催化转化器范文

催化转化器范文（精选10篇）

催化转化器 第1篇

汽车尾气中的碳氢化合物、一氧化碳及氮氧化合物经由催化转化器后,排至空气中的成分将有所降低。伦敦帝国理工学院科学家Benjamin Kingsbury博世近期设计出一款全新的催化转化器,能够降低汽车燃油消耗和制造成本。根据帝国理工学院描述,实验用的原型产品经过测试,可以另一辆汽车的油耗降低3%。同时,其还能够降低汽车尾气中二氧化碳的排放量。帝国理工学院解释道,全新设计的催化转化器中对稀有金属的依赖程度大幅减小,仅需使用原本用量的20%,间接地减少了催化转化器的制造成本。催化转化器虽然是一个小部件,但其中由于采用了铂和其他稀有金属,因此成本并不低。并且,催化转化器中稀有金属的成本占整个部件成本的60-70%。

催化转化器 第2篇

催化转化-生物降解法处理高浓度甲醛废水

摘要：提出了催化转化-生物降解法处理高浓度甲醛废水的新方法.研究发现,在温度为70 ℃,催化转化剂与甲醛摩尔比为 1:5,反应30 min,废水中甲醛去除率可达99.96%.预处理后的.甲醛废水BOD5/CODcr值由0.12升至0.50,甲醛浓度＜3 mg/L,大大提高了废水的可生化性.实验结果还表明,在采用生物降解法处理预处理后的甲醛废水过程中,当温度为35～40 ℃,pH值为7.0～7.5,水力停留时间(HRT)为9～12 h时,厌氧反应器有机负荷(OLR)为8.0～10.0 kg/(m3・d),好氧反应器OLR为1.0～2.0 kg/(m3・d),CODcr总去除率达到98.81%,出水COD<100 mg/L.该方法具有工艺简单、处理效率高和成本低等特点,有极高的实际应用价值.作 者：刘艳    朱振中    周良    LIU Yan    ZHU Zhen-zhong    ZHOU Liang  作者单位：刘艳,朱振中,LIU Yan,ZHU Zhen-zhong(江南大学,化学与材料工程学院,江苏,无锡,214122)

周良,ZHOU Liang(江南大学,生物工程学院,江苏,无锡,214122)

期 刊：应用化工  ISTIC  Journal：APPLIED CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：2010, 39(9) 分类号：X703.1 关键词：甲醛废水    催化转化    厌氧处理    好氧处理   

匹配—弱势经销商的催化器 第3篇

当厂方利用其品牌优势强行打压，通过断货、扣费用甚至开发新经销商等手段威胁弱势经销商时，很多人会认为是厂大欺商。其实，很多情形是，厂方人员奉行公司的发展策略以及品牌的运作方式，而经销商在运作过程中不尽如人意，甚至反其道而行之，导致厂方感觉经销商的思维、策略、实力已经与自己的品牌发展不匹配了。不匹配导致厂方采取很多措施跟进，试图达到自己的目的。当然，也不排除个别厂方人员因为个人情绪，公报私仇，诋毁经销商。无论从哪个角度出发，经销商既然认可厂方的品牌和发展思路，并想继续合作下去，就必须处理好和厂方的关系，遵循厂方的政策和策略，积极跟进，同时也要强化自己的实力和运作能力，让厂方感觉到“舍我其谁”，取得主动权。处理好厂方关系和强化自我是与强势品牌维持良好合作关系的两大方面。

马总是国内一家大型饮料企业的一级经销商，合作长达6年之久，然而公司在2010年推出新的单品，该区域客户经理没有和马总深度沟通就在当地重新开发了一个实力更强的经销商，只保留马总的老品牌经销权。其实，双方一直存在市场精耕和费用投入方面的矛盾，该客户经理为了提升销售业绩，就将新品转交给积极性较高的经销商。为此，老经销商市场开发热情更低，厂方支持也更少，市场在磨合中动荡。经过一年时间，新品客户激情高涨，获得不少利润，并对老品虎视眈眈。马总靠该品牌起家，但近年该公司大刀阔斧的改革和运用电脑、数据、渠道精耕等营销手法，让马总应接不暇，心有余而力不足，影响力慢慢衰落。马总其实不甘心，但是处境却越来越被动，还可能因矛盾激化失去全部经销权。

