三元催化器

汽车尾气与三元催化器环境040204234034焦玉洁关键词：三元催化器；尾气；氧化；还原；催化剂；影响产生背景近年来，随着世界经济的飞速发展，一批大城市的迅速崛起，使得汽车日益成为人们不可或缺的交通工具。在美国平均每2人就拥有一台汽车。而当下的北京也早已突破了200万辆的总量。但是，作为学习环境专业的我们应该用发展的眼光看待周围的事物，应该看到快速增长的背后的环境问题。探讨发展中国家如何健康、持续的发展，以及如何在发展的过程中将对环境的破坏降到最低。我们都知道，因为汽车工业的飞速发展，发达国家曾先后出现过由此而引发的环境问题，诸如1943年美国洛杉矶市最先发生的光化学烟雾事件。但汽车所产生的污染远没有那么简单。1.大气污染2.水体污染3.噪声污染4.固体废弃污染5.光污染6.热污染汽车以三种方式向大气排放污染物：尾气排放、曲轴箱通风和燃油蒸发。其中尾气排放影响最大，其主要污染成分是CO，HC和NOx，因而，汽车尾气的治理多从这个方面入手。于是随着汽车数量的增加，汽车排放污染物对环境造成的危害会日益严重，世界各国和地区都先后制定了限制汽车废气排放的限量值，其中欧盟组织（EU）制定的欧洲标准是一项大多数国家和地区执行的参照标准。北京今年也开始准备执行欧Ⅲ排放标准，预备到2008年执行欧Ⅳ标准。欧洲商用汽车废气排放标准标准类别欧洲Ⅰ号标准欧洲Ⅱ号标准欧洲Ⅲ号标准欧洲Ⅳ号标准实施时间1995年底前1995年-2000年2000年-2005年2005年底起HC（%）1.11.10.660.46CO（%）4.542.11.5NOx（%）8753.5PM（%）0.360.150.10.02欧洲柴油汽车废气排放标准标准类别欧洲Ⅰ号标准欧洲Ⅱ号标准欧洲Ⅲ号标准欧洲Ⅳ号标准实施时间1995年底前1995年-2000年2000年-2005年2005年底起HC＋NO（%）1.360.90.560.3CO（%）2.7210.640.5PM（%）0.1960.10.050.025ideals尽管想要彻底解决尾气对环境的污染问题，需要从绿色能源开发、发动机技术改进、节能技术的推广应用等方面入手，但在以汽油、柴油、天然气为主要燃料的现代汽车工业阶段，防治汽车尾气的手段多是“后处理”，即控制尾气排放。如在排气管上安装三元催化装置的方法。substance汽车排放污染物主要有HC（碳氢化合物）——主要是燃油蒸发及不完全燃烧的产物，由200多种不同的成份构成，含有致癌物质。NOx（氮氧合物）——在燃烧室高温高压条件下，由氮和氧化合而成，排放到大气后变成NO2（二氧化碳），其毒性很强，对人及植物生长均有不良影响，是形成酸雨及光化学烟雾的主要物质之一。CO（一氧化碳）——燃油不完全燃烧的产物，对健康危害较大。PM（微粒）等——主要成份是碳烟，上面附有大量化学物质，包含致癌物质，吸入人体后会在肺部长期停留。它们主要通过汽车排气管排放，将近45%的HC和极小数的其它污染物质则由曲轴箱和燃油系统排放。因而将汽车尾气转化成无害的气体称为解决的关键。CO无色、无刺激气体，能通过人的器官、肺泡与血液中的血红蛋白结合，生成离解缓慢的碳氧血红蛋白。与血红蛋白的亲和力比氧的要大100~300倍，这样就降低了血液为体内各组织输送氧气的功能，从而出现缺氧的症状，如前额紧迫、头疼、头痛、皮肤血管扩张、甚至昏迷死亡。另外，浓度过高时，与细胞色素的氧化酶的铁结合，会抑制组织的呼吸过程，造成中枢神经的机能受损，产生记忆衰退，知觉异常、失眠等症状。NOXN2O、NO、NO2、N2O3、N4O4、N2O5等其中汽车尾气中主要是NO、NO2NO对人有致癌作用。与血红蛋白的亲和力类似于CO.人体急性中毒后，会出现缺氧发生泔症状，还会导致中枢神经受损，引起病变和麻痹。高浓度急性中毒时，将迅速导致肺部充血和水肿，甚至死亡。NO2具有特殊刺激臭味的棕色气体。严重刺激呼吸系统，使血液中血红蛋白硝化，同时对人体的心、肝、肾造血组织都有影响，严重时会使植物枯萎甚至死亡。HC是由于燃烧不完全和低温缸壁使发动机熄火、电火花微弱、混合器形成条件不良而造成的。