JX-1000型汽车尾气催化净化器性能总结报告.doc

Jx-10型汽车尾气催化净化器性能总结报告徐忠良 周仁贤(杭州大学汽车消声器厂，浙江大学西溪校区催化研究所)一、前言我国目前城市机动车污染已相当严重随着经济的迅速发展，汽车保有量急剧增加， 至1997年底已超过1200万辆，预测至2000年会达到2000万辆，因此重点城市控制机动车 排放污染已成为迫在眉睫的问题。目前，广州、上海、北京、杭州等多个大中城市交通 及环保部门都在加强汽车排污控制的管理，有的已在相当规模上强制安装汽车尾气净化 器。如深圳福田区95年4月1日起广州市95年8月1日起就设点对汽车尾气捧污(CO和HC) 排放浓度进行监铡，对尾气检测不合格的实行强制安装催化净化器。最近北京市政府及 环保部门采取了更为严格的汽车排污管理措旄：(1)提高机动车的排污捧放标准：(2)强 制陶汰排污严重的“面的”：(3)控制进城汽车的排污监铡和治理：(4)控制进入北京市 场的新车质量标准：(5)加强在用车的尾气治理。从现在到2000年前，将有更多的地方 交通和环保部门对汽车排污采取各种控制措施。现在我国治理汽车尾气污染主要采取三 种方式，其一，以无铅汽油取代现使用的含铅汽油，减少铅的污染，无铅汽油的使用将 大大地有利于汽车尾气催化净化器的推广应用：其二，采用发动机电喷系统和催化转化 器，国家于98年10月的会议中确定在2000年1月起轻型车必须采用电喷进油系统，并安 装催化转化器：其三，加强在用车的尾气监测，并强制安装催化转化器。目前国内开发 和所使用的汽车尾气净化催化剂多数属氧化型催化剂，主要用于对C0和Hc量的控制，但 近几年城市大气中NOx的污染也日趋严重，并已引起重视，预计随着限制NOx排放量的严 格化，汽车普遍使用带氧传感器的燃料喷射电子控制系统，今后三效催化剂及净化器的 应用也将逐渐占有主导地位。汽车尾气催化剂及净化器在我国起步较晚力量分散且科研投入不足。1985一1990 年间曾有若干单位小批量生产球形、金属蜂窝体、陶瓷蜂窝体等氧化型催化剂由于种 种原因先后下马，未形成产业。近几年来，汽车尾气排放对城市大气造成的污染日趋严 重，并引起了各方面的高度重视，催化净化器是限制和消除汽车尾气污染物排放的主要 手段，这一认识逐渐得到一致认可。但目前，汽车尾气催化净化器在我国尚无成熟的开 发经验，也未形成系统的评价体系，因此净化器市场较混乱有待于进一步规范。我国的稀土蕴藏量极为丰富，价格低廉，而且已有大量的研究表明，稀土在催化剂 中有非常特殊的作用，如能提高催化剂载体的机械强度，提高催化剂的热稳定性，提高 催化剂的活性及具有促进NOx与CO和HC反应等性能，因此，发展含稀土氧化物催化剂符85酊再丽蕊i合我国国情。三效催化剂及净化器是要求发动机空燃比必须在近理论空燃比情况下工作 时，对汽车尾气中的三种有害物质cO、Hc和N0x都达到80以上的净化效果，在国外能胜任此项任务的只香Pt二R喊PtPdRh等资金属催化掰。逮过国内井学者和我们的研究实践，认为应用含有稀土的催化剂也能做到同样具有这种性能。原杭州大学从1985年起涉 足这一研究领域，从我国的国情出发，根据国际市场流行的产品和今后的科技发展趋 势，经多年的努力，研制成功以贵金属Pd、Pt和少量稀土氧化物等为主要活性成分的“JFG 型汽车尾气净化催化剂(贵金属含量达到l克升左右)”，95年12月由省科委主持通过 了技术成果的鉴定。该催化剂的主要陛能指标达到了国内领先水平，具有极低的起燃温 度(140160)，具有良好的耐久性和抗Pb中毒性能，并具有良好的三效净化效果，在 AF比较合适的范围内，当进气温度达到250以上时，对C0、Hc的净化率90，对NOx 净化率80。该项目曾列入过国家科委“八五”攻关(19921995年)和浙江省科委重 大开发项目(19971998年)。1998年9月通过了国家环保总局对Jx1000型汽车尾气催 化净化器产品认证的性能检测，并获得国家环保总局颁发的环保产品认定证书。二JFG型汽车尾气净化催化剂性能测试结果为了能使实验室数据与实用相衔接，为此，我们建立了一套汽车发动机尾气排放 的模拟装置较详细地考察了JFG型汽车尾气净化催化帮J性能。检游仪器：FG“005型汽车排气分析仪(佛山分析仪器厂)。 催化荆的舅试结果：(1)反应温度对净化效果的影响：表l给出了当尾气中仉含量38(AF=146)时，在不同的反应温度下，JFG型催 化剂对尾气中CO、Hc及N0x的净化效果。实验条件：空速2104h1，尾气中含C06o-65，Hc 550600ppllI，Nox 7肛80ppm表1反应温度对尾气净化率的影响反应温度 净化率 ()C0HcNox160 809 76O 764200921 船4817300998 945 930结果表明，JFG型催化剂的起燃温度仅为160，表明该催化剂具有良好的冷起动 性能随着反应温度的提高，对C0、Hc和Nox的净化效果均有明显提高。当反应温度 达到300时，对CO、HC和N0x的净化率均大于90，具有鼠好的三效净化效果。(2)尾气中吼含量时净化效果的影响：尾气中02含量变化范围大，有时其含氧量低于理论耗氧量，这就要求倦化剂有较 高的氧利用效率。