汽車尾氣處理及凈化技術(shù)

1、安全1502 李生相 汽車尾氣的主要成分及危害對尾氣的 防治汽車尾氣凈化器主目錄01020301汽車尾氣的主要成分及危害 汽車尾氣污染是由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染。主要污染物為碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物、苯并芘及固體顆粒物等，能引起光化學(xué)煙霧等。 可以說，汽車是一個流動的污染源。在世界各國，汽車污染早已不是新話題。20世紀(jì)40年代以來，事件在美國洛杉磯、日本東京等城市多次發(fā)生，造成不少人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失!倫敦?zé)熿F事件洛杉磯光化學(xué)污染主要成分一氧化碳氮氧化合物醛含鉛化合物碳?xì)浠衔?一氧化碳是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物，主要是在局部缺氧或低溫條件下，由于烴不能完全

2、燃燒而產(chǎn)生，混在內(nèi)燃機(jī)廢氣中排出。當(dāng)汽車負(fù)重過大、慢速行駛時或空擋運(yùn)轉(zhuǎn)時，燃料不能充分燃燒，廢氣中一氧化碳含量會明顯增加。一氧化碳是一種化學(xué)反應(yīng)能力低的無色無味的窒息性有毒氣體，對空氣的相對密度為0.9670，它的溶解度很小。一氧化碳由呼吸道進(jìn)入人體的血液后，會和血液里的血紅蛋白Hb結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，導(dǎo)致攜氧能力下降，使人體出現(xiàn)反應(yīng)，如聽力會因?yàn)槎鷥?nèi)的耳蝸神經(jīng)細(xì)胞缺氧而受損害等。吸入過量的一氧化碳會使人發(fā)生氣急、嘴唇發(fā)紫、呼吸困難甚至死亡。研究證明，人對一氧化碳的承受能力相當(dāng)高，一個健康的人能短時間承受血液中含量為20%-40%的一氧化碳的侵襲。雖然對人體無副作用的一氧化碳閾值尚未確定，

3、但長期吸收一氧化碳對城市居民身體健康是一個潛在威脅。 氮氧化合物是在內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)大部分氣體中生成的，氮氧化合物的排放量取決于燃燒溫度、時間和空燃比等因素。氮氧化合物的生成原因主要是高溫富氧環(huán)境，比如燃燒室積碳等因素。從燃燒過程看，排放的氮氧化物95%以上可能是一氧化氮，其余的是二氧化氮。人受一氧化氮毒害的事例尚未發(fā)現(xiàn)，但二氧化氮是一種紅棕色呼吸道刺激性氣體，氣味閾值約為空氣質(zhì)量的1.5倍，對人體影響甚大。由于其在水中溶解度低，不易為上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部，引發(fā)支氣管炎、肺水腫等疾病。在濃度為9.4mg/m的空氣中暴露10分鐘，即可造成呼吸系統(tǒng)失調(diào)。對于氮氧化合物世界衛(wèi)生組織環(huán)境健康評

4、價組曾做出這樣的結(jié)論:二氧化氮濃度0.94mg/m-3是短期暴露引起有害影響的最低水平，0.19-0.32mg/m-3最長1小時，一個月出現(xiàn)不能多于兩次才能確保公共健康。 汽車尾氣的碳?xì)浠衔飦碜匀N排放源。對一般汽油發(fā)動機(jī)來說，約60%的碳?xì)浠衔飦碜詢?nèi)燃機(jī)廢氣排放20%-25%來自曲軸箱(PCV系統(tǒng))的泄漏，其余的15%-20%來自燃料系統(tǒng)(碳罐)的蒸發(fā)。甲烷是窒息性氣體，其嗅覺閾值是142.8mg，只有高濃度時才對人體健康造成危害。乙烯、丙烯和乙炔則主要是對植物造成傷害，使路邊的樹木不能正常生長。苯是無色類似汽油味的氣體，可引起食欲不振、體重減輕、易倦、頭暈、頭痛、嘔吐、失眠、粘膜出血等

