柴油車尾氣凈化四效催化技術(shù)進(jìn)展

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1、柴油車尾氣凈化四效催化技術(shù)進(jìn)展*張桂臻，趙震，劉堅，段愛軍，姜桂元（中國石油大學(xué)（北京）重質(zhì)油國家重點實驗室，北京，102249）摘要：柴油車尾氣已成為環(huán)境污染的主要來源之一，四效催化技術(shù)被認(rèn)為是柴油車尾氣排放最理想的控制手段。本文介紹了柴油車尾氣排放的主要污染物及其危害，從四效催化轉(zhuǎn)化器和相關(guān)催化劑兩個方面概述了四效催化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，并探討了四效催化技術(shù)的主要難點與發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：柴油車尾氣，碳煙顆粒，氮氧化物，四效催化轉(zhuǎn)化器，四效催化劑1、引言柴油車和汽油車相比有其自身的優(yōu)勢，它的功率強勁且范圍廣，熱效率高，油耗少，溫室氣體排量小，使用壽命長等，也正是因為這些

2、優(yōu)點，使得柴油車在歐美等發(fā)達(dá)國家日益普[1]及。我國“十一五”汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃也大力支持柴油車的發(fā)展。典型的柴油車尾氣的主要成分(體積分?jǐn)?shù))為：N275.21%、水蒸汽2.6%、O215%、CO27.1%和0.09%的其他物質(zhì)(包括氮氧化物NOx、碳?xì)浠衔颒C、一氧化碳CO、硫化物、SO2、硫酸鹽、醛和微量顆粒物PM等)。其中含有大量有害物質(zhì)，主要為NOx、HC、CO和PM，[2][3]成為環(huán)境污染的主要來源之一。其中危害最大、最難消除的污染物是PM和NOx，顆粒物粒徑較小，且吸附有多種化合物，如酚類、胺、苯并芘等致癌物，NOx是形成酸雨的主要原因之一，也是光化學(xué)煙霧的

3、主要參與物之一，它們污染了環(huán)境，對人體健康產(chǎn)生極大的危害，因而對這些污染物的去除迫在眉睫。PM是在高溫缺氧區(qū)產(chǎn)生的，而NOx則是在高溫富氧區(qū)生成的，二者在生成機理上是矛盾的，因而，僅僅通過單一的機內(nèi)改良措施難以把NOx和PM同時降低達(dá)到日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，除了大力發(fā)展機內(nèi)處理技術(shù)，生產(chǎn)出“綠色柴油[4,5]發(fā)動機”之外，還要盡快發(fā)展柴油機尾氣排放后處理技術(shù)。目前，柴油車尾氣排放后處理關(guān)鍵技術(shù)主要有以下四種：[6-8]1）氧化催化轉(zhuǎn)化器（OCC,OxidationCatalyticConverter），主要用于氧化除去PM中的可溶性揮發(fā)份和烴類；[9-11]2）

4、微粒捕集器（DPF,DieselParticulateFilter）及其再生技術(shù)，用于過濾去除碳煙等顆粒狀物質(zhì)；[12-14]3）氮氧化物凈化（DeNOx,DecompositionofNitrogenOxides）技術(shù)，主要有NOx吸附后還原，用NH3、尿素、醛類或者HC化合物為還原劑，選擇性地將NOx還原成N2；[15-18]4）PM、HC、CO和NOx同時凈化的四效催化技術(shù)(Four-wayCatalyticTechnology)。前三種技術(shù)都只能單純的除去PM或是NOx，而不能同時除去四種污染物，使凈化一步到位。如果把這些處理系統(tǒng)組裝到同一個系統(tǒng)中，可以很好的

5、凈化尾氣。但是，對于這樣的組裝系統(tǒng)，它的的體積和成本都將令人難以接受，于是，人們開始研究開發(fā)四效催化技術(shù)，力求將污染物在一個催化系統(tǒng)中同時除去。下面對四效催化技術(shù)的最新進(jìn)展作一回顧。2、四效催化技術(shù)[19]所謂“四效催化”就是指在柴油車排氣系統(tǒng)中同時除去HC、CO、PM和NOx的催化技術(shù)，它是從汽油車的“三效催化”引申過來的。汽油車的三效催化技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且得到了廣泛應(yīng)用，但是由于柴油車和汽油車的工作過程和燃燒方式不同，柴油車尾氣中不僅僅多了PM，氧氣含量也比汽油車尾氣中的含氧量高。因而，三效催化器對于柴油車并不適用。那么如同聯(lián)系人：沈志虹.電話：010-897

6、33235，e-mail:shenzhi@cup.edu.cn474在汽油車三效催化轉(zhuǎn)化器中HC、CO和NOx互為還原劑和氧化劑那樣，在柴油車排氣控制系統(tǒng)中，開發(fā)一個新型催化體系，讓PM、CO、HC和NOx互為還原劑和氧化劑，在同一催化劑床層上同時除去HC、CO、PM和NOx，實現(xiàn)柴油車尾氣的凈化，達(dá)到長期環(huán)保法規(guī)的要求。四效催化的關(guān)鍵技術(shù)是催化轉(zhuǎn)化器的優(yōu)化組合技術(shù)和四效催化劑的開發(fā)。2.1四效催化轉(zhuǎn)化器目前，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了許多類型的車用柴油機四效催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)均為復(fù)合技術(shù)，由稀燃NOx催化劑（LNCLean-burnNOxCatalyst）和柴油顆粒過濾器

7、（DPF）二種技術(shù)或者由LNC和柴油氧化催化劑（DOCDieselOxidationCatalyst）二種技術(shù)綜合為一體的單一裝置，或者由NOx貯存還原三效催化劑(NSRNOxStorageReduction)和共軌燃料噴射系統(tǒng)技[20-23]術(shù)結(jié)合的裝置。近年來，“四效催化轉(zhuǎn)化器”技術(shù)已達(dá)到實用化階段。[15]2.1.1Cerxy公司宣布該公司旗艦產(chǎn)品的柴油機排氣凈化采用QuadCAT四元催化轉(zhuǎn)化器。該轉(zhuǎn)化器由四個部分組成：①熱交換器；②柴油顆粒物過濾器或柴油氧化催化轉(zhuǎn)化器；③稀燃NOx催化劑；④燃料噴射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。將QuadCAT轉(zhuǎn)化器裝載于