汽车催化剂快速起燃技术
催化燃烧原理及催化剂
催化燃烧原理及催化剂催化燃烧是一种利用催化剂加速燃烧过程的技术。
催化燃烧可以降低燃烧温度、提高燃烧效率，同时减少有害气体的产生。
催化燃烧原理及催化剂的选择十分重要，本文将详细介绍催化燃烧的原理及常见催化剂。
催化燃烧原理是通过在燃烧反应中引入催化剂，使其参与反应但不被消耗，从而改善反应条件，提高反应速率，降低活化能。
催化剂能够从化学反应中吸附和解离气体分子，改变反应物之间的键能，使其发生反应。
在催化燃烧中，催化剂通过分解高能离子中的氧气，从而产生自由基，使其与燃料分子发生反应，从而加速燃烧过程。
选择合适的催化剂对催化燃烧过程至关重要。
常见的催化剂包括铂、钯、铁、钠等金属及其化合物。
铂是一种具有良好催化性能的催化剂，尤其在汽车尾气净化中被广泛应用。
铁催化剂具有较高的催化活性、选择性和稳定性，常被用于有机废气的处理。
催化剂的选择与催化燃烧原理密切相关。
催化剂需要具有较高的催化活性和稳定性，能够降低燃烧温度、提高反应速率，同时不被消耗或污染。
催化剂的选择需考虑其化学性质、结构性质、热学性质等因素。
另外，催化剂的表面活性和表面积也是影响催化效果的重要因素。
较高的表面活性和表面积可以提供更多的催化活性位点，增加与反应物分子的接触机会，从而提高催化效率。
催化燃烧的应用领域广泛，包括汽车尾气净化、工业废气处理、生物质燃烧、煤气化等。
催化燃烧可以提高能源利用效率，减少有害气体的排放，有助于环境保护。
在汽车尾气净化中，催化剂通常被用于转化废气中的一氧化氮、氮氧化物、碳氢化合物等有害气体。
在工业废气处理中，催化剂可以将有害废气转化为无害的物质，保护环境和员工的健康。
在生物质燃烧和煤气化中，催化剂的应用可以加速燃烧过程，提高能源利用效率。
总结起来，催化燃烧是一种利用催化剂加速燃烧过程的技术。
催化燃烧原理是通过引入合适的催化剂，改善反应条件，加速燃烧过程。
选择合适的催化剂对催化燃烧过程至关重要，催化剂需要具有较高的催化活性和稳定性。
催化燃烧技术介绍
催化燃烧技术介绍
在燃烧过程中，催化剂通过降低燃料的活化能来提高燃烧反应的速率。
在低温下，催化剂能够加速燃料的氧化反应，提高燃料的燃烧速率。
同时，它还能够选择性地促使一些无害物质的生成，降低有害物质的排放。
催化燃烧技术在汽车尾气处理中有着广泛的应用。
现代汽车使用的催
化转化器利用铂、钯等金属催化剂，将发动机排出的废气中的氮氧化物、
碳氢化合物和一氧化碳等有害物质转化为氮、二氧化碳和水等无害物质。
它能够高效地降解有害气体，减少空气污染。
此外，催化燃烧技术还在石化工业和发电厂等领域得到了应用。
石化
工业中的催化裂化和氧化反应都需要催化剂来促进反应的进行，并提高产
物的选择性和纯度。
催化燃烧技术还可以用于发电厂的燃烧过程中，提高
燃烧效率，减少燃料的消耗量和排放的污染物。
催化燃烧技术的研究和发展主要包括催化剂的选择和优化、反应条件
的控制和催化剂的再生等方面。
催化剂的选择和优化是催化燃烧技术的关键。
科学家们通过改变催化剂的成分和结构，提高催化剂的活性和稳定性，使催化剂的催化效果更加优化。
同时，对于反应条件的控制和催化剂的再
生也对催化燃烧技术的实际应用产生重要影响。
总之，催化燃烧技术是一种有效的能源转换技术，具有重要的环境保
护和能源利用意义。
它在汽车尾气处理、石化工业和发电厂等领域的应用
已经得到了广泛的认可和应用。
随着科学技术的不断发展，催化燃烧技术
还将不断改进和完善，为实现清洁能源和可持续发展做出更大的贡献。
催化剂及催化燃烧技术
催化燃烧是借助催化剂在低温下(200～400℃)下，实现对有机物的完全氧化，因此，能耗少，操作简便，安全，净化效率高，在有机废气特别是回收价值不大的有机废气净化方面，比如化工，喷漆、绝缘材料、漆包线、涂料生产等行业应用较广，已有不少定型设备可供选用。
一、催化原理及装置组成(1)催化剂定义催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。
(2)催化作用机理催化作用的机理是一个很复杂的问题，这里仅做简介。
