柴油车尾气净化四效催化技术进展

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1、柴油车尾气净化四效催化技术进展*张桂臻，赵震，刘坚，段爱军，姜桂元（中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京，102249）摘要：柴油车尾气已成为环境污染的主要来源之一，四效催化技术被认为是柴油车尾气排放最理想的控制手段。本文介绍了柴油车尾气排放的主要污染物及其危害，从四效催化转化器和相关催化剂两个方面概述了四效催化技术的发展状况，并探讨了四效催化技术的主要难点与发展前景。关键词：柴油车尾气，碳烟颗粒，氮氧化物，四效催化转化器，四效催化剂1、引言柴油车和汽油车相比有其自身的优势，它的功率强劲且范围广，热效率高，油耗少，温室气体排量小，使用寿命长等，也正是因为这些

2、优点，使得柴油车在欧美等发达国家日益普[1]及。我国“十一五”汽车产业规划也大力支持柴油车的发展。典型的柴油车尾气的主要成分(体积分数)为：N275.21%、水蒸汽2.6%、O215%、CO27.1%和0.09%的其他物质(包括氮氧化物NOx、碳氢化合物HC、一氧化碳CO、硫化物、SO2、硫酸盐、醛和微量颗粒物PM等)。其中含有大量有害物质，主要为NOx、HC、CO和PM，[2][3]成为环境污染的主要来源之一。其中危害最大、最难消除的污染物是PM和NOx，颗粒物粒径较小，且吸附有多种化合物，如酚类、胺、苯并芘等致癌物，NOx是形成酸雨的主要原因之一，也是光化学烟雾的

3、主要参与物之一，它们污染了环境，对人体健康产生极大的危害，因而对这些污染物的去除迫在眉睫。PM是在高温缺氧区产生的，而NOx则是在高温富氧区生成的，二者在生成机理上是矛盾的，因而，仅仅通过单一的机内改良措施难以把NOx和PM同时降低达到日益严格的排放标准。鉴于此，除了大力发展机内处理技术，生产出“绿色柴油[4,5]发动机”之外，还要尽快发展柴油机尾气排放后处理技术。目前，柴油车尾气排放后处理关键技术主要有以下四种：[6-8]1）氧化催化转化器（OCC,OxidationCatalyticConverter），主要用于氧化除去PM中的可溶性挥发份和烃类；[9-11]2）

4、微粒捕集器（DPF,DieselParticulateFilter）及其再生技术，用于过滤去除碳烟等颗粒状物质；[12-14]3）氮氧化物净化（DeNOx,DecompositionofNitrogenOxides）技术，主要有NOx吸附后还原，用NH3、尿素、醛类或者HC化合物为还原剂，选择性地将NOx还原成N2；[15-18]4）PM、HC、CO和NOx同时净化的四效催化技术(Four-wayCatalyticTechnology)。前三种技术都只能单纯的除去PM或是NOx，而不能同时除去四种污染物，使净化一步到位。如果把这些处理系统组装到同一个系统中，可以很好的

5、净化尾气。但是，对于这样的组装系统，它的的体积和成本都将令人难以接受，于是，人们开始研究开发四效催化技术，力求将污染物在一个催化系统中同时除去。下面对四效催化技术的最新进展作一回顾。2、四效催化技术[19]所谓“四效催化”就是指在柴油车排气系统中同时除去HC、CO、PM和NOx的催化技术，它是从汽油车的“三效催化”引申过来的。汽油车的三效催化技术已经非常成熟，并且得到了广泛应用，但是由于柴油车和汽油车的工作过程和燃烧方式不同，柴油车尾气中不仅仅多了PM，氧气含量也比汽油车尾气中的含氧量高。因而，三效催化器对于柴油车并不适用。那么如同联系人：沈志虹.电话：010-897

6、33235，e-mail:shenzhi@cup.edu.cn474在汽油车三效催化转化器中HC、CO和NOx互为还原剂和氧化剂那样，在柴油车排气控制系统中，开发一个新型催化体系，让PM、CO、HC和NOx互为还原剂和氧化剂，在同一催化剂床层上同时除去HC、CO、PM和NOx，实现柴油车尾气的净化，达到长期环保法规的要求。四效催化的关键技术是催化转化器的优化组合技术和四效催化剂的开发。2.1四效催化转化器目前，国内外已经开发了许多类型的车用柴油机四效催化转化系统，这些系统均为复合技术，由稀燃NOx催化剂（LNCLean-burnNOxCatalyst）和柴油颗粒过滤器

7、（DPF）二种技术或者由LNC和柴油氧化催化剂（DOCDieselOxidationCatalyst）二种技术综合为一体的单一装置，或者由NOx贮存还原三效催化剂(NSRNOxStorageReduction)和共轨燃料喷射系统技[20-23]术结合的装置。近年来，“四效催化转化器”技术已达到实用化阶段。[15]2.1.1Cerxy公司宣布该公司旗舰产品的柴油机排气净化采用QuadCAT四元催化转化器。该转化器由四个部分组成：①热交换器；②柴油颗粒物过滤器或柴油氧化催化转化器；③稀燃NOx催化剂；④燃料喷射系统和控制系统。将QuadCAT转化器装载于