汽油機NOx減排機理及Sr催化劑的研究.pdf

1、機動車尾氣常規(guī)排放物有碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和顆粒物(PM)等，隨著發(fā)動機燃燒理論的發(fā)展與控制技術(shù)的進(jìn)步，HC和CO已被有效的降低，但NOx排放仍然較高，并已成為當(dāng)今城市道路的主要空氣污染源。目前，主要是采用三效催化劑對機動車尾氣進(jìn)行凈化。然而，三效催化劑不能適用于所有空燃比條件下機動車尾氣中NOx凈化處理，由于它必須在嚴(yán)格的空燃比條件下才能取得良好的效果，當(dāng)空燃比A/F＞14.7時，現(xiàn)有的三效催化劑

2、還原NOx的能力急劇下降，此時催化劑會失去對NOx的還原性能。另外，生產(chǎn)汽車三效催化轉(zhuǎn)化器耗用了大量的貴金屬，世界范圍內(nèi)銠(Rh)、鉑(Pt)的礦藏并不豐富，且大部分分布在南非和前蘇聯(lián)。隨著各國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，面對貴金屬的資源供應(yīng)緊張和價格的不斷高漲，使得人們對應(yīng)用Pt和Rh望而卻步，不得不采取很多方法來減少Pt和Rh的用量。因此如何在降低Pt和Rh含量和汽油發(fā)動機全部空燃比的條件下，催化凈化NOx已成為當(dāng)前一個必須面對的問題，也成

3、為未來機動車用汽油機催化劑尾氣凈化研究的重要課題。
　　本文分析了汽油機的燃燒過程，建立了壓力、溫度、容積、質(zhì)量等參數(shù)的湍流燃燒模型。同時研究了發(fā)動機氣缸內(nèi)化學(xué)反應(yīng)機理，構(gòu)建了汽油機排放物NOx的生成算法。
　　本文研究表明，在汽油機全部空燃比和不同排氣溫度條件下分別進(jìn)行了發(fā)動機尾氣排放的催化活性試驗。試驗中，20 wt.％Ce的Ce/Al2O3催化劑在500℃時的NOx最大轉(zhuǎn)化率可達(dá)28％左右;Ce/Zr比值為2.5時，C

4、e-Zr/Al2O3催化劑在450℃時的NOx最大轉(zhuǎn)化率達(dá)到37％左右;添加3 wt.％Sr的Ce-Zr-Sr/Al2O3催化劑，在450℃時的最大轉(zhuǎn)化率達(dá)到了39％。同時添加金屬Ce、Zr和Sr的Ce-Zr-Sr/Al2O3催化劑對NOx的催化活性最好，經(jīng)高溫處理，比表面積和NOx的轉(zhuǎn)化效率都高于其它催化劑。
　　對貴金屬Pt-Rh的添加進(jìn)一步研究，結(jié)果表明其在Pt-Rh/Ce-Zr-Sr/Al2O3催化劑中Pt、Rh、Sr和C

5、e-Zr/Al2O3之間存在有明顯的協(xié)同效應(yīng)，有利于催化反應(yīng)活性的提高。特別是，當(dāng)Rh/Pt比為0.25、Rh-Pt含量為0.6 wt.％和Sr含量為3wt.％時，其催化活性達(dá)到最高，實現(xiàn)了在較低的溫度和較寬的溫度窗口具有較高的催化活性（NOx轉(zhuǎn)化效率達(dá)到53％）;在高溫條件下也顯示了高比表面積和高穩(wěn)定性。優(yōu)選了汽油機全部空燃比條件下用于NOx催化減排的最優(yōu)催化劑主配方案，對解決電噴發(fā)動機在低溫起動、閉環(huán)控制問題上，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用

6、前景。
　　本文提出了用Sr部分代替貴金屬Rh和Pt，特別是添加3wt.％的金屬Sr的技術(shù)方案試驗結(jié)果表明，這個方案在排氣溫度為200～550℃情況下，能使NOx的轉(zhuǎn)化效率提高，特別是在較低排氣溫度范圍內(nèi)，效果更明顯。添加少量Sr，可減少對貴金屬的相對依賴，即減少了Pt和Rh的用量，降低了催化劑的成本，提高了經(jīng)濟效益。其結(jié)論可用于指導(dǎo)汽油機在全部空燃比范圍內(nèi)排放尾氣NOx催化劑的優(yōu)化設(shè)計，為今后催化劑進(jìn)一步研究提供了重要理論價值。

7、
　　本文研究結(jié)果表明，低含量貴金屬Pt-Rh催化劑不僅對NOx有催化凈化作用，而且對HC、CO也具有明顯的催化活性，在550℃其最高轉(zhuǎn)化率分別為65％、52％。試驗結(jié)果顯示，空燃比A/F(A/F＜15)越大，NOx有害氣體轉(zhuǎn)化效率越低，HC、CO有害氣體轉(zhuǎn)化率越高。A/F＞15時，HC、CO有害氣體轉(zhuǎn)化率下降。
　　本文基于催化轉(zhuǎn)化器反應(yīng)機理及其反應(yīng)速率方程，利用計算機數(shù)值模擬進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計，提出了溫度、貴金屬含量以及