摩托車尾氣凈化催化劑注意幾個(gè)關(guān)鍵問題
中國摩托車網(wǎng) 俠名 摩托車維修 2007-11-28
| 1 影響催化劑性能的關(guān)鍵因素滿足國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的摩托車尾氣凈化催化劑由四部分組成：1)基體：FeCrAl蜂窩體；2)載體：高性能稀土儲(chǔ)氧材料和耐高溫高比表面材料；3)助劑：La2O3，Y2O3，Pr2O3，CeO2，BaO等；4)活性組份：Pt，Rh，Pd。制備催化劑，首先制備出高性能稀土儲(chǔ)氧材料和耐高溫高比表面材料2種載體材料，然后將貴重金屬及助劑負(fù)載于載體之上，得到粉狀催化劑，最后將粉狀催化劑涂覆于FeCrAl基體上即得到催化劑成品。所以摩托車催化劑技術(shù)包括：1)金屬載體表面氧化技術(shù)；2)連接層技術(shù)；3)高性能稀土儲(chǔ)氧材料制備技術(shù)；4)耐高溫高比表面材料制備技術(shù)；5)貴金屬及助劑負(fù)載技術(shù)；6)耐久性涂層技術(shù)。在上述6大技術(shù)中，決定催化劑涂層是否脫落的是1)和2)、決定催化劑的性能和壽命的是3)、4)和5)，其中3)為源頭技術(shù)和核心技術(shù)，4)和5)為核心技術(shù)。尾氣凈化催化劑的性能和壽命是否合格，不僅要看是否具備有上述技術(shù)，更重要的是要看源頭技術(shù)和核心技術(shù)所達(dá)到的程度夠不夠，不具有上述技術(shù)，制備的催化劑性能和壽命滿足不了國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)；具備上述技術(shù)，但源頭技術(shù)和核心技術(shù)達(dá)到的水平不夠，制備的催化劑性能和壽命同樣達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。高性能稀土儲(chǔ)氧材料技術(shù)是摩托車尾氣凈化催化劑的源頭技術(shù)和核心技術(shù)，沒有高性能稀土儲(chǔ)氧材料技術(shù)的發(fā)展，即使大量使用貴金屬，尾氣凈化催化劑也發(fā)展不到現(xiàn)在的程度。稀土儲(chǔ)氧材料的發(fā)展，給尾氣凈化催化劑帶來了兩方面重要進(jìn)展：催化劑性能出現(xiàn)極大提高；貴金屬使用量明顯降低。故稀土儲(chǔ)氧材料達(dá)到的技術(shù)水平顯得特別重要，它不是材料的組成和結(jié)構(gòu)，而是織構(gòu)性能(比表面，孔容和孔徑分布)和儲(chǔ)氧性能及高溫穩(wěn)定性，這些性能是整車企業(yè)不熟悉的。對(duì)于滿足國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的催化劑，要求高性能稀土儲(chǔ)氧材料經(jīng)1000℃、5 h老化后，比表面積保持住50m2/g左右，200℃儲(chǔ)氧量在200μmol/g左右，要使稀土儲(chǔ)氧材料達(dá)到此性能，難度很大，必須發(fā)展儲(chǔ)氧材料的制備。貴金屬和助劑負(fù)載是催化劑的核心技術(shù)，稀土儲(chǔ)氧材料和耐高溫高比表面材料是具有納米孔道結(jié)構(gòu)的多孔性物質(zhì)，貴金屬和助劑必須用特殊的制備技術(shù)裝進(jìn)納米孔道內(nèi)，并具有高分散度和穩(wěn)定性，催化劑的性能和壽命才能滿足國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，同樣為苛刻要求。以上表明，摩托車尾氣凈化催化劑是科學(xué)密集和技術(shù)密集產(chǎn)品，需要高水平基礎(chǔ)研究為支撐，其技術(shù)來源于對(duì)科學(xué)規(guī)律的掌握，而不是通過炒配方可以達(dá)到的。充分認(rèn)識(shí)尾氣凈化催化劑的科學(xué)和技術(shù)內(nèi)涵以及難度，對(duì)于整車企業(yè)選擇好、應(yīng)用好尾氣凈化催化劑很有幫助。 2 尾氣凈化催化劑與整車的匹配催化轉(zhuǎn)化器實(shí)際上是一個(gè)催化反應(yīng)器，與整車的匹配實(shí)際上是將催化反應(yīng)器安裝到車上并使其正常工作，這和將一個(gè)機(jī)械零部件裝到車上不一樣，并且復(fù)雜得多。催化劑的正常工作條件包括：適宜的溫度條件，催化劑的用量和反應(yīng)物的適當(dāng)比例。相對(duì)摩托車而言，合格的催化劑與整車匹配有3個(gè)問題要解決：空然比控制(反應(yīng)物的比例是否適當(dāng))、催化劑安裝位置(催化劑是否具有合適的工作溫度)、催化劑體積(催化劑的用量是否適當(dāng))。 2.1 空燃比控制與催化劑的性能和壽命空燃比控制對(duì)于匹配至關(guān)重要，圖1為空燃比控制窗口與催化劑的空燃比窗口關(guān)系。從圖中看到，即使是合格催化劑，在差的空燃比條件下也達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此：1)提高空燃比控制精度，在所有測(cè)試工況中使λ≈1，是實(shí)現(xiàn)匹配和排放合格的關(guān)鍵；2)不同催化劑空燃比窗口寬度不同，性能優(yōu)異的催化劑空燃比窗口寬，性能差的催化劑空燃比窗口窄，甚至無空燃比窗口(無法匹配)，所以空燃比窗口的寬窄對(duì)于成功匹配很關(guān)鍵；3)擴(kuò)大空燃比窗口，主靠稀土儲(chǔ)氧材料，高性能稀土儲(chǔ)氧材料制備的催化劑才有可能具有寬的空燃比窗口。圖2為性能優(yōu)異的稀土儲(chǔ)氧材料制備的催化劑空燃比窗口。