在这个案例中，经销商自身有三个薄弱方面：第一，没有与时俱进，让厂方重视自己，因为有重视才会有尊重。第二，在与厂方人员交涉过程中总是暴露不快和矛盾，没有顺畅沟通，而是挤压矛盾。第三，缺乏居安思危的远见，没有建立起自己的渠道壁垒，强势的渠道资源才是经销商谈判的筹码，没有哪一个厂家愿意砍掉渠道完善的经销商。

弱势经销商与强势品牌如何合作？

不匹配，先谦逊

无论经销商实力强还是弱，都要保持低调的态度，但又要有恒强的精神，让厂方感觉到自己虽然可能目前实力不足，但可以通过努力和完善达到新的高度，给予厂方信心，让厂方信任自己。当然，经销商还是要做具体的改革推进，不断完善自己，但至少自己的沟通表述和精神先要得到厂方认可。很多老经销在与强势品牌合作过一段时间后，厂方要清洗经销商群体时，抱着自己当年功劳怎么大的态度，在厂方人员面前不讲将来的市场如何运作，而是侃侃而谈他日之勇。时间长了，厂方人员会反感和不屑。不如保持谦虚态度，请厂方人员给予实际的指导和发展意见，说实话，做实事，更有利于双方的尊重和未来关系的发展。

不匹配，先规范

很多老经销商习惯于自己“当年”那一套，无视新的制度和方法，很容易招致厂方人员的不满。因为厂方人员也是在按照流程做自己的事情，经销商的不配合就是对厂方人员的不尊重，长此以往双方关系就会紧张。其实，做规范的事情，甚至经销商公司化管理已经是个趋势，很多大品牌在选择经销商时，对其管理水平、硬件、软件配备及是否公司化运营都有要求。因此，经销商也应规范做事，支持对方的工作流程。经销商没有公司化的，可以请厂方人员给予公司化运营的指导，标准制度、团队、文化的建设也有利于自身的发展和与经销品牌的匹配。经销商管理和运作水平的提升，也是博得话语权的基础和保障。

正视问题，和厂家保持顺畅沟通

厂商矛盾是客观存在和不可避免的，对于工作中的矛盾，应尽早解决，不要积累矛盾，造成不必要的合作障碍。顺畅的沟通是解决矛盾的有效方式，双方可以就某些观点和操作进行商谈。例如某次市场推广，由双方权衡，经销商可以执行的要爽快配合，确实有难度的，要求厂方人员申请支持。但很多时候，经销商一听厂方要做活动，反感很大，一口回绝，而厂方又需要执行统一活动，矛盾冲突凸显，互相怄气。这样解决不了问题，很多事情需要坐下来商讨。经销商一定要跟厂家沟通好，阐明自己的现实情况，取得厂家的理解，谋求更合理的共赢方式，而不是怨天尤人。

大方针追随，顺势发展，做出典范

大方针的追随是经销商必须做的，同时也是顺势突出的捷径。厂家执行的全国市场活动意义重大，基本没有商讨余地，需要经销商义务配合，与其做无用的搪塞，不如积极配合做出典范，得到厂方认可。这样的活动厂方都会给予充足的费用支持，经销商也可以利用这个时机，将市场进一步激活和做扎实。很多老经销商平时积累了许多小问题，若在大的问题上依然是对峙的态度，就会被厂方抓典型，受到大的处罚，甚至被淘汰。经销商和厂方的合作，必须具备洞察力，不做不必要的“牺牲”。

