三元催化器技术(美国康宁)
三元合金催化剂
三元合金催化剂
三元合金催化剂是一种由三种元素组成的催化剂，它在催化反应过程中可以提高反应速率和选择性。
这种催化剂在化工生产、环境保护等领域广泛应用，并成为化学研究的热点之一。
常见的三元合金催化剂种类包括贵金属基三元催化剂、负载型三元催化剂和氧化物型三元催化剂。
贵金属基三元催化剂以铂、铑、钯等贵金属为主要成分，具有很强的氧化还原能力和化学活性，可在多种催化反应中发挥重要作用。
负载型三元催化剂则是将活性组分负载到载体上，这样可以提高催化剂的稳定性和选择性，减少贵金属的使用量，并通过尺寸效应和界面效应来调控催化性能。
在应用上，三元合金催化剂的主要作用是将废气中的HC、CO转化为水和二氧化碳，同时将Nox分解成氮气和氧气，从而起到净化空气的作用。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询化学领域专业人士。
康宁公司-火电厂脱硝选择性催化还原法SCR
Catalyst Market Share in Japan 日本的催化剂市场份额
Coal-Fired Boilers 燃煤锅炉
33%
• Honeycomb catalyst has
operated over 100,000 hours
without replacement. 蜂窝式催化剂运行超过100,000
• 总部：
美国纽约州康宁镇
Headquarters: Corning, New York
• 员工数： 全球25,000人
Employee:
25,000
• 2004 收入： 38亿美金
2004 Revenue
$3.8
Billion
《财富》500强公司
130
第二届中-美低氧化氮燃烧与二氧化硫控制研讨会
2005 年 8 月
Comparison of Catalyst Types 催化剂的比较
Honeycomb 蜂窝式
– 每个单元丰富的表面面积意味着 在同等效能下，需用较少量的催 化剂和较小型的SCR反应器 Large surface area per unit
– 高防毒性能意味着较低的初始用 量或较长期的催化剂寿命 High poison resistance
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第二届中-美低氧化氮燃烧与二氧化硫控制研讨会
2005 年 8 月
Catalyst Management Plan 催化剂寿命管理
Initial
Add
L3 L2
L2 L1 L1
Replace
Replace
Catalyst Sampling 催化剂取样
138
第二届中-美低氧化氮燃烧与二氧化硫控制研讨会
三元催化器使用说明书TWConverter
三元催化转化器使用说明书（第一版）适用型号：多种不同规格产品C O 2整车排放 N 机排放N O X+ 1/2 O 2 > C O 2+ O 2 > H 2O + C O 2 氧化反应 N O + C O > 1/2 N 2 + C O 2H C + N O > N 2+ H 2O + C O 2还原反应内部隔热冲压壳体封装式整体结构催化转换器内部隔热材料填充管式封装整体结构催化转换器载体支撑填充材料锥形端盖总成催化剂及其载体元件异型为使发动机的燃烧废气流经陶瓷载体时产生化学转化的催化作用，般工艺过程为先在载体表面涂以一层包括氧化铝和二氧化涂层。
实际上，载体自身的作用是被用来形成三元催化转化器的反应床，并被用涂层如氧化铝和二氧化铈的附着体。
经过强化附着力处理之后，再进行以为主要成分的催化剂涂层（ Pt、Pd、 Rh等元素）的涂敷及固体应用的排放法规的不同要求，在金属基础涂层上浸镀不同成分和含即称为催化剂涂层配方技术。
德尔福公司拥有自己独发和浸镀生产工艺技术。
催化剂载体空燃比对排放的影响燃烧废气中的化学有害成分HC、CO NO x气流流经预热后的催化剂表面O2，方可进行高效催化转化反应。
在催化剂反应床上，HC，CO，和NO x的转化需要在载体的温度达到300ºC左右时方可达到较高的转化效率。
通常我们将使催化转化器开始达到50%时的转化效率时载体自身的温度称为催化转化器的起燃温度。
为了使三元催化转化器能够最有效的发挥上述化学反应，使三种元素的废气同时获得更加优化的转化效率，除了催化反应床的温度需要保持在一定的工作温度之外，发动机空燃比也对转化效率高低起着至关重要的作用。
三元催化转化器对于HC、CO和NO 气流流经催化剂表面的转化效率各异。
