理论空燃比天然气汽车尾气中H_2_省略_O_2对CH_4与NO反应的影响_尚鸿燕
- 格式：pdf
- 大小：830.58 KB
- 文档页数：7
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)
750
Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 750-756
April
[Article]
doi: 10.3866/PKU.WHXB201502051
理论空燃比天然气汽车尾气中 H2O 和 O2对 CH4与 NO 反应的影响
SHANG Hong-Yan1 HU Wei1 WANG Yun2 REN Cheng-Jun3 GONG Mao-Chu3 CHEN Yao-Qiang1,3,*
(1College of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P. R. China; 2Sichuan Zhongzi Exhaust Gas Cleaning Co., Ltd., Chengdu 611731, P. R. China; 3Key Laboratory of Green Chemistry & Technology, Ministry of Education, College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, P. R. China)
成 N2主要发生在还原表面活性位上, 这些活性位可 能是金属单质原子, 如 Pt, 也可能是氧空缺, 如 Pd 和 Rh, 并且在 Pt 和 Pd 催化剂上可以生成 N2O. 对于 Pt/ Al2O3 和 Pt/SiO2 催化剂上的 NO 与 CH4 反应, NO 的 还原与 NO 的分压相关, 而与 CH4 关系不大, 对于 NO/O2/CH4反应, NO 转化率随 O2含量增加先升高后 降低, 表明 O2存在时的 NO 还原存在一个最佳的表 面氧物种和碳氢化合物的覆盖量.16 Ohtsuka 等 17 研 究了水蒸气和 SO2存在条件下的 CH4与 NO 反应, 所 制备的 Pt-Pd 催化剂具有优异的耐久性. 实际上理 论空燃比 NGVs 尾气中除了 CH4、CO 和 NO 外, 还存 在化学计量比的氧气, 10%(体积分数, φ)的水蒸气 和 12%(φ)的 CO2气体等, 并且这些组分对尾气转化 反应具有重要的影响作用. 由于 CH4 和 NO 的反应 是 理 论 空 比 尾 气 净 化 的 主 要 反 应, 尾 气 中 O2 和 H2O 对该反应的影响作用关系到催化剂的性能. 研 究 O2和 H2O 对 CO2存在条件下的 CH4+NO 反应的影 响, 对尾气净化反应过程的分析和操作条件的控制 将会有指导意义.
Received: November 2, 2014; Revised: February 4, 2015; Published on Web: February 5, 2015. ∗Corresponding author. Email: nic7501@; Tel: +86-28-85418451. The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21173153), Project from Sichuan Provincial Environment Office, China (2011HB002), and Science and Technology Support Project of Science and Technology Department of Sichuan Province, China (2012FZ0008). 国家自然科学基金(21173153), 四川省环境保护厅项目(2011HB002)及四川省科技厅科技支撑项目(2012FZ0008)资助
尚鸿燕 1
胡 伟1
王 云2
任成军 3
龚茂初 3
陈耀强 1,3,*
(1四川大学化学工程学院, 成都 610065; 2四川省中自尾气净化有限公司, 成都 611731; 3四川大学化学学院, 教育部绿色化学与技术重点实验室, 成都 610064)
摘要: 共沉淀法制备 CeZrYLa+LaAl 复合氧化物载体, 等体积浸渍法制备了 Pt 催化剂, 用于研究理论空燃比 天然气汽车(NGVs)尾气净化反应中 CH4 与 NO 的反应规律. 并考察了 10% (体积分数, φ)H2O 和计量比 O2 对 CO2存在时的 CH4+NO 反应的影响. 结果表明: 对于不同条件下的 NO+CH4反应, 主要生成 N2和 CO2, 高温区有 CO 生成. 低温区无 O2时可以生成 N2O, 有 O2时可以生成 NO2; 添加 10% (φ)的 H2O 后, CH4 转化活性降低, NO 转化活性基本不变, 这是由于 H2O 减弱了 CH4与 CO2的重整反应, 但是对 CH4与 NO 的反应基本没有影响; 添加 计量比的 O2后, CH4转化活性提高, 而 NO 转化活性降低, 这是由于 O2和 NO 之间存在竞争ห้องสมุดไป่ตู้附, CH4被 O2氧化 为主要反应, 从而减弱了 NO 的转化; 同时添加计量比的 O2和 10% (φ) H2O, CH4与 CO2的重整反应受到抑制, CH4与 NO 的反应、甲烷蒸汽重整反应和甲烷被 O2氧化反应同时发生, CH4和 NO 的转化活性均提高.