5、癥狀，也可引起血液變化，紅血球減少，出現(xiàn)貧血，還可導(dǎo)致白血病。其嗅覺閾值16.29mg，對人體健康有影響的閾值34.8mg。汽車尾氣中還含有多環(huán)芳烴，雖然含量很低，但由于多環(huán)芳烴含有多種致癌物質(zhì)(如苯并芘)而引起人們的關(guān)注。 HC和NOX在大氣環(huán)境中受強(qiáng)烈太陽光紫外線照射后，產(chǎn)生一種復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的污染物形成光化學(xué)煙霧，1952年12月倫敦發(fā)生的光化學(xué)煙霧4天中死亡人數(shù)較常年同期約多4000，45歲以上的死亡最多，約為平時的3倍，1歲以下的約為平時的2倍。事件發(fā)生的一周中，因支氣管炎、冠心病、肺結(jié)核和心臟衰弱者死亡分別為事件前一周同類死亡人數(shù)的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8

6、倍。 醛是烴類燃燒不完全產(chǎn)生，主要由內(nèi)燃機(jī)廢氣排放，汽車尾氣排放的醛類成分見下表:名稱 成分（%） 甲醛60-73 乙醛7-14 丙醛0.4-16丙烯醛2.6-9.8 丁醛1-4 丁烯醛0.4-1.4 戊醛0.4 苯甲醛3.2-8.5 苯甲醛2-7 汽車尾氣排放的醛類以甲醛為主，占60%70%。甲醛是有刺激性的氣體，對眼睛有刺激性作用，也會刺激呼吸道，嗅覺閾值為0.061.2 mg，高濃度時會引起咳嗽、胸痛、惡心和嘔吐。乙醛屬低毒性物質(zhì)，高濃度時有麻醉作用。丙烯醛是一種辛辣刺激性氣體，對眼睛和呼吸道有強(qiáng)烈刺激，可引起支氣管細(xì)胞損害，嗅覺閾值為0.484.1 mg。 汽車尾氣排放的含鉛顆粒大部分

7、來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣排放。四乙鉛是作為抗爆劑加進(jìn)汽油中的，一般汽油的含鉛量在0.08%0.13%之間，四乙鉛燃燒后生成氧化鉛排出。鉛主要作用于神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和肝、腎等器官。鉛能抑制血紅蛋白的合成代謝過程，還能直接作用于成熟的紅細(xì)胞。經(jīng)由呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體的鉛粒，顆粒較大者能吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出;顆粒較小者，便沉積于肺的深部組織，它們幾乎全被吸收。鉛在人體內(nèi)各器官中積累到一定程度，會對人的心臟、肺等造成損害，使人貧血，行為呆傻，智力下降，注意力不集中，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致不育癥以及高血壓。根據(jù)進(jìn)入身體的方式，可以有高達(dá)60%的攝入總鉛量永久留在人體內(nèi)，成年人血液中混入0.8m

8、g以上稱為鉛中毒。 含鉛汽油經(jīng)燃燒后，85%左右的鉛排入大氣中造成鉛污染。鉛氧化物不僅對人體有害，它還會吸附在汽車尾氣催化凈化器的催化劑表面上，對催化劑產(chǎn)生毒害，明顯地縮短尾氣催化凈化裝置的壽命，是汽車尾氣催化凈化裝置要解決的難題之一。20世紀(jì)40年代以來，通過汽車燃燒排入大氣中的鉛已達(dá)數(shù)百萬噸，成為一種公認(rèn)的全球性污染。02對尾氣的防治 歐盟歐盟的環(huán)保專家認(rèn)為，要減少汽車污染對城市環(huán)境的危害，最有的環(huán)保專家認(rèn)為，要減少汽車污染對城市環(huán)境的危害，最有效的辦法是調(diào)整城市交通政策，大幅減少私家車數(shù)量，優(yōu)先發(fā)展公交，效的辦法是調(diào)整城市交通政策，大幅減少私家車數(shù)量，優(yōu)先發(fā)展公交，提倡自行車交通提倡自行

