汽车尾气处理及净化技术

1、安全1502 李生相 汽车尾气的主要成分及危害对尾气的 防治汽车尾气净化器主目录01020301汽车尾气的主要成分及危害 汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。主要污染物为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物等，能引起光化学烟雾等。 可以说，汽车是一个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失!伦敦烟雾事件洛杉矶光化学污染主要成分一氧化碳氮氧化合物醛含铅化合物碳氢化合物 一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物，主要是在局部缺氧或低温条件下，由于烃不能完全

2、燃烧而产生，混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时，燃料不能充分燃烧，废气中一氧化碳含量会明显增加。一氧化碳是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，对空气的相对密度为0.9670，它的溶解度很小。一氧化碳由呼吸道进入人体的血液后，会和血液里的血红蛋白Hb结合，形成碳氧血红蛋白，导致携氧能力下降，使人体出现反应，如听力会因为耳内的耳蜗神经细胞缺氧而受损害等。吸入过量的一氧化碳会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。研究证明，人对一氧化碳的承受能力相当高，一个健康的人能短时间承受血液中含量为20%-40%的一氧化碳的侵袭。虽然对人体无副作用的一氧化碳阈值尚未确定，

3、但长期吸收一氧化碳对城市居民身体健康是一个潜在威胁。 氮氧化合物是在内燃机气缸内大部分气体中生成的，氮氧化合物的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。氮氧化合物的生成原因主要是高温富氧环境，比如燃烧室积碳等因素。从燃烧过程看，排放的氮氧化物95%以上可能是一氧化氮，其余的是二氧化氮。人受一氧化氮毒害的事例尚未发现，但二氧化氮是一种红棕色呼吸道刺激性气体，气味阈值约为空气质量的1.5倍，对人体影响甚大。由于其在水中溶解度低，不易为上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部，引发支气管炎、肺水肿等疾病。在浓度为9.4mg/m的空气中暴露10分钟，即可造成呼吸系统失调。对于氮氧化合物世界卫生组织环境健康评

4、价组曾做出这样的结论:二氧化氮浓度0.94mg/m-3是短期暴露引起有害影响的最低水平，0.19-0.32mg/m-3最长1小时，一个月出现不能多于两次才能确保公共健康。 汽车尾气的碳氢化合物来自三种排放源。对一般汽油发动机来说，约60%的碳氢化合物来自内燃机废气排放20%-25%来自曲轴箱(PCV系统)的泄漏，其余的15%-20%来自燃料系统(碳罐)的蒸发。甲烷是窒息性气体，其嗅觉阈值是142.8mg，只有高浓度时才对人体健康造成危害。乙烯、丙烯和乙炔则主要是对植物造成伤害，使路边的树木不能正常生长。苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕、头痛、呕吐、失眠、粘膜出血等

5、症状，也可引起血液变化，红血球减少，出现贫血，还可导致白血病。其嗅觉阈值16.29mg，对人体健康有影响的阈值34.8mg。汽车尾气中还含有多环芳烃，虽然含量很低，但由于多环芳烃含有多种致癌物质(如苯并芘)而引起人们的关注。 HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物形成光化学烟雾，1952年12月伦敦发生的光化学烟雾4天中死亡人数较常年同期约多4000，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍，1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8

6、倍。 醛是烃类燃烧不完全产生，主要由内燃机废气排放，汽车尾气排放的醛类成分见下表:名称 成分（%） 甲醛60-73 乙醛7-14 丙醛0.4-16丙烯醛2.6-9.8 丁醛1-4 丁烯醛0.4-1.4 戊醛0.4 苯甲醛3.2-8.5 苯甲醛2-7 汽车尾气排放的醛类以甲醛为主，占60%70%。甲醛是有刺激性的气体，对眼睛有刺激性作用，也会刺激呼吸道，嗅觉阈值为0.061.2 mg，高浓度时会引起咳嗽、胸痛、恶心和呕吐。乙醛属低毒性物质，高浓度时有麻醉作用。丙烯醛是一种辛辣刺激性气体，对眼睛和呼吸道有强烈刺激，可引起支气管细胞损害，嗅觉阈值为0.484.1 mg。 汽车尾气排放的含铅颗粒大部分

