三元催化器
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催化剂
催化剂涂覆材料包括： 催化剂、催化助剂、稳 定 剂 、 γ-Al2O3 涂 层 材 料等。 目前，车辆中广泛使用的催化剂是铂、钯、铑以及 过渡金属氧化物、稀土氧化物等。 催化剂参数：贵金属含量、贵金属比例等 催化剂性能指标：起燃温度、空燃比特性和耐久性 。
三元催化器相关原理和技术
研究 TiO2、MoO3、MnO2 、WO3、V2O5 、CuO等新型涂层 及复合涂层技术。 研究多种助剂粒度、结构对三元催化效果的影响。
采用多组分制成特殊的复合结构，使用多种金属分相作用来 提高催化活性。 制备钙钛矿型、尖晶石型等结构的稀土复合金属氧化物型催 化剂。
公司新技术研究和开发
沈阳新光华晨汽车发动机制造有限公司
常州柴油发动机股份有限公司
北京汽车制造厂有限公司
沈阳中顺汽车制造有限公司
河北中兴汽车制造有限公司
长丰扬子汽车制造有限公司
…………
谢谢大家！
三元催化剂配方的研制依据
汽车污染物排放量和需要达到的排放标准（欧Ⅱ、
Ⅲ、Ⅳ…）决定了不同的三元催化剂配方。
催化剂配方优化的目的是保证HC、CO、NOx转化效
率同时达到最佳的水平。
选择耐高温性好、合适比表面积的氧化铝，同时添 加储氧性能好、热稳定性好的过渡金属氧化物、稀 土氧化物等。 同时，需要对三元催化器结构也进行优化设计。
三元催化器相关原理和技术
三元催化器相关原理和技术
四部分：
1 壳体 2 减震层 3 载体：蜂窝状陶瓷
壳体
垫片
4 活性涂层：铂、钯 、铑贵金属及稀土 化合物等
催化剂
催化涂层
核心部分
三元催化器相关原理和技术
三元催化器工作过程动画
三元催化器相关原理和技术
车载三元催化器外观图
三元催化器相关原理和技术
三元催化器相关原理和技术
使用温度
转化效率达到50%的温度为 起燃温度，它是选择和匹配 催化剂配方的另一个重要参 数。 在三元催化剂的开发中，要 尽量降低起燃温度。 催化器应尽量靠近发动机并 考虑加热、抗震及防烧蚀措 施。 一般情况下，催化剂能在 800℃左右长期正常工作 。
三元催化器相关原理和技术
三元催化剂生产车间
公司生产情况和主要设备
载体入厂检验
公司生产情况和主要设备
载体涂覆催化助剂前检验
公司生产情况和主要设备
贵金属溶液配制室
公司生产情况和主要设备
去离子水净化
公司生产情况和主要设备
产品烧制准备
公司生产情况和主要设备
烧制设备
公司生产情况和主要设备
烧制设备
公司生产情况和主要设备
控制室
公司生产情况和主要设备
产品检验
公司新技术研究和开发
主要内容
载体孔结构特性对三效催化剂性能的影响
Al2O3粒径分布、结构对三效催化剂性能的影响 新型助剂研究 纳米级稀土化合物的应用 贵金属溶液制备及贵金属涂覆工艺技术
公司新技术研究和开发
载体孔结构特性对三元催化剂性能的影响
有催化剂参与的化学反应称为催化反应。 固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化 作用为多相催化。 车用三元催化器上进行的反应也为多相催化 反应。
催化反应过程
三元催化器相关原理和技术
催化剂表面上的反应过程
反 CO氧化反应 HC氧化反应 NOx还原反应
总量反应： CO + 0.5O 2 → CO 2 部分CO可通过水煤气反应： CO + H 2 O → CO 2 + H 2 2H 2 + O 2 → 2H 2 O
三元催化器相关原理和技术
载体
载体承载催化剂，提供大的比表面，使催化剂与有害气 体充分接触。 最常用载体为陶瓷蜂窝载体及金属蜂窝载体，常用规格 有400目、 600目等。 陶瓷蜂窝载体主要技术参数：外形尺寸、抗压强度、抗 热冲击性、孔密度、壁厚、热膨胀系数、吸水率等。
三元催化器相关原理和技术
欧2标准
