條件下，主要的失活是由熱力因素和化學因素造成的（機械損壞不會很嚴重）。熱失活的定義南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.1 6.1 三效催化轉化器三效催化轉化

49、器四、催化轉化器的性能指標和工作特性四、催化轉化器的性能指標和工作特性5、催化劑的耐久特性、催化劑的耐久特性除了熱失活外，催化劑還會由于存在于燃油中的鉛、硫等元素以及存在于潤滑油中的磷、鈣、鋅等元素的作用而化學失活。原因：催化劑表面可能被積累在表面上的沉積物所覆蓋（從而堵塞催化劑表面上的微孔），催化劑的覆蓋引起氣態(tài)污染物向催化劑內(nèi)的催化活性位的擴散通道減小，導致催化性能下降?；瘜W失活的定義催化劑中毒是由毒物占據(jù)催化活性位使活性位失效造成的。催化劑失活原因可通過分析其起燃溫度特性得知(圖6-13)。新鮮催化劑(1)具有很低的起燃溫度。高溫引起的活性物質燒結和鉛中毒，造成活性位損失(2)使起燃溫度

50、升高。表面覆蓋和載體燒結，導致反應氣體擴散不暢(3)，表現(xiàn)為轉化效率曲線隨反應溫度上升而緩慢升高。嚴重表面覆蓋和堵塞（4）導致最高轉化效率的大幅度下降，即使溫度很高(500)也上不去。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.2 6.2 氧化催化轉化器氧化催化轉化器一、點燃式內(nèi)燃機一、點燃式內(nèi)燃機對稀燃汽油機：NOx排放較低，而未燃HC排放較高，所以氧化催化器得到應用（對車用四沖程汽油機來說，早期的氧化催化轉化器已被三效催化轉化器所淘汰，因為不能有效控制NOx的排放）。但是稀燃發(fā)動機控制復雜，排放只能達到中等水平，比不上配三效催化器的化學計量比均燃發(fā)動機。存在的問題：1）二沖程汽油機的排氣中有很多

51、由于短路掃氣造成的未燃HC，其數(shù)量隨時間急速變化，與排氣中氧的比例也不斷變化。2）氧化催化器引起的附加阻力會增加缸內(nèi)的EGR，從而增加HC和CO的排放量。分析采用的方法：噴射二次空氣原因：1）使這些未燃HC進行有效的催化燃燒。2）二沖程機排氣溫度比四沖程機低，但催化劑一旦起燃，大量HC的燃燒可能會使催化劑的溫度升得非常高，而噴射二次空氣有助于控制溫度。從實用觀點看采用方法：最好把二沖程機的氧化催化器分割成兩部分；第一部分直接裝在排氣管出口，使催化器容易起燃；第二部分裝在它的下游二次空氣噴射口后面，用來完成HC的氧化。兩者之間用絕熱管道連接。這時催化活性物質可以用鉑Pt或鈀Pd。氧化催化器在二沖

52、程汽油機上的應用（二沖程汽油機排氣成分含NOx很少，用氧化催化劑足以對付）南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.2 6.2 氧化催化轉化器氧化催化轉化器二、柴油機排氣的催化氧化二、柴油機排氣的催化氧化1）降低微粒排放。盡管因柴油機排氣溫度低，微粒中的碳煙難以氧化，但是氧化催化劑可以氧化微粒中SOF的大部分(使SOF下降40-90)，得到微粒排放降低的效果。2）可使柴油機的CO排放降低30左右，HC排放降低50左右。3）氧化催化可凈化PAH(50以上)和醛類(50-100)，并減輕柴油機排氣臭味。柴油機的排氣用氧化催化劑進行處理的主要功能如圖6-14所示，柴油中含有較高的硫，燃燒后生成SO2?？?/p>

53、見，在過量空氣系數(shù)不變時，排氣中的SO2濃度基本與柴油含硫量成正比。SO2經(jīng)催化器氧化后變成SO3，然后生成硫酸鹽，成為微粒的一部分。催化氧化效果越好，硫酸鹽生成越多，甚至達到無催化器時的10倍。柴油中含有硫對SO2排放的影響南昌大學機電學院南昌大學機電學院因此當柴油機用普通高硫柴油運轉時，大負荷時由于排溫高，催化氧化強烈，硫酸鹽的增加不但抵消了SOF減小的效果，甚至反而使總微粒上升，只有用低硫柴油才能保證氧化催化器的效果(圖6-15)。同時硫也是催化劑中毒劣化的原因之一。 6.2 6.2 氧化催化轉化器氧化催化轉化器二、柴油機排氣的催化氧化二、柴油機排氣的催化氧化柴油中含有硫對微粒排放的影響

54、 圖6-16表示柴油機使用氧化催化器時，排氣溫度對微粒排放量的影響。由圖可見，當排氣溫度低于150時，催化劑基本不起作用。隨著溫度的增高，由于SOF被氧化，使微粒排放下降；而排溫高于350 后，由于硫酸鹽大量生成，反而使微粒排放增加。因此，柴油機氧化催化器的最佳工作溫度范圍是200-350 ，但僅靠調整發(fā)動機工況很難控制排溫總在這一最佳范圍內(nèi)。柴油機使用氧化催化器時排氣溫度對微粒排放量的影響 因此，減少柴油中的硫含量就成了十分重要的問題。因此，減少柴油中的硫含量就成了十分重要的問題。解決辦法南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.2 6.2 氧化催化轉化器氧化催化轉化器二、柴油機排氣的催化氧化二

