车用柴油机氧化催化转化器的研究

提要
氧化催化转化器是降低柴油机微粒排放一种简单有效的后处理装置，通过与山西净土公司合作，对柴油机氧化催化转化器进行研究开发，主要考察氧化催化转化器对柴油机微粒的净化性能。
在YC4112ZLQ 型增压中冷柴油机上建立催化转化器性能试验台架。由于催化器容积与发动机排量相比过小，采用排气分流的方法，将发动机尾气进行分流，以达到催化器容积与发动机排量相匹配。
用化学方法测量柴油机微粒排放物中硫酸根的含量。
关键词：柴油机、氧化催化器、净化效率、低温起燃性、空速特性、抗硫中毒
第一章 绪论
随着交通运输业的迅速发展，汽车工业已成为我国的支柱产业之一。我国汽车保有量在2004年已达到3000万辆，近年来以13%—15%的速度递增。随着经济的发展，我国机动车保有量迅速增加，其增长速度远远高于经济和人口的增长速度。
研究了各种因素对催化器净化性能影响。试验研究了催化器载体的吸附作用对发动机微粒排放的影响，载体对微粒具有一定的吸附作用，净化效率为16%；研究了催化器的，DCC-5催化器具有很好的低温起燃性，T50为180℃；研究了催化器的空速特性，发现在较低空速时20000h-1-40000h-1时其净化效率较高，高于40000h-1后净化效率大幅降低；研究了催化器的抗硫中毒的能力，DCC-5具有较好的抗硫中毒能力；研究了DCC-5催化器在30小时后净化效率的变化，其净化效率依然很高达到50%，在中等负荷时略有下降，在大负荷时净化效率略有提高。
1.1
发达国家对控制城市机动车排放的研究很重视，在60年代颁布了排放标准和法规，1974—1975年间美国、日本相继使用了氧化型催化净化器，1978年美国对汽车排放的NOx提出了控制要求，开始研究三效催化净化器，并达到实用阶段。国外催化净化器的研制开发、生产、市场销售主要由几个大的厂商进行。国外已形成了机动车污染控制的三大体系（美国、欧洲、日本），建立了一系列完整的技术与管理相配套的制度，有效地减少了尾气排放，还带动了环保产业的发展。国外机动车尾气污染控制催化技术开发目标是以各国在不同时间段内颁布排放标准和法规为依据，满足和达到排放标准。近年来，欧美等国政府相继颁布了更为严格的超低排放标准和零排放标准以控制机动车的尾气污染。为应对这类超低排放标准，英国政府每年投资8亿多英镑开发和研究汽车低污染技术。德国企业界30年间已为此耗资1300多亿美元。美国为实现2003-2005年NOx和一氧化碳排量再降低10%的目标，将花费16亿美元用于尾气污染治理。氧化催化转化器（二元催化转化器）及三效催化转化器已经被广泛使用。全世界装有尾气净化器汽车的产量在逐年增加，如：1990年全球装有尾气净化器汽车的产量达2800万辆，占当年世界汽车总销量（4827万辆）的58％。
有关机动车污染治理的环保产业具有广阔的市场前景，但由于技术、法规、政策和市场本身等诸多的原因，目前还尚未形成催化净化器制造商所期望的规模，需要从诸多的方面去开拓和培养。
随着汽车尾气催化转化器的广泛应用，催化剂技术的研究也迅速发展。但我国的催化剂技术与国外相比有很大的差距，考虑我国的稀土资源及市场分布，通过稀土尾气净化催化剂的开发研究，获得我国自己的稀土应用知识产权，将资源优势转化为产业化优势。［16-18］
我国在机动车尾气催化净化器领域研究起步较早，从1973年起对红旗轿车的尾气进行净化，从1982年开始，对蜂窝陶瓷载体制备技术、涂层材料及工艺技术、催化剂优化配方及制备技术、催化剂生产中部分设备及整套工艺、技术规范、催化净化器总成技术、柴油机消除烟尘和催化燃烧再生技术、摩托车排放净化技术等进行了长期应用研究和部分产品的开发研究，部分关键技术已接近国际先进水平。近年来对于汽油车尾气污染控制有了很大发展。我国基本在2000年完全使用无铅汽油。这些为汽油车安装催化净化器创造了条件。在“九五”计划期间，国家科技部首次设立了“我国汽车污染综合控制研究”的科技攻关课题。我国主要采用稀土部分或全部替代资源短缺的贵金属用于解决汽车尾气排放污染的问题。目前我国汽车尾气污染控制的研究水平较高，工作基础较好，有一支实力较强的产学研队伍，包括清华大学、天津大学、吉林大学、北京工业大学等高等院校和中科院生态环境研究中心、昆明贵金属研究所、中科院大连化学物理研究所、北京有色金属研究院、北京石油化工研究院、天津化工研究院等科研院所以及桂林利凯特、无锡威字力达、北京蓝天、北京绿创、山西净土、上海高科、河北兰宇等生产厂家。有些科研院所和生产厂家已有良好的合作关系，已具备向工程化、产业化转化的条件。但与国外产品尚有不小差距，主要表现在催化剂寿命、部分硬件技术、总装集成技术及与不同车型的匹配技术等方面。目前销售汽车尾气催化净化器的厂家大约有80家。但是生产催化转化器的规模都不大，年产几万套到10万套能力，产品质量参差不齐，而且由于市场的问题，各生产厂家还没达到生产能力，因此要形成产业化还有很大差距。［7-15］
柴油机车以良好的燃油经济性，优异的动力性和较低的二氧化氮排放量，使用也越来越广泛。但随之而来的是柴油机带来严重的污染，特别是柴油机微粒排放的污染。因此，世界上对柴油机的排放要求越来越严格［1］。
柴油机的排放物中含有气态的CO、NOx、HC和SO2，还含有固态颗粒物主要包括干炭烟（DS）溶解性有机成分（SOF）和少量的硫酸、硫酸盐［2-3］。
对5种1.1L氧化催化器和6种1.6L氧化催化器进行性能试验筛选，通过试验，催化转化器在中小负荷是具有较高的净化效率，在大负荷是净化效率有不同程度下降。其中DCC-5、DCC-3和DCC-6具有较高的净化效率，依次达到53.9%、48.6% 和43.3%；对净化性能最好的催化器进行改进，改变催化剂含量、添加稀土元素、改变催化器结构等，获得净化性能更好、具有很好抗硫中毒能力的催化器。通过试验改变DCC-6种活性组分的比例后，得到净化效率43%，且在高温具有很好抗硫中毒能力的催化器。
1.2 Βιβλιοθήκη Baidu柴油机氧化催化转化器
柴油机的氧化催化器降低颗粒排放物主要通过去除固体颗粒物中的溶解性有机成分（SOF）,同时燃烧掉小部分干碳烟（DS），而且进一步降低CO、HC的排放量。氧化催化器不但可以单独使用也可与其它后处理器技术、机内净化技术共同使用以满足当今严格的排放法规。而且氧化催化剂不需要再生，维护简单，是当今使用最广泛的后处理技术［19-31］。