汽车尾气催化净化
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汽油车尾气催化净化
谭铧铧 2012200247
汽油机简介
污染物形成
CO、HC、 NOx的形成 发动机运行 条件的影响
污染控制技 术
降低尾气排 放 排气后处理 技术
工作原理
污染来源
汽油机的工作原理：四个冲程
进气门 打开 排气门 关闭 关闭 排气门打开
根源：汽车运动的能量产生过程。最终传
递到轮胎的动力很小。 提高发动机热效率，或减少发动机燃料消耗 可以减少污染物排放。 提高汽车燃料经济性是根本措施。
三效催化转化
实例
Pt/Rh催化剂
中、小负荷时，乙醇-汽油燃料对催化器前的CO排放影响不大。 但全负荷时，随乙醇含量的增加，催化器前的CO排放有所改善。
随乙醇含量的增加，催化器前的THC排放降低,最大降幅率接近 30%。
Pt/Rh催化剂对CO和THC的催化转化效率的影响与燃料中的含醇 量与汽油机的转速和负荷有关。但是Pt/Rh催化剂对NOx催化转 化效率的影响不大。
三效催化转化
在理论空燃比范围内， 才能使三种污染物同 时得到净化
为严格控制空燃比， 采用以氧传感器为中 心的空燃比反馈控制 系统。（ZrO2传感器）
三效催化转化：催化剂的组成
活性组 分
• 贵金属：Pt,Rh,Pd • 稀土氧化物： ABO3型 • 普通金属氧化物
催化剂
涂层和 助剂
• 涂层：γ- Al2O3 • 助剂：CeO2、 La2O3
3.载体与催化层一体化催化剂
• 龟山秀雄等开发了“金属与催化层一体化催化剂”
4.汽车尾气多元净化技术
• 低温等离子体技术：使空气离子化
魏伟等, 汽车尾气三元净化催化剂的研究新进展.
2014-4-5
香烃等 100~20 0种)
铅、磷、 硫污染
• 燃料含有 的元素
空燃比：每克燃料燃烧时 所消耗的空气
NOx
HC、CO
发动机运行条件对尾气排放的影响：空燃比
外界温度，压力，湿度，燃料等
排气成分 （体积分数）
怠速 800
加速 540
定速 485
减速 5000
ϕHC/10-6 ϕNOx/10-6 ϕCO/% ϕCO /%
2
23
1543
1270
6
4.9
1.8
1.7
3.4wenku.baidu.com
10.2
12.1
12.4
6.0
发动机运行条件对尾气排放的影响:不同工况
降低尾气排放
1.改进点火系统
延迟点火 高能电子点火系统：加强了火花强度，延长火花持续时间， 降低HC排放
2.闭环电子控制汽油喷射
将汽油直接喷入进气管或喷入汽缸
3.废气再循环（EGR）
汽油机污染来源
燃烧过程
• CO • NOx • HC • 铅、磷、硫
尾气管、曲轴箱、蒸发排放
• CO • NOx • HC
驱动汽车的能量
• 碳氢不 完全燃 烧
CO
HC(芳
• 不完全燃烧 • 壁面淬熄 • 壁面油膜和 积炭的吸附
NOx(主 要是NO， 有少量 NO2)
• 热力型 • 瞬时型（忽 略） • 燃烧型（忽 略）
将部分燃烧产物反流至进气管再吸入汽缸参加燃烧。减 少NOx排放。
排气后处理技术
空气喷射装置 热反应器 氧化性催化转化：CO+HC 还原性催化转化：NOx
产生于1977年
氧化、还原型催化转化
氧化型催化（O2）： CO+(1/2)O2→CO2 CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O 还原型催化（CO、HC、H2）： 空燃比高条 NO+CO→1/2N2+CO2 件下进行！ 2NO+5CO+3H2O→2NH3+5CO2 NO+H2→1/2N2+H2O 2NO+5H2→2NH3+2H2O 4NO+CxHy+(x+y/4-4)O2→N2+(y/2-3)H2O+CO+(x-1)CO2+2NH3 2NO+CO→N2O+CO2 200℃以下 2NO+H2→N2O+H2O
1992 年出现了三元单金属钯型催化剂
何邦全，等. 乙醇-汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能.