7、来自内燃机的废气排放。四乙铅是作为抗爆剂加进汽油中的，一般汽油的含铅量在0.08%0.13%之间，四乙铅燃烧后生成氧化铅排出。铅主要作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官。铅能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟的红细胞。经由呼吸系统进入人体的铅粒，颗粒较大者能吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出;颗粒较小者，便沉积于肺的深部组织，它们几乎全被吸收。铅在人体内各器官中积累到一定程度，会对人的心脏、肺等造成损害，使人贫血，行为呆傻，智力下降，注意力不集中，严重的还可能导致不育症以及高血压。根据进入身体的方式，可以有高达60%的摄入总铅量永久留在人体内，成年人血液中混入0.8m

8、g以上称为铅中毒。 含铅汽油经燃烧后，85%左右的铅排入大气中造成铅污染。铅氧化物不仅对人体有害，它还会吸附在汽车尾气催化净化器的催化剂表面上，对催化剂产生毒害，明显地缩短尾气催化净化装置的寿命，是汽车尾气催化净化装置要解决的难题之一。20世纪40年代以来，通过汽车燃烧排入大气中的铅已达数百万吨，成为一种公认的全球性污染。02对尾气的防治 欧盟欧盟的环保专家认为，要减少汽车污染对城市环境的危害，最有的环保专家认为，要减少汽车污染对城市环境的危害，最有效的办法是调整城市交通政策，大幅减少私家车数量，优先发展公交，效的办法是调整城市交通政策，大幅减少私家车数量，优先发展公交，提倡自行车交通提倡自行

9、车交通; ;同时，还应加速发展、普及环保型汽车，减少对石同时，还应加速发展、普及环保型汽车，减少对石化燃料的依赖。化燃料的依赖。控制数量01绿色技术03变废为宝04提高质量02加强宣传控制数量 在许多大中城市中，汽车的数量实际已经超载。政府可以用宏观调控的方法提高汽车的价格，适当减少汽车的购买量，促进小型制造汽车的企业的转产，把汽车的数量控制在生态平衡允许的范围内。同时要使公共汽车、地铁等公共交通工具迅速发展起来，向市民提倡骑自行车、乘坐公共汽车和地铁;公务员更要以身作则，尽量使用公共交通工具，少乘坐私家车，尽量降低汽车尾气排放量。提高质量 到21世纪初，世界大多数城市都已禁止使用含铅汽油。要

10、提高汽车尾气污染物排放标准，严格把关，不能让未达到标准的汽油流入市场。先进的汽车尾气处理技术，对不符合尾气排放标准的汽车进行淘汰或改造。定期清洗三元催化器，保持机动车尾气净化性能。推广以天然气为燃料的燃气汽车，并对燃气汽车进行改造，解决其存在的发动机动力性能下降、储气瓶占用空间大等问题。绿色技术变废为宝方案A:在气缸内的燃料和空气经过压缩，变成高温高压的气体，燃烧后能量仍很高。如果将这些能量利用起来，转化成发动机的动力，既节省了燃料，又减少了废气排放量。方案B:汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，如果在尾气排放管上加装一个收集和转化装置，将其转化成工业原料硝酸和硫酸，虽然收集量可能不多，但积少成

11、多，这就在减少对大气的污染的同时对资源进行了回收。 加强对环境保护重要性的宣传，提高人民环保意识，让群众自觉使用公共交通工具，不购买尾气排放量不达标的汽车，坚决不购买、制造含铅、低质汽油。加强宣传0503汽车尾气净化技术 采取的途径主要有两种 一是在不改变燃料种类的情况下采用清洁燃烧技术 （机内净化）与尾气净化技术（机外净化）；二是利用绿色环保燃料来减少汽车尾气中有害物的排放。目前国外已运用的机内净化方法主要有 延迟点火法 、废气再循环装置、 ECR、 控制燃烧装置 、CSS、清洁空气装置、 CAP 以及低温等离子体技术。机内净化只能减少有害气体的生成量，不能除去已生成的有害气体 ，因此净化效

12、率不高。采用无铅汽油，以代替有铅汽油，可减少汽油尾气毒性物质的排放量。掺入添加剂，改变燃料成分，提升燃油品质等，比如添加千分之五左右的燃油伴侣。汽油中掺入15%以下的甲醇燃料，或者采用含10%水份的水-汽油燃料，都能在一定程度上减少或者消除CO、NOx、HC和铅尘的污染效果。若采用甲醇燃料，即采用甲醇和其它醇类同汽油混合所制成的燃料。当甲醇占比例30%40%，汽车尾气排出的污染物可基本上消除。选用恰当的润滑添加剂-机械摩擦改进剂。在机油中添加一定量(比例为3%-5%)石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，或采用纳米技术的润滑油添加剂，如铜爵机油伴侣等，加入到引擎的机油箱中，可节约发动机燃