在一个化学反应过程中，催化剂的加入并不能改变原有的化学平衡，所改变的仅是化学反应的速度，而在反应前后，催化剂本身的性质并不发生变化。
那么，催化剂是怎样加速了反应速度呢了既然反应前后催化剂不发生变化，那么催化剂到底参加了反应没有?实际上，催化剂本身参加了反应，正是由于它的参加，使反应改变了原有的途径，使反应的活化能降低，从而加速了反应速度。
例如反应A+B→C是通过中间活性结合物(AB)过渡而成的，即： A+B→[AB]→C 其反应速度较慢。
当加入催化剂K后，反应从一条很容易进行的途径实现： A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K 中间不再需要[AB]向C的过渡，从而加快了反应速度，而催化剂并未改变性质。
(3)催化燃烧的工艺组成不同的排放场合和不同的废气，有不同的工艺流程。
但不论采取哪种工艺流程，都由如下工艺单元组成。
①废气预处理为了避免催化剂床层的堵塞和催化剂中毒，废气在进入床层之前必须进行预处理，以除去废气中的粉尘、液滴及催化剂的毒物。
②预热装置预热装置包括废气预热装置和催化剂燃烧器预热装置。
因为催化剂都有一个催化活性温度，对催化燃烧来说称催化剂起燃温度，必须使废气和床层的温度达到起燃温度才能进行催化燃烧，因此，必须设置预热装置。
但对于排出的废气本身温度就较高的场合，如漆包线、绝缘材料、烤漆等烘干排气，温度可达300℃以上，则不必设置预热装置。
催化燃烧的技术
广州和风环境技术有限公司 /催化燃烧的性质是什么摘要对催化燃烧技术处理有机废气的基本原理、特点以及催化剂、燃烧动力学、工艺流程和应用等研究进展进行了综述。
关键词 化燃烧 机废气 化剂发性有机物(VolatileOrganicCompounds,简称VOCs [1] )是石油化工、制药、印刷、喷漆、制鞋等行业排放废气中的主要污染物。
该类有机物大多具有毒性并伴有恶臭,部分还可以致癌,且多数VOCs对臭氧层有破坏作用。
传统的有机废气净化方法有吸附法、冷凝法和直接燃烧法等,但它们有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制的缺点。
而新兴的催化燃烧技术已由实验阶段走向工程实践。
1 化燃烧的基本原理催化燃烧是典型的气 相催化反应,其实质是活性氧参与深度氧化作用。
在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低反应的活化能,同时使反应物分子富集于催化剂表面,以提高反应速率。
借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同时放出大量热。
2 化燃烧的特点2.1 燃温度低,节省能源有机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具有起燃温度低、能耗低的显著特点。
在某些情况下,催化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。
2.2 用范围广催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。
对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分、无回收价值的废气,采用吸附 化燃烧法的处理效果更好。
2.3 理效率高,无二次污染用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,最终产物为无害的CO2和H2O(杂原子有机化合物还有其他燃烧产物),且由于燃烧温度低,能大量减少NOX的生成,因此不会造成二次污染。
广州和风环境技术有限公司 /3 化剂及催化燃烧动力学3.1 化剂种类燃烧型催化剂的种类比较多,按活性成分大体可分为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复氧化物催化剂3大类。
3.1.1 金属催化剂 Pt、Pd、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性,且使用寿命长、适用范围广、易于回收,因而是最常用的废气燃烧催化剂。
