cng汽车尾气净化催化剂

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集CNG汽车尾气净化催化剂11112陈耀强史忠华龚茂初袁书华陈启章（1四川大学化学学院催化材料研究所，成都，610064，四川中自尾气净化有限公司，成都，610046）摘要：论述了CNG车作为清洁燃料车的重要性，对理论空燃比和稀燃两类CNG车的尾气排放特征，尾气净化的特点及国内现状进行了论述和分析。介绍了作者在理论空燃比和稀燃两类CNG车满足国3排放标准的催化剂的研究进展和与整车的匹配。关键词：CNG车，尾气排放特征，催化净化

2、，国3排放标准一引言1.1发展CNG车的意义由于世界石油资源将在2040年左右枯竭，人类将逐步进入多种能源并存的时代。天然气资源已超过石油，因此将在能源结构中发挥重要的作用。压缩天然气（CNG）属于通用燃料,对轻型车,中型车和重型车均适合.近年的研究结果表明,与柴油车比较,CNG车尾气中的多环芳烃(PAHs)比柴油车低50倍,甲醛低20倍,颗粒物(PM)低30倍,总毒性低20-30倍[1]。基于对尾气排放的研究成果，欧美国家在城市启动了天然气汽车程序，在城市用CNG车（包括公交车和重载货车）取代了

3、柴油车[2－3]以减轻颗粒物对人口密集区公众健康的危害，值得我国高度关注。我国的石油资源短缺，现在进口已达50％左右，对国际市场的依耐性日益加大，而天然气资源相对比较丰富，作为长期能源发展战略，国家已计划在“十一五”将压缩天然气车（CNG）发展到100万辆/年。1.2CNG车尾气排放的特征CNG车分为理论空燃比CNG车和稀燃CNG车两种。对于理论空燃比CNG车，排放尾气的污染物种类与汽油车类似，为HC,CO和NOx。其中CO和HC低于汽油车，NOx与汽油车相等或稍高。稀燃CNG车尾气中要净化的主要

4、是CH4和CO,但稀燃尾气的特点是温度低（低于500－550℃），低的CH4浓度（500－1000ppm）,大量的水蒸气（10－15％）和CO2（15％）以及大约1ppm的SOx。国家已规定在实施国3排放标准阶段，对CNG车与汽油车一样实施排放标准控制（2007年7月1日对新车实行），CNG车尽管排放值低于汽油车，但仍需实施尾气净化才能达到国3排放标准的限值。1.3压缩天然气汽车尾气净化的特点和难点净化压缩天然气汽车尾气涉及的化学反应为：（1）CO+O2→CO2（2）CH4+O2→CO2+H2O（

5、3）NOx+CO→CO2+N2（4）NOx+CH4→CO2+H2O+N2（5）NOx+H2→H2O+N2（6）CO+H2O→CO2+H2（7）CH4+H2O→CO2+H2O+N2对于理论空燃比CNG车，与汽油车尾气净化的催化反应相比，不同之处是在CNG车尾气中将HC换成了CH4。由于CH4属于最为稳定的HC化合物，其活化和转化困难。表现在CH4的自身氧化反应即反应（2）比一般HC化合物的氧化反应难度大；同时CH4和NOx的偶联反应即反应（3）比HC和NOx的偶联反应同样困难得多，导致NOx的转化难

6、度大。要求尾气净化催化剂的性能明显收稿日期：2007-7-31作者简介：陈耀强，男，理学博士，四川大学化学学院，教授，博导，催化材料研究所所长成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集高于汽油车尾气净化催化剂才能达到排放标准的要求。所以，压缩天然气汽车尾气净化比汽油车尾气净化困难得多，净化汽油车尾气的三效催化剂用于压缩天然气汽车尾气是达不到净化要求的。必须开发新的催化材料和催化剂，同时适当提高催化剂的贵金属含量，才能达到CNG车尾气净化的需求。值得特别指出的是，对于

7、理论空燃比CNG车，由于催化剂的三效窗口与汽油车尾气净化催化剂的三效窗口位置不同，为了实现尾气的净化，空燃比的控制应比汽油车偏富，同时空燃比的控制精度应高于汽油车。由于尾气中存在CH4和H2对氧传感器有影响，应使用专用的氧传感器。对于空燃比控制，应使用带催化剂涂层的氧传感器。对于OBD控制，应使用掺Ag的氧传感器。上述技术同样为控制尾气排放的关键。对于稀燃CNG车，由于稀燃是NOx的排放本身比较低，有的已在国3排放标准之下，或者可通过废气在循环（EGR）将NOx降至国3排放标准之下，需要净化的主要

8、污染物为CH4和CO。但稀燃尾气的特点是温度低（500－550℃），低的CH4浓度（500－1000ppm）,大量的水蒸气（10－15％）和CO2（15％）以及大约1ppm的SOx[2]。遇到的难题是在低温，1ppm的硫化物和大量的H2O存在下使高活性的Pd催化剂失活，而耐硫性好的Pt催化剂在富氧条件下对CH4的活性又比较低(2-3,4）,所以，稀燃CNG车尾气净化的难度是很大的。现在使用的催化剂均为高贵金属含量的Pd或Pt-Pd催化剂,贵金属的使用量为300g/ft3（10.6g