邹阳浅谈汽车尾气治理方法2

浅谈汽车尾气治理方法目录：第一章引言第二章汽车尾气介绍2.1汽车尾气成分及危害2.2汽车尾气污染机理第三章汽车尾气的治理方法3.1机内净化技术3.1.1采用废气再循环（EGR）装置3.1.2采用电控燃料喷射系统3.1.3优化燃烧室结构3.1.4提高燃油品质和采用替代燃料3.2机外净化技术第四章三元催化技术4.1三元催化剂4.2三元催化剂的组成4.3三元催化净化器结论谢辞参考文献摘要：大气污染已成为世界人民共同面临的严峻问题,汽车尾气污染已成为越来越多城市大气污染的首要污染源。汽车尾气中含有一百多种有害气体,对环境和人类身体健康造成了很严重的影响。这种气体排放物不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人的身体健康。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解汽车排出的毒素。但随着汽车数量的急剧增加，交通拥堵成了家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、高效的优势逐渐被过多的车辆所抵消。“汽车灾难”已经形成，由此带来的汽车尾气更是害人不浅。主要介绍了汽车尾气污染的现状及危害,并主要介绍了汽车尾气净化催化剂这一汽车尾气治理的技术。关键词：汽车尾气催化净化气三元催化剂第一章引言随着经济的飞速发展，我国汽车的销售量也是以很高的增张率逐年增加，汽车的使用规模不断扩大。据有关部门的数据显示，我国汽车的保有量已经超过7000万辆。特别是近年来，我国汽车保有量已经接近普及程度。但随之而来的是汽车尾气的问题也越来越严重，几乎所有的大气问题均和汽车尾气的排放有关，同时汽车尾气也对人们的身体健康有着不小的危害。科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。英国空气洁净和环境保护协会曾发表研究报告称，与交通事故遇难者相比，英国每年死于空气污染的人要多出10倍。第二章汽车尾气介绍2.1尾气成分及危害汽车排放的尾气，除了空气中的氮和氧以及燃烧产物CO2水蒸气为无害成分外，其余均为有害成分汽车发动机排放的尾气中的一部分毒性物质，是由于燃料不完全燃烧或燃气温度较低时发生的，尤其是在次序启动喷油器喷雾不良超负荷工作运行中更容易发生燃油不能很好地与氧化合燃烧，必定生成大量的CO，HC和煤烟而另一部分有毒物质是由于燃烧室内的高温高压而形成的氮氧化物NO（NO是NO和NO2的总称）。（1）一氧化碳（CO）CO是一种无色无味有毒的气体，它不易与其他物质发生反应而成为大气成分中比较稳定的组成部分，能停留23年当人们吸入过多的CO后，CO可与血液中的血红素结合，阻碍血液吸收氧气和输送氧气而使人中毒死亡它引起的公害被称为汽车尾气第一排气公害。（2）氮氧化物（NO）它是燃烧过程中形成的一种褐色的有臭味的废气NO是无色气体，只有轻度刺激性，毒性不大，但高浓度时会造成中枢神经系统轻度障碍NO可以被氧化成NO2，NO2是一种棕红色强烈刺激性的有毒气体，它对人体健康毒性较大。（3）碳氢化合物（HC）包括未燃和未完全燃烧的燃油润滑油产物和部分氧化物，具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又具有致癌作用HC在太阳光紫外线作用下，会与氧化氮起光化学反应生成臭氧醛等烟雾状物质，刺激人们的喉眼鼻等黏膜它不仅危害人类与动物，而且使生态环境遭到破坏，严重影响农作物的生长，致使农业减产，同时还具有致癌作用。（4）二氧化碳（CO2）大气中30％的CO2来自于汽车排放，因其对红外热辐射的吸收而形成温室效应大气中的CO2大幅度增加，导致全球气温上升，破坏人类赖以生存的生态环境。综上所述，汽车尾气排出的污染物，给人类赖以生存的大气环境带来了严重的污染；在交通干线等人口密集区，其排气高度接近人体呼吸带，给人体健康造成了严重的危害因此，必须采取有效措施，减少或者消除汽车尾气的排污量。