以适应低氧含量的尾气处理，袁2给出了在反应温度为300下02 含量与尾气净化率之间的关系。实验条件：空速为2lh-l，尾气中含CO 6o_6矾Hc j00600p鲫。N0x 7080ppm。表2氧浓度对汽车尾气净化率的影响氧含量 净 化 率“)C0HcN0xO55O7735419294 242 89725520 53796233799 74596，035954 843 96138998 945 93O43100977 153结果表明l当尾气中0：含量低于理论耗氧量(38)时，对Nox有近90的净化率而 净化后的尾气中02含量近为001。 随着02含量的提高，C0、HC的净化效果明显 提高。当吼含量接近38时，HC、C0和N0x净化率均大于90，表明JFG型汽车尾气 净化催化剂具有好的三效净化效果。也表明该催化剂对贫氧气氛的适应性能较好。(3)催化剂的耐热性能考察：汽车排气净化处理有其特殊性，汽车工况变化不定尾气中可燃物如CO、HC等 含量有时较高。著尾气通过催化净化后，催化剂床层的温度往往在800以上的高温，困 此要求催化剂有较好的耐热稳定性。为此我们考察了JFG型催化荆经900高温烧6 小时后的催化性能结果见表3。实验条件：空速210h，尾气中含C0 6065，HC500一550ppm，N0x7080ppm02 37(AF=146)。表3反应温度对尾气净化率的影响反应温度 净化 率 ()()C0 llcN0x180755 671 797200850 677 824300 972 582287酉i了j蠢j瓣ifT一结果表明JFG型催化剂经过900的高温处理后，在180的温度下仍能起燃，净 化效果明显，可见该催化剂有良好的耐热性能。此外，我们把反应温度提高到300，考 察了催化荆经过高温处理后尾气中O，浓度对其净化率的影响，结果见表4。对照表2的结果可见，催化剂经高温处理后，对C0、Hc的净化效果影响不明显N0x的净化性能有所下降。但当O。含量接近理论耗氧量(37)时Hc、CO和No)【净化率均 大于80表明催化剂仍具有较好的三效净化效果。表4氧浓度对尾气净化率的影响$氧含量 净化 率()(蛳C0HCxO7103 208 64221362 326 6752536850070231575 638 7533，4893 681 79537972 805 82241100941 222三Jx_1 0(A、B)型汽车尾气僵化净化器台架试验结果 (1)发动机台架试验 在旧解放牌汽车发动机(机身号8123032)上，考察了Jx1000A和JXl000B型汽车净化器在怠速工况下的净化效果。检测条件：发动机高怠速预热净化器，当净化器的入口处温度达到250时水箱 水温达到6070，使发动机处在低怠速状态(800900转?分)，然后检测不同的空 燃比条件下的净化效果。检测仪嚣：FGA4005型汽车排气分析仪(佛山分析仪器厂)。试验结果：表l Jx_1000A型汽尾催化净化器的试验结果发动机尾气浓度 催化床入口处浓度 催化床出口处浓度 净化率HCcO 02N02HcCO02N02 HCcO02N02 HCCO Nm(ppm)() ()(ppm)(ppm)懦)(ppI)(ppln)()()(pDm) ()() ()2089144 37103 1970118 51100 123O03 1349937 975 51O1593 29l 2595 1464279 3986184 O12 015874 957 94214864j9 2081 1328419 3478 300l_09 015 774 739 9361538558 1978 145l552 2870 43拿21 L013 702 6L 8 9571203 680 1561 1133623 2756662 335 OI4 416 462 928表2 JX1000B型汽尾催化净化器的试验结果发动机尾气浓度 催化床入口处浓度 催化床出口处浓度 净化率Hc co02趣 HCC002N0211cC0 啦N02HCc0 N0，fp妒)()倡)(p阳) (ppm)(ppm) (pp坩)()哪)(ppm) ()幅)()237619 3599 1980 106 4B9369O0l059 96j 991 903l鹋333l 2485 1527312 3778 15ZO14 O14 901 955 9481616492 2380 1532458 3L70 572O80O13 627 825 9571595600 20Tl 1502544 3160829 153013“8719 95016277061969 1546648 3O5l 10232160110 338 667 804(2)实车台架试验汽车在跑动过程中，不同工况下其尾气排污情况是完全不同的。为进一步了解JX一1000型汽尾催化净化器在实车运行过程的净化效果我们在浙AT7274(夏利)和浙A06094(桑塔纳)汽车上进行了试验。 试验地点：省府车队修理厂试验台。 检测仪器：FGA4005型汽车排气分析仪(佛山分析仪器厂)。由于该仪器的N0传感器己坏，因此没有检铡NOx浓度。 