三元催器制造

1、汽车尾气净化技术三元催化反应器02环境科学李鹏，计军平、三元催化概述汽车发动机排放出的一氧化碳（ CO）和碳氢化合物（HC）是没有安全燃烧的产物， 当空气不足时就会产生；氮氧化合物（ NOx）的生成与发动机的燃烧温度和氧含量有密 切的关系，温度越高，含氧量越大，越易产生 NOx。这三种有害气体成份经在催化剂内 部和载体上的催化剂发生化学反应转换成为无害的水蒸气、二氧化碳和氮气。上述过程称为“三元催化”。三元催化反应器对三种主要污染物的清除率可达到其 总量的90%。、三元催化器的结构催化器的结构：它由壳体、减震层、载体及催化剂四部分组成（见图2）。其中, 载体和催化剂合称净化剂。壳体一般由不锈钢

2、制成，以防因氧化皮脱落而造成催化剂的堵塞2、减震层减震层一般由膨胀挚片和钢丝网两种，起到减震、缓解热应力、保温和密封的作用3、净化剂图1三元催化器与陶瓷载体净化剂由载体和催化剂组成。载体基本材 料为陶瓷（MgO2， AI2O3, SQ2），见图 1 o 目的是提供承载催化剂涂层的惰性物理结构。 为了在较小的体积内有较大的催化表面，载体表面制成为蜂窝状。催化剂指的是催化活性层 份和水洗涂层的合层，它是整个催化器的核心 部分，决定着催化器的性能和指标。催化剂用 的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体 上，就构成了净化剂。【三元催化转换器结构图2三元催化转换器结构三、三元催化反应器的工作原理发动机

3、尾气中主要的三种污染物为 CO, HC, NOx。三元催化反应器的作用就是利 用转化器上的重金属作催化剂，使 CO、HC、NOx、O2各气体间相互之间发生氧化与 还原的化学反应，生成 N2、CO2、H2O等无害气体。1反应的三个步骤：（1）外部物质交换阶段：从废气流到催化表面的物质交换。该步骤与载体的目数（液压直径），催化反应器直径、气体流量（雷诺数）有关。（2）微孔扩散阶段：废气扩散到催化剂的微孔中。该步骤与催化器涂层厚度，微孔形状有关。（3）氧化反应阶段：与贵金属作用发生的催化反应。该步骤与废气浓度，废气温度有关。影响催化反应器转化效率的参数见表1表1影响催化反应器转化效率的参数it想几

4、HWWRtiIf1谢K动tQtJ甲2、催化反应氧化反应：CniHii + (m 斗】1书 0? mCO +n2 H;OCO +1/2 6 co:H2 + 1/2 O; H;O还原反应：CO + NO 1/2 N; + CO:CxHa +2(m + n4) NO (m + n4) N； + n2 H;O +mCO:H; + NO1/2 N； + 比O(1) 氧化的差异性在氧化反应中，由于各种碳氢化合物有不同的氧化性质，导致氧化过程产生差异。各种气体在氧化过程中的性质如下：烯烃和其他不饱和的炭氢化合物被优先氧化。饱和的炭氢化合物很难被氧化。甲烷是最难被氧化的炭氢化合物-典型氧化催化剂对甲烷的氧化率

5、很低。(2) 空燃比催化剂氧化排气中的 HmCn和CO,并把NOx还原为N2，要求排气的空燃比被控 制在理论空燃比附近，即过量空气系数X= 1具体效果见图3。图3空燃比与气体含量关系图（3）温度对污染物的有效转换工作温度需达到大约250C（ 480F）,获得最大转化量和较长的运行寿命的理想工作温度为 400C-800C（750F-1500F）。发动机产生故障，例如缺 火，可导致转换器温度上升至1400C（2500F）,这种温度可因底座材料的熔化而使转换器报废（见图4 ）图4三元催化反应器的烧熔四、三元催化反应器中贵金属的作用1、同时进行氧化还原反应，必须有贵金属作为催化剂参与化学反应（1）Pt

6、、Pd:是很好的氧化催化剂。氧分子被拉开而分离在金属表面（下图所示）E （6）单个氧原子容易和 CO分子反应（下图所示）(CO)(COJ（2） Rh :是极好的NOx的还原剂NO被拉开而分离在贵金属表面（下图所示）Rh + 2 心(NO)氮原子在表面移动结合形成氮气而释放（下图所示）RhRh叫）氧原子留在表面需要一氧化碳来消除它们。注意:O2和NO分子竞争相同的贵金属表面的 02；N0分子占领贵金属表面的概率取决于 N0和02分子的相对数量以及催化剂 表面是否对N0和02有优先选择。2、不同方案的催化剂配方的特点（1）Pt/Rh是一种传统的配比模式。其对燃油中的铅有最好的抵抗中毒的能力。（2）

7、Pd/ Rh比较适合燃油较清洁的环境下，分成涂敷可避免合金的形成。（3）Pt/ Pd / Rh高含量Pt与Pd和Pt的分离涂敷有高温稳定性和好的HC活性。Rh和Pt加上金属氧化物改善 RH和NOx反应的热稳定性。（4）只有Pd高温位置有卓越的去除包括 NO污染的整体性能。五、三元催化器的失效1、各种元素对三元催化转化器的影响（1）铅、锰元素对三元催化转化器的影响有铅汽油的铅化物含量比较高， 铅化物在高温下会还原成金属铅，而金属铅容易沉 淀在铂、铑等贵金属催化剂的表面。使催化剂无法与有害气体发生催化反应。（2）磷、锌元素对三元催化转化器的影响磷、锌元素与三元催化转化器活性材料反应或覆盖在催化转化

8、器活性表面上，造成 催化转化器效率下降。由于机油添加剂中磷、锌元素无法取消，而内燃机烧机油的特性 也不可避免，所以催化剂配方以及涂层技术仍需改进。（3）硫元素对三元催化转化器的影响汽油燃烧后，其中的硫元素随着尾气进入三元催化转化器，这些硫元素与催化转化器的表面上的金属氧化物反应生成硫酸盐，减弱了催化剂对空/燃比变化的敏感程度，使其丧失储存，释放氧的功能，硫化物吸附在催化剂的表面，妨碍了 HC、CO、NOx的吸附。较高含S油在整个空/燃比范围内延长了催化剂的点燃时间，提高了起燃温度， 降低转化效率。2、自身老化对三元催化转化器的影响经过一定时间的使用，三元催化转化器表面的活性物质自身受到热老化或