VOCs催化燃烧的催化剂原理、应用及常见问题
VOCs催化燃烧的催化剂原理、应用及常见问题催化燃烧技术作为VOCs废气处理工艺之一，因为其净化率高，燃烧温度低（一般低于350℃），燃烧没有明火，不会有NOx等二次污染物的生成，安全节能环保等特点，在环保市场应用有了很好的发展前景。
催化剂作为催化燃烧系统的关键技术环节，催化剂的合成技术及应用规则就显得尤为重要。
1、催化燃烧反应原理催化燃烧反应原理是有机废气在较低温度下在催化剂的作用下被完全氧化和分解，达到净化气体目的。
催化燃烧是典型的气固相催化反应，其原理是活性氧参与深度氧化作用。
在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低反应的活化能，同时使反应物分子富集在催化剂表面上以提高反应速率。
借助于催化剂，有机废气可以在较低的起燃温度下无焰燃烧并且在释放大量热量，同时氧化分解成CO2和H2O。
催化燃烧的催化剂反应原理图2.什么是低温催化剂低温催化剂性能指标：起燃温度≤200℃，氧化转化效率≥95%，孔密度200-400cpsi，抗压强度≥8MPa。
3.VOCs催化剂在催化燃烧系统中的作用与影响通常VOCs的自燃烧温度较高，通过催化剂的活化，可降低VOCs 燃烧的活化能，从而降低起燃温度，减少能耗，节约成本。
另外：一般（无催化剂存在）的燃烧温度都会在600℃以上，这样的燃烧会产生氮氧化物，就是常说的NOx,这也是要严格控制的污染物。
催化燃烧是没有明火的燃烧，一般低于350℃，不会有NOx 生成，因此更为安全和环保。
4.什么是空速？影响空速的因素有哪些在VOCs催化燃烧系统中，反应空速通常指体积空速（GHSV），体现出催化剂的处理能力:反应空速是指规定的条件下，单位时间单位体积催化剂处理的气体量，单位为m3/(m3催化剂•h)，可简化为h-1。
例如产品标注空速30000h-1：代表每立方催化剂每小时能处理30000m3废气。
空速体现出催化剂的VOCs处理能力，因此和催化剂的性能息息相关。
5.贵金属负载量与空速的关系，贵金属含量是越高越好吗？贵金属催化剂的性能与贵金属的含量、颗粒大小和分散度相关。
催化燃烧 催化剂
催化燃烧催化剂催化燃烧是一种能够提高燃料燃烧效率的技术，通过引入催化剂，可以降低活化能，加速反应速率，从而使燃料在较低温度下燃烧，减少能源消耗和环境污染。
一、催化燃烧的原理催化燃烧是通过引入催化剂，降低燃料与氧气之间的活化能，从而加速反应速率。
催化剂是一种能够改变反应路径、降低反应活化能的物质。
在催化剂的作用下，燃料与氧气之间的反应可以在较低的温度下进行。
二、催化剂的种类及应用1. 贵金属催化剂：如铂、钯、铑等，常用于汽车尾气净化系统中，可以将一氧化碳、氮氧化物等有害气体转化为无害物质。
2. 过渡金属氧化物催化剂：如二氧化钛、氧化铝等，常用于工业燃烧中，可以提高燃料的燃烧效率，减少燃料浪费和环境污染。
3. 分子筛催化剂：如沸石、氧化锆等，常用于石油炼制和化工生产中，可以提高反应选择性和产率。
4. 生物催化剂：如酶、微生物等，常用于生物燃料电池中，可以将生物质转化为电能。
三、催化燃烧的优势1. 节约能源：催化燃烧可以在较低温度下进行，降低了燃料的能量损失，提高了能源利用效率。
2. 减少污染物排放：催化燃烧可以促使燃料完全燃烧，减少有害气体的生成和排放，对环境保护具有积极意义。
3. 提高生产效率：催化燃烧可以加速反应速率，缩短反应时间，提高生产效率和产品质量。
4. 扩大应用范围：催化燃烧可以降低反应温度和压力的要求，扩大了燃料的适用范围，提高了应用的灵活性。
四、催化燃烧的应用领域1. 工业燃烧：催化燃烧可以应用于石油化工、钢铁、电力等行业的燃烧设备，提高燃烧效率，降低能源消耗和环境污染。
2. 汽车尾气净化：催化燃烧可以应用于汽车尾气净化系统，将有害气体转化为无害物质，减少尾气对环境的影响。
3. 生物质能利用：催化燃烧可以应用于生物质能利用领域，将生物质转化为燃料气体或液体，提高能源利用效率。