试验结果：表3安装在夏利车上的Jx一1000A型汽尾催化净化器的试验结果(第一循环)档速度 转速进气温度 进口浓度 出口浓度 净化率数 (公里小时)(转分)()C0Hc(pp田)oC0Hc(p口m) C0()HC()l10 1460170 2572233，5014 3l 946 861 94O 79715 2200 200282 18731017 382 15 1320200 249247 29O16 31 936 874 941 811201740210 205 20528012 3993874430 2560 2603，89 19221O24 333 30 1780280 268 22522O22 30918 867877 757402340 300373 2102OO46 5I 7I-5 639502920 320516 21923147 794 40 1600300300 23920034 41 887 828 794 61650 2000 300423 242 l_9O87 93 635 56560 2440 320480 24617175 107O O920 200234 28851006 28974 903酊再孺第二循环的试验结果档速度转速 进气温度 进口浓度 出口浓度 净化率数(公里(转分)()c0Hc(p口m)吼()c0托(口pm) o。()fIc()小时)l10 146D 200152 19l 34O09 54941 71215 2200220260 18l 310，19 56927 6962 15 1320200 190 20726O23 45879 78320 17402lO 215 20928O14 44935 789302560 250 337 18624O28 27 91_7 8553 30 1780280 252 2ll22020 49921 768402340290 366 194 2O032 42 913 83550 2920320 460 2032110l 56 781 72440 1600300288 215lI 7 035 48878 82350 2000300 415 25019O67 68839 728602440 320474 2301813976 707669O O 860310177 2895301l 20938 931表4安装在桑塔纳上的JX1000B型汽尾催化净化器的试验结果(第一循环)档速度转速进气温度 进口浓度 出口浓度 净化率敦 (公里小时)(转分)()00怫)fIc(p02()C0()Hc(ppm)C0()HC()lO 1150 270 268 93I9025 10 907 892 l15 1700280 237 85 1-3O3812 843 85g15 90027023811913025 13 926 891220 1200280 299 92 15O41 19 863 79330 1900310 2“671O067 17 725 74630 l如O310 257 781OO90 22 65071835 1550 330 238 75 O9O92 22 613 7073401800360 262 72 1_0077 28706 750502200400 212 n4O9070 20670 91250 1700400 261 108 11072 24724 778)460 1900420 2i9 73 08O86 25607 657802500520 080 103 07013 22 838 786003妁 900176 113 170坞100 832第二循环的试验结果档速度 转速进气温度 进口浓度 出口浓度 净化率数(公里小时)(转分)()()HC(ppm)0：()C0()Hc(pDm)C0()HC()10 1050250 194 89 14 00l 25 995 719l15 1700280 19l 7013005 19 974 72e15 900 290248 10414006 7 976 933 201200300235 87 1_3O20 20 9l_j 77O一301800 320 22l 69l-0 044 23 801 667301300330 225 79 10050 2l 778 73435 1500340 236 75 O9O55 22 767 707340 1700370 274 73 1OO90 2l 672 71250 2200430 149 9907O54 22 638 778501700 400 256 75 l_O O8l 28684 6274 601900420208 61 07083 22 601 63980 2500500 l-598205O13 8780 902O O850 320318 116170223 937 802上述结果表明在各种工况下，JX一1000和JX1000B型汽尾催化净化器均有 良好的净化效果，通过催化净化的尾气中C0、HC和N0x污染物浓度大大低于国家 环保总局规定的捧放标准。通常，工作情况正常的发动机在怠速工况下，其排气中 污染物浓度最高，高速下发动机的燃烧情况趋好，污