張倩

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作（北京）中心 100083）

關(guān)于機動車尾氣催化凈化裝置技術(shù)進展探討

張倩

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作（北京）中心 100083）

汽車排放的污染物主要來自排氣管排出的廢氣、曲軸箱竄氣和燃油蒸發(fā)等等。隨著現(xiàn)代社會汽車保有量與日俱增，汽車排放的尾氣對人類健康的危害和對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，為了有效控制汽車排放的有害物質(zhì)，人們一直都沒停止過研發(fā)尾氣凈化裝置。本文分析了尾氣凈化原理，探討了包括貴金屬催化劑、助催化劑和穩(wěn)定劑在內(nèi)的催化材料的性能和進展，對構(gòu)成尾氣催化凈化器的基體、擴表涂層和催化層做了介紹。

尾氣；催化凈化裝置；機動車

1 汽車尾氣的有害物質(zhì)

汽車排放的有害污染物成分主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠铮℉C）、氮氧化合物（NO）x和微粒等等，這些污染成分主要來自發(fā)動機排氣管的排氣、曲軸箱的排氣和燃油蒸汽。竄入曲軸箱內(nèi)的氣體主要是HC化物，也含有少量的CO；油箱、化油器浮子室及油管接頭蒸發(fā)、汽化的氣體主要HC化物；發(fā)動機發(fā)動時排氣含有不同比例的CO、HC和NOx，當(dāng)節(jié)氣門開度較小時，為了使發(fā)動機平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，化油器濃混合氣燃燒不充分，就會產(chǎn)生較多的HC化物和CO，NOx則比較少，中速負(fù)荷時NOx多，而CO和HC較少；在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)、溫度升高的過程中，增加的NOx的增多就更加顯著。微粒則主要來源于柴油機排除的碳煙中。

2 汽車尾氣凈化原理和條件

2.1 催化凈化器的凈化原理

機外汽車尾氣催化凈化器，一般安裝在汽油機上面，構(gòu)成部分有殼體、載體和催化劑等，載體表明有催化劑，其作用是將汽車排出的廢氣污染HC化物、CO、NOx等氧化或還原成H2O、CO2和N2等無害物，從而凈化尾氣。目前常用的尾氣催化凈化裝置是三效催化器加電噴系統(tǒng)，有效凈化率可達(dá)到90%。總的來說，在提高燃油質(zhì)量和發(fā)動機性能的基礎(chǔ)上再輔以催化凈化器就能夠最大限度控制汽車尾氣污染。

2.2 載體條件要求

催化凈化器載體是有條件要求的，比如配比、研磨度、溫度及焙燒程度等等，其中活性炭物質(zhì)比例不得少于12%，以充分發(fā)揮吸附功能，擬薄水鋁石研磨顆粒直徑在0.4～0.8mm之間，成細(xì)粉末狀，高嶺土灼燒溫度要控制在150℃，這樣才能夠使催化劑具有復(fù)合金屬氧化特性，氧化鋯的轉(zhuǎn)化率要達(dá)到80%以上，這樣才有助于控制反應(yīng)中各物質(zhì)的pH值，最后，高強度薄片載體表面積要高于600m2/g，以有助于獲得更大表面。

3 尾氣催化凈化技術(shù)進展

3.1 前置式燃燒催化凈化技術(shù)

CO、HC、NOx有害氣體的產(chǎn)生是燃油燃燒不充分造成的，前置式燃燒催化凈化技術(shù)就是針對這個特點開發(fā)應(yīng)用的，它通過在化油器進氣管增加燃燒催化凈化裝置，使燃油充分燃燒，從而減少有害污染氣體排放。該技術(shù)的主要特點是可以減少有害尾氣的排放量，CO的排放量可降低50～80%，HC的排放量可降低30～60%；具有一定省油效果，可節(jié)省10～30%燃油；安置簡便，使用壽命長，對汽油使用效果好些，對其他燃油作用很小，而且最受局限的是雖然其對CO和HC氣體能發(fā)揮有效的凈化作用，但對NOx效果不明顯，所以推廣使用受限。

