三效催化转化器结构与性能耦合仿真研究
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综述专论引言汽车工业的发展在推动经济繁荣的同时也造成了严重的环境污染。
汽车排放的污染物包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、硫化物、颗粒(铅化合物、黑碳、油雾等)、臭气(甲醛、丙烯醛)等,其中CO、HC、NOx是造成环境污染的三种主要气态污染物,对人体的危害极大,在增加大气污染的同时,也破坏了生态平衡。
更重要的是,这些污染物在一定条件下会生成二次污染物——光化学烟雾,从而对环境造成更大的危害,因此,许多城市将控制机动车尾气作为改善空气质量的重要措施[1]。
而在众多的尾气排放控制手段中,催化净化已经成为控制汽油车尾气污染的重要手段之一[2]。
1.三效催化剂的结构与组成汽车尾气催化剂主要有两种类型:蜂窝型和颗粒型。
但是,由于颗粒型催化剂单位体积的重量为蜂窝型的23倍,且有加热时间长,易磨损等缺点,因此自80年代起,颗粒型催化剂逐渐为蜂窝型催化剂所取代。
汽车尾气催化剂从70年代中期在美国开发并使用三效催化剂机理及技术进展以来,按其特点可以分为以下几个阶段:(1)Pt,Pd氧化型催化剂为第一代产品,主要控制CO和HC的排放,70年代在美国曾得到广泛的应用。
(2)还原氧化双段催化剂为第二代产品,应用于80年代。
在催化剂的还原段,NOx被还原为NH 3,但是经过氧化段又被复原,所以它并未得到实质性的使用。
(3)三元催化剂为第三代产品,主要控制尾气排放中的CO、HC及NOx,其主要活性成分为Pt、Rh、Pd 等贵金属。
(4)单钯催化剂为第四代产品,虽然可耐更高的温度,但对空燃比和燃油的要求也更高,因此未得到工业应用。
现今最为常见的汽车尾气催化剂又被称为三效催化剂或三元催化剂(Three-Way Catalyst,简称TWC),这是因为它能同时净化汽车尾气中的三种有害成分的缘故。
三效催化剂主要由四部分组成:载体、氧化铝涂层、活性组分和助剂。
1.1载体载体是担载主催化剂和助催化剂组分的组分[3],从汽车尾气排放标准要求及催化技术发展来看,载体形式主要有颗粒状和整装两类。
汽车排放与控制技术学院:汽车与交通学院班级:车辆121学号: 201200205001姓名:刘泽辉汽油机后处理技术净化技术摘要:介绍车用汽油机后处理净化装置特别是三效催化转化器。
正文:机内净化技术是通过对发动机进行调正或改进,达到控制燃烧、减少和抑制污染物生成的各种技术。
简单地说就是降低污染物生成量的技术,如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射和电控点火技术、采用废气再循环技术等。
这是一种通过改进发动机燃烧过程、减少污染物排放的方式。
这种技术对降低排气污染起到了较大作用,但其效果有限,且不同程度地给汽车的动力性和经济性带来负面影响。
随着对发动机排放要求的日趋严格,改善发动机工作过程的难度越来越大,能统筹兼顾动力性、经济性和排放性能的发动机将越来越复杂,成本也急剧上升。
因此,世界各国都先后开发废气后处理净化技术,在不影响或少影响发动机其它性能的同时,在排气系统中安装各种净化装置,采用物理的和化学的方法降低排气中的污染物最终向大气环境的排放。
专门对发动机排气进行后处理的方法是将净化装置串接在发动机的排气系统中,在废气排入大气前,利用净化装置在排气系统中对其进行处理,以减少排入大气的有害成分。
在发达国家,车用汽油机采用后处理装置较多。
这些装置主要有三效催化转化器、热反应器和空气喷射器等。
目前,在发达国家生产的汽油车几乎都装备了三效催化转化器,并已有二十多年的商业化应用历史。
随着我国经济的高速发展,城市机动车辆日益增多,其废气已严重污染了大气环境,对三效催化转化器的需求将更为迫切。
汽车三效催化器转化器研制的发展三效催化转化器的基本结构如图1.1所示,它由壳体、垫层和催化剂组成。
其中载体和催化剂是关键部分,对转化器性能起着决定性作用。
因此,近年来对催化器的研制方向主要在载体和催化剂。
其中催化剂的结构如图1.2所示。
1,载体的发展催化剂载体是催化剂的骨架,表面富有催化剂涂层,起催化作用的贵金属或浸渍或喷涂在涂层上,因此载体的选择直接影响催化剂的性能和效率。
三效催化转换器性能研究摘要:汽车排放的尾气已成为我国城市的主要污染源。
三效催化转换器是安装于汽车尾气后处理系统中的机外净化装置,通过负载在其载体孔道表面的贵金属催化剂的催化作用,将尾气中的CO、HC和NOx氧化和还原成無害的CO2、H2O和N2。
本文以三效催化转化器的发展情况及研究的现实状况为出发点展开研究,通过明确三效催化转化器的相关概念并分析三效催化转化器的作用机理之后,提出了更好利用三效催化转化器的具体措施。
旨在研究三效催化转化器的性能同时,更加合理的、有效的应用好三效催化转化器。
关键词:三效催化转换器;性能自50年代以来,汽车工业的迅速发展促进了社会进步与经济繁荣。
但汽车排出的CO,HC和NOx等有毒气体,也给人类赖以生存的大气带来严重污染。
为了保护环境,限制和治理汽车排气污染成为十分紧迫的任务。
当用尽各种机内净化措施还是达不到净化要求时,人们将目光转向机外净化,汽车尾气催化转化器应运而生。
由于它能把三种有害物质HC,CO和NOx转化为无害的H2O,CO2和N2,称之为三效催化转化器或三元催化转化器。
现如今,随着汽车尾气排放标准的日益严格,三效催化器的研究也取得了较大的进展。
1.三效催化转化器的发展及研究现状1.1三效催化转化器的发展在20世纪70年代以来,绝大多数汽车采用汽油机作为动力,因此最先研究开发的汽车净化技术是汽油机的排气净化技术。
汽油机的主要排放物为CO、HC与NOx,在排放控制初期法规主要限定CO和HC的排放限值,因此首先研制的是促进CO和HC后期氧化的热反应器和氧化性催化转化器OC(OxidationCatalyticConverter)。
随着排放法规逐步加紧对NOx的控制,研究逐渐集中于能同时净化CO、HC以及NOx的三效催化转化器TWC。
1.2三效催化转化器的研究现状国内外学者对三效催化转换器结构的开发设计、与发动机的优化匹配等开展了广泛的研究。
随着计算机的高速发展,与计算流体力学,传热学,空气动力学等学科相结合,大型商业软件CFD仿真得以广泛,如FLUENT,STAR-CD,ANSYS,奥地利AVL公司的FIRE等软件。