当发动机的空燃比偏浓时，催化剂对氮氧化合物的转化效率较高；当空燃比偏稀时，催化剂对碳氢化合物和一氧化碳的转化效率较高。
而当发动机工作在理想空燃比附近时，三元催化转化器对于HC、CO和NO x转化效率最高达到最高。
汽车尾气三元催化原理
一、三元催化器的组成三元催化器一般由四个主要部分组成：•壳体：通常由不锈钢制成，以防止氧化皮脱落，从而避免造成载体的堵塞。
•减振层：由衬垫或钢丝网垫组成，起到密封、保温和固定载体的作用。
衬垫材料多为膨胀云母和硅酸铝纤维，通过粘接剂固定。
•载体：一般由蜂窝状的陶瓷材料制作而成，也有部分使用金属材料（包括不锈钢）。
载体的多孔结构提供了较大的表面积，以便催化剂能更有效地与尾气接触。
•催化剂涂层：由铂、铑、钯等贵金属组成，涂喷在载体上形成净化剂。
这些贵金属能够催化尾气中的有害气体进行化学反应。
二、工作原理当高温的汽车尾气通过三元催化器时，净化剂会显著增强尾气中CO（一氧化碳）、HC（碳氢化合物）和NOx（氮氧化物）这三种有害气体的活性，促使其进行氧化-还原化学反应：1.CO的氧化：在高温下，CO与氧气反应生成无色、无毒的二氧化碳（CO₂）。
2.HC的氧化：碳氢化合物在高温下与氧气反应，生成水和二氧化碳（H₂O + CO₂）。
3.NOx的还原：NOx在催化剂的作用下被还原成氮气和氧气（N₂ + O₂）。
这些化学反应将原本有害的气体转化为无害的二氧化碳、水和氮气，从而实现了汽车尾气的净化。
三、影响因素三元催化器的催化效果受到多种因素的影响，包括：•空燃比：空燃比需要合理，以确保尾气中有足够的氧气参与反应。
•催化剂状态：催化剂的活性、涂层的完整性和载体的堵塞程度都会影响催化效果。
•燃油品质：燃油中的硫、磷等化学成分以及抗爆剂MMT中的锰等成分，在燃烧后可能形成化学络合物，附着在催化器上，影响催化效果。
•驾驶习惯：驾驶员的驾驶习惯（如急加速、急刹车）以及行驶路况（如拥堵路面）也可能影响尾气的排放和催化器的性能。
综上所述，汽车尾气三元催化原理是通过催化剂的作用，将尾气中的有害气体转化为无害物质，从而减少对环境的污染。
为了保持催化器的良好性能，需要定期进行检查和维护，包括清洗催化器表面的化学络合物和积碳等。
参考4条信息源。
三元催化器基础知识介绍
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5.3.温度要求 燃烧废气中的化学有害成分HC、CO和NOx气流流经预热后的催化剂表
面，方可进行高效催化转化反应。在催化剂反应床上，HC，CO和NOx的转 化需要在载体的温度达到350º左右时方可达到50%的转化效率。通常将使催 化器开始达到50%时的转化效率时，载体自身的温度称为催化器的起燃温度。
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2.3、紧耦合＋底盘下置式
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优点：预三元催化器总成体积较小且离发动机排气歧管较近便于布置且较底盘下 置式三元催化器总成有较好的起燃性。 缺点：若要满足更为严格的排放法规，则三元催化器的前后总体积较大，且前级 催化器要求的贵金属含量较高。 使用条件：发动机舱布置空间狭小且需要满足法规较高的车型。
三元催化器基础知识介绍
北汽股份株洲分公司生产技术部 何正清
2013.9.7
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1
一、三元催化器功能介绍 二、三元催化器总成的布置方式 三、三元催化器总成的结构 四、三元催化器的工作原理 五、三元催化器工作要求 六、三元催化器使用时注意事项
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一、 三元催化器功能介绍 随着汽车保有量的增加和人类对环保的要求越来越高，汽车尾气的治理越来越 重要，催生出了汽车尾气净化装置，三元催化器是汽车尾气净化装置的主要组成部 分。 三元催化器是对汽车及其它发动机固定污染源进行排气净化处理的主要部件。 它采用铂（Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)三种贵金属作为催化剂对排气中的一氧化碳 、碳 氢化合物和氮氧化合物进行氧化和还原处理，生成二氧化碳、氮气以及水，从而达 到净化的结果。其净化效率十分高，可以净化90%以上的有害物质。随着人们对环 境的关注程度的提高，各个国家及地区都制定了越来越严格的排放法规，该部件在 排放后处理方面起着举足轻重的地位。