用渠道强度树立威信和影响力

经销商强弱主要表现在经营实力和渠道管控能力两大方面，其中渠道能力是经销商和厂方合作的核心，厂方选择经销商，是利用其健全的销售网点产生稳定的销售。良好客情和渠道强度也可以让经销商基业常青。但是很多情况下，市场秩序变化，经销商不能与时俱进，不断丧失自己的销售网点，这是一个危险的信号。市场竞争中，终端网点的陈列、地堆等也像大卖场一样开始出现各种名头的费用，一部分需要经销商良好的客情和拜访维系，同时也需要经销商投入一部分的费用强化、滋养渠道，因为你虽然经营强势品牌，但是你不投费用，竞品投费用，你的渠道强度就会减弱，甚至一些合作不愉快的门店被竞品变成专卖，并不断蚕食你的网点。市场氛围和渠道广度都会大幅度减少，销售量自然下滑。厂方自然会不满，合作也会进入紧张期。这种情况，首先经销商需要自己承担一定的渠道费用，同时也需要和厂家谈销售奖励，申请一定的渠道支持费用，来维系自己的渠道强度。如果经销商对于有费用的终端店采取拖、骗、放弃的态度，会造成渠道强度减弱，自己的话语权减弱，和厂方的合作就很难维系。既然是利用渠道赚钱，投入也在所难免。经销商的规范化管理和团队对于渠道的精细维护，良好客情的建立也可以为经销商缩减投入。与厂方市场人员的良好客情和费用支持也会为经销商的渠道强度加力。渠道强度和品牌力强度是提升经销商影响力的武器，弱势经销商只有通过努力构建，将自己在行业中的威信和影响树立起来，才能与厂方对等合作，以吸纳更多的强势品牌，壮大自己。

总之，弱势经销商和强势品牌合作，想得到融洽的局面，必须达到相匹配的程度，让自己慢慢强大起来，没有强大的时候，先谦逊起来，和厂方保持合作，借力规范自己的发展，通过市场表现、渠道管控、规范化管理作业，让自己成为成长型经销商，同时和厂方人员保持顺畅的沟通和深度的合作，推进合作的良性发展。

发动机催化转化器的优化 第4篇

带催化转化器的排气歧管内部流场的气流特性非常复杂, 而气流特性直接影响到催化转化器内部的催化反应效率等。另外, 整车OBD系统 (车载自动诊断系统) 要求在催化转化器的前端安装氧传感器, 而氧传感器对流经的气流速度有一定的要求。

本文建立的模型是包括氧传感器的催化转化器的排气歧管三维模型。分析计算的评价指标有以下两点:催化器载体前端的速度均匀性系数;氧传感器布置的位置。

模型建立

1.数模

共设计了两种排气歧管方案, 模型如图1所示。由于该排气系统为紧耦合式 (即排气歧管直接与催化器相连接) , 因此, 在分析催化器的速度均匀性系数时, 必须将排气歧管与催化器作为一个整体进行分析。

2.网格划分

此次计算使用FAME生成以六面体为主的计算网格。考虑到壁面附近的边界层影响, 在壁面上生成一层边界层网格, 为避免回流, 在进出口各拉伸2 0层左右的网格。整个排气系统的网格如图2所示。

3.求解器参数

采用迎风离散格式, 一阶隐式格式离散时间项, 压力与速度耦合算法选择SIMPLE。设定管内空气流动为可压缩粘性流动, 空气为理想气体, 湍流模型为k-￡-f方程。使用混合壁面描述壁面附近边界层流体速度和压力等的分布, 且要求贴近壁面的网格的y+值在11~200, 残差<0.000 1。

4.边界条件

催化器最重要的工况是最大体积流量工况点, 该工况气流分布较差。因此本文对发动机额定工况点进行了数据计算。

进口条件:质量流量360kg/h, 进口温度855℃, 湍流强度3.06%, 湍流尺度0.004m。出口条件:静压边界1.27×105Pa。

壁面条件:壁面函数:Hybrid Wall Treatment, 换热系数20W/m2K, 环境温度30℃, 外壁放射率0.25。

计算结果分析

1.评价标准

(1) 速度均匀性系数γ对于催化剂而言, 进入其中的气流分布越均匀, 则催化效率越高, 而评价气流分布均匀的指标就是速度均匀性系数。通常γ值在0~1, 越大表示均匀性越好, 一般要求其≥0.85。