4. 环保治理：催化燃烧可以应用于废气处理、废水处理等环保领域，降低污染物排放，保护环境。
催化燃烧作为一种高效节能、环保的燃烧技术，正在得到广泛应用。
《催化燃烧技术》课件
THANKS
感谢观看
优化反应条件与设备
通过科研创新，开发出更高效、更环保的 催化剂是关键。
改进反应条件控制技术和设备，提高催化 燃烧反应效率和设备稳定性。
降低成本与提高能效
加强排放物控制与副产物处理
通过技术改进和规模化生产，降低催化燃 烧技术的成本和能耗，提高经济效益和环 保效益。
采用先进的排放物处理和副产物处理技术 ，确保催化燃烧技术的环保性能。
05
案例分析
某企业工业废气处理项目
01
02
03
案例概述
某企业面临工业废气排放 问题，需要采用催化燃烧 技术进行处理。
技术应用
采用高效催化剂和优化燃 烧技术，降低废气中的有 害物质含量。
实施效果
经过处理后，废气排放达 到国家标准，企业获得环 保认证。
某品牌汽车尾气处理系统
案例概述
某品牌汽车为满足日益严 格的环保要求，需要在尾 气处理系统中采用催化燃 烧技术。
技术挑战
催化剂活性与选择性问题
部分有毒有害物质无法被高效催化燃烧，需要研发更高效的催化 剂。
反应条件控制
催化燃烧反应需要精确控制温度、压力等反应条件，以确保反应效 率。
设备腐蚀与结焦问题
高温、高压条件下，设备腐蚀和结焦问题严重，影响催化燃烧技术 的长期稳定运行。
经济性挑战
设备投资与运行成本高
高端催化剂和精密设备导致初始投资 和运营成本较高。
技术应用
在尾气处理系统中加入催 化剂，促进有害物质的氧 化分解。
实施效果
有效降低汽车尾气中的有 害物质含量，提高车辆的 环保性能。
某燃煤电厂燃料燃烧优化实践
案例概述
某燃煤电厂为提高燃烧效率并降低污染物排放， 采用催化燃烧技术进行燃料燃烧优化。
VOCs催化燃烧技术
RCO催化燃烧技术
RCO催化燃烧VOCs有机废气处理技术挥发性有机化合物(VOCs)是一类毒性大、污染严重的化学物质。
目前VOCs的污染问题日益受到各国的高度重视，我国颁布的《大气污染物综合排放标准》，规定了各类有机污染物在空气中严格的排放标准。
国内外VOCs污染控制方法目前主要有吸附法、吸收法、生物处理技术、膜分离技术、直接燃烧法、催化燃烧法等。
其中，催化燃烧法是一种高效清洁燃烧技术，主要利用催化剂使有机废气在较低的温度条件下充分燃烧。
相对其他处理技术，催化燃烧具有显著的优点：起燃温度低能耗少，处理效率高，无二次污染等，使之成为目前前景广阔的VOCs有机废气治理方法之一。
高效催化燃烧催化剂是催化燃烧技术的关键核心，以块状载体作为骨架基体的催化剂称为规整结构催化剂，也称为整体式催化剂。
由于具有特殊孔道结构，这类催化剂改善了催化反应床层上的物质传递，提高了催化效率，降低了压力，减少了操作费用，在石油化工、精细化工等多相催化反应中得到越来越广泛的应用。
RCO有机废气催化燃烧技术在日本、美国和西欧被广泛地应用于VOCs的治理，工艺设备非常成熟，相关的技术标准和使用规范已经非常完善，一些大公司都有自己的企业标准，对工艺设计、催化剂的性能要求、反应器制造和工程控制措施等都有详细的规定。
不同的燃烧工艺组合，形成4种基本的燃烧工艺方式：催化燃烧（换热），直接燃烧（换热），回热催化燃烧（RCO），回热燃烧（RTO）。
在此基础上还形成了转轮富集燃烧，陶瓷过滤器等方式。
RCO有机废气催化燃烧技术是指在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，达到彻底治理的目的。
一、RCO有机废气催化燃烧工艺原理：催化净化是典型的气固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。
在催化净化过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行；借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量热能，从而达到去除废气中的有害物的方法。
催化燃烧法
催化燃烧法催化燃烧法是一种高效清洁燃烧技术，主要利用催化剂使有机废气在较低的温度条件下充分燃烧。