13、油5%左右。此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。尾气排放中，CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境的污染。采用绿色燃料同样可减少汽车尾气有毒气体排放量。据美国的俄亥俄州某研究所用豆油与甲醇、烧碱混合，然后去除其中的甘油，从而可获得大豆柴油。用大豆柴油，以3 :7的比例掺入到普通柴油中，可供柴油汽车之用。它可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘。故誉作绿色燃料。燃油替代燃油替代采用多种燃料作为汽车燃料来源。随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，确保环境保护法规的实施和节能措施:汽车中可广泛使用新的配方汽油、电力、压缩的天然

14、气体、太阳能以及生态燃料的蓄电池等等。然而在这种汽车上装上电脑，不断在行驶中早先调拨组合，以使汽车发挥最佳性能。采用计算机控制点火系统，以便对发动机的不同工况作出快速反应，可取得最佳 燃料经济性和发动机动力性能，可减少尾气对大气的污染。节约能源，有利环境，大力推广车用乙醇汽油。根据有关专家指出，开发乙醇代替汽油，即节约能源，又可消化陈粮，使汽车排出的有害汽体减少，是一项有利于保护环境和资源的新课题。即汽车尾气由原有毒气体，变成为无毒气体，再排放到大气中。从而可减少对大气环境的污染。1.采用催化剂:1）三元催化剂三元催化剂必须对浓度在百万分之几到百分之几内变化的CO、NOx、HC起净化作用，同时

15、还要经受短时间内从很低的温度升高到一般排气温度（400500C）的冷热交换冲击。因此要求三元催化剂的工作范围广、热稳定性高。三元催化净化发生的主要化学反应如下 ：尾气净化尾气净化 Rh对N2形成具有很好的活性和选择性，是三元催化剂的主要成分,Pt、Pd是除去CO和HC的有效金属。通常一个净化器用Pt0.9-2.3g、Rh0.18-0.3g,Pd的用量各个厂家差别较大。空燃比对三元催化剂净化特性的影响如图所示,同时净化CO、HC、NOx最佳空燃比A/F=14.6。当A/F14.6即氧气过剩的情况下，CO、HC的净化率较高；当A/F14.6即富油情况下,NOx的净化率较高。为了同时保持三种污染物的

16、净化率，要求A/F=14.6+-0.1.三元催化剂的组成 贵金属：三元催化剂中最重要的活性组分是 Pt、Rh、Pd。由于Pd对Pb、P、S中毒特别敏感，在还原气氛下易烧结并与Rh生成合金使Rh的活性降低等原因，通常由Pt-Pd构成催化剂，Rh作为添加剂可以提高Pt的耐高温性能和使用寿命。稀土氧化物：稀土资源丰富、价格低廉、抗中毒能力强，国内对稀土为主的复合金属氧化物进行了较多研究，主要是ABO3型稀土复合金属氧化物。单组分的稀土氧化物对NOx的还原性能不好，低温活性差、易烧结、寿命短。 一般使用复合型的稀土氧化物作为活性组分。随着各种复合活性组分的加入和制备技术的改进，已使稀土催化剂的性能大为

17、改善。普通金属氧化物：普通金属氧化物如CuO、MgO 、TiO2、ZrO2、NeO2、Cr2O3因资源丰富曾一度引起人们的重视。但作为主催化剂使用，其热稳定性差、活性低、起燃温度高、使用寿命短很不理想。1991年国外发表了Cu-Cr作为三元催化剂的研究报告，除了抗S性能差之外，其它功能与贵金属催化剂已不相上下。 涂层和助剂：涂层通常采用-Al2O3其比表面积大、表面吸附能力强。加入稀土元素、碱金属、碱土金属均可有效抑制Al2O3 的烧结和相变的发生。CeO2、LaO3等稀土氧化物可显著提高贵金属催化剂的活性。载体：最早采用的载体是球状活性-Al2O3随着对净化器使用寿命和净化率要求的提高，汽车