三元催化器的维修养护方法。
三元催化器的维修养护方法。
1.引言1.1 概述概述部分是文章引言的重要组成部分，其目的是为读者提供对于三元催化器维修养护方法主题的基本了解。
在本文中，我们将探讨三元催化器的基本原理和作用，以及其常见故障和原因。
随着环境保护越来越被人们关注，汽车尾气排放的净化变得尤为重要。
三元催化器作为一种常见的尾气净化装置，具有很高的效果和应用价值。
首先，我们将解释三元催化器的基本原理和作用。
三元催化器通过催化作用将有害的尾气中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）转化为无害的二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和水（H2O）。
其关键部件包括氧气传感器、催化剂和补给系统。
当发动机燃烧气体进入三元催化器内部时，催化剂将通过氧气传感器探测到的氧气浓度信息来调节燃烧反应，有效地将有害气体转化为无害气体，减少对环境的污染。
然而，三元催化器也存在一些常见的故障和原因。
其中一种常见故障是催化剂失活，通常由于长时间使用或使用不当引起。
此外，催化剂也容易受到尾气中的杂质的污染，例如硅、铁和镍等。
这些污染物会降低催化剂的活性，影响其正常工作。
此外，过高的工作温度、震动或剧烈行驶等因素也会导致催化剂的损坏或失效。
综上所述，了解三元催化器的维修养护方法对于保持其正常运行和延长寿命至关重要。
本文将详细介绍维修养护方法的重要性，以及一些常见的维修养护方法，例如定期清洁催化剂、定期更换氧气传感器等。
通过正确的维修养护方法，我们可以确保三元催化器的高效运行，减少排放污染，保护环境。
文章结构是指文章的整体框架和组织方式。
通过合理的文章结构，可以使读者更加清晰地理解文章主题和内容。
本篇长文的文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 三元催化器的基本原理和作用2.2 三元催化器的常见故障和原因3. 结论3.1 维修养护方法的重要性3.2 三元催化器的维修养护方法在引言部分之后，正文部分是长文的核心内容部分，包括了三元催化器的基本原理和作用以及常见故障和原因的介绍。
汽车尾气三效催化剂
反应的进行，能快速发生氧活化和烃类的吸附。而由过 及其他非贵金属在催化剂中的作用有以下几个方面：
渡元素等非贵金属为活性组分的催化剂 ，则可以通过金
①存 储 及 释放氧，拓宽了空燃比工作窗口
属离子变价 ，利用晶格氧来达到催化氧化的 目的，而气
贵金 属 三 效催化剂对三种污染物的转化效率 只有
相中的氧不能吸附补充进来，需要较高的温度才能加速 在空燃比在化学计量比的附近时，才一能保持 良好的效
种助剂，提高热稳定性。ＮａｏｔｏＭｙｏｓｈｉ等提出半径为
０．ｎ 一０．１５ｎｍ的金属离子对氧化铝载体的热稳定性提
０「＿
１３．５ １４．０ １４．５ １５．０ １５．５
高很大，认为这样的离子占据 丫一Ａ１２０３的表面空位，能
空燃 比 （ Ａ／ Ｆ ） ． 有 效 地 阻 止铝离子和氧离子的表面迁移 ，稳定晶格结
三 ２６０一
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厂
标准 状； 扩、 岁 ｝．
４０ ６０ ８０ １００（Ｐｔ）
（１００％ Ｒｈ） Ｐｔ原子的百分含量％
图 ４ Ｐｔ一Ｒｈ的协同作用
上，４５％的铂和 ８５％的锗用于汽车催化。由于铂和锗的
当空 燃 比 在理论空燃 比附近时 ，３种活性组分的单
朱振 忠 ’， 田 群 ２， 陈 宏 德 ２
（１． 中 国 矿 业 大 学 ，北 京 １ ０００８３；２．中国科学院生态环境研究中心，北京 １００８５）
摘 要 ： 本文介绍 了汽车尾 气三效催化剂的基本工作原理 、结构和性能，概述 了汽车尾气催化剂的发展历程和
和氧化铝的相互作用，可以显著提高其热稳定性。另外， 面元素的价态。Ｔｏｍｃｒｏｎａ等研究表明，经过预还原处理
加人 ｚｒＯＺ能提高 Ｃｅ０２的储氧能力。研究表明，在向新鲜 后，含 Ｃｏ 、Ｃｅ 的催化剂的 ＣＯ、ＨＣ起燃温度有显著的下
元催化器原理及常见故障解决办法
三元催化器原理及常见故障清洗(1)三元催化器的构成三元催化器是安装在车辆排气系统上的一种用于环保目的的尾气净化装置，它的外壳为金属结构，内部是蜂窝状陶瓷载体，大至每平方厘米有网孔80个左右，载体上涂有贵金属催化剂(如铂、铑、钯等)。