3.2 三效催化凈化技術(shù)

3.2.1 載體

在催化劑制備上使用載體，剛開始是為了替代貴金屬材料（鉑、鈀），也為了能夠提高催化劑的機械強度，不同的載體會使催化劑產(chǎn)生不同的活性效果，具體來講，載體的作用有以下幾個方面：能夠有效增大表面積和提供合適的孔結(jié)構(gòu)；提高催化劑的機械強度；提高催化劑熱穩(wěn)定性；提供催化反應(yīng)的活性中心；和活性組分發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生新的化合物；使催化劑的抗毒性能得到提高；降低活性組分用量，降低成本。從催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)的發(fā)展歷程來看，載體的狀態(tài)有顆粒狀的，也有整裝式的，顆粒狀載體在催化轉(zhuǎn)化器的早期就曾被大量使用，對尾氣的控制起到了重要性作用，具體采用的是工業(yè)應(yīng)用比較廣泛的成分為活性氧化鋁的氧化鋁顆粒，顆粒狀載體的熱容量大，采用堆積式裝填，氣阻大，會對發(fā)動機排氣造成較大影響，在高溫腐蝕氣流沖刷下很快就會磨損掉，所以用這種為載體的催化劑使用壽命很短，由于這種缺陷的存在，顆粒狀載體逐漸被淘汰，取而代之的是整裝式的蜂窩載體。整裝式載體根據(jù)構(gòu)成材料的不同又可以分為陶瓷蜂窩載體、金屬蜂窩載體、金屬網(wǎng)、片狀載體和玻璃纖維載體。陶瓷載體有一組薄壁平行通道、可以減少壓力降，強度高，幾何表面積大，適合在高溫條件下使用。金屬載體是一種Fe-5Al-20Cr合金，它的孔壁薄，在50μm左右，幾何表面積大，集合結(jié)構(gòu)更加開放，熱溶低、導(dǎo)熱性能好，抗熱沖擊機械強度高，雖然其在汽車尾氣的凈化效果較好，但成型工藝繁瑣復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，因此它的推廣使用受到限制。

3.2.2 涂層

活性組分如果直接擔(dān)載在載體孔道上，會發(fā)生遷移和凝聚而不能充分發(fā)揮效果，因此需要在載體表面涂一層高比面積物質(zhì)，在三效催化凈化技術(shù)中一般采用活性γ-Al2O3作為這種物質(zhì)，也叫涂層，這種涂層能夠為活性組分及助劑提供穩(wěn)定的高比面積，催化劑的穩(wěn)定性很大程度上也跟涂層表面積大小和涂層在載體上的附著力有著關(guān)聯(lián)性。涂層包括穩(wěn)定劑和γ-Al2O3，后者的比例占到了九成以上，是涂層穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。汽車在工作狀態(tài)下，排氣的溫度很高，這就要Al2O3具有較高的耐熱性，為了提高其穩(wěn)定性，可以通過添加氧化物的方式來改善，比如用堿土金屬這種穩(wěn)定劑來推遲γ-Al2O3的相變溫度和減少變面積損失。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在我國一方面面臨的是汽車保有量的不斷增多，另一方面面臨的是環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，因此，我國對汽車尾氣污染的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求也越來越嚴(yán)格，這對汽車尾氣凈化器裝置的性能也提出了更高的要求，正因為此，汽車尾氣污染凈化技術(shù)研究和汽車尾氣凈化裝置開發(fā)也必須不斷深入、提升。

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X734.2

A

1004-7344（2016）06-0293-01

2016-2-10

張 倩（1987-），女，漢族，北京通州人，見習(xí)審查員，本科，研究方向為交通工程（汽車運用工程方向）。