摩托車尾氣凈化催化劑注意幾個關鍵問題

www.diaoyou.cc 來源：中國摩托車網作者：俠名類別：摩托車維修時間：2007-11-28

1 影響催化劑性能的關鍵因素滿足國Ⅲ排放標準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包括：1)金屬載體表面氧化技術；2)連接層技術；3)高性能稀土儲氧材料制備技術；4)耐高溫高比表面材料制備技術；5)貴金屬及助劑負載技術；6)耐久性涂層技術。在上述6大技術中，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)為源頭技術和核心技術，4)和5)為核心技術。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，更重要的是要看源頭技術和核心技術所達到的程度夠不夠，不具有上述技術，制備的催化劑性能和壽命滿足不了國Ⅲ排放標準；具備上述技術，但源頭技術和核心技術達到的水平不夠，制備的催化劑性能和壽命同樣達不到排放標準要求。高性能稀土儲氧材料技術是摩托車尾氣凈化催化劑的源頭技術和核心技術，沒有高性能稀土儲氧材料技術的發展，即使大量使用貴金屬，尾氣凈化催化劑也發展不到現在的程度。稀土儲氧材料的發展，給尾氣凈化催化劑帶來了兩方面重要進展：催化劑性能出現極大提高；貴金屬使用量明顯降低。故稀土儲氧材料達到的技術水平顯得特別重要，它不是材料的組成和結構，而是織構性能(比表面，孔容和孔徑分布)和儲氧性能及高溫穩定性，這些性能是整車企業不熟悉的。對于滿足國Ⅲ排放標準的催化劑，要求高性能稀土儲氧材料經1000℃、5 h老化后，比表面積保持住50m2/g左右，200℃儲氧量在200μmol/g左右，要使稀土儲氧材料達到此性能，難度很大，必須發展儲氧材料的制備。貴金屬和助劑負載是催化劑的核心技術，稀土儲氧材料和耐高溫高比表面材料是具有納米孔道結構的多孔性物質，貴金屬和助劑必須用特殊的制備技術裝進納米孔道內，并具有高分散度和穩定性，催化劑的性能和壽命才能滿足國Ⅲ排放標準，同樣為苛刻要求。以上表明，摩托車尾氣凈化催化劑是科學密集和技術密集產品，需要高水平基礎研究為支撐，其技術來源于對科學規律的掌握，而不是通過炒配方可以達到的。充分認識尾氣凈化催化劑的科學和技術內涵以及難度，對于整車企業選擇好、應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化器實際上是一個催化反應器，與整車的匹配實際上是將催化反應器安裝到車上并使其正常工作，這和將一個機械零部件裝到車上不一樣，并且復雜得多。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物的適當比例。相對摩托車而言，合格的催化劑與整車匹配有3個問題要解決：空然比控制(反應物的比例是否適當)、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)。 2.1 空燃比控制與催化劑的性能和壽命空燃比控制對于匹配至關重要，圖1為空燃比控制窗口與催化劑的空燃比窗口關系。從圖中看到，即使是合格催化劑，在差的空燃比條件下也達不到排放標準，因此：1)提高空燃比控制精度，在所有測試工況中使λ≈1，是實現匹配和排放合格的關鍵；2)不同催化劑空燃比窗口寬度不同，性能優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于成功匹配很關鍵；3)擴大空燃比窗口，主靠稀土儲氧材料，高性能稀土儲氧材料制備的催化劑才有可能具有寬的空燃比窗口。圖2為性能優異的稀土儲氧材料制備的催化劑空燃比窗口。值得指出的是，空燃比控制不僅關系到催化轉化器是否能順利匹配，還關系到催化轉化器的使用壽命，空燃比控制差，污染物排放量大，催化轉化器長期處于超負荷工作狀態，會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排放標準的催化劑最佳工作溫度為300～700℃，短時間在800～1000℃左右，如長時間暴露在高溫下會縮短催化劑壽命，要保證催化劑大部分時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排放標準的催化劑，要求能快速起燃，即發動機起動后40s就能使Hc轉化50％，保證冷起動期間污染物排放不超標；2)保證催化劑工作在正常溫度范圍內。確定安裝催化劑位置的方法：1)發動機起動后，用溫度傳感器(如熱電偶及顯示器)測量排氣管的溫度分布，從中找出發動機起動后40s左右，排氣管中尾氣溫度能達到250～280℃的位置區域；2)在一所選的位置區域中，測量高工況下，此區域位置內各備候選位置所能達到的最高溫度；3)將1)和2)測定結果進行綜合平衡，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行試驗驗證和適當調整。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；對于不合格催化劑，根本承受不了尾氣的高溫會很快失效。安裝位置相對正確位置遠，一般會出現排放達不到標準，催化劑不能發揮作用現象。 2．3 催化劑的體積(用量) 達到國Ⅲ排放標準的催化劑配置有2種形式，密偶催化劑(前級催化劑或緊耦合催化劑)+三元催化劑；中偶催化劑(即一級催化劑)形式。通常催化劑體積=發動機氣缸體積×(1～1．2)，即與排量相同或稍大；密偶催化劑體積＝發動機氣缸體積×(1～1.2)×(0.2～0.4)；三元催化劑體積=發動機氣缸體積×(1～1.2)×(0.6～0.8)；中偶催化劑體積=發動機氣缸體積×(1～1.2)。 3 催化劑的性能和壽命評價隨著摩托車國Ⅲ排放標準的實施，催化劑的性能和壽命評價對整車企業已變成一項日常工作，主要體現在配車前和催化劑入廠前的檢驗，如果沒有催化劑的性能和壽命評價，會造成不合格催化劑匹配，給整車企業帶來人力、物力損失。評價催化劑的性能和壽命有實驗室評價、臺架評價和實車評價3種方法，并均有相應的標準。適合于配車前及催化劑入廠檢驗的是實驗室評價(QC/T752－2006)，可方便、準確和經濟地對催化劑的溫度特性、空速特性和空燃比特性及抗老化性能進行評價，每次費用僅幾十元。同時，實驗室評價裝置的使用將會極大地(Terra)增強整車企業對催化劑的選擇、評價和使用能力，推動摩托車產業的發展。