cng汽車(chē)尾氣凈化催化劑

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1、成都，2007年8月中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)燃燒凈化節(jié)能分會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集CNG汽車(chē)尾氣凈化催化劑11112陳耀強(qiáng)史忠華龔茂初袁書(shū)華陳啟章（1四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院催化材料研究所，成都，610064，四川中自尾氣凈化有限公司，成都，610046）摘要：論述了CNG車(chē)作為清潔燃料車(chē)的重要性，對(duì)理論空燃比和稀燃兩類(lèi)CNG車(chē)的尾氣排放特征，尾氣凈化的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀進(jìn)行了論述和分析。介紹了作者在理論空燃比和稀燃兩類(lèi)CNG車(chē)滿(mǎn)足國(guó)3排放標(biāo)準(zhǔn)的催化劑的研究進(jìn)展和與整車(chē)的匹配。關(guān)鍵詞：CNG車(chē)，尾氣排放特征，催化凈化

2、，國(guó)3排放標(biāo)準(zhǔn)一引言1.1發(fā)展CNG車(chē)的意義由于世界石油資源將在2040年左右枯竭，人類(lèi)將逐步進(jìn)入多種能源并存的時(shí)代。天然氣資源已超過(guò)石油，因此將在能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要的作用。壓縮天然氣（CNG）屬于通用燃料,對(duì)輕型車(chē),中型車(chē)和重型車(chē)均適合.近年的研究結(jié)果表明,與柴油車(chē)比較,CNG車(chē)尾氣中的多環(huán)芳烴(PAHs)比柴油車(chē)低50倍,甲醛低20倍,顆粒物(PM)低30倍,總毒性低20-30倍[1]。基于對(duì)尾氣排放的研究成果，歐美國(guó)家在城市啟動(dòng)了天然氣汽車(chē)程序，在城市用CNG車(chē)（包括公交車(chē)和重載貨車(chē)）取代了

3、柴油車(chē)[2－3]以減輕顆粒物對(duì)人口密集區(qū)公眾健康的危害，值得我國(guó)高度關(guān)注。我國(guó)的石油資源短缺，現(xiàn)在進(jìn)口已達(dá)50％左右，對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的依耐性日益加大，而天然氣資源相對(duì)比較豐富，作為長(zhǎng)期能源發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家已計(jì)劃在“十一五”將壓縮天然氣車(chē)（CNG）發(fā)展到100萬(wàn)輛/年。1.2CNG車(chē)尾氣排放的特征CNG車(chē)分為理論空燃比CNG車(chē)和稀燃CNG車(chē)兩種。對(duì)于理論空燃比CNG車(chē)，排放尾氣的污染物種類(lèi)與汽油車(chē)類(lèi)似，為HC,CO和NOx。其中CO和HC低于汽油車(chē)，NOx與汽油車(chē)相等或稍高。稀燃CNG車(chē)尾氣中要凈化的主要

4、是CH4和CO,但稀燃尾氣的特點(diǎn)是溫度低（低于500－550℃），低的CH4濃度（500－1000ppm）,大量的水蒸氣（10－15％）和CO2（15％）以及大約1ppm的SOx。國(guó)家已規(guī)定在實(shí)施國(guó)3排放標(biāo)準(zhǔn)階段，對(duì)CNG車(chē)與汽油車(chē)一樣實(shí)施排放標(biāo)準(zhǔn)控制（2007年7月1日對(duì)新車(chē)實(shí)行），CNG車(chē)盡管排放值低于汽油車(chē)，但仍需實(shí)施尾氣凈化才能達(dá)到國(guó)3排放標(biāo)準(zhǔn)的限值。1.3壓縮天然氣汽車(chē)尾氣凈化的特點(diǎn)和難點(diǎn)凈化壓縮天然氣汽車(chē)尾氣涉及的化學(xué)反應(yīng)為：（1）CO+O2→CO2（2）CH4+O2→CO2+H2O（

5、3）NOx+CO→CO2+N2（4）NOx+CH4→CO2+H2O+N2（5）NOx+H2→H2O+N2（6）CO+H2O→CO2+H2（7）CH4+H2O→CO2+H2O+N2對(duì)于理論空燃比CNG車(chē)，與汽油車(chē)尾氣凈化的催化反應(yīng)相比，不同之處是在CNG車(chē)尾氣中將HC換成了CH4。由于CH4屬于最為穩(wěn)定的HC化合物，其活化和轉(zhuǎn)化困難。表現(xiàn)在CH4的自身氧化反應(yīng)即反應(yīng)（2）比一般HC化合物的氧化反應(yīng)難度大；同時(shí)CH4和NOx的偶聯(lián)反應(yīng)即反應(yīng)（3）比HC和NOx的偶聯(lián)反應(yīng)同樣困難得多，導(dǎo)致NOx的轉(zhuǎn)化難

6、度大。要求尾氣凈化催化劑的性能明顯收稿日期：2007-7-31作者簡(jiǎn)介：陳耀強(qiáng)，男，理學(xué)博士，四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院，教授，博導(dǎo)，催化材料研究所所長(zhǎng)成都，2007年8月中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)燃燒凈化節(jié)能分會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集高于汽油車(chē)尾氣凈化催化劑才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。所以，壓縮天然氣汽車(chē)尾氣凈化比汽油車(chē)尾氣凈化困難得多，凈化汽油車(chē)尾氣的三效催化劑用于壓縮天然氣汽車(chē)尾氣是達(dá)不到凈化要求的。必須開(kāi)發(fā)新的催化材料和催化劑，同時(shí)適當(dāng)提高催化劑的貴金屬含量，才能達(dá)到CNG車(chē)尾氣凈化的需求。值得特別指出的是，對(duì)于

7、理論空燃比CNG車(chē)，由于催化劑的三效窗口與汽油車(chē)尾氣凈化催化劑的三效窗口位置不同，為了實(shí)現(xiàn)尾氣的凈化，空燃比的控制應(yīng)比汽油車(chē)偏富，同時(shí)空燃比的控制精度應(yīng)高于汽油車(chē)。由于尾氣中存在CH4和H2對(duì)氧傳感器有影響，應(yīng)使用專(zhuān)用的氧傳感器。對(duì)于空燃比控制，應(yīng)使用帶催化劑涂層的氧傳感器。對(duì)于OBD控制，應(yīng)使用摻Ag的氧傳感器。上述技術(shù)同樣為控制尾氣排放的關(guān)鍵。對(duì)于稀燃CNG車(chē)，由于稀燃是NOx的排放本身比較低，有的已在國(guó)3排放標(biāo)準(zhǔn)之下，或者可通過(guò)廢氣在循環(huán)（EGR）將NOx降至國(guó)3排放標(biāo)準(zhǔn)之下，需要凈化的主要

8、污染物為CH4和CO。但稀燃尾氣的特點(diǎn)是溫度低（500－550℃），低的CH4濃度（500－1000ppm）,大量的水蒸氣（10－15％）和CO2（15％）以及大約1ppm的SOx[2]。遇到的難題是在低溫，1ppm的硫化物和大量的H2O存在下使高活性的Pd催化劑失活，而耐硫性好的Pt催化劑在富氧條件下對(duì)CH4的活性又比較低(2-3,4）,所以，稀燃CNG車(chē)尾氣凈化的難度是很大的?，F(xiàn)在使用的催化劑均為高貴金屬含量的Pd或Pt-Pd催化劑,貴金屬的使用量為300g/ft3（10.6g