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汽车废气净化

[拼音]:qiche feiqi jinghua

[外文]:purification of automobile exhaust gas

将汽车废气中的有害成分转化成无害的物质。

汽车排出的废气含有碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物、铅化合物、苯并(a)芘等。对大气造成污染的主要是一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物三种气体。汽车废气净化包括机内净化和机外净化两个方面。机内净化主要是使排出的部分废气再次燃烧,以减少废气中的有害物质。机外净化主要是采用催化净化法。

汽车废气催化净化技术的研究开始于20世纪50年代。1943年9月美国洛杉矶发生光化学烟雾事件,使当地居民和动植物受到很大危害。1951年美国的A.J.哈根查明光化学烟雾是由于汽车废气发生光化学反应造成的,于是人们开始研究汽车废气催化净化技术,创制了催化净化器。

催化净化器一般都安装在汽车底盘上,与内燃机的排气系统连结在一起。从内燃机排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等废气通过净化器的催化剂床,便转化为二氧化碳、氮和水。

催化净化有多种方法:

(1)催化氧化法(一段净化法),采用一段氧化型催化剂床,使废气中的一氧化碳和碳氢化合物完全氧化成二氧化碳和水。这种方法不能除去氮氧化物。

(2)催化氧化-还原法(二段净化法),汽车废气通过首先段的还原型催化剂床,使氮氧化物还原成氮,然后通过第二段氧化型催化剂床,使一氧化碳和碳氢化合物氧化成二氧化碳和水。这种方法可除去汽车废气中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物。但是,氮氧化物经过首先段还原型催化剂床被还原成氨(NH3),进入第二段氧化型催化剂床,氨又有一部分被氧化成氮氧化物,这就降低了氮氧化物的净化率。此外,由于增加了一段催化剂床,因而阻力增大,燃料消耗增加,加 应降低。

(3)三元催化净化法,这种方法是采用对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物都有催化作用的催化剂。当汽车、内燃机在空气与燃料比(称空燃比)严格调整到化学计量值14.7±0.1的条件下运转时,这种方法具有较高的净化效率(见图,图中虚线是由NOx转化生成的NH3的百分率)。采用这种方法的净化器需要附加一套精密的空燃比控制系统。

汽车废气催化净化的关键是选择一种 能优良的催化剂。汽车废气净化使用的催化剂不同于化学工业生产使用的催化剂。汽车排出的废气浓度、流量和温度,是随着汽车的运转状态变化的,所以要求催化剂具备下列特 :低温(200℃以下)活 好,高温(800℃以上)热稳定 好,耐中毒 好(汽油中含有可引起催化剂中毒的铅、硫、磷、锌等),使用寿命长和不造成二次污染等。常用的催化剂大致可分为三类:

(1)贵金属类,如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)和钌(Ru)等。这类催化剂价格昂贵,资源稀少,耐铅中毒 较差,但催化活 高,使用寿命长。

(2)非贵金属类,如铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、钒(V)、铁(Fe)、钛(Ti)、锆(Zr)及稀土类和碱土类金属的氧化物。这类催化剂虽然资源丰富,价格低廉,但是高温稳定 和耐中毒 差。

(3)多元金属类,如Cu-Ni(Monol合金)、Ni-Cr-Fe(Inconel合金)、Cu-Cr-Ni合金等。

由于汽车废气的复杂条件,任何单一组分的催化剂都难以完成催化净化的作用,目前催化剂正向微量贵金属的多组分的方向发展。另外,正在研制含有稀土元素的钙钛矿结构 ABO3型或类似尖晶石结构A2BO4型的新型催化剂。

催化剂的活 组分一般都涂在载体上。汽车废气净化催化剂要求载体有下列 能:

(1)具有较大的比表面积,一般应有50~350米2/克;

(2)能耐高温,在汽车废气温度达800℃以上时不熔融;

(3)有较高的机械强度和一定的导热 等。

汽车安装催化器后,加速时间会延后0.2~0.6秒;在高速全负荷行驶时,发动机的功率约降低10%左右;油耗约增大 5~10%。在进一步研究催化净化技术的同时,改进发动机的结构和改用无污染燃料等试验也在进行。

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