欧3标准 欧4标准 欧5标准
1
0.64 0.5 0.5
-
0.5 0.25 0.18
0.7
0.56 0.3 0.23
0.08
0.05 0.025 0.005
欧6标准
欧1标准 欧2标准 欧3标准 欧4标准 欧5标准
0.5
2.72 (3.16) 2.2 2.3 1 1
汽 油 0.2 0.1 0.1
应
机 理
三元催化器相关原理和技术
催化器转化效率 与使用条件密切 相关。 最关键因素： 1 空燃比
2 使用温度
三元催化器相关原理和技术
空燃比
在三元催化器中，HC和CO进行氧化反应，NOx进行还原 反应。 富氧时HC、CO转化效率高，贫氧时NOx的转化效率高。 在理论值附近一个很窄的范围内，HC、CO和NOx转化效 率都比较高，称为空燃比窗口。 空燃比窗口：选择和匹配催化剂配方的一个重要参数。
年份
发动机改进，电子控制，燃油喷射，催化剂和废 1984－1993 气再循环系统的进一步改进
进一步改进发动机，控制装置，供油，电预热催 1994－现在 化剂和废气再循环系统，改进挥发性排放物控制， 车载诊断
三元催化器相关原理和技术
欧洲轿车排放标准对比
等级 欧1标准 一氧化碳 2.72 (3.16) 碳氢化合物 氮氧化物 碳氢+氮氧化物 0.97 (1.13) 颗粒物 0.14 (0.18) 柴 油
催化剂活性组分
三元催化器相关原理和技术
垫片
垫片：在催化转化器中起减振、抗冲击、缓解热应 力、保护载体不受损坏、保温和密封的作用。 金属垫层：具有较大的弹性，能够很好地保护载 体免受强气流冲击。 非金属膨胀垫层：除了减震作用以外，还具有隔 热、防止气流旁通以及催化剂松动的作用。
三元催化器相关原理和技术
总量反应： CmHn + (m+0.25n)O 2 → mCO 2 + 0.5nH 2 O 必要条件：高温和具备化学还原剂 总量反应： NO + CO → 0.5N 2 + CO 2 NO + H 2 → 0.5N 2 + H 2 O (2m+0.5n)NO + CmHn → (m+0.25n)N 2 + 0.5nH 2 O + mCO 2
壳体
壳体材料一般为409不锈钢。 壳体型腔与载体尺寸完全相配，过渡部分合理引导 和分布气体的流动方向。 体积较大的壳体在结构上设加强筋以提高刚度。
三元催化器相关原理和技术
材料制备
催化器生 产工艺
载体涂覆 封装、焊接
关键环节
三元催化器相关原理和技术
催化剂涂覆 示意图
三元催化器相关原理和技术
汽油喷射电控系统、典型低排放燃烧系统、废气 再循环系统以及其他机内净化技术等。
机外净化
二次空气喷射技术、颗粒物捕集技术、热反应器 技术、三元催化净化技术、氧化催化技术等。
目前轻型车排气的 最主要净化方式
三元催化器相关原理和技术
三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化 合物、一氧化碳和氮氧化物转化为水、二氧化碳 和氮气。
0.08
0.15 0.08 0.06
0.17
0.97 (1.13) 0.5 -
0.005
0.005
欧6标准
1
0.1
0.06
-
0.005
三元催化器相关原理和技术
欧Ⅲ、 Ⅳ型汽车尾气污染物排放标准
该表结合汽车车型，详细地列举出了尾气的排放标准。
三元催化器相关原理和技术
汽车尾气净化的主要方式：
机内净化
Al2O3粒径分布、结构对三元催化剂性能的影响
粒子比表面与其粒度大小成反比关系。例如，20 µm
的粒子处理成200 nm，其比表面将增大100倍。
研究大 比表面的亚微米、纳米级Al2O3 对三元催化
转化的增强效果。
研究Al2O3晶体结构对三元催化转化效果的影响。
公司新技术研究和开发
新型助剂研究
载体孔密度、壁厚对催化剂起燃温度具有显著影响。 废气排放温度及波动性对载体强度和寿命的影响。