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代,第一代是 位置控制_ 系统,第二代是_ 时间控制__系统,第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比,最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上,其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄,宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中,CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量,NO 用_ 化学发光分析仪_测量,HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量,氧多用 顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类: 滤纸法__和 消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是 天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和 植物油__。
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代,第一代是 位置控制_ 系统,第二代是_ 时间控制__系统,第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比,最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上,其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄,宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中,CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量,NO X 用_ 化学发光分析仪_测量,HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量,氧多用 顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类: 滤纸法__和 消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是 天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和 植物油__。
浅谈三元催化转化器的使用和检测摘要全球的环境越来越严峻,汽车排放污染成为主要污染源之一。
汽车排放污染物主要来源于内燃机,其中有害成分包括CO、HC、NOx、微粒及硫化物等,其中汽油车的主要污染物包括CO、HC和NOx。
各国都出台了法律严格控制汽车的排放,实践证明仅靠汽车发动机前处理和机内净化已不能满足法规要求,对于汽油机,催化转化技术作为降低其排气污染的后处理最为有效的措施,已越来越受到各国重视,其中三元催化转化器广泛应用于各类汽车上。
在了解三种有害气体产生原因及汽车排放对人类和环境的主要影响后,重点介绍了三元催化转化器的结构、原理作用及使用注意。
还重点介绍了三元催化器是如何检测的。
关键词:三元催化转化器的作用;三元催化转化器的影响因素;三元催化转化器使用;三元催化转化器的检测1三元催化转化器的简介三元催化转化器(Three-way Catalytic Converter)简称TWC,也称三效催化转化器。
催化转化器是对发动机排气管排出的废气进行净化的装置,是一种机外净化技术。
汽油机中有害气体的产生与燃料燃烧过程是密不可分的,其中对人类最有影响的主要有CO、HC和NOx三种污染物,而三元催化转化器主要作用是将尾气中的3种有害气体经过氧化反应和还原反应变成为无害气体。
三元催化转化器的催化剂本身并不发生化学反应,它的作用是加快有害物质的化学反应速度。
在我国汽油车用三元催化转化器得到很好的应用。
三元催化器与电控发动机良好匹配的催化器的稳态转化效率在90%以上实际装车的运行寿命在8万km以上,作为降低废气排放的有效措施。
但从现在使用来看三元催化转化器存在着转化效率低和使用不稳定及耐久性差。
这主要是没有重视三元催化器的使用与检测。
为了是三元催化转化器得到更可靠更有效的工作状态,必须首先重视它的使用检测。
2三元催化转化器的结构、作用和原里及使用条件2.1催化转化器排气系统的简介2-1汽车排气系统如图2-1排气系统由排气管、催化转化器、消音器和排气尾管等部分组成。
车用三元催化转换器的研究进展及发展趋势贾同国;王银山;张玉龙【摘要】对三元催化转换器的发展历程进行了综述,介绍了近些年三元催化转换器的研究进展,对转换器的催化剂进行了详细介绍,指出稀土催化剂的发展潜力。
同时介绍了稀薄燃烧的催化转换器以及老化的转换器再生技术的研究进展,并对发展趋势进行了探讨。
%The process of three-way catalysts is reviewed in this paper,in which the research progress of the catalytic converters in recent three years is introduced,and the catalyst of converter is introduced in details.The potential development of rare-earth catalyst is also pointed out.Simultaneously,the lean-burn catalytic converters and the research progress of regeneration of aged converter technologies are introduced.At last,its development trends are discussed further.【期刊名称】《长春工程学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】5页(P136-140)【关键词】汽车尾气;三元催化转换器;净化;冷启动;稀土【作者】贾同国;王银山;张玉龙【作者单位】天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TQ426.962010年全国民用汽车产销量达到1 800万辆,工信部预计2020年我国汽车保有量将超2亿辆。