相对其他处理技术，催化燃烧具有显著的优点：起燃温度低能耗少，处理效率高，无二次污染等，使之成为目前前景广阔的VOCs有机废气治理方法之一。
高效催化燃烧催化剂是催化燃烧技术的关键核心，以块状载体作为骨架基体的催化剂称为规整结构催化剂，也称为整体式催化剂。
由于具有特殊孔道结构，这类催化剂改善了催化反应床层上的物质传递，提高了催化效率，降低了压力，减少了操作费用，在石油化工、精细化工等多相催化反应中得到越来越广泛的应用。
催化燃烧法处理 VOCs 的过程中，存在如下几种安全隐患：活性炭吸附—脱附—催化燃烧法中有活性碳起火的现象、催化氧化炉爆炸问题、整个催化燃烧治理装置起火爆炸问题。
1.活性碳起火现象及防范措施在前期的 VOCs 富集过程中，由于活性炭着火点较低而脱附温度过高，当对吸附饱和的活性炭进行脱附处理时，会由于脱附箱体内温度过高导致活性炭着火。
解决该问题可以从两个方面着手：一是采用着火点高的活性炭；二是严格控制脱附温度，使其远低于活性炭着火点。
因此可采取如下措施：严格控制脱附温度，选择质量好的脱附温度传感器，尽可能在活性炭吸附箱合适位置安装两个温度传感器；在 PLC 编程中加入脱附温度超温时停止脱附程序；同时要防患于未然，在活性炭吸附箱上方增加消防水管并连结烟气报警及自动喷淋装置，以防意外失火。
2.催化氧化炉爆炸问题及防范措施在处理高浓度 VOCs 时，由于炉内含有大量氧气，当废气浓度达到废气组份中大部分有机废气的爆炸极限时，就会有爆炸的危险。
因此，要时刻监测炉内 VOCs 浓度，在进入催化氧化炉的废气管道上安装浓度稀释装置，将高浓度废气稀释到爆炸极限下。
同时在催化氧化炉上增加压力排气阀，在压力过高时自动打开阀门进行减压排气，以防炉内温度压力过高引起爆炸（因废气在热氧化过程中迅速释放大量热能导致炉内热空气压力过大）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽车催化剂快速起燃技术北京理工大学 王亚军 冯长根 安琴 游少雄 王丽琼(北京 100081)摘要 汽车排气中大部分的C O和HC是在汽车冷起动期间1～2min内排放的,但是由于冷起动时催化剂未达到工作温度而不能起转化作用,使冷起动排放超标。
本文介绍了车用催化剂的快速起燃技术,它们包括电加热催化剂、燃烧器、前置主催化剂、碳氢收集器、排气点火器、前级催化器及二次空气技术等。
快速起燃技术能使催化剂在冷起动时加快起燃,达到其工作温度,从而有效转化污染物。
关键词 快速起燃 汽车催化剂 排放控制 冷起动Automotive C atalyst F ast Light-off TechniquesBeijing University of T echnology W ang Yajun Feng Changgen An Q in You Shaoxiong W ang Liqiong (Beijing 100081)Abstract C old start C O and HC emissions contribute the majority of the total emissions in the legislated driving cy2 cles.Autom otive catalyst can not w ork since tem perature is low.Autom otive catalyst fast light-off techniques are introduced in this paper.E lectrically heated catalyst,fuel burner,close-coupled main catalyst,hydrocarbon abs orber systems,exhaust gas ignition,pre-catalyst and secondary air-rich fuel mixture are all effective tech2 niques to minimize cold start emissions.K ey w ords Fast light-off,Autom otive catalyst,Emission control,C old start1 概述空气污染的加剧促进了汽车排放控制技术的发展,采用催化转化器是控制汽车排放最理想和最重要的措施之一。