废气在载体中的速度和温度场对催化性能的影响。
废气流经载体时的阻力损失及其变化规律。 期望通过研究，缩短催化剂达到起活的时间，从而对 CO、HC和NOx进行更好的排放控制。
公司新技术研究和开发
纳米级稀土化合物的应用
纳米催化剂具有高表面能、高表面结合能、高选择性 以及很强的化学催化活性。
稀土元素功能独特，原子结构特殊，内层4f轨道未成对电 子多，原子磁矩高，电子能级极其丰富，比周期表中所有 其它元素电子能级跃迁的数目多l~3个数量级，容易失去电 子形成多种价态、多配位数的化合物，从而具有独特的催 化性质。 将纳米级稀土化合物加入汽车尾气净化催化剂中会提高催 化剂的热稳定性和机械强度，提高催化剂的活性和储氧能 力，提高催化剂的抗中毒能力。
公司新技术研究和开发
贵金属溶液制备及贵金属涂覆工艺技术
进一步开发贵金属环保熬制方法。
进一步研究贵金属配比对催化剂活性的影响。
进一步改进贵金属的涂覆方法，使贵金属在载体中 达到充分的均匀分布，以有利于充分发挥最佳的催 化效果。 研究烧结温度对涂覆层性能的影响。
公司主要客户
公司目前主要客户
三元催化器 工作原理和技术
三元催化器相关原理和技术
汽车主要污染物 碳氢 化合物 （HC） 微粒
一氧化碳 （CO）
氮氧化物
（NOx）
三元催化器相关原理和技术
汽车排放控制技术的发展过程
技术措施 曲轴箱强制通风系统，废气再循环系统，空气喷 1966－1973 射净化
1974－1979 改进化油器，无触点点火，使用并改进催化剂 反馈（闭环）系统，进一步改进化油器和催化剂 1980－1983 （包括三效催化剂），改进发动机，挥发性排放 物控制
涂覆：将催化涂层材料均匀地分布在载体表面
γ-Al2O3涂覆：
为三元催化剂提供大的比表面积。
过渡金属氧化物、稀土氧化物涂敷：
提高三元催化剂的热稳定性，并提供较好的储放氧
功能。 贵金属涂覆：
完成三元催化剂功能的关键步骤，提供催化反应的
活性中心。
三元催化剂生产工艺流程图
公司生产情况和主要设备
催化剂涂覆材料包括： 催化剂、催化助剂、稳 定 剂 、 γ-Al2O3 涂 层 材 料等。 目前，车辆中广泛使用的催化剂是铂、钯、铑以及 过渡金属氧化物、稀土氧化物等。 催化剂参数：贵金属含量、贵金属比例等 催化剂性能指标：起燃温度、空燃比特性和耐久性 。
三元催化器相关原理和技术
研究 TiO2、MoO3、MnO2 、WO3、V2O5 、CuO等新型涂层 及复合涂层技术。 研究多种助剂粒度、结构对三元催化效果的影响。
采用多组分制成特殊的复合结构，使用多种金属分相作用来 提高催化活性。 制备钙钛矿型、尖晶石型等结构的稀土复合金属氧化物型催 化剂。
公司新技术研究和开发
沈阳新光华晨汽车发动机制造有限公司
常州柴油发动机股份有限公司
北京汽车制造厂有限公司
沈阳中顺汽车制造有限公司
河北中兴汽车制造有限公司
长丰扬子汽车制造有限公司
…………
谢谢大家！
三元催化剂配方的研制依据
汽车污染物排放量和需要达到的排放标准（欧Ⅱ、
Ⅲ、Ⅳ…）决定了不同的三元催化剂配方。
催化剂配方优化的目的是保证HC、CO、NOx转化效
率同时达到最佳的水平。
选择耐高温性好、合适比表面积的氧化铝，同时添 加储氧性能好、热稳定性好的过渡金属氧化物、稀 土氧化物等。 同时，需要对三元催化器结构也进行优化设计。
三元催化器相关原理和技术
三元催化器相关原理和技术
四部分：
1 壳体 2 减震层 3 载体：蜂窝状陶瓷
壳体
垫片
4 活性涂层：铂、钯 、铑贵金属及稀土 化合物等
催化剂
催化涂层
核心部分
三元催化器相关原理和技术
三元催化器工作过程动画
三元催化器相关原理和技术
车载三元催化器外观图
三元催化器相关原理和技术
三元催化器相关原理和技术
使用温度