目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但是HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，会产生光化学烟雾。碳颗粒物碳烟是燃油在高温缺氧条件下裂解生成的，汽油机正常工作时很少产生，多发生于柴油机。微粒中含有致癌性很强的聚合多环碳氢化合物，它易沉积在人体的呼吸道和肺泡上，容易引发呼吸道肿瘤或肺癌等疾病。在一定条件下，汽车的尾气可能发生以下化学反应：CO+O2→CO2…………………………(1)H2+O2→H2O…………………………(2)NO+CO2→1/2N2+CO2……………….….(3)NO+CmHn→N2+H2O+CO2…….....……...(4)NO+H2→N2+H2O…………..….….….…...(5)NO+H2→NH3+H2O………………...……….(6)CO+H2O→CO2+H2O……………………….(7)CmHn+H2O→CO2+H2O…………………….(8)CmHn+(m+n/4)O2→mCO2+n/2H2O…….....(9)CmHn+(m/2+n/4)O2→mCO2+n/2H2O…….(10)NH3+5/4O2→NO+3/2H2O………………...(11)总反应式为：CO+O2+NO+CmHn→CO2+H2O+N2…..…(12)从这些反应时可以看出，这一系列反应主要是氧化和还原反应。CO、H2、HC既是氧化剂又是还原剂；NO是被还原的对象；O2是主要的氧化剂。但要使气体按照比例及顺序在一定温度下向预定方向反应，则还需要一定的催化剂。三元催化器三元催化器是安装于汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的CO2、H2O和N2。由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质，故称三元。结构：三元催化反应器类似消声器。它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有----净化剂。净化剂：净化剂由载体和催化剂组成,实际上是起催化作用的，也称为催化剂。。载体一般由Al2O3制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。催化剂（净化剂）用的是金属铂Pt、铑Ph、钯Pd。将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。既具有氧化CO和HC的能力，同时具有还原NOx的能力的催化剂.目前常用的有铂Pt、钯Pd等少数贵金属和其氧化物。三元催化剂催化反应：V2O4+1/2O2→V2O5……………………….(13)V2O5+被氧化物→V2O4+氧化物………....(14)Pt+O2→PtO2……………………………...(15)PtO2+被氧化物→Pt+氧化物……….......(16)如反应：V2O5+CO→V2O4+CO2PtO2+CO→Pt+CO2催化机理稀有金属的储氧与释放氧V+4PtV+5Pt+2氧稀薄状态下吸附氧，储存富氧，释放氧氧稀薄条件下贫氧条件下在富氧状态下也是如此周而复始的循环变价，以达到稳定的转化催化机理氧化反应:HC+NO→CO2+N2+H2OCO+NO→CO2+N2NO2+CO→CO2+NOCO2、HC、O2的浓度、反应先后次序对NOx的还原，影响很大较高的反应活化能、反应温度也是此反应的制约因素因此，催化剂是整个技术的关键。燃烧温度过高会使尾气中NOx的排放过多，因此还有排气再循环（EGR）系统进行进一步处理。催化机理催化剂技术指标催化剂的主要技术指标是对废气中三种主要有害成分的转化效率，一般都应在80％以上，起燃温度T50是检验低温下催化剂活性的重要指标，对冷启动（欧Ⅲ标准）时废气的转化作用有重要影响，一般在300度以下。高温抗老化性能也是重要的技术指标，一般在80000公里时，劣化系数应小于1．2。