(2) 最大平均流速 (AFV) 和最大流速差异性系数 (FSD) 最大平均流速和最大流速差异性系数均是评价氧传感器位置的指标。只有AFV≥100m/s, 同时FSD≤1时, 才能评判氧传感器的位置满足要求, 否则氧传感器的位置必须重新布置。另外氧传感器需要位于废气集中流经的部位。

2.计算结果

(1) 速度均匀性系数图3a所示为方案一载体前端气流分布, 四个支管的速度均匀性系数分别为0.768、0.861、0.876和0.742。第1缸和第4缸的均匀性系数小于0.85, 第2缸和第3缸的均匀性系数>0.85。图3b为方案二载体前端气流分布。从图中可以看出, 四个支管的速度均匀性系数分别为0.858、0.877、0.868和0.885。四个缸的均匀性系数均>0.85。

方案一中第1缸和4缸排气时, 气流集中流经的部位偏离了催化器的中心, 导致速度均匀性系数低, 催化转化效率降低。其他两缸排气时, 气流集中流经的部位经过催化器的中心, 没有发生偏离, 有助于催化转化效率的提高, 增加催化转化器的使用寿命。

(2) 氧传感器位置方案一和方案二各缸分别排气时氧传感器表面最大速度见表1和表2。方案一中第1缸排气时, 氧传感器表面最大速度为78.3 m/s, 第4缸排气时, 氧传感器表面最大速度为81.2m/s。这两者均<100m/s, 这是因为氧传感器没有位于废气集中流经的部位。第2缸和第3缸排气时, 氧传感器表面最大速度分别为163.0m/s和178.1m/s。这两者均>100m/s, 这是因为氧传感器位于废气集中流经部位附近。

方案二中第1~4缸排气时, 氧传感器表面最大速度分别为241.3m/s、191.1m/s、167.9m/s和231.9m/s。四个缸排气时, 氧传感器表面最大速度均>100m/s, 这是因为氧传感器位于废气集中流经部位附近。

当氧传感器表面最大速度<100m/s时, 会导致氧传感器不能准确测出废气中氧气的含量, 导致汽车油耗的增加。当氧传感器表面最大速度>100m/s时, 可以较准确地测出废气中氧气的含量, 达到整车OBD的要求。

方案一和方案二中第1~4缸排气时, 氧传感器周围的气体速度分布见图4。

结语

通过对方案一和方案二的计算流体动力学分析计算, 得到以下结论:

方案一中, 第1缸和第4缸排气时, 其速度均匀性系数不满足要求, 并且这两缸排气时氧传感器没有位于废气集中流经的部位。

方案二中, 各缸排气时, 其速度均匀性系数均满足要求, 并且各缸排气时氧传感器均位于废气集中流经的部位。

催化转化器 第5篇

2011年我接的高三（8）班有一位小詹同学，该同学在我的印象中是一开始的摸底考是在班里第55名（倒数10名）属于3A临界生的层次，但他每天很早就到学校，有礼貌，上课较认真，劳动积极，是一位懂事的孩子。当时我就让他当小组长。可不久，我发现在背诵、默写不过关和作业不能按时交的学生名单中总有他的名字。带着“他的学习时间是否得不到保障”的疑惑，有一天课间我故意在课室外跟他不期而遇，关心和了解他的学习情况，他跟我解释语文和英语基础一直都比较弱，他在努力，却不多说在家的学习情况。我看他态度真切，也就相信他，鼓励他不要灰心，同时提醒他做事要注意讲究方法和效率。后来他的表现时好时坏，我就打电话跟他家长交流，他妈妈一听是班主任就火急火燎地诉起苦来，直诉他上高中以来虽有学习目标但太沉迷于玩电脑、看球赛，生活习惯拖拉，学习应付了事，不听家长教诲。最后他妈妈一再求我帮帮她，把她这唯一的孩子扳回正道。我提议能否把电脑线和电视线停一段时间。他妈妈说不行，早有几次强行把网线停了，结果他经常到外面上网到很晚才回家，要不就整天看电视，长时间跟家长抵触，与家长冷战，有一次还发脾气，差点把电视砸了，他妈妈还跟我强调以后她会多与我联系，但不能让他知道她与我反映或了解情况，因为他很反感他妈妈老是让老师来管他、压他。尽管这位家长一再跟我强调他的孩子诸多不靠谱的行为，但我还是觉得这孩子有可爱和可教之处：对老师、同学态度诚恳有礼貌，对班里的事比较积极，比较爱面子，学习基础是比较差，但课间多数会留在座位看看、写写的，很少出去买零食或打打闹闹，因此我对成功转化这个孩子有信心。第一次模拟考结果出来，他退到全班倒数第3名，他的语文默写才得1分，给老师罚抄写的时候，我又走到他身边跟他聊起他的学习情况，我让他跟我分析一下影响自己学习效果的因素。他一开始轻描淡写地说了一些原因，但没有暴露出他晚上的时间大部分是在电脑前度过的。我说出了我的疑惑：他在班的表现不错，学习比较勤奋，更没有明显开小差的现象，下课也很少做与学习无关的事，理解能力也不差，按道理不可能太差。后来在我的一再引导下，他终于自己主动说出了问题症结：在班里他还会学一点，回家后，学习时间很少。其实心里是想学好的，但不懂的问题太多了，学得很累，学不下去，就会想着玩一下分散一下注意力，放松一下，可一玩就控制不住了，过后又后悔莫及。我就问他，预计高中三年要是拿张毕业证够了，还是有什么目标。他回答，想读设计专业，至少要考本科院校。我指出他的行为与理想的矛盾：想要好的收成，又舍不得花时间和精力，喜欢学生的身份又不能专注于学生本份。以他现在的情况，想要学习和消遣两手抓，结果是荒废学业、打击信心，内心又更空虚。我又故意批评他家长在这关键时期，还这样迁就和溺爱他很不好。他赶紧承认是自己不对，也表态坚决抵制电脑、电视的诱惑，专心学习。我说相信他能做到，但鉴于目前他的自制力不强，我会让家长配合一起帮助他克服干扰，他同意我的提议。此后，我经常关注他，也会告诉他各种提高学习效果的方法和心得，供他参考。在后来与其家长的交流中，他妈妈反映：他最近星期一到星期五还比较正常，有时也会玩半个小时，就去学习，一到周末还会拼命玩，没有高三毕业学生的紧迫感。于是我又加大对他学习检查和督促的力度。第二次月考成绩出来之后，他进步不大还在倒数10名内，他很沮丧。据他妈妈说基本又回到原来状态：考后又天天玩电脑，学校的事一点也不与家长交流。就这样，我决定去他家家访。没想到在他家楼下我先遇到了我六年前的一位学生家长也是他家楼下的邻居，她满心欢喜地跟我说他儿子去年在华南理工建筑系毕业后就留在广东省设计院上班了，还说了一些谢谢培养的话。我听了也很欣慰地恭喜他们，然后指着下来接我的小詹说，明年你们这栋楼又要出大学生了，他听了有点羞涩，也有一些向往。进了他们家之后与家长真诚交流，没有彼此的客套，我们围绕共同心愿：如何帮助孩子正确对待圆梦阶梯——高考，如何帮助孩子提高学习信心展开了讨论和分工。在他家里，我又找机会跟他独谈。我肯定了他这段时间的努力，并与他一起分析这次考试的得与失，让他明白：1. 成绩代表不了一切。这次考试失利，不能否定前期所有努力的价值；他在努力、在进步，别人也在努力、进步，学习就是相对的，不进则退。2. 面对困难，主动找方法解决。退缩和逃避不是解决学习问题的方法，要培养和坚持好的学习习惯。如：课前预习，课堂上要专心，课后及时复习，勤学习，勤总结，勤于利用周围的资源解决问题。高考本身的魅力就在于它是一场持久战、攻坚战，当中有起有落，有瓶颈现象都正常，能成功经得起高考的磨炼，并品尝到高考带来的酸甜苦辣是人生难得的幸事。