转化效率达到50%的温度为 起燃温度，它是选择和匹配 催化剂配方的另一个重要参 数。 在三元催化剂的开发中，要 尽量降低起燃温度。 催化器应尽量靠近发动机并 考虑加热、抗震及防烧蚀措 施。 一般情况下，催化剂能在 800℃左右长期正常工作 。
三元催化器相关原理和技术
三元催化剂生产车间
公司生产情况和主要设备
载体入厂检验
公司生产情况和主要设备
载体涂覆催化助剂前检验
公司生产情况和主要设备
贵金属溶液配制室
公司生产情况和主要设备
去离子水净化
公司生产情况和主要设备
产品烧制准备
公司生产情况和主要设备
烧制设备
公司生产情况和主要设备
烧制设备
公司生产情况和主要设备
控制室
公司生产情况和主要设备
产品检验
公司新技术研究和开发
主要内容
载体孔结构特性对三效催化剂性能的影响
Al2O3粒径分布、结构对三效催化剂性能的影响 新型助剂研究 纳米级稀土化合物的应用 贵金属溶液制备及贵金属涂覆工艺技术
公司新技术研究和开发
载体孔结构特性对三元催化剂性能的影响
有催化剂参与的化学反应称为催化反应。 固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化 作用为多相催化。 车用三元催化器上进行的反应也为多相催化 反应。
催化反应过程
三元催化器相关原理和技术
催化剂表面上的反应过程
反 CO氧化反应 HC氧化反应 NOx还原反应
总量反应： CO + 0.5O 2 → CO 2 部分CO可通过水煤气反应： CO + H 2 O → CO 2 + H 2 2H 2 + O 2 → 2H 2 O
三元催化器相关原理和技术
载体
载体承载催化剂，提供大的比表面，使催化剂与有害气 体充分接触。 最常用载体为陶瓷蜂窝载体及金属蜂窝载体，常用规格 有400目、 600目等。 陶瓷蜂窝载体主要技术参数：外形尺寸、抗压强度、抗 热冲击性、孔密度、壁厚、热膨胀系数、吸水率等。
三元催化器相关原理和技术
欧2标准
欧3标准 欧4标准 欧5标准
1
0.64 0.5 0.5
-
0.5 0.25 0.18
0.7
0.56 0.3 0.23
0.08
0.05 0.025 0.005
欧6标准
欧1标准 欧2标准 欧3标准 欧4标准 欧5标准
0.5
2.72 (3.16) 2.2 2.3 1 1
汽 油 0.2 0.1 0.1
应
机 理
三元催化器相关原理和技术
催化器转化效率 与使用条件密切 相关。 最关键因素： 1 空燃比
2 使用温度
三元催化器相关原理和技术
空燃比
在三元催化器中，HC和CO进行氧化反应，NOx进行还原 反应。 富氧时HC、CO转化效率高，贫氧时NOx的转化效率高。 在理论值附近一个很窄的范围内，HC、CO和NOx转化效 率都比较高，称为空燃比窗口。 空燃比窗口：选择和匹配催化剂配方的一个重要参数。
年份
发动机改进，电子控制，燃油喷射，催化剂和废 1984－1993 气再循环系统的进一步改进
进一步改进发动机，控制装置，供油，电预热催 1994－现在 化剂和废气再循环系统，改进挥发性排放物控制， 车载诊断
三元催化器相关原理和技术
欧洲轿车排放标准对比
等级 欧1标准 一氧化碳 2.72 (3.16) 碳氢化合物 氮氧化物 碳氢+氮氧化物 0.97 (1.13) 颗粒物 0.14 (0.18) 柴 油
催化剂活性组分
三元催化器相关原理和技术
垫片
垫片：在催化转化器中起减振、抗冲击、缓解热应 力、保护载体不受损坏、保温和密封的作用。 金属垫层：具有较大的弹性，能够很好地保护载 体免受强气流冲击。 非金属膨胀垫层：除了减震作用以外，还具有隔 热、防止气流旁通以及催化剂松动的作用。
三元催化器相关原理和技术
总量反应： CmHn + (m+0.25n)O 2 → mCO 2 + 0.5nH 2 O 必要条件：高温和具备化学还原剂 总量反应： NO + CO → 0.5N 2 + CO 2 NO + H 2 → 0.5N 2 + H 2 O (2m+0.5n)NO + CmHn → (m+0.25n)N 2 + 0.5nH 2 O + mCO 2