值得指出的是，空燃比控制不僅關(guān)系到催化轉(zhuǎn)化器是否能順利匹配，還關(guān)系到催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命，空燃比控制差，污染物排放量大，催化轉(zhuǎn)化器長期處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，會(huì)使催化劑的使用壽命縮短。 2.2 催化劑的安裝位置與催化劑的性能和壽命滿足國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的催化劑最佳工作溫度為300～700℃，短時(shí)間在800～1000℃左右，如長時(shí)間暴露在高溫下會(huì)縮短催 化劑壽命，要保證催化劑大部分時(shí)間工作在最適宜的工作溫度范圍。催化劑較佳的安裝位置要求：1)滿足歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的催化劑，要求能快速起燃，即發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后40s就能使Hc轉(zhuǎn)化50％，保證冷起動(dòng)期間污染物排放不超標(biāo)；2)保證催化劑工作在正常溫度范圍內(nèi)。確定安裝催化劑位置的方法：1)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，用溫度傳感器(如熱電偶及顯示器)測(cè)量排氣管的溫度分布，從中找出發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后40s左右，排氣管中尾氣溫度能達(dá)到250～280℃的位置區(qū)域；2)在一所選的位置區(qū)域中，測(cè)量高工況下，此區(qū)域位置內(nèi)各備候選位置所能達(dá)到的最高溫度；3)將1)和2)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行綜合平衡，確定催化劑在排氣管中安裝的位置；4)在所選位置安裝催化劑后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和適當(dāng)調(diào)整。催化劑的位置安裝正確，能保證合格催化劑的性能和壽命。安裝位置相對(duì)正確位置近，匹配可以通過(甚至不合格催化劑也可通過)，但滿足不了壽命的要求；對(duì)于不合格催化劑，根本承受不了尾氣的高溫會(huì)很快失效。安裝位置相對(duì)正確位置遠(yuǎn)，一般會(huì)出現(xiàn)排放達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，催化劑不能發(fā)揮作用現(xiàn)象。 2．3 催化劑的體積(用量) 達(dá)到國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的催化劑配置有2種形式，密偶催化劑(前級(jí)催化劑或緊耦合催化劑)+三元催化劑；中偶催化劑(即一級(jí)催化劑)形式。通常催化劑體積=發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體積×(1～1．2)，即與排量相同或稍大；密偶催化劑體積＝發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體積×(1～1.2)×(0.2～0.4)；三元催化劑體積=發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體積×(1～1.2)×(0.6～0.8)；中偶催化劑體積=發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體積×(1～1.2)。 3 催化劑的性能和壽命評(píng)價(jià)隨著摩托車國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，催化劑的性能和壽命評(píng)價(jià)對(duì)整車企業(yè)已變成一項(xiàng)日常工作，主要體現(xiàn)在配車前和催化劑入廠前的檢驗(yàn)，如果沒有催化劑的性能和壽命評(píng)價(jià)，會(huì)造成不合格催化劑匹配，給整車企業(yè)帶來人力、物力損失。評(píng)價(jià)催化劑的性能和壽命有實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)、臺(tái)架評(píng)價(jià)和實(shí)車評(píng)價(jià)3種方法，并均有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。適合于配車前及催化劑入廠檢驗(yàn)的是實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)(QC/T752－2006)，可方便、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)地對(duì)催化劑的溫度特性、空速特性和空燃比特性及抗老化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，每次費(fèi)用僅幾十元。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)裝置的使用將會(huì)極大地(Terra)增強(qiáng)整車企業(yè)對(duì)催化劑的選擇、評(píng)價(jià)和使用能力，推動(dòng)摩托車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 |
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