但是随着汽车保有量不断增加,空气污染依然严重。
世界各国都不断制定更加严格的排放法规,美国加州大气资源局(C ARB)提出低排放车(Low emission vehicle,LE V)和零排放车(Z ero emis2 sion vehicle,ZE V)计划;欧共体从2000年1月开始执行E U Phase3标准,2005年1月起执行E U Phase4标准;在我国,北京市于1999年1月开始实施新的汽车排放标准(DB11/105-1998),它是我国目前最为严格的地方性排放法规(严于国家标准),相当于90年代初的欧洲一号标准。
为了满足排放标准,出现了各种尾气净化措施。
采用电子控制燃油喷射技术和三元催化转化器(Three-way catalyst,T WC)组成的闭环控制系统能较好地控制排放,但仍然不能满足LE V要求。
在汽车排放过程中,冷起动时(初始一、二分钟内)C O和HC的排放占总排放的大部分,如在FTP(Federal T est Procedure)的初始(冷起动)阶段,就排放出60%～80%的C O和HC[1-3]。
初始排放量高主要有两个原因,一是催化剂未达到起燃温度,不能进行催化反应;二是发动机起动时处于富油工况,氧化过程因缺少O2而不能进行。
因此需要在冷起动时使催化剂快速起燃,并保障有足够的O2参与氧化反应。
2 汽车催化剂快速起燃技术通常采用的催化转化器系统见图1-(a),转化器安装在原消声器的位置上。
它的不足在于其起燃性能上,T WC需要在300～450℃[4]的工作温度范围内才能有接近100%的转化效率。
为了减少冷起动排放,达到排放限值的要求,一些催化剂快速起燃技术已经产生并得到应用。
它们可以分两类:(1)被动技术:改变排气系统的设计(如使催化转化器紧靠发动机、使用前级催化剂以及HC收集器)以减少冷起动排放。
(2)主动技术:冷起动时,用额外的可控能量来升高排气温度(如电加热催化剂、燃烧器及二次空气喷射等)使催化剂快速起燃。
211 前置主催化剂(Close-coupled main catalyst)也称快速起燃催化剂(fast light-off catalyst),它2000年(第29卷)第2期小 型 内 燃 机N o12(V ol129)2000是把催化转化器紧靠发动机排气歧管安装,见图1-(b )。
此技术使用隔热的排气管和尾管,并通过增加催化剂的表面积、提高催化剂中贵金属含量等措施,利用排气的高温使催化剂在汽车冷起动时快速升温。
由于催化剂靠近发动机,热冲击和排气阻力都是要考虑的,在发动机高负荷运行工况下,会因为高的热负荷而使催化剂加速老化,大的排气阻力会使发动机动力性能下降。
近来,催化涂层技术的提高(增加涂层比表面积和高温稳定性),使得含Pd 催化剂即使在1000℃以下也很稳定[5]。
使用金属载体或壁薄的陶瓷体可以减小排气背压。
只要催化剂能够保持稳定,把转化器前置是一种有效降低冷起动排放的方法。
为使转化器具有足够的寿命,应该仔细设计和选择催化剂。
212 前级催化剂(Pre -catalyst )也称为起动催化剂(start -up catalyst )。
这种技术包括两级催化剂,主催化剂在原位置,前级催化剂放置在排气歧管附近,见图1-(c )。
体积大的前级催化剂有高的热惯性,会导致主催化剂升温慢,因此应该仔细设计前级催化剂配方和体积,通常它只有主催化剂体积的10%～30%,这样可以不必改动汽车底盘结构而方便安装。
总体考虑转化效率和成本,可以借助计算机对前级催化剂体积进行优化设计[6]。
通常前级催化剂的活性组分为贵金属(Pd -Rh 或Pd ),并且具有高负载量(一般三倍于主催化剂),这样有助于氧化反应放热,使产生的热量尽快加热主催化剂)。
图1 快速起燃技术装置示意图83 小 型 内 燃 机 N o 12(V ol 129)2000 这种结构简单易行,目前应用较多,前级催化剂的耐久性和抗高温能力是这项技术的难点。