9、車交通; ;同時，還應(yīng)加速發(fā)展、普及環(huán)保型汽車，減少對石同時，還應(yīng)加速發(fā)展、普及環(huán)保型汽車，減少對石化燃料的依賴。化燃料的依賴?？刂茢?shù)量01綠色技術(shù)03變廢為寶04提高質(zhì)量02加強(qiáng)宣傳控制數(shù)量 在許多大中城市中，汽車的數(shù)量實(shí)際已經(jīng)超載。政府可以用宏觀調(diào)控的方法提高汽車的價格，適當(dāng)減少汽車的購買量，促進(jìn)小型制造汽車的企業(yè)的轉(zhuǎn)產(chǎn)，把汽車的數(shù)量控制在生態(tài)平衡允許的范圍內(nèi)。同時要使公共汽車、地鐵等公共交通工具迅速發(fā)展起來，向市民提倡騎自行車、乘坐公共汽車和地鐵;公務(wù)員更要以身作則，盡量使用公共交通工具，少乘坐私家車，盡量降低汽車尾氣排放量。提高質(zhì)量 到21世紀(jì)初，世界大多數(shù)城市都已禁止使用含鉛汽油。要

10、提高汽車尾氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格把關(guān)，不能讓未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的汽油流入市場。先進(jìn)的汽車尾氣處理技術(shù)，對不符合尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的汽車進(jìn)行淘汰或改造。定期清洗三元催化器，保持機(jī)動車尾氣凈化性能。推廣以天然氣為燃料的燃?xì)馄?，并對燃?xì)馄囘M(jìn)行改造，解決其存在的發(fā)動機(jī)動力性能下降、儲氣瓶占用空間大等問題。綠色技術(shù)變廢為寶方案A:在氣缸內(nèi)的燃料和空氣經(jīng)過壓縮，變成高溫高壓的氣體，燃燒后能量仍很高。如果將這些能量利用起來，轉(zhuǎn)化成發(fā)動機(jī)的動力，既節(jié)省了燃料，又減少了廢氣排放量。方案B:汽車尾氣中含有氮氧化物和硫氧化物，如果在尾氣排放管上加裝一個收集和轉(zhuǎn)化裝置，將其轉(zhuǎn)化成工業(yè)原料硝酸和硫酸，雖然收集量可能不多，但積少成

11、多，這就在減少對大氣的污染的同時對資源進(jìn)行了回收。 加強(qiáng)對環(huán)境保護(hù)重要性的宣傳，提高人民環(huán)保意識，讓群眾自覺使用公共交通工具，不購買尾氣排放量不達(dá)標(biāo)的汽車，堅(jiān)決不購買、制造含鉛、低質(zhì)汽油。加強(qiáng)宣傳0503汽車尾氣凈化技術(shù) 采取的途徑主要有兩種 一是在不改變?nèi)剂戏N類的情況下采用清潔燃燒技術(shù) （機(jī)內(nèi)凈化）與尾氣凈化技術(shù)（機(jī)外凈化）；二是利用綠色環(huán)保燃料來減少汽車尾氣中有害物的排放。目前國外已運(yùn)用的機(jī)內(nèi)凈化方法主要有 延遲點(diǎn)火法 、廢氣再循環(huán)裝置、 ECR、 控制燃燒裝置 、CSS、清潔空氣裝置、 CAP 以及低溫等離子體技術(shù)。機(jī)內(nèi)凈化只能減少有害氣體的生成量，不能除去已生成的有害氣體 ，因此凈化效