(2)三元催化器的工作原理发动机工作时，产生的高温气体通过三元催化器，当催化器温度达到400℃度时，装置中的贵金属发挥催化活性，废气二次燃烧，使其中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、与氮氧化合物(NO)发生氧化还原反应，将其转化为二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水(H2O)等，减少向大气中排放有害气体，实现环保功能。
(3)三元催化器常见故障种类三元催化器根据车辆的型号、出产厂家不同，一般正常使用寿命为10-20万公里。
但是，由于汽油质量、机油质量、空气质量、发动机工况、路况、驾驶习惯等因素的作用，对三元催化器正常功能的发挥和使用寿命都有决定性的影响。
三元催化器常见故障有：A、行驶10-20万公里以上超过使用寿命；B、高温烧结变型，有效涂层损坏或消失；C、化学中毒失效；D、锈垢、碳垢堵塞。
(4)三元催化器故障原因及危害内在因素：a、三元中毒失效造成三元中毒失效的原因很多，也很复杂，若排除暂时性的不确定因素影响，那么造成三元中毒失效的根本原因就是汽油和润滑油。
汽油中含有一定量的硫及金属灰份，如铁、锰、铅等，汽油在储运过程中也会混入大量金属灰份；还有就是机油中含有大量的硫、磷及金属灰份，含量虽大，但因其渗入燃烧室参与燃烧的量极少，危害性小于汽油，但已经变质的机油情况就不同了。
汽车燃烧后排出的废气通过三元催化器，部份硫、磷吸附在氧传感器及三元催化器表面，形成化学络合物薄膜，在氧、一氧化碳、金属灰份、水共存的状况下(这种共存是必然的)，硫、磷极易与它们发生反应生成相应的化学络合物，这些络合物会对贵金属催化剂产生屏闭，严重影响催化剂的活性，大大降低净化功能，造成三元中毒失效。
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Monolith Properties 载体性能
• • • • • • • Cell Density目数 Wall Thickness 壁厚 Open Frontal Area 前端开孔表面 Bulk Density 材料密度 Heat Capacity 耐热能力 Surface Area 比表面 Pressure Drop Contribution造成的压 力差 • Various Shapes形状各异
Materials Requirements 材料要求
• • • • High Temperature Capability 高耐热能力 Corrosion Resistance 抗腐蚀 Light Weight 重量轻 Low Thermal Expansion Coefficient 热膨胀系数低 • Sufficient Strength 足够的强度 • High Suriency 转化效率
Finite Element Mesh for Thermal Stress Analysis 为热应力分析的有限元
热区 冷区
Parameters: Affecting Converter Pressure Drop 参数：作用转换器压力降
– Trucks 卡车 – Buses 巴士
Trucks (mainly U.S.) 卡车（主要美国）
Bus (Retrofit & OEM) 巴士(在用车和OEM) Light-duty vehicles (mainly Europe) 轻型车辆（主要欧洲）
– Stationary 固定源发动机
Diesel Substrates 柴油机载体
Thank you 谢谢
碳 氢 化 合 物 排 放
1984
1995 2003
Time To Lightoff Continues To Decrease 起燃时间继续缩短
10
Seconds 秒
20
30
40
50
Ultra-Thinwall Substrates 超薄壁载体
• Goal 目标 • Wall thickness 壁厚 < 4 mil • Cell density 目数 400-900 cpsi > 900 cpsi • Development plan 研究开发计划 • First tests with customers 与用户共同测试 • Series production depends on market situation 批量生产有赖于市场需求 • Future Structures 未来的产品 • 400 / 3 • 600 / 3 • 900 / 2 • 1200 / 2 ...