2.2汽车尾气污染机理（1）一氧化碳生成机理CO是一种不完全燃烧的产物，其生成主要受混合气浓度的影响，在过量空气的浓混合气工况时，由于缺氧使燃烧中的碳不能完全氧化生成CO2，而CO作为中间产物生成在λ＞1的稀混合气工况时，理论上不应有CO产生，但实际燃烧过程中，由于混合不均匀，部分区域的λ＜1条件成立，由局部燃烧不完全而生成CO或者已成为燃烧产物的CO2和H2O在高温时吸热，产生热离分解反应，由此生成CO。（2）氮氧化物的生成机理汽车发动机燃烧过程中主要生成NO，另有少量的NO2，其中NO占绝大多数，NO2的生成量随过量空气系数λ而变化，对一般汽油机，其λ较小，NO2占NO总量的1％。（3）碳氢化合物的生成机理汽车排放的HC，其成分极为复杂，由于汽油的燃烧很复杂，任何发动机都可能发生不完全燃烧，在排气中都会有少量HC存在为了提高发动机的最大功率，常使发动机在λ＜1（AF＝12513）的浓混合气情况下工作在低负荷时，由于气缸内残余废气较多，为了不使燃烧速度过低，也在λ＜1的情况下工作由于λ＜1使空气量不足，所以要发生不完全燃烧。第三章汽车尾气的治理方法3.1机内净化技术机内净化技术是指对发动机进行改造或改善，以及对可燃混合气的品质和燃烧状况的优化，已达到降低发动机排放物的有害物质的目的。目前，汽车发动机采用的机内净化技术主要有：3.1.1采用废气再循环（EGR）装置废气再循环装置是将一部分发动机的排气重新引入进气系统，与可燃混合气一起进入燃烧室内燃烧。采用废气再循环装置的汽车可有效降低氮氧化合物的排放量，从而减小汽车排放物对环境的污染。氮氧化合物主要是在高温以及富氧条件下生成的，而废气再循环装置是将一部分废气引回气缸，减少一部分发动机排放。同时，引回气缸的气体主要是热容量比较高的气体，使得在缸内的新形成的混合气的热容量也随之变的较高。在另一方面，重新引回的废气也占据了一部分原先氧气的空间，使得可燃混合气氧的浓度降低，燃烧速度变缓。由于以上几个方面的综合作用，可以一定程度上降低氮氧化合物的排放量。3.1.2采用电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统主要是通过传感器将发动机的相关工作参数，如发动机转速、负荷、节气门开度、空气流量等转变为电信号传送给ECU，然后ECU经过综合分析转换为不同长度的脉冲信号传到燃油喷射装置，控制准确的燃油喷射量以及喷射时刻。由于电控燃油喷射系统可对并行的发动机多参数进行同时控制，对可燃混合气的空燃比的控制较为精确，保证发动机在任何工况下都保持在最佳喷有状态。因此，采用电控燃油喷射系统的发动机可有效减少发动机油耗，废气的排放量大为减少，若该系统采用闭环控制在经催化净化装置后，发动机废气的排放量可大大降低，由此可减小发动机尾气的环境的污染。3.1.3优化燃烧室结构燃烧室的结构与形状主要是决定碳氢化合物排放量的主要因素。发动机排放的碳氢化合物主要是由于发动机燃烧室内存在着某些间隙，这些间隙在燃烧过程中，由于火焰传播的速度很快，在这些间隙中的可燃混合气不能及时燃烧，所以在排放过程中产生较多的碳氢化合物。因此，紧凑的燃烧室结构不仅可以改善汽车动力性与经济性，还可以有效的降低汽车尾气的排放，可燃混合气在燃烧室内燃烧的速度越快，产生的HC和CO越少。理想的燃烧室结构应该是尽可能的结构紧凑，燃烧室的面容比小。这样的燃烧室结构可以保证较短的火焰传播距离，提高燃烧速度，有效的降低发动机的排放。3.1.4提高燃油品质和采用替代燃料除了发动机的结构对尾气的排放有较大影响外，燃油品质也与汽车尾气的排放有着紧密的关系。在汽车使用的燃油中，含有一定量的铅、硫等有害物质，都使发动机的排放出有害物质，在汽车燃油的要求中，应对这些有害物质的加以限制，提高燃油品质，降低发动机排放。另外一种可行的方法是采用替代燃料，就目前状况而言，采用替代燃料可以看做最为有效的治理汽车尾气的方法。目前，汽车代替燃料应用较为广泛的是天然气与液化石油气，在使用中发动机可以不必做大的调整就可以满足天然气与液化石油气的使用条件。