12、率不高。采用無鉛汽油，以代替有鉛汽油，可減少汽油尾氣毒性物質(zhì)的排放量。摻入添加劑，改變?nèi)剂铣煞郑嵘加推焚|(zhì)等，比如添加千分之五左右的燃油伴侶。汽油中摻入15%以下的甲醇燃料，或者采用含10%水份的水-汽油燃料，都能在一定程度上減少或者消除CO、NOx、HC和鉛塵的污染效果。若采用甲醇燃料，即采用甲醇和其它醇類同汽油混合所制成的燃料。當(dāng)甲醇占比例30%40%，汽車尾氣排出的污染物可基本上消除。選用恰當(dāng)?shù)臐櫥砑觿?機(jī)械摩擦改進(jìn)劑。在機(jī)油中添加一定量(比例為3%-5%)石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯粉末等固體添加劑，或采用納米技術(shù)的潤滑油添加劑，如銅爵機(jī)油伴侶等，加入到引擎的機(jī)油箱中，可節(jié)約發(fā)動機(jī)燃

13、油5%左右。此外，采用上述固體潤滑劑可使汽車發(fā)動機(jī)汽缸密封性能大大改善，汽缸壓力增加，燃燒完全。尾氣排放中，CO和碳?xì)浜侩S之下降，可減輕對大氣環(huán)境的污染。采用綠色燃料同樣可減少汽車尾氣有毒氣體排放量。據(jù)美國的俄亥俄州某研究所用豆油與甲醇、燒堿混合，然后去除其中的甘油，從而可獲得大豆柴油。用大豆柴油，以3 :7的比例摻入到普通柴油中，可供柴油汽車之用。它可大大減少發(fā)動機(jī)工作時排放的硫化物、碳?xì)浠衔?、一氧化碳和煙塵。故譽(yù)作綠色燃料。燃油替代燃油替代采用多種燃料作為汽車燃料來源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，確保環(huán)境保護(hù)法規(guī)的實(shí)施和節(jié)能措施:汽車中可廣泛使用新的配方汽油、電力、壓縮的天然

14、氣體、太陽能以及生態(tài)燃料的蓄電池等等。然而在這種汽車上裝上電腦，不斷在行駛中早先調(diào)撥組合，以使汽車發(fā)揮最佳性能。采用計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，以便對發(fā)動機(jī)的不同工況作出快速反應(yīng)，可取得最佳 燃料經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動機(jī)動力性能，可減少尾氣對大氣的污染。節(jié)約能源，有利環(huán)境，大力推廣車用乙醇汽油。根據(jù)有關(guān)專家指出，開發(fā)乙醇代替汽油，即節(jié)約能源，又可消化陳糧，使汽車排出的有害汽體減少，是一項(xiàng)有利于保護(hù)環(huán)境和資源的新課題。即汽車尾氣由原有毒氣體，變成為無毒氣體，再排放到大氣中。從而可減少對大氣環(huán)境的污染。1.采用催化劑:1）三元催化劑三元催化劑必須對濃度在百萬分之幾到百分之幾內(nèi)變化的CO、NOx、HC起凈化作用，同時

15、還要經(jīng)受短時間內(nèi)從很低的溫度升高到一般排氣溫度（400500C）的冷熱交換沖擊。因此要求三元催化劑的工作范圍廣、熱穩(wěn)定性高。三元催化凈化發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下 ：尾氣凈化尾氣凈化 Rh對N2形成具有很好的活性和選擇性，是三元催化劑的主要成分,Pt、Pd是除去CO和HC的有效金屬。通常一個凈化器用Pt0.9-2.3g、Rh0.18-0.3g,Pd的用量各個廠家差別較大?？杖急葘θ呋瘎﹥艋匦缘挠绊懭鐖D所示,同時凈化CO、HC、NOx最佳空燃比A/F=14.6。當(dāng)A/F14.6即氧氣過剩的情況下，CO、HC的凈化率較高；當(dāng)A/F14.6即富油情況下,NOx的凈化率較高。為了同時保持三種污染物的

