第一篇_汽油车用三效催化剂

三效催化转化器研发生产方案一、实施背景随着中国产业结构的不断转型与升级，对环保和能源效率的要求也在日益提高。

传统的产业结构已不能满足现代社会的需求，因此，我们需要寻求新的技术手段，以提高生产效率，同时减少对环境的影响。

三效催化转化器技术的研发与生产，正是在这样的背景下应运而生。

二、工作原理三效催化转化器是一种先进的发动机尾气处理技术，其工作原理主要依赖于贵金属催化剂的作用。

在适宜的温度和压力条件下，贵金属催化剂能够将发动机尾气中的有害物质进行高效转化，转化为无害或低害的物质。

例如，一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质，在催化剂的作用下，可转化为二氧化碳、水和氮气等。

三、实施计划步骤1.研发阶段：成立专门研发团队，进行催化剂的配方设计、实验室测试、模拟运行等。

此阶段需要投入大量的人力、物力和财力。

2.样品制作与测试：根据研发阶段的结果，制作原型机，并进行严格的测试。

测试包括性能测试、寿命测试、环境适应性测试等。

3.小批量生产与实地测试：在原型机测试成功后，进行小批量生产，并在不同的实际运行环境中进行实地测试。

4.批量生产与市场推广：经过实地测试验证有效后，开始批量生产，并进行市场推广。

四、适用范围三效催化转化器技术主要应用于汽车、摩托车、工业用发动机等领域。

对于那些需要提高能源效率、减少尾气排放的行业来说，这项技术具有极高的价值。

五、创新要点1.高效催化技术：三效催化转化器技术的核心是高效催化剂，这需要研发团队不断探索和优化催化剂配方。

2.全自动化生产：为了确保产品的质量和性能的一致性，我们需要引入先进的自动化生产线进行生产。

3.模块化设计：为了满足不同发动机型号和排放标准的需求，三效催化转化器应采用模块化设计，方便用户根据需要进行定制。

4.远程监控与故障诊断：通过物联网技术，实现对三效催化转化器的远程监控和故障诊断，提高产品的可靠性和使用寿命。

5.环保材料应用：在产品的设计和制造过程中，尽可能选择环保材料，以降低对环境的影响。

车用三效催化剂的研究进展王大祥催化净化工程中心一、概述1886年德国人C.F. Benz发明了第一辆汽车，为人们的生活和工作、为社会带来了福音。

但是，1943年和1954年美国洛杉矶就发生了两次典型的、因汽车尾气污染所造成的光化学烟雾事件。

至20世纪70年代，汽车尾气污染物已成为城市大气主要的人工污染源[1]。

造成城市大气污染的主要物质有总悬浮颗粒TSP、二氧化硫SO2、氮氧化物NO x、臭氧O3、一氧化碳CO、重金属和有机污染物等。

其中，因汽车排放形成的污染物包括CO、NO x、碳氢化合物HC、硫氧化物SO x、铅Pb和细微颗粒物等[2]。

这些污染物严重损害了人类的健康、破坏了人类赖以生存的自然环境。

文献[3]对汽车尾气的化学组分、浓度分布及形成污染的机理等，作了详细的讨论与分析。

我国汽车保有量及需求量增长迅速，但目前我国的排放法规对汽车尾气控制要求相对较宽松，汽车整体性能和路况又相对较差，因此，尽管汽车的总保有量与发达国相比还较小，但汽车尾气主要污染物在大气污染物中的分担率却与发达国家相当[2]。

2001年11月10日，我国正式成为“世界贸易组织成员”。

入世后，我国汽车保有量和需求量将进一步增加，而入世对国内的环境质量要求将更为严格。

北京已成功获得了2008年夏季奥运会的主办权。

“绿色奥运”的承诺对北京的大气环境质量提出了更高的要求。

为此北京市政府加大了对环境污染治理的力度，尤其是加大了对大气污染的治理力度。

北京市“九五”期间在环境保护方面累计投入约330亿元，约占其国内生产总值GDP的3.3％[4]。

其中有相当部分的资金用于对机动车尾气污染的治理。

同时，为控制日趋严重的机动车尾气排放物污染问题，我国政府在1983年颁布实施了第一部全国性汽车排放标准[5]。

2001年1月1日，国家技术监督局又颁布实施了四项新的汽车排放国家标准[6-9]，新标准将使我国对新车的排放要求达到欧洲90年代初期的水平。

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。

第一篇汽油车用催化剂--三效催化剂的组成与结构性能本部分内容，为本人早年整理的书稿内容的一部分。

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2 三效催化剂的组成与结构性能三效催化剂的结构与组成如图3所示。