壳体
壳体材料一般为409不锈钢。 壳体型腔与载体尺寸完全相配，过渡部分合理引导 和分布气体的流动方向。 体积较大的壳体在结构上设加强筋以提高刚度。
三元催化器相关原理和技术
材料制备
催化器生 产工艺
载体涂覆 封装、焊接
关键环节
三元催化器相关原理和技术
催化剂涂覆 示意图
三元催化器相关原理和技术
汽油喷射电控系统、典型低排放燃烧系统、废气 再循环系统以及其他机内净化技术等。
机外净化
二次空气喷射技术、颗粒物捕集技术、热反应器 技术、三元催化净化技术、氧化催化技术等。
目前轻型车排气的 最主要净化方式
三元催化器相关原理和技术
三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化 合物、一氧化碳和氮氧化物转化为水、二氧化碳 和氮气。
0.08
0.15 0.08 0.06
0.17
0.97 (1.13) 0.5 -
0.005
0.005
欧6标准
1
0.1
0.06
-
0.005
三元催化器相关原理和技术
欧Ⅲ、 Ⅳ型汽车尾气污染物排放标准
该表结合汽车车型，详细地列举出了尾气的排放标准。
三元催化器相关原理和技术
汽车尾气净化的主要方式：
机内净化
Al2O3粒径分布、结构对三元催化剂性能的影响
粒子比表面与其粒度大小成反比关系。例如，20 µm
的粒子处理成200 nm，其比表面将增大100倍。
研究大 比表面的亚微米、纳米级Al2O3 对三元催化
转化的增强效果。
研究Al2O3晶体结构对三元催化转化效果的影响。
公司新技术研究和开发
新型助剂研究
载体孔密度、壁厚对催化剂起燃温度具有显著影响。 废气排放温度及波动性对载体强度和寿命的影响。
废气在载体中的速度和温度场对催化性能的影响。
废气流经载体时的阻力损失及其变化规律。 期望通过研究，缩短催化剂达到起活的时间，从而对 CO、HC和NOx进行更好的排放控制。
公司新技术研究和开发
纳米级稀土化合物的应用
纳米催化剂具有高表面能、高表面结合能、高选择性 以及很强的化学催化活性。
稀土元素功能独特，原子结构特殊，内层4f轨道未成对电 子多，原子磁矩高，电子能级极其丰富，比周期表中所有 其它元素电子能级跃迁的数目多l~3个数量级，容易失去电 子形成多种价态、多配位数的化合物，从而具有独特的催 化性质。 将纳米级稀土化合物加入汽车尾气净化催化剂中会提高催 化剂的热稳定性和机械强度，提高催化剂的活性和储氧能 力，提高催化剂的抗中毒能力。
公司新技术研究和开发
贵金属溶液制备及贵金属涂覆工艺技术
进一步开发贵金属环保熬制方法。
进一步研究贵金属配比对催化剂活性的影响。
进一步改进贵金属的涂覆方法，使贵金属在载体中 达到充分的均匀分布，以有利于充分发挥最佳的催 化效果。 研究烧结温度对涂覆层性能的影响。
公司主要客户
公司目前主要客户
三元催化器 工作原理和技术
三元催化器相关原理和技术
汽车主要污染物 碳氢 化合物 （HC） 微粒
一氧化碳 （CO）
氮氧化物
（NOx）
三元催化器相关原理和技术
汽车排放控制技术的发展过程
技术措施 曲轴箱强制通风系统，废气再循环系统，空气喷 1966－1973 射净化
1974－1979 改进化油器，无触点点火，使用并改进催化剂 反馈（闭环）系统，进一步改进化油器和催化剂 1980－1983 （包括三效催化剂），改进发动机，挥发性排放 物控制
涂覆：将催化涂层材料均匀地分布在载体表面
γ-Al2O3涂覆：
为三元催化剂提供大的比表面积。
过渡金属氧化物、稀土氧化物涂敷：
提高三元催化剂的热稳定性，并提供较好的储放氧
功能。 贵金属涂覆：
完成三元催化剂功能的关键步骤，提供催化反应的
活性中心。
三元催化剂生产工艺流程图
公司生产情况和主要设备