16、凈化率，要求A/F=14.6+-0.1.三元催化劑的組成 貴金屬：三元催化劑中最重要的活性組分是 Pt、Rh、Pd。由于Pd對Pb、P、S中毒特別敏感，在還原氣氛下易燒結(jié)并與Rh生成合金使Rh的活性降低等原因，通常由Pt-Pd構(gòu)成催化劑，Rh作為添加劑可以提高Pt的耐高溫性能和使用壽命。稀土氧化物：稀土資源豐富、價格低廉、抗中毒能力強(qiáng)，國內(nèi)對稀土為主的復(fù)合金屬氧化物進(jìn)行了較多研究，主要是ABO3型稀土復(fù)合金屬氧化物。單組分的稀土氧化物對NOx的還原性能不好，低溫活性差、易燒結(jié)、壽命短。 一般使用復(fù)合型的稀土氧化物作為活性組分。隨著各種復(fù)合活性組分的加入和制備技術(shù)的改進(jìn)，已使稀土催化劑的性能大為

17、改善。普通金屬氧化物：普通金屬氧化物如CuO、MgO 、TiO2、ZrO2、NeO2、Cr2O3因資源豐富曾一度引起人們的重視。但作為主催化劑使用，其熱穩(wěn)定性差、活性低、起燃溫度高、使用壽命短很不理想。1991年國外發(fā)表了Cu-Cr作為三元催化劑的研究報(bào)告，除了抗S性能差之外，其它功能與貴金屬催化劑已不相上下。 涂層和助劑：涂層通常采用-Al2O3其比表面積大、表面吸附能力強(qiáng)。加入稀土元素、堿金屬、堿土金屬均可有效抑制Al2O3 的燒結(jié)和相變的發(fā)生。CeO2、LaO3等稀土氧化物可顯著提高貴金屬催化劑的活性。載體：最早采用的載體是球狀活性-Al2O3隨著對凈化器使用壽命和凈化率要求的提高，汽車

18、尾氣凈化廣泛使用的是整體型載體。根據(jù)基體材料，可分為陶瓷和金屬2種。 陶瓷載體大多采用堇青石(2Al2O3 -2MgO-5SiO2 )，經(jīng)擠壓和燒結(jié)后，具有許多薄壁平行直通道，其比表面積大、耐熱性能好、熱膨脹系數(shù)低。金屬載體通常有Ni-Cr等。最近，又出現(xiàn)了以泡沫金屬作載體的催化劑 。催化劑材料采用鉑（Pt）、鈀（Pd）、銠（Rh）和稀土元素作催化劑。鉑、鈀是氧化反應(yīng)催化劑，銠是還原反應(yīng)催化劑，鈀價格比鉑低，性能接近鉑。因此開發(fā)出高鈀凈化器，稀土元素具有儲氧能力，在瞬態(tài)貧氧條件下釋放氧，使其靠近陶瓷載體，貴重金屬附在稀土上面。稀土元素是氧化過程的催化劑，對鉑具有助催化能力。單一稀土與混合稀土的

19、活性大致相等，分離單質(zhì)稀土很困難，需要高昂的費(fèi)用，博山清水泵因此作為催化劑使用時，主要是使用混合稀土。鈣鈦礦型的稀土復(fù)合氧化物具有較強(qiáng)的催化氧化性能，它們可以把有機(jī)化合物催化氧化成各種氧化狀態(tài)，也可以催化氧化CO、SO2、NOx，還可以使燃料混合氣進(jìn)一步燃燒完全。 CO和O2化學(xué)吸附于催化劑表面并能夠發(fā)生反應(yīng)，因?yàn)樗鼈兙哂薪Y(jié)合的取向。有一部分能量被載體表面積吸收，導(dǎo)致CO分子內(nèi)的原子間結(jié)合程度的降低，因此被吸附分子內(nèi)的原子之間連接不牢固，容易被其他原子（如O）吸引，CO和O2很快發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 三元催化凈化器 三元催化凈化器起著對發(fā)動機(jī)做功產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化的作用，它是利用其濾芯中的鈀 鉑 銠