三效催化转化：发展动向
1.贫燃条件下的三效催化剂
• 1994 年日本开发出1 种新型的可以在富氧条件下有效分解NOX 的催化剂
2.只含Pd 的催化剂
• 正研究和开发用Pd 作为基本活性组分的三元催化剂 • 1993 年Sekiba 等，1995 年Hirohisa 等，1998 年谭宇新等
氧化还原型催化转化
三效催化转化
1.三效催化剂：CO、HC、Nox 2.三效催化剂的特性 3.空燃比对三效催化剂性能的影响 4.三效催化剂的组成 5.三效催化转化器结构
三效催化转化：催化剂特性
工作范围广
• 尾气浓度0.0001%~1%
热稳定性高
• 需要经受冷热交换冲击
化学反应
• NO + CO→0.5N2 + CO2 • CO + 0.5O2→CO2 • 4HC + 5O2→4CO2 + 2H2O
载体
• γ- Al2O3 • 整体型载体 • 陶瓷 • 金属
三效催化转化
几点说明
稀土氧化物本身无活性，与过渡金属氧化物结合可显著提高 催化剂活性。
例如，CeO2作为缓冲空燃比的助催化剂。
铅会使催化剂永久中毒，应使用无铅汽油。 硫会降低催化转化器的效率。汽油清洁化——降低硫含量趋势。
三效催化转化
何邦全，等. 乙醇-汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能.
三效催化转化
实例
Pt/Rh催化剂
乙醇-汽油燃料汽油机的排气中有未燃乙醇排出，且随乙醇含量 的增加排气中的乙醇浓度增大。 Pt/Rh催化剂对排气中的乙醇转 化效率较低。
随着乙醇含量的增加，排气中的乙醛排放量增加。但Pt/Rh催化 剂对乙醛表现出较高的转化效率。
谭铧铧 2012200247
汽油机简介
污染物形成
CO、HC、 NOx的形成 发动机运行 条件的影响
污染控制技 术
降低尾气排 放 排气后处理 技术
工作原理
污染来源
汽油机的工作原理：四个冲程
进气门 打开 排气门 关闭 关闭 排气门打开
根源：汽车运动的能量产生过程。最终传
递到轮胎的动力很小。 提高发动机热效率，或减少发动机燃料消耗 可以减少污染物排放。 提高汽车燃料经济性是根本措施。
三效催化转化
实例
Pt/Rh催化剂
中、小负荷时，乙醇-汽油燃料对催化器前的CO排放影响不大。 但全负荷时，随乙醇含量的增加，催化器前的CO排放有所改善。
随乙醇含量的增加，催化器前的THC排放降低,最大降幅率接近 30%。
Pt/Rh催化剂对CO和THC的催化转化效率的影响与燃料中的含醇 量与汽油机的转速和负荷有关。但是Pt/Rh催化剂对NOx催化转 化效率的影响不大。
三效催化转化
在理论空燃比范围内， 才能使三种污染物同 时得到净化
为严格控制空燃比， 采用以氧传感器为中 心的空燃比反馈控制 系统。（ZrO2传感器）
三效催化转化：催化剂的组成
活性组 分
• 贵金属：Pt,Rh,Pd • 稀土氧化物： ABO3型 • 普通金属氧化物
催化剂
涂层和 助剂
• 涂层：γ- Al2O3 • 助剂：CeO2、 La2O3
3.载体与催化层一体化催化剂
• 龟山秀雄等开发了“金属与催化层一体化催化剂”
4.汽车尾气多元净化技术
• 低温等离子体技术：使空气离子化
魏伟等, 汽车尾气三元净化催化剂的研究新进展.