这一次的家访效果很明显，这孩子表示会刻苦学习，再也不会轻易放弃，再也不分心了，还主动提出怕自己自制力差，让爸爸把电脑收到他大伯家。在接下来的日子，我关注到他真的在努力、在进步，经常会主动问问题；关心自己的成绩进步情况；主动跟各科任老师分析自己学习、考试的得失情况，能虚心听取老师的建议，跟家长的关系也日趋和谐。2012年的高考，他顺利考上广西的一所本科院校，（这是他妈妈一开始不敢奢望的）还选到自己喜欢的工业设计专业，跟我报喜的时候还信心百倍的表示要利用时间学好英语以后准备考研，看着他信心满满、积极向上的样子，我不禁暗暗庆幸好在当初坚持关注他，尊重他，没放任他。

高尔基曾说过：“谁爱孩子，孩子就爱谁。”只有爱孩子，他才可以教育孩子。爱，是通往成功教育的桥梁，也是一条基本的教育原则。本次的工作案例让我体会到：

⒈ 尊重和关爱是做好后进生工作的催化剂。教育和改变一个人不容易，在人的所有情绪中，最强烈的莫过于渴望被人重视与信任，在老师和家长的尊重与关爱下，他感觉到温暖与自信，才容易亲其师，信其道，才更有前进的欲望和动力乐其学，从而使后进生转化工作更顺利和高效进行！

2. 通过沟通多向后进生伸出关爱之手。在学生期间由于年少轻狂、叛逆情绪或受其他不良因素的干扰，后进生容易迷茫，往往会进入怠学、厌学等恶性循环。对此班主任要在尊重和关爱学生的前提下，要多与学生、家长及时沟通，通过与他们之间的一次次推心置腹的交流，让他们感受到老师的真诚和关心，而某一次深入坦诚的谈话和启发，有可能帮一个人走出误区，甚至能改变一个人的一生，让人感恩一生……

（作者单位：广东汕尾市城区新城中学）

催化转化器 第6篇

1 三效催化转化器劣化性能仿真

1.1 传热传质模型

为了简化数学模型,假设气体进入载体孔道后,与其他孔道不进行质传递,则传热传质模型可认为是一维的;同时,考虑到三效催化转化器劣化是一个长期缓慢变化的过程,三效催化转化器处在相对稳定的环境下工作,可将三效催化转化器内传热传质简化为定常,用下列方程描述:

气相质量守恒方程:

气相能量守恒方程:

式(1)、(2)中:w为气体的流速,m/s;ρg为气体密度,kg/m3;kmi为组分i的传质系数,m/s;Csi为催化剂表面上组分i的浓度,mol/m3;Cgi为组分i的浓度,mol/m3;h为气体与载体间的传热系数,W/(m2·K);S为单位体积载体的表面积,m2/m3;Tg为气体温度,K;Ts为固体温度,K。

固相质量守恒方程:

固相能量守恒方程:

式(4)中:下标s'、g分别代表气体和固体;x、y、z为三个坐标轴方向;λx、λy、λz为x、y、z方向上载体的导热系数,W/(m·K);α(x)为单位体积载体上分布的催化剂的表面积,m2/m3;Cˉs’为催化剂表层中组分浓度Cs'i所组成的向量;ε为载体的孔隙率;ρs'为固体密度,kg/m3;Cps'为固体定压比热,J/(kg·K);(-ΔH)i为组分i的反应热,J/mol;Ri为组分i的反应速率,mol/m3·s。