20、 3 種元素，通過氧化法或氧化還原法過濾廢氣中的碳?xì)浠衔?一氧化碳和氮氧化物等3 種污染物，使尾氣排放合乎要求。 三元催化凈化器安裝在汽車發(fā)動機(jī)的排氣裝置上，當(dāng)汽車廢氣通過凈化器的通道時， CO 和 HC 就會在催化劑作用下與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生無害的水和二氧化碳，而氮氧化物則在催化劑的作用下被還原為無害的氧和氮，其凈化效率很高，可以化90以上的有害物質(zhì)。HC捕集技術(shù)NOx吸附還原型催化器2.水洗:通過水箱，使汽車尾氣中的碳煙粒子經(jīng)過水洗和過濾及蒸氣的淋浴，可將粘在碳粒上的有毒物質(zhì)，使碳粒子脹大而給予去除。 正曲軸箱通氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì):把從氣缸竄入曲軸箱的氣體(主要是未燃?xì)怏w)再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣歧

21、管，使其再次燃燒，改變了過去將其直接排入大氣所造成的污染。發(fā)動機(jī)上的PCV系統(tǒng)就是發(fā)揮這樣的作用。 排氣再循環(huán)設(shè)計(jì):發(fā)動機(jī)排氣口用控制閥與進(jìn)氣歧管相連接，使排出的氣體經(jīng)過再次循環(huán)，以降低氮氧化物的排放量。 蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(碳罐):將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進(jìn)氣系統(tǒng)，而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲存系統(tǒng)，可大大減少污染物的排放。內(nèi)部凈化內(nèi)部凈化（4）低溫等離子技術(shù) 等離子體技術(shù)由于其凈化效率高，能同時處理多種污染物以及無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在汽車尾氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用中引起人們的特別關(guān)注。 低溫等離子技術(shù)用于機(jī)內(nèi)凈化主要是使空氣在送入內(nèi)燃機(jī)燃燒室之前等離子化，通過等離子體發(fā)生器將空氣等離子化使得

22、空氣中含有富足的原子氧和臭氧及其它激發(fā)態(tài)的氧，從而大大提高燃料的燃燒速率；同時等離子化的空氣中含有的氧粒子參與反應(yīng)的能力比中性的氧氣分子更強(qiáng)，可以使HC、CO得到充分氧化而大大減少有害物氣體的生成，這樣不僅可以節(jié)約能量，且能在一定程度上降低污染物的排放量。 等離子體技術(shù)在機(jī)外凈化中的應(yīng)用包括低溫等離子體的直接氧化還原法和低溫等離子體輔助催化還原法。前者主要是通過沿面放電或介質(zhì)阻擋放電(機(jī)外凈化的低溫等離子體技術(shù)一般情況下主要采用這兩種方式)使得由發(fā)動機(jī)排出的尾氣等離子化，由于等離子化后的尾氣中含有足夠的激發(fā)態(tài)的活性氧，極易與CO、HC發(fā)生反應(yīng)；同時尾氣中含有的HC和炭黑粒子又可以直接作為還原劑，在等離子區(qū)域與NOx化合，生成無害的N2、CO2和H2O。后者是一種將低溫等離子體技術(shù)與三效催化技術(shù)結(jié)合使用的一種方法，是低溫等離子體輔助HC的選擇性催化還原系統(tǒng)降低NOx的排放。此外，低溫等離子體技術(shù)通過靜電捕集的方法可以去除尾氣中的顆粒物4.2光催化降解技術(shù)。（5）光催化降解技術(shù) 近年來，國內(nèi)外對以二氧化鈦(TiO2)為代表性催化劑的多相光催化進(jìn)行了很多研究。