55、、柴油機排氣的催化氧化對于柴油機氧化催化劑的活性成分：鈀Pd的催化活性不如鉑Pt，但產(chǎn)生的硫酸鹽少，且價格便宜，因此用Pd或Pd/Rh組合比較合適。如圖6-17所示，對含硫0.2的普通柴油的柴油機，Pt系催化劑由于使硫酸鹽幾乎增加10倍，總微粒排放增加到3.5倍。即使使用0.04的低硫柴油，Pt系催化劑仍使微粒排放增加50左右。如果使用Pd系催化劑，在SOF排放明顯降低的同時硫酸鹽生成量也較小，因而使微粒總排放降低1/3左右。不同貴重金屬氧化催化劑的效果南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.3 6.3 富氧降富氧降NOxNOx催化轉化器催化轉化器一、稀燃發(fā)動機用吸附一、稀燃發(fā)動機用吸附-還原催

56、化器還原催化器稀燃汽油機可提高燃料的利用率，同時減少CO2的排放。例如，若將汽油機的過量空氣系數(shù)從1.0提高到1.5，燃料消耗可節(jié)約15。排氣中CO濃度明顯降低，HC有所減少。NOx排放在過量空氣系數(shù)1.1-1.2時達到極大值，此后也逐漸減少，但仍不能滿足嚴格的法規(guī)要求。稀燃發(fā)動機的優(yōu)點研究表明，利用吸附-還原法的催化器是解決稀燃汽油機NOx排放問題的較有希望的途徑。在富氧的氣氛下，通過下列反應用吸附劑MO先將NOx儲存起來：由于稀燃汽油機排氣中氧含量很高，一般三效催化劑還原NOx的效率大為降低。因而，近年來對富氧條件下NOx還原催化劑的研究成為熱點。 然后在貧氧的還原氣氛下進行分解和還原，其

57、可能的反應如下：吸附-還原法南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.3 6.3 富氧降富氧降NOxNOx催化轉化器催化轉化器一、稀燃發(fā)動機用吸附一、稀燃發(fā)動機用吸附-還原催化器還原催化器催化劑的再生過程為使催化器能在富氧-貧氧交替的氣氛中工作，而同時又不顯著惡化發(fā)動機的燃料經(jīng)濟性。發(fā)動機的控制要特別設計。正常運轉保持a1.5，每隔50-60s由電控器自動控制節(jié)氣門減小開度，使a由1.5減小到0.7，同時把點火提前角推遲到5CA，這樣的期間持續(xù)5-10s，也稱為催化劑的再生過程。也可將再生過程設在怠速工況，這時空速小可以得到較好的NOx還原效果。再生過程盡管會影響發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，但由于再生相對

58、時間很短，通過優(yōu)化控制，油耗損失可不超過1。吸附-還原催化器對NOx的轉化效率可達70一90，其最佳工作溫度在250-450之間。原因：因為在富氧條件下，溫度350以上時NO與NO2之間的化學平衡向NO偏移，隨著溫度的升高，NO被氧化成NO2的可能性越來越小，而NO是很難被堿土金屬吸附的。溫度低，從化學平衡角度有利于NO2的生成；但溫度過低，催化劑活性低，NO被氧化成NO2的量仍然很少。(吸附較好)吸附-還原催化器的最佳工作溫度2222212NOONONOON南昌大學機電學院南昌大學機電學院由于堿土金屬很容易受硫毒化，所以應用NOx吸附-還原催化器時必須降低汽油的含硫量。圖6-18表示汽油含硫

59、量對稀燃NOx催化轉化器的NOx轉化效率的影響。 6.3 6.3 富氧降富氧降NOxNOx催化轉化器催化轉化器一、稀燃發(fā)動機用吸附一、稀燃發(fā)動機用吸附-還原催化器還原催化器汽油含硫量對稀燃汽油含硫量對稀燃NOx催化轉化器的催化轉化器的NOx轉化效率的影響轉化效率的影響南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.3 6.3 富氧降富氧降NOxNOx催化轉化器催化轉化器二、柴油機排放的二、柴油機排放的NOx的處理的處理降低柴油機排放的NOx的化學處理是車用柴油機的研究熱點之一，但迄今尚未完全成熟。研究開發(fā)中的柴油機NOx后處理技術有四種：1催化吸附-還原(CAR)催化吸附-還原方法已經(jīng)用于稀燃汽油機。由

60、于在一般柴油機中無法實現(xiàn)吸附性催化劑再生所需要的濃混合氣狀態(tài)，所以這種方法不能用于柴油機。不過，在最新的采用共軌噴油系統(tǒng)的柴油機中，則有可能通過在膨脹過程中向缸內(nèi)后噴燃油提供吸附催化器再生所需要的還原劑。南昌大學機電學院南昌大學機電學院 6.3 6.3 富氧降富氧降NOxNOx催化轉化器催化轉化器二、柴油機排放的二、柴油機排放的NOx的處理的處理2. 選擇性非催化還原(SNCR)SNCR的原理是在高溫排氣中加入NH3，與NOx反應后生成N2和H2O，總量反應式為：這種方法的優(yōu)點這種方法的優(yōu)點是可以省去價格昂貴的催化劑。缺點：缺點：由圖6-19所示的化學動力學計算結果可以看出，凈化效果只出現(xiàn)在1