3.2机外净化技术发动机的机外净化技术主要是在发动机机体外针对某些方面进行处理以达到降低汽车尾气排放的目的。就目前机外净化技术的发展情况而言，主要研究的方向是对汽车尾气的催化净化的研究，在此本文也就只针对汽车尾气的催化净化技术作简要介绍。汽车尾气的催化净化装置一般是安装在汽车排气系统中的，采用催化原理来净化汽车尾气中的一氧化碳、氮氧化合物、他氢化合物等有害物质的尾气处理装置，这是一种可以对汽车尾气进行整体上综合处理的装置。它主要由壳体、垫层、载体、催化剂组成，而其核心的部分是催化剂。在车用催化净化装置内，在催化剂的作用下，可同时与CO、HC、NOx发生反应，进行处理，转化器主要内发生如下反应：2222COOCO222COHOCOH22222NOCOCON222222NOHHON2224(4)24mnCHmnOnHOmCO2224(82)24(4)mnCHmnNOnHOmCOmnN就目前的研究成果来看，常采用的催化剂主要有贵金属催化剂与非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要是铂（Pt）铑（Rh）、钯（Pd）三种金属，这三种金属对汽车尾气的催化作用相当明显，因此在汽车尾气的处理方面有较好的应用。其中，铂（Pt）、钯（Pd）对汽车尾气中的CO和HC有良好的氧化活性，铑（Rh）对NOx有不错的还原催化作用。但由于贵金属的含量有限，价格又高，在汽车尾气处理方面的需求量有很大，所以，在使用方面有一定的限制。就目前情况而言，由于稀土催化剂具有价格便宜、原料易得、工艺稳定等特点，成为目前研究的重点。第四章三元催化技术4.1三元催化剂三元催化剂必须对浓度在百万分之几到百分之几内变化的CO、NOx、HC起净化作用，同时还要经受短时间内从很低的温度升高到一般排气温度（400–500C）的冷热交换冲击。因此要求三元催化剂的工作范围广、热稳定性高。三元催化净化发生的主要化学反应如下：Rh对N2形成具有很好的活性和选择性，是三元催化剂的主要成分,Pt、Pd是除去CO和HC的有效金属。通常一个净化器用Pt0.9-2.3g、Rh0.18-0.3g,Pd的用量各个厂家差别较大。空燃比对三元催化剂净化特性的影响如图所示,同时净化CO、HC、NOx最佳空燃比A/F=14.6。当A/F14.6即氧气过剩的情况下，CO、HC的净化率较高；当A/F14.6即富油情况下,NOx的净化率较高。为了同时保持三种污染物的净化率，要求A/F=14.6+-0.1.4.2三元催化剂的组成（1）贵金属：三元催化剂中最重要的活性组分是Pt、Rh、Pd。由于Pd对Pb、P、S中毒特别敏感，在还原气氛下易烧结并与Rh生成合金使Rh的活性降低等原因，通常由Pt-Pd构成催化剂，Rh作为添加剂可以提高Pt的耐高温性能和使用寿命。（2）稀土氧化物：由于稀土资源丰富、价格低廉、抗中毒能力强，因而国内对稀土为主的复合金属氧化物进行了较多研究，主要是ABO3型稀土复合金属氧化物。单组分的稀土氧化物对NOx的还原性能不好，低温活性差、易烧结、寿命短。一般使用复合型的稀土氧化物作为活性组分。随着各种复合活性组分的加入和制备技术的改进，已使稀土催化剂的性能大为改善。（3）普通金属氧化物：普通金属氧化物如CuO、MgO、TiO2、ZrO2、NeO2、Cr2O3因资源丰富曾一度引起人们的重视。但作为主催化剂使用，其热稳定性差、活性低、起燃温度高、使用寿命短很不理想。1991年国外发表了Cu-Cr作为三元催化剂的研究报告，除了抗S性能差之外，其它功能与贵金属催化剂已不相上下。（4）涂层和助剂：涂层通常采用γ-Al2O3其比表面积大、表面吸附能力强。加入稀土元素、碱金属、碱土金属均可有效抑制Al2O3的烧结和相变的发生。CeO2、LaO3等稀土氧化物可显著提高贵金属催化剂的活性。（5）载体：最早采用的载体是球状活性γ-Al2O3随着对净化器使用寿命和净化率要求的提高，汽车尾气净化广泛使用的是整体型载体。根据基体材料，可分为陶瓷和金属2种。陶瓷载体大多采用堇青石(2Al2O3-2MgO-5SiO2)，经挤压和烧结后，具有许多薄壁平行直通道