18、尾气净化广泛使用的是整体型载体。根据基体材料，可分为陶瓷和金属2种。 陶瓷载体大多采用堇青石(2Al2O3 -2MgO-5SiO2 )，经挤压和烧结后，具有许多薄壁平行直通道，其比表面积大、耐热性能好、热膨胀系数低。金属载体通常有Ni-Cr等。最近，又出现了以泡沫金属作载体的催化剂 。催化剂材料采用铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）和稀土元素作催化剂。铂、钯是氧化反应催化剂，铑是还原反应催化剂，钯价格比铂低，性能接近铂。因此开发出高钯净化器，稀土元素具有储氧能力，在瞬态贫氧条件下释放氧，使其靠近陶瓷载体，贵重金属附在稀土上面。稀土元素是氧化过程的催化剂，对铂具有助催化能力。单一稀土与混合稀土的

19、活性大致相等，分离单质稀土很困难，需要高昂的费用，博山清水泵因此作为催化剂使用时，主要是使用混合稀土。钙钛矿型的稀土复合氧化物具有较强的催化氧化性能，它们可以把有机化合物催化氧化成各种氧化状态，也可以催化氧化CO、SO2、NOx，还可以使燃料混合气进一步燃烧完全。 CO和O2化学吸附于催化剂表面并能够发生反应，因为它们具有结合的取向。有一部分能量被载体表面积吸收，导致CO分子内的原子间结合程度的降低，因此被吸附分子内的原子之间连接不牢固，容易被其他原子（如O）吸引，CO和O2很快发生化学反应。 三元催化净化器 三元催化净化器起着对发动机做功产生的废气进行净化的作用，它是利用其滤芯中的钯 铂 铑

20、 3 种元素，通过氧化法或氧化还原法过滤废气中的碳氢化合物 一氧化碳和氮氧化物等3 种污染物，使尾气排放合乎要求。 三元催化净化器安装在汽车发动机的排气装置上，当汽车废气通过净化器的通道时， CO 和 HC 就会在催化剂作用下与空气中的氧发生反应产生无害的水和二氧化碳，而氮氧化物则在催化剂的作用下被还原为无害的氧和氮，其净化效率很高，可以化90以上的有害物质。HC捕集技术NOx吸附还原型催化器2.水洗:通过水箱，使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋浴，可将粘在碳粒上的有毒物质，使碳粒子胀大而给予去除。 正曲轴箱通气系统的设计:把从气缸窜入曲轴箱的气体(主要是未燃气体)再循环进入进气歧

21、管，使其再次燃烧，改变了过去将其直接排入大气所造成的污染。发动机上的PCV系统就是发挥这样的作用。 排气再循环设计:发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环，以降低氮氧化物的排放量。 蒸发排放控制系统的设计(碳罐):将化油器浮子室中的汽油蒸发汽引入进气系统，而将油箱中的蒸发汽引入储存系统，可大大减少污染物的排放。内部净化内部净化（4）低温等离子技术 等离子体技术由于其净化效率高，能同时处理多种污染物以及无二次污染等优点，在汽车尾气净化领域的应用中引起人们的特别关注。 低温等离子技术用于机内净化主要是使空气在送入内燃机燃烧室之前等离子化，通过等离子体发生器将空气等离子化使得

22、空气中含有富足的原子氧和臭氧及其它激发态的氧，从而大大提高燃料的燃烧速率；同时等离子化的空气中含有的氧粒子参与反应的能力比中性的氧气分子更强，可以使HC、CO得到充分氧化而大大减少有害物气体的生成，这样不仅可以节约能量，且能在一定程度上降低污染物的排放量。 等离子体技术在机外净化中的应用包括低温等离子体的直接氧化还原法和低温等离子体辅助催化还原法。前者主要是通过沿面放电或介质阻挡放电(机外净化的低温等离子体技术一般情况下主要采用这两种方式)使得由发动机排出的尾气等离子化，由于等离子化后的尾气中含有足够的激发态的活性氧，极易与CO、HC发生反应；同时尾气中含有的HC和炭黑粒子又可以直接作为还原剂，在等离子区域与NOx化合，生成无害的N2、CO2和H2O。后者是一种将低温等离子体技术与三效催化技术结合使用的一种方法，是低温等离子体辅助HC的选择性催化还原系统降低NOx的排放。此外，低温等离子体技术通过静电捕集的方法可以去除尾气中的颗粒物4.2光催化降解技术。（5）光催化降解技术 近年来，国内外对以二氧化钛(TiO2)为代表性催化剂的多相光催化进行了很多研究。