·三元催化剂载体催化转化器起燃温度：250～300℃活性比表面积：在1000℃，20小时老化后，仍可≥70m2/g使用温度：发动机正常使用温度三元催化剂最低要在350摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降；而催化剂的活性温度(最佳的工作温度)是400℃到800℃左右，过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比(14.7：1)下，催化转化的效果也最好。破碎积碳烧熔三元催化器的六大杀手1.催化器过热三元催化装置工作温度通常不能超过800℃。但是，如果发动机的某缸燃烧不良(这种情况经常出现，像火花塞、高压线的故障)，排气中会有过量的未燃烧的燃料气体，这些气体在排出发动机后会在排气包内燃烧，这将导致三元催化装置由于工作温度太高而失效或损坏。下列故障可能引起催化器过热。过久的怠速运转(最好不应超过3Omin)；点火时刻过迟；个别缸不工作；火花塞跳火试验时间过长；汽缸压力测量时间过长；行驶中关闭点火开关滑行；喷油正常，但长时间启动不着火；混合气过浓。使混合气过浓的其它因素有：喷油器关闭不严、燃油压力调节器失效(油压过高)、氧传感器失效、空气流量传感器失效等等。混合气偏浓故障会在排气管冒黑烟、油耗上升等现象中反映出来。2.含铅汽油含铅汽油中的四乙基铅不仅会对环境和人体造成极大的污染和损害，而且还会沉积在三元催化装置中的氧传感器及催化转换器的活性表面上，在使氧传感器“铅中毒”的同时还会使三元催化装置的净化效率大大下降直至损坏。正因为如此，前几年进口或组装的高级轿车许多都将三元催化器和氧传感器拆掉，以减少其这一方面的故障率(像广东三星汽车)。因此，汽油的品质对三元催化器的影响是非常的大3.剧烈磕碰或者拖底催化器的载体是一个陶瓷元件。装有三元催化器的车子在拖底后，剧烈的磕碰有可能使催化器陶瓷芯破碎并报废。破碎的陶瓷可能会积留在排气包中，造成排气犯阻、加速无力。当发动机急减速时，破碎的陶瓷粉末会随着排气压力的波动被倒吸入汽缸内，造成发动机的严重磨损，严重的甚至会使发动机报废。4.含有较多铅、硅、磷的润滑油添加剂或汽油添加剂很多人为延长发动机工作寿命，会在机油中添加各种添加剂。这样做对排放也有负面影响。发动机工作时会有一定数量的润滑油通过汽缸壁和PCV阀进入燃烧室内参加燃烧。最后会通过排气管排出，这也就造成含铅气体进入三元。因此，如果混合在润滑油中的有害成分长期堆积在三元催化装置表面，同样会导致三元催化装置失效。所以在加注机油添加剂或汽油添加剂时，一定要考虑它的负面影响。5.供油系统故障不管是化油器式汽车还是先进的电控汽车，油路都是发生故障较多的部位。尽管现在很多先进的发动机控制系统都有自我保护功能，一旦某个汽缸发生故障，(比如缺火)，电脑就会自动切断该缸的喷油器，不让其供应供油，以便保护发动机和催化器，但具备这种先进功能的毕竟还很少，很多机器目前还不具备这种功能。另外，一些机械方面的故障如供油压力过高或过低(这种故障极多)，电控系统对它是无能为力的，因为电控系统只控制喷油时间，所以一旦发现机器工作不正常，必须立即停车检修。而且，千万不能用推车的方式启动发动机，这样将导致过多的燃油排到三元催化器当中。6.油类物质避免三元催化器与油类物质接触。铂、铑、钯等金属非常害怕油类物质侵蚀。所以在使用过程中，只要注意以上几点，经常检查车辆的状态并严格按规定进行保养，尤其是听从特约厂家的忠告，很多不必要的损失是可以避免的。保持发动机在正常工作温度(85℃以上运行)。寒冷季节，发动机的排气量较小，散热的速度会很快，当净化器内温度低于360℃时，催化转化剂失去活性；净化器就不能将有害气体转化为无害气体。尤其是在车辆进行尾气检测时，中间不要熄火，否则可能会影响达标。有关部门近日做详细分析治理尾气有四种方法国家技监局、国家机械局和国家环保总局近日联合发文，要求汽车生产企业科学、谨慎地对待机动车尾气排放治理工作。据国家机械局介绍；今年以来，北京市和上海市分别出台了新的汽车尾气排放标准，即DB11/l05－1998和DB31/29—1998标准。但在具体实施过程中，企业与环保部门在许多技术问题上存在矛盾和争议，不