Abstract: Composite support CeZrYLa + LaAl was prepared by co-precipitation, and platinum catalyst supported on the composite support was prepared by impregnation. The behavior of the Pt catalyst for the reaction of NO reduction by CH4 from the exhausts of natural gas vehicles (NGVs) was studied under stoichiometric conditions. Additionally, the effects of 10% (volume fraction, φ) H2O and stoichiometric O2 on the reaction in the presence of CO2 were also investigated. Results show that N2 and CO2 were the main products for the different reactions, CO was detected under high temperature, and NOx was detected under low temperature (in the presence of O2, the NOx was NO2, whereas the NOx was N2O when no O2 was present). In the presence of 10% (φ) H2O, the conversion of CH4 noticeably decreased and NO conversion remained unchanged, possibly because the presence of H2O weakens the reforming reaction of CH4 with CO2, but does not affect the activity of NO reduction by CH4. In the presence of stoichiometric O2, there was an obvious increase of CH4 conversion and a decrease of NO conversion. These could be explained by the competition between NO and O2, where the oxidation of methane by O2 is the main reaction, limiting the reaction of NO
理论空燃比 NGVs 催化剂主要借鉴汽油车的三 效催化剂(TWC), 一般采用 CeO2 改性的 Al2O3 为载 体, Pt、Pd 或 Rh 等贵金属为活性组分.1,4,5 在本课题组 过去的研究中, 所制备 CeO2-ZrO2-Al2O3、CeO2-ZrO2MxOy (M=Y, La)/Al2O3 及 CeO2-ZrO2-Y2O3-La2O3+ La2O3-Al2O3等材料在汽油车及 NGVs 尾气净化催化 剂中体现了优异的性能.6-8 而且研究发现, 在稀燃和 理论空燃比条件下, Pd 对 CH4完全氧化的活性高于 Rh 或者 Pt;9 在富燃还原性条件下, Pt 的活性略高于 Pd.10
关键词: Pt; CeZrYLa+LaAl; 尾气组分; CH4对 NO 的还原; 天然气汽车尾气净化 中图分类号: O643
Effects of H2O and O2 on the Reaction of NO Reduction by CH4 under Stoichiometric Natural Gas Vehicles
理论空燃比 NGVs 尾气净化催化剂上进行的主 要反应有 CH4氧化, CO 氧化和 NO 还原(包括 CH4对 NO 的还原和 CO 对 NO 的还原). 由于 CH4 和 NO 的 反应比其他 HC 与 NO 的反应困难得多而备受关 注.11-14 Burch 和 Ramli15报道了 Pt、Pd 和 Rh 催化剂上 CH4对 NO 的还原反应, 发现 NO 和 CH4的反应与气 体组成和温度有关, 不同催化剂的反应活性与催化 剂可被 CH4 还原的程度相关, 这是由于 NO 转化生
Key Words: Pt; CeZrYLa+LaAl; Gas composition; Reduction of NO by CH4; Natural gas vehicle exhaust purification
750
Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 750-756
April
[Article]
doi: 10.3866/PKU.WHXB201502051
理论空燃比天然气汽车尾气中 H2O 和 O2对 CH4与 NO 反应的影响
SHANG Hong-Yan1 HU Wei1 WANG Yun2 REN Cheng-Jun3 GONG Mao-Chu3 CHEN Yao-Qiang1,3,*
(1College of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P. R. China; 2Sichuan Zhongzi Exhaust Gas Cleaning Co., Ltd., Chengdu 611731, P. R. China; 3Key Laboratory of Green Chemistry & Technology, Ministry of Education, College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, P. R. China)
成 N2主要发生在还原表面活性位上, 这些活性位可 能是金属单质原子, 如 Pt, 也可能是氧空缺, 如 Pd 和 Rh, 并且在 Pt 和 Pd 催化剂上可以生成 N2O. 对于 Pt/ Al2O3 和 Pt/SiO2 催化剂上的 NO 与 CH4 反应, NO 的 还原与 NO 的分压相关, 而与 CH4 关系不大, 对于 NO/O2/CH4反应, NO 转化率随 O2含量增加先升高后 降低, 表明 O2存在时的 NO 还原存在一个最佳的表 面氧物种和碳氢化合物的覆盖量.16 Ohtsuka 等 17 研 究了水蒸气和 SO2存在条件下的 CH4与 NO 反应, 所 制备的 Pt-Pd 催化剂具有优异的耐久性. 实际上理 论空燃比 NGVs 尾气中除了 CH4、CO 和 NO 外, 还存 在化学计量比的氧气, 10%(体积分数, φ)的水蒸气 和 12%(φ)的 CO2气体等, 并且这些组分对尾气转化 反应具有重要的影响作用. 由于 CH4 和 NO 的反应 是 理 论 空 比 尾 气 净 化 的 主 要 反 应, 尾 气 中 O2 和 H2O 对该反应的影响作用关系到催化剂的性能. 研 究 O2和 H2O 对 CO2存在条件下的 CH4+NO 反应的影 响, 对尾气净化反应过程的分析和操作条件的控制 将会有指导意义.