近发动机
Converter Operating Temperature Range Increasing 转化器工作温度范围扩大
Hydrocarbon Emissions
1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Monolith Properties 载体性能
• Coatability 涂层能力 • Thermal Mass 热容量 • Heat Transfer 热传导
• Wall Porosity 壁孔率 • Pore Size Distribution 孔隙大小分布 • Hydraulic Diameter孔径 • Cell Dimensions 孔隙大小 • Specific Heat Capacity 耐热能力 • Channel Surface Area 管道表面积 • Cell Shape 孔形 • Channel Size 管道大小
Parts Can be Designed to Meet Your Space and Efficiency Requirements 可根据空间和效率要求设计部件
Basic Substrate Shapes 载体基本外形
Round
Oval
Racetrack
Asymmetric
Diesel Products 柴油机产品
Material and Monolith Properties 材料和载体性能
• Thermal Shock Resistance 抗热冲击 • Weight 重量 • Coatability 涂层能力 • Durability 耐久可靠性
• Thermal Expansion Coefficient 热膨胀系数 • Density 密度 • Porosity 孔隙率 • Corrosion Resistance 抗腐蚀 • Strength 强度 • Temperature Capability 耐热 能力
•
•
Future Trend 产品发展趋势
Packaging Automotive Substrates For Increased Durability 汽车载体外包装提高耐用性
Tightening legislation drives the converter closer to the engine 立法日趋严格，促使转化器越来越靠近发动 机 Durability and packaging continue to be the focus for World Class Ceramics 耐用可靠性和封装继续是先进陶瓷载体关 注重点 Material testing, Quality products, Tight manufacturing controls are the key to long term and lasting solutions 材料检测、高品质产品、严格的生产控制是 产品解决问题的关键
Substrate Requirements 载体要求
• • • • • • • • • Good coatability 涂层能力 Low thermal mass 低热容量 Efficient heat transfer from gases 有效的气体热传导 Low pressure drop 低背压 High temperature capability 耐高温能力 High surface area 高比表面 High strength 高强度 Good thermal shock resistance 好的抗热冲击性 Dimensional stability 尺度稳定性 • Cell geometry dependent 与孔型几何相关 • Physical properties dependent 与物理特性相关
Diesel Substrates & Particulate Filters 柴油机载体 & 颗粒过滤器
PICTURE
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Filters (traps) 过滤器（捕集器）
Substrates 载体
– – –
Particulate Removal From Diesel Exhaust 从柴油废气中去除颗粒
Environmental 环境
• Thermal loads due to road and traffic conditions 由于公路和交通条件状况产生的热负荷 • Ambient temperatures 环境（周围）温度 • Road shocks 公路产生的振动 • Corrosion 腐蚀
Filter Model 过滤器工作原理
EX-80 Filters EX-80 过滤器
Strain and Environmental conditions on the substrate 载体的应变和环境条件
Strain conditions 应变条件
• Thermal - differential temperature 耐热 - 不同温度 • Mechanical - packaging, vibration, exhaust 机械 - 封装，振动，排气 • Coatings 涂层 •
• Cone Geometry 锥面几何形状 • Area Ratio: Pipe/Substrate 面积比：管子/载体 • Angle 角度 Substrate Geometry 载体几何形状 • Area/Diameter 面积/直径 • Length 长度 • Cell Parameters 网格参数 • Hydraulic diameter (dh), cell shape, cells per in2, wall thickness 液压直径(dh)、网格形状、每平方英寸网格数、网壁厚度 Flow Conditions 气流条件 • Flow Rate 气流量 • Fluid Type 流体类型 • Temperature 温度 • Flow Pulsation (not covered in this discussion) 气流脉动(不在此讨论范围内)
Monolith Properties 载体性能
• Pressure Drop 背压
• Channel Surface Area 管道表面积 • Channel Shape 管道形状 • Length 长度 • Cross-Sectional Area 截面积 • Hydraulic Diameter 孔径 • Open Frontal Area 前端开孔表面 • Channel Surface Area 管道表面积 • Channel Shape管道形状
As Emissions Tighten World Wide the trend is toward thermal management to get at cold start
随着全球对排放管制越来越严，现在的趋势是利用发动机排出的 热量改善冷启动排放 This moves the converter closer to the engine 这使得转化器越来越接