最新的结构设计中,通常在前级催化剂旁设计一个旁路,当后级催化剂起燃后,气流将一个电控的叶片导入旁路,从而避免高温对前级催化剂的热冲击。
213 碳氢收集器(Hydrocarbon ads orber systems/collec2 tion system/traps)HC收集器主要用于控制冷起动时HC排放,通过用活性炭或沸石分子筛等吸附剂吸附HC达到降低排放的目的。
此系统可在冷起动期间,通过一个排气阀将排气导入一个旁路管道,流入HC收集器,在低温时吸附排气中的HC,沸石通常能在400℃时脱附HC,这个温度恰好是三元催化剂起燃的温度,脱附的HC通过三元催化转化器可以随着排气气流被转化。
作为吸附剂的沸石即可以吸附极性分子(如水分子),又可以吸附非极性分子(如HC分子)。
在沸石中,Si-Al比是一个重要的参数,可以通过改变合成工艺和后处理条件使之在一定范围内变化。
降低Al 含量,沸石吸附水分子的能力减弱,吸附非极性分子,特别是HC分子的能力增加[7]。
试验表明,与标准T WC相比,HC收集器可以降低HC总排放的45%～75%[8];在FTP试验循环中,在冷起动时由于沸石的吸附可使HC降低35%[2]。
214 电加热催化剂(E lectrically Heated Catalyst, EHC)主要用于控制冷起动的废气排放。
EHC是满足美国加州标准中LE V和U LE V(Ultra LE V)的技术途径。
图1-(d)为单级EHC示意图。
EHC是利用电阻金属叶片置于催化转化器前端的进气流路上,使电阻在电流通过时达到使排气升温的作用。
有两种基本的电加热形式,一种是基于金属叶片,另一种基于烧结的金属粉末。
在汽车起动之前,金属基体先被电流加热一段时间(越短越好),以达到催化剂的起燃温度。
电加热式催化转化器通常和二次空气泵联合使用,以保障有充分的氧气来氧化排气中的C O和HC。
加热电流可以由汽车12V蓄电池(Battery-powered EHC)、附加电池、交流发电机(Alternator-powered EHC)[9]或高容量电容器供给,通过电极加热叶片、金属压膜或金属载体。
金属基体需要在发动机起动之前加热10～20s,发动机起动之后再加热20～30s以加热冷的尾气[3,10]。
EHC两级形式见图1-(e),小质量的EHC迅速达到高温,加热尾气并对C O和HC进行转化,反应放热随气流传给主催化剂,加快起燃。
这种系统的优点在于能够快速加热EHC和主催化剂的催化表面。
EHC设计的指导思想是电力消耗量和预热量少,与主催化剂间传热达到最佳,这也是EHC系统发展的趋势。
EHC可以通过下列方法进行优化:(1)前级EHC靠近主催化剂;(2)EHC和主催化剂靠近发动机;(3)减小EHC质量;(4)在发动机起动前就给EHC供电。
215 燃烧器(Fuel burner)采用燃烧器装置是加热催化剂最直接的方法。
图1-(f)是一个简单燃烧器型催化转化器的示意图。
燃烧室位于转化器前端以保证快速传热使催化剂迅速有效起燃。
当发动机起动后,使用温度传感器(位于转化器外壳上)检查催化转化器是否达到起燃温度范围[11],如果低于起燃温度,称为“温度不足”(T em2 perature Deficiency),燃烧器会运行一段时间。
燃烧器起动后,二次空气泵和燃烧器的点火装置都会起动,通过电控手段使燃烧器具有正常良好的燃烧状态,一旦催化床达到足够高温,二次空气和燃料供给就被关闭。
燃油来自车辆的燃油供给系统,通过油料调压器保持以稳定的流速传输到燃烧器喷嘴。
过量空气由二次空气泵供应并调节到约13kPa的压力。
燃烧器工作后,内部温度会短时间内超过1000℃,几秒钟之后,催化转化器的前端温度会达到350℃,使陶瓷体或金属载体达到催化剂的起燃烧温度。
由于能量消耗较低,燃烧器系统可以代替EHC。
实际应用的燃烧器系统是很复杂的,系统装有大量微处理器控制的阀门和传感器。
216 排气点火技术(Exhaust G as Ignition,EGI)汽车冷起动时,由于阻风门的限位,有大量的C O和HC排出。
通过使用更浓的混合气并加上额外的空气,会使排气的混合气具有可燃能力。