堇青石蜂窝陶瓷主要起骨架支撑作用。

但占催化剂总质量80%以上，所以蜂窝陶瓷的理化特性，如热容、吸水率等对催化剂的性能影响较大。

在三效催化剂表面发生的反应为气─固异相催化反应，催化剂比表面越大反应活性越大。

而蜂窝陶瓷本身比表面积较小，不能满足三效催化反应的要求。

为增加催化剂的比表面积，在蜂窝陶瓷表面涂上多孔的氧化铝(γ-Al2O3)，作为第二载体。

氧化铝涂层技术是车用催化剂的关键技术之一，氧化铝涂层的特性直接影响催化剂的活性和耐久性等。

对氧化铝性能的研究是车用催化剂研究的热点和难点所在。

车用催化剂的主要活性组分是贵金属铂Pt、铑Rh和钯Pd，贵金属的用量与配比及其原料和涂覆方式等都会对催化剂的活性产生很大影响。

除贵金属外，在车用催化剂中还加有多种功能各异的催化助剂，助剂的主要作用在于提高催化剂的活性及耐久性等。

目前对三效催化剂的研究有很多是集中在选择合适的助剂，以满足对催化剂不同的使用要求。

2.1 三效催化剂载体2.1.1 概述车用催化剂载体经历了由氧化球到堇青石基蜂窝陶瓷再到蜂窝金属载体的发展，后两者又统称整体式载体(也有称整装式载体)。

表1列出各类车用催化剂载体及其原料。

氧化球由于阻力大、背压高、易碎等缺点，在车用催化剂领域内已被淘汰。

堇青石基蜂窝陶瓷是目前应用最广的一类车用催化剂载体，是典型的车用催化剂载体。

金属蜂窝载体由波纹状特种耐热钢箔(如铁铬铝)经卷曲、压制、焊接而成的(如图4所示)。

由于采用金属钢箔作为原料，与陶瓷载体相比金属载体的壁厚要小得多、孔密度可以做得更大；再加上金属载体的热容小、抗热震能力强，所以金属载体比陶瓷载体具有更好的起燃特性，可用作前置式或紧耦合式催化剂，用于解决冷起动的排放问题。

汽油发动机的尾气净化催化剂1、满足欧Ⅳ及以上排放标准的汽油车尾气净化催化剂尾气排放特征:常规污染物为HC，CO，NOx，尾气温度有时超过1000℃以上，高空速（30,000－100,000h-1）, 高水蒸气（10％左右）浓度和SOx存在的极端条件下具有高活性和10万公里耐久性要求,且要求低贵金属。

欧Ⅵ及以上排放标准采用密偶催化剂（CCC）+三效催化剂(TWC)。

1）密偶催化剂（CCC）:靠近发动机、解决发动机冷启动时尾气排放。

主要功能是降低冷启动时HC的排放量, 大部分HC是冷启动时排出的,这时催化剂未达到起燃温度不能进行反应和发动机启动时处于富油工况，氧化过程因贫氧而不完全。

其关键是催化剂的低温活性、高温稳定性、抑制CO的转化和HC的高转化率。

2）三效催化剂（TWC）：在密偶催化剂（CCC）后，低贵金属，高性能及高温抗老化性（10-16万Km耐久试验）。

3）组成：●基体：陶瓷蜂窝体或金属蜂窝体●催化剂载体：氧化铝、储氧材料等●助剂：ZrO2, La2O3等辅助材料●活性组分：Pt、Pd、Rh等贵金属4）尾气净化催化反应原理：HC+O2 ® CO2 +H2O (1)CO+O2® CO2 (2)NO+CO ® N2+CO2 (3)NO+HC ® CO2+N2+H2O (4)NO+H2® N2+H2O (5)CO+H2O ® CO2+H2 (6)HC+H2O ®CO+H2 (7)空燃比控制好才能保证最佳反应效果，每个反应都需两种反应物，λ=1，才能保证所需的各种反应物的量是合适的，净化效果最好，若空燃比偏差增大，净化效果急剧下降，甚至不能净化。

应用领域：轻型汽油车新车配套及在用车改装2 、满足国Ⅲ及以上排放标准的摩托车尾气净化催化剂尾气排放的特征：常规污染CO 、HC 、NOx，成分复杂，温度高，空速大，对催化剂的要求非常苛刻。