1.2 化学反应模型

三效催化转化器内的化学反应是比较复杂的,催化反应是排气中的气相组分与贵金属催化剂在载体壁面上进行的,通常是大量基元反应同时进行。本文采用五反应机理模型,共考虑了CO、C3H6、CH4、NO、H2、O2等6种排气组分在载体内发生的化学反应。

CO氧化反应速率:

C3H6氧化反应速率:

CH4氧化反应速率:

H2氧化反应速率:

NO还原反应速率:

式(6)～(9)中:G为吸附和脱附作用对化学反应的阻碍常量;k1、k2、k3、k4、k5为反应速率常数;CCO、CC3H6、CCH4、CNO、CH2、CO2分别为催化剂表面CO、C3H6、CH4、NO、H2、O2的浓度,mol/m3。

1.3 劣化数值仿真

三效催化转化器的劣化特性数值仿真的整体过程如图1所示。首先以新三效催化转化器的贵金属催化剂铂(Pt)颗粒平均直径D、反应速率R为初始条件,通过对包含劣化过程的三效催化转化器劣化特性模型进行第一次劣化(10 000 km)仿真计算,得到温度场和氧浓度场,将case及data文件导入后处理软件,在Data→Alter中定义Pt颗粒平均直径及反应频率因子函数,然后输出第一次劣化仿真的Pt颗粒平均直径D1、反应频率因子α1;再以第一次计算得出的仿真结果作为第二次仿真计算的初始值,从而得到第二次劣化仿真的Pt颗粒平均直径D2、反应速率α2,以此类推,便可对整个劣化过程10万千米进行仿真,从而得出劣化过程中Pt颗粒平均直径以及反应速率。

图2～图3为三效催化转化器8×104km劣化前后的CO、NO气体起燃时间和转化效率的对比,并与文献[12]中的实验数据进行比较。

从图2、3中可以看到,劣化前,CO、NO二种气体均在30 s左右起燃,发生劣化后,则在80 s左右起燃,起燃时间明显变长;另外,转化效率比新鲜三效催化转化器也有明显降低,劣化后CO、NO气体的转化效率都低于70%,转化效率下降20%以上。如图2、3所示,转化效率仿真结果与试验结果基本相符,验证了仿真模型的正确性。

2 车用三效催化转化器劣化性能仿真结果分析

2.1 铂(Pt)颗粒直径的变化

首先通过仿真得到三效催化转化器的温度场,氧浓度场,将case与data文件导入后处理软件,再在Data→Alter命令中定义铂颗粒平均直径变化函数,得到Pt颗粒直径变化图,如图4所示。

从图4中可以看到,10 000 km行驶里程后,中心部分的Pt颗粒平均直径相比前部、后部的稍有增大,因为中心部分的催化剂温度比其他部分温度要高,受劣化程度也较大;三效催化转化器在20 000 km后,劣化有所加重,Pt颗粒平均直径相比10 000 km时均有增加,中心部分Pt颗粒直径的仍然最大,但前部Pt颗粒直径比中后部Pt颗粒直径小,这是由于前部的毒物沉积量增加,使得此处的Pt颗粒直径增大受到抑制作用,因而Pt颗粒小于中后部的Pt颗粒。随着行驶里程继续增大到60 000 km,Pt颗粒直径继续增大,但是前部的增大量明显小于中后部的增大量,表明此时前部催化剂颗粒受毒物中毒的影响更加严重了,Pt颗粒受抑制的作用也随之进一步加大。行驶里程从60 000 km到100 000 km,进一步加深劣化,Pt颗粒直径继续增大,但增大的速度降低了,而载体前部Pt颗粒直径,由于毒物沉积量的继续增大,毒物中毒对催化剂颗粒长大的抑制作用更加显著。100 000 km后,载体前部的Pt颗粒直径并没有明显的增大,相比60 000 km,只是大了20 A,载体中后部的Pt颗粒直径增大的速度也明显下降,增加量也仅为100 A左右。