Received: November 2, 2014; Revised: February 4, 2015; Published on Web: February 5, 2015. ∗Corresponding author. Email: nic7501@; Tel: +86-28-85418451. The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21173153), Project from Sichuan Provincial Environment Office, China (2011HB002), and Science and Technology Support Project of Science and Technology Department of Sichuan Province, China (2012FZ0008). 国家自然科学基金(21173153), 四川省环境保护厅项目(2011HB002)及四川省科技厅科技支撑项目(2012FZ0008)资助
尚鸿燕 1
胡 伟1
王 云2
任成军 3
龚茂初 3
陈耀强 1,3,*
(1四川大学化学工程学院, 成都 610065; 2四川省中自尾气净化有限公司, 成都 611731; 3四川大学化学学院, 教育部绿色化学与技术重点实验室, 成都 610064)
摘要: 共沉淀法制备 CeZrYLa+LaAl 复合氧化物载体, 等体积浸渍法制备了 Pt 催化剂, 用于研究理论空燃比 天然气汽车(NGVs)尾气净化反应中 CH4 与 NO 的反应规律. 并考察了 10% (体积分数, φ)H2O 和计量比 O2 对 CO2存在时的 CH4+NO 反应的影响. 结果表明: 对于不同条件下的 NO+CH4反应, 主要生成 N2和 CO2, 高温区有 CO 生成. 低温区无 O2时可以生成 N2O, 有 O2时可以生成 NO2; 添加 10% (φ)的 H2O 后, CH4 转化活性降低, NO 转化活性基本不变, 这是由于 H2O 减弱了 CH4与 CO2的重整反应, 但是对 CH4与 NO 的反应基本没有影响; 添加 计量比的 O2后, CH4转化活性提高, 而 NO 转化活性降低, 这是由于 O2和 NO 之间存在竞争ห้องสมุดไป่ตู้附, CH4被 O2氧化 为主要反应, 从而减弱了 NO 的转化; 同时添加计量比的 O2和 10% (φ) H2O, CH4与 CO2的重整反应受到抑制, CH4与 NO 的反应、甲烷蒸汽重整反应和甲烷被 O2氧化反应同时发生, CH4和 NO 的转化活性均提高.
Abstract: Composite support CeZrYLa + LaAl was prepared by co-precipitation, and platinum catalyst supported on the composite support was prepared by impregnation. The behavior of the Pt catalyst for the reaction of NO reduction by CH4 from the exhausts of natural gas vehicles (NGVs) was studied under stoichiometric conditions. Additionally, the effects of 10% (volume fraction, φ) H2O and stoichiometric O2 on the reaction in the presence of CO2 were also investigated. Results show that N2 and CO2 were the main products for the different reactions, CO was detected under high temperature, and NOx was detected under low temperature (in the presence of O2, the NOx was NO2, whereas the NOx was N2O when no O2 was present). In the presence of 10% (φ) H2O, the conversion of CH4 noticeably decreased and NO conversion remained unchanged, possibly because the presence of H2O weakens the reforming reaction of CH4 with CO2, but does not affect the activity of NO reduction by CH4. In the presence of stoichiometric O2, there was an obvious increase of CH4 conversion and a decrease of NO conversion. These could be explained by the competition between NO and O2, where the oxidation of methane by O2 is the main reaction, limiting the reaction of NO
理论空燃比 NGVs 催化剂主要借鉴汽油车的三 效催化剂(TWC), 一般采用 CeO2 改性的 Al2O3 为载 体, Pt、Pd 或 Rh 等贵金属为活性组分.1,4,5 在本课题组 过去的研究中, 所制备 CeO2-ZrO2-Al2O3、CeO2-ZrO2MxOy (M=Y, La)/Al2O3 及 CeO2-ZrO2-Y2O3-La2O3+ La2O3-Al2O3等材料在汽油车及 NGVs 尾气净化催化 剂中体现了优异的性能.6-8 而且研究发现, 在稀燃和 理论空燃比条件下, Pd 对 CH4完全氧化的活性高于 Rh 或者 Pt;9 在富燃还原性条件下, Pt 的活性略高于 Pd.10
关键词: Pt; CeZrYLa+LaAl; 尾气组分; CH4对 NO 的还原; 天然气汽车尾气净化 中图分类号: O643
Effects of H2O and O2 on the Reaction of NO Reduction by CH4 under Stoichiometric Natural Gas Vehicles
理论空燃比 NGVs 尾气净化催化剂上进行的主 要反应有 CH4氧化, CO 氧化和 NO 还原(包括 CH4对 NO 的还原和 CO 对 NO 的还原). 由于 CH4 和 NO 的 反应比其他 HC 与 NO 的反应困难得多而备受关 注.11-14 Burch 和 Ramli15报道了 Pt、Pd 和 Rh 催化剂上 CH4对 NO 的还原反应, 发现 NO 和 CH4的反应与气 体组成和温度有关, 不同催化剂的反应活性与催化 剂可被 CH4 还原的程度相关, 这是由于 NO 转化生
Key Words: Pt; CeZrYLa+LaAl; Gas composition; Reduction of NO by CH4; Natural gas vehicle exhaust purification