对稀燃条件下汽车尾气催化净化是有关汽车排污控制的世界性难题。

由于发动机在稀燃条件下工作时，空燃比远大于理论值，燃烧充分，提高燃油经济性，其排放的污染物中CO和HC的含量大幅度下降，但富氧使得尾气中O2及NOx含量较高。

目前的铂族金属三效催化剂不适用氧过量条件下的尾气净化，在富氧下NOx还原性能大幅度降低，因而研究稀燃（富氧）条件下的催化净化技术成为控制汽车尾气污染排放的关键技术之一。

并且稀燃条件下的催化净化技术对柴油车、压缩天然气和液化石油气车的尾气排放控制也可提供相应的技术平台。

目前，世界各国均是以铂族金属(铂、钯、铑等)或铂族金属与稀土为活性组份，其中铂族金属用量1.5克～2.5克/升。

全球每年在汽车催化剂上耗用铂、钯、铑152.1吨，占总消耗量的58.9%。

为降低催化剂生产成本，部分取代或全部取代铂族金属的三效催化剂成为近年来研究发展趋势。

近年来，我国以研究、开发低含量铂族金属稀土基三效催化剂为主，工作集中在尽量降低铂族金属含量上，目前铂族金属含量已降至1g/L左右。

但由于我国铂族金属资源非常短缺，每年都需花费大量的外汇进口铂族金属；并且近年来国际市场铂族金属价格上涨迅猛，因此研究进一步降低铂族金属用量和以稀土为主，添加其它贱金属氧化物制成非铂族金属汽车尾气净化催化剂已成为当今世界各国研究的重要方向之一。

针对国内燃油稀燃条件和汽车尾气排放的特点，研制开发具有自主知识产权的非铂族金属汽车尾气净化催化剂及配套技术，主要分为以下6个方面：1）纳米稀土基复合催化剂活性组分和助剂的制备技术汽车尾气净化催化剂的制备关键技术一是配方，二是工艺。

近年来在非铂族金属催化剂上最终确定了几种较为成熟的、三效催化性能较好的催化剂配方。

如Ag系列、Au系列催化剂等，这几种催化剂已显示出良好的开发应用前景。

同时为给催化剂提供良好的催化环境，并提高催化剂的高温稳定性与使用寿命，我们现已将纳米粉体制备技术等先进技术用于制备活性组分与涂层助剂，由于纳米粉体的尺寸效应，使得催化剂、活性涂层助剂组分更容易达到均质、稳定。

4 三效催化剂反应机理4.1 参与反应的物种和反应条件汽油车排气组成成份非常复杂，除和燃料和机油的品质有关外，还受发动机和整车的状况、运行工况及环境条件等因素影响。

除氧气O2和氮气N2外，目前已检测到的汽油车排气中的物种约有130多种，其中多数为碳氢化合物及其燃烧、热解的中间产物（丙烷、丙烯、甲醛、丙烯醛等）；另外还有水蒸气、氢气H2、CO、CO2、NO2、NO、N2O、SO2、SO3及磷P、铅Pb、锰Mn、钙Ca、锌Zn的化合物和硫酸盐等。

三效催化剂的目标反应物主要有丙烷C3H8、丙烯C3H6、CO和NO x等，三效催化目标反应物的浓度一般在10-9─10-6范围内，远小于障碍物N2（>80％）和CO2（>10%）的浓度。

这就要求三效催化剂具有很好的选择性，这也是三效催化剂区别于一般工业催化剂的主要特征之一。

图35对比了工业催化剂和三效催化剂的工作环境。

如图35所示，与工业催化剂相比，车用三效催化剂的工作温度范围在0 ℃以下(冬天冷启动)至1 000 ℃以上，且温度升、降速率很大(骤冷骤热)；空速在0~30000 h-1范围内变化；工作压力的变化范围也很大。

尤其是三效催化剂目标反应物的浓度一般在10-9~10-6范围内，而有碍物(指不参加反应的惰性组份、杂质及对催化剂有毒害作用的污染物等)浓度大多数在10%以上。

因此，相对而言三效催化剂的工作环境更为恶劣。

同时，受装车及实际使用条件所限，车用催化剂在使用空间、再生与更换等方面都不如工业催化剂。

所以对车用催化剂要求其具有更高的活性、更好的选择性、更强的抗中毒能力及更长的使用寿命。

从理论上说，图2所示的电喷闭环控制系统能精确控制排气气氛空燃比为14.63。

但实际上采用图2所示控制系统发动机排气气氛在14.63左右振荡，振荡的频率与幅度与电喷系统的性能有关。

如图36所示，电喷系统匹配较好的发动机空燃比变化幅度很小，排气气氛基本维持在理论空燃比附近。