柴油车尾气用贵金属氧化催化剂实验研究

2020-07-01常意川

化肥设计 2020年2期

李璐，常意川，李慧

(武汉船用电力推进装置研究所，湖北武汉 430064)

柴油车尾气中CO和HC是由于柴油和润滑油不完全燃烧所产生的[1]。目前，柴油车尾气转化器多采用整体式块状载体，形状多为类似蜂窝状的六角形，被称为蜂窝状载体[2]。柴油机尾气主要由燃油在发动机气缸中燃烧做功后排放出来，燃烧物质为空气和燃油。由于燃油的主要成分为HC，因此，汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中会产生HC、CO、NOx等有害气体，同时也会产生CO2、H2O、O2等无害气体[3，4]。

2016年12月27日，生态环境部、国家质检总局联合发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》，即轻型车“国六”标准。标准设置国六a和国六b两个排放限值方案，分别将于2020年和2023年实施。相比“国五”标准，新标准提高了低温试验要求，CO和HC排放限值降低了1/3，同时增加了对NOx的控制要求。

1 催化剂制备

以堇青石蜂窝陶瓷为载体，贵金属铂钯为活性组分，改性γ-Al2O3和锐钛型TiO2为涂层，通过原位涂敷法制备得到了柴油车尾气用贵金属氧化催化剂。

催化器床层催化剂的选择：尺寸为d21×120mm，目数为400cpsi，壁厚为8mil。

通过钢瓶进气和精确液体流量泵进样，混合得到所需的模拟尾气，在固定床反应器中进行催化剂活性测定，混合气中各组分含量检测方法为FT-IR。

实验中，测定贵金属氧化催化剂对CO、HC、NOx催化活性的条件为：空速为45 000h-1、反应温度为100～250℃(CO、HC)和150～450℃(NOx)、升温速率为10℃·min-1。

进口混合气体组成：φ(NO)为300mg/m3、φ(C3H6)为100mg/m3、φ(CO)为300mg/m3、φ(CO2)为6%、φ(O2)为10%、φ(H2O)为6%，N2作为平衡气。

起燃实验采用连续反应器，分别选择Pd/Pt=0.25、0.3、0.4、0.5、0.75、0.9(PGM=10g/ft3)的催化剂，通过检测出口尾气中CO、HC和NOx的含量，确定催化活性。

2 结果与讨论

2.1 不同Pd/Pt对HC转化率的影响

反应空速和进口混合气体组成一定时，考察了不同Pd/Pt的催化剂上入口温度对HC转化率的影响(见图1)。

图1 不同Pd/Pt对HC转化率的影响

从图1中可以看出，当Pd/Pt=0.4时，催化剂起活温度最低(150℃)，HC转化率随起活温度的升高而快速增大，并且当入口温度为200℃时，HC转化率可以达到99%。

当Pd/Pt<0.4时，催化剂起活温度随Pd/Pt值的增大而降低，T99也随着Pd/Pt值的增大而降低；当Pd/Pt>0.4时，催化剂起活温度随着Pd/Pt值的增大而增大，T99也随着Pd/Pt值的增大而增大。

2.2 不同Pd/Pt对CO转化率的影响

反应空速和进口混合气体组成一定时，考察了不同Pd/Pt的催化剂上入口温度对CO转化率的影响(见图2)。

图2 不同Pd/Pt对CO转化率的影响

从图2中可以看出，当入口温度为100℃时，催化剂对CO有较低的催化活性，CO转化率只有5%，并且CO转化率随着温度的升高而快速增加；当入口温度达到180℃时，出口气体中已经检测不到CO存在。

在相同温度下，当Pd/Pt=0.4时，CO转化率最高；当Pd/Pt<0.4时，催化剂催化活性随着Pd/Pt值的增大而增大，Pd/Pt=0.25、入口温度为190℃时，出口气体中检测不到CO存在；当Pd/Pt>0.4时，催化剂催化活性随着Pd/Pt值的增大而减小，Pd/Pt=0.9、入口温度为230℃时，出口气体中检测不到CO存在。