机动车污染尾气治理技术.ppt

移动源燃烧排放废气催化净化技术,,前言汽油车（Spark Ignition Engines）尾气催化净化技术 柴油车（Compressed Ignition Engines）尾气催化净化技术,主要内容,2001-2007年我国民用汽车保有量增长情况,,前言,汽车排放的主要污染物有CO、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）和PM颗粒物等此外还有铅（Pb）、二氧化硫（SO2）等有害物质汽车在给人类带来便捷与舒适的同时，也给大气环境造成了巨大的危害据统计,汽车排气污染占大气污染的50%左右,因此对于汽车尾气净化的研究已成为环境污染防治的一个重要方面排放标准,,前言,,汽油车尾气催化净化技术,,,汽油车尾气排放污染物：CO、HC和NOx空燃比：发动机中燃料完全燃烧时所需的空气量与燃料量的比值理论空燃比约14.6C8H18+12.5(O2+3.78N2)→8CO2+9H20+47.25N2,三效催化器工作原理,原理：汽车尾气污染物CO、HC和NOx中， CO和HC是还原性气体， NOx是氧化性气体在三效催化作用下，反应如下： 1）氧化反应（氧化催化剂）： 2CO+O2=2CO2 4HC+5O2=4CO2+2H2O 2） 三元反应(三元催化剂)： 2CO+2NO=2CO2+N2 4HC+10NO=4CO2+2H2O+5N2 3)其它反应: HC+H2O→CO+H2 5/2H2+NO=NH3+H2O,三效催化器工作窗口,富燃区：当空燃比低于14.6这个理论值时，O2不足，不完全燃烧，废气中有较多的CO和HC。

稀燃区：空燃比大于14.6时，O2过量，废气中含有较多的O2和NOX稀燃区,富燃区,闭环控制系统,如何均衡废气中氧气和还原剂的关系？1、发动机闭环控制系统是由发动机电喷控制系统（ECU）和O2传感器及执行机构（喷油系统和进气系统）实现的，其关键控制单元是测定氧浓度的氧传感器，也叫λ传感器2、工作原理：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化皓内外两侧的氧浓度差，产生电位差，这个电压信号送到ECU放大处理处理根据氧传感器点电压信号，电脑按照尽可能接近14.6：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气催化转换器结构（TWC）,TWC是由壳体、减震层、催化剂三部分组成其中催化剂是指载体、涂层和催化活性组分，它也是整个催化转化器的核心部分催化转换器结构（TWC）,壳体：一般为不锈钢材料，以防止因氧化壳体脱离造成催化剂的堵塞一般都为双层结构，保存催化剂反应温度减震层：位于壳体和载体之间,起固定载体,缓解热负荷、隔热和密封的作用一般有膨胀垫片和钢丝网垫两种催化转换器结构（TWC）,催化剂载体：根据其制造技术的不同,载体有颗粒状Al2O3陶瓷载体、整体型蜂窝状陶瓷载体和整体型蜂窝金属载体三种目前在用TWC载体90%是整体蜂窝状陶瓷载体（堇青石蜂窝催化剂载体）。

涂层：在蜂窝陶瓷（金属载体）上覆盖一层氧化物作为第二载体，以扩大催化剂载体的表面积通常用γ-Al2O3作涂层，再利用浸渍法或溶胶-凝胶法将La镧、Ba钡、Ce铈和Zr锆的氧化物或盐作为其稳定剂负载掺杂到γ-Al2O3涂层中如CeO2-Al2O3、CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体（CZA材料）等固溶体催化转换器结构（TWC）,催化活性组分：由铂Pt、铑Rh和钯Pd贵金属为主，以辅助催化剂铈(Ce)、钡(Ba)和钌等稀土元素材料共同组成助催化剂作用：提高催化剂的三效性能、高温稳定性、储氧能力、抗毒能力以及降低催化剂的成本,并减少贵金属成分的用量,降低TWC的成本三效催化剂中的储氧材料,储氧材料为CeO2-ZrO2固溶体，再掺杂低价态的元素，如La和Gd，可以提高储氧性能，提高其高温热稳定性CeO2-ZrO2固溶体制备方法：固相反应法、共沉淀法、高能球磨法、溶胶凝胶法和模板剂沉淀法三效催化剂中的储氧材料,CeO2-ZrO2性质总结： ① 提高贵金属的分散度 ② 提高Al2O3载体的热稳定性 ③ 促进汽车尾气中水汽转移和水蒸气重整反应 ④ 促进金属与载体界面上的催化活性 ⑤ 促进晶格氧对CO的氧化 ⑥ 在贫燃工况下储存氧，在富燃工况下释放氧对于三效催化来讲，储氧能力和热稳定性是最为重要的。

三效催化转化器失效机理,,冷启动阶段污染排放问题,紧密耦合催化剂（CCC）碳氢捕集器加热型催化剂：1、电加热型催化转化器 2、化学加热型催化转化器 3、后燃加热型催化转化器真空绝热催化转化器,柴油车(稀燃发动机)尾气净化,稀燃发动机废气排放特点： 稀薄燃烧发动机在高于理论空燃比的工作条件下，燃烧室中存在过量的氧,燃烧更加充分,具有更高的发动机效率和燃油经济性,并能明显降低温室气体CO2的排放与常规汽油机相比,其排放污染物中CO、HC含量低,NOx含量较高同时,由于排气中存在过量的O2(～10%),NOx无法使用常规的三效催化剂进行净化主要污染物：PM和NOx,NOx催化净化技术,①NOx的直接分解②选择性催化还原(SCR),一般常用烃类或氨类作为还原剂,即HC-SCR法和N3H-SCR③ NOx储存-还原技术（NSR）④其它方法,如SNR技术和等离子体方法等,NOx催化净化技术,SCR法原理：在催化剂的作用下，通过抑制还原剂的非选择性氧化，从而促进还原剂与NOx反应生成N2的过程。

由于柴油机采用稀燃技术，导致尾气中HC的绝对量不足，需添加还原剂按外加还原剂不同，可分为氨类（尿素）和HC选择性催化还原NOx催化剂：主要包括贵金属催化剂、分子筛催化剂和金属氧化物催化剂NOx催化净化技术,NSR法原理：将发动机在稀燃和富燃两种条件下交替进行，在富氧气氛下NOx在催化剂上吸附，而在富燃条件下吸附的NOx又会快速脱附，并被尾气中的CO、HC等还原剂还原成N2催化剂：以贵金属作为催化活性组分，以碱或碱土金属氧化物(Na+ 、 K+、Ba2+)作为NOx的储存材料NOx催化净化技术,,Ba（NO3）2,BaCO3,NSR和SCR的比较,,颗粒物过滤技术,DPF技术：微粒捕集器(DPF)技术是最终实现柴油机微粒排放控制的最为有效和简单的方法DPF的研究主要集中在过滤材料和过滤体再生上过滤材料：目前常用的有堇青石蜂窝陶瓷、碳化硅（SiC）、编织陶瓷纤维、金属纤维毡、活性碳纤维（ACF)等过滤体再生：再生技术主要有进排气节流再生、喷油助燃再生、电加热再生、微波加热再生逆向喷气再生等堇青石蜂窝陶瓷微粒捕集器,陶瓷纤维与编制陶瓷纤维,柴油机NOx—PM联合处理方案,不同的组合方式：DPF+SCR DPF+NSR(LNT)EGR+DOC+DPFLNT+DOC+DPF,,,。