2014-4-5
香烃等 100~20 0种)
铅、磷、 硫污染
• 燃料含有 的元素
空燃比：每克燃料燃烧时 所消耗的空气
NOx
HC、CO
发动机运行条件对尾气排放的影响：空燃比
外界温度，压力，湿度，燃料等
排气成分 （体积分数）
怠速 800
加速 540
定速 485
减速 5000
ϕHC/10-6 ϕNOx/10-6 ϕCO/% ϕCO /%
2
23
1543
1270
6
4.9
1.8
1.7
3.4wenku.baidu.com
10.2
12.1
12.4
6.0
发动机运行条件对尾气排放的影响:不同工况
降低尾气排放
1.改进点火系统
延迟点火 高能电子点火系统：加强了火花强度，延长火花持续时间， 降低HC排放
2.闭环电子控制汽油喷射
将汽油直接喷入进气管或喷入汽缸
3.废气再循环（EGR）
汽油机污染来源
燃烧过程
• CO • NOx • HC • 铅、磷、硫
尾气管、曲轴箱、蒸发排放
• CO • NOx • HC
驱动汽车的能量
• 碳氢不 完全燃 烧
CO
HC(芳
• 不完全燃烧 • 壁面淬熄 • 壁面油膜和 积炭的吸附
NOx(主 要是NO， 有少量 NO2)
• 热力型 • 瞬时型（忽 略） • 燃烧型（忽 略）
将部分燃烧产物反流至进气管再吸入汽缸参加燃烧。减 少NOx排放。
排气后处理技术
空气喷射装置 热反应器 氧化性催化转化：CO+HC 还原性催化转化：NOx
产生于1977年
氧化、还原型催化转化
氧化型催化（O2）： CO+(1/2)O2→CO2 CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O 还原型催化（CO、HC、H2）： 空燃比高条 NO+CO→1/2N2+CO2 件下进行！ 2NO+5CO+3H2O→2NH3+5CO2 NO+H2→1/2N2+H2O 2NO+5H2→2NH3+2H2O 4NO+CxHy+(x+y/4-4)O2→N2+(y/2-3)H2O+CO+(x-1)CO2+2NH3 2NO+CO→N2O+CO2 200℃以下 2NO+H2→N2O+H2O
1992 年出现了三元单金属钯型催化剂
何邦全，等. 乙醇-汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能.
三效催化转化：发展动向
1.贫燃条件下的三效催化剂
• 1994 年日本开发出1 种新型的可以在富氧条件下有效分解NOX 的催化剂
2.只含Pd 的催化剂
• 正研究和开发用Pd 作为基本活性组分的三元催化剂 • 1993 年Sekiba 等，1995 年Hirohisa 等，1998 年谭宇新等
氧化还原型催化转化
三效催化转化
1.三效催化剂：CO、HC、Nox 2.三效催化剂的特性 3.空燃比对三效催化剂性能的影响 4.三效催化剂的组成 5.三效催化转化器结构
三效催化转化：催化剂特性
工作范围广
• 尾气浓度0.0001%~1%
热稳定性高
• 需要经受冷热交换冲击
化学反应
• NO + CO→0.5N2 + CO2 • CO + 0.5O2→CO2 • 4HC + 5O2→4CO2 + 2H2O
载体
• γ- Al2O3 • 整体型载体 • 陶瓷 • 金属
三效催化转化
几点说明
稀土氧化物本身无活性，与过渡金属氧化物结合可显著提高 催化剂活性。
例如，CeO2作为缓冲空燃比的助催化剂。
铅会使催化剂永久中毒，应使用无铅汽油。 硫会降低催化转化器的效率。汽油清洁化——降低硫含量趋势。
三效催化转化
何邦全，等. 乙醇-汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能.
三效催化转化
实例
Pt/Rh催化剂
乙醇-汽油燃料汽油机的排气中有未燃乙醇排出，且随乙醇含量 的增加排气中的乙醇浓度增大。 Pt/Rh催化剂对排气中的乙醇转 化效率较低。
随着乙醇含量的增加，排气中的乙醛排放量增加。但Pt/Rh催化 剂对乙醛表现出较高的转化效率。