2.2 反应频率的变化

对催化剂反应频率进行计算及分析对研究三效催化转化器的劣化性能是很有必要的。因为反应频率的下降也是三效催化转化器劣化的一个重要原因,不但使催化反应活性下降,尾气转化效率降低,还会缩短三效催化转化器的使用寿命。仿真得到劣化过程中反应频率因子的变化情况结果如图5所示。

从图5中可以看出,行驶里程到10 000 km,因为载体中部的温度比周边区域的温度高,载体中部反应频率最小,热劣化程度稍深;而载体前部反应频率因子要大于载体中后部,这是因为在劣化过程中,载体前部的毒物沉积量大,中毒程度比中后部要深。随行驶里程的增加,劣化程度继续加深,反应频率因子很快减小。行驶里程到了100 000 km时,劣化程度进一步加深。在载体后部靠近壁面的区域,化学活性的下降较小,反应频率因子最大,表明此处三效催化转化器劣化的程度较轻。

3 车用三效催化转化器劣化性能控制措施

从以上对Pt颗粒平均直径及反应频率因子随行驶里程的变化分析,可知催化剂中毒、催化剂烧结及催化剂催化效率降低是三效催化转化器的主要劣化特征。因此如果想要优化三效催化器的劣化性能,必须从根本上改善上述劣化特征。

催化剂的毒源来源于燃油及其添加剂,毒物通过占据催化剂活性位,堵塞催化剂微孔,造成催化剂失活,寿命缩短。降低催化剂中毒速率最直接的方法是尽可能减少燃料中引起催化剂中毒的毒源,改善燃油及其添加剂的品质。磷、铅是使催化剂中毒的主要物质,降低磷、铅含量是提高三效催化转化器抗劣化的有利措施。随着我国汽车行业的逐渐壮大,汽油无铅化进程也迅速发展,为三效催化器避免铅中毒提供了最为有利的条件。磷会在活性氧化铝涂层上形成一种非晶体状物体,覆盖在催化器的微孔上,阻碍废气中反映物分子的扩散,当催化剂中含磷在0.4%以上,催化剂活性就会下降,因此必须降低润滑油中的磷含量。对于其他的毒源,锰、氯、硫也要相应的降低添加量。

催化剂的性能改善是提高转化效率和耐久性的关键因素。防止催化剂过早失活,延长其使用寿命,可以从以下两个方面进行优化:其一是改善催化剂的工作环境,即减少催化剂的中毒几率,使催化剂的本征活性得到正常的发挥;其二是改进催化剂的制备,使其组成和结构更加符合使用要求,具有良好的活性和稳定性。

增加贵金属含量可以提高催化剂的转化效率,但是这样也会增加三效催化转化器的成本,因此这种方法不容易做到。Pd的价格比Pt、Rh低,且资源丰富,具有更好的低温活性和抗高温烧结性,因此全Pd催化剂成为三效催化转化器的另一发展领域。

贵金属的中毒失活造成了三效催化转化器劣化问题,因此很多学者提出在催化剂中加入辅助原料来缓解劣化。Ce、La、Pr、Nd等稀土元素的添加会提高催化剂的活性和抗中毒性。载体中添加稀土元素能提高贵金属组分的分散性,抑制贵金属晶粒与Al2O3反应生成无活性固溶体,稳定活性Al2O3涂层,延缓γ-Al2O3向α-Al2O3的高温相变,增强了热稳定性。

为了提高催化剂的催化转化效率,有学者提出催化剂的非均匀分布,研究表明催化剂非均匀分布要比均匀分布有着更为优越的性能。虽然非均匀性分布的催化剂抗失活性能好,但在制备上较为复杂,成本比较高。因此,为了制作方便,采用在均匀分布的催化剂表面涂上一层惰性保护层,它可以减少催化剂长期受到气流冲击或振动而产生的磨损,这样磨损掉的只是惰性且廉价的保护层,贵金属活性组分可以保留下来。

4 结束语

三效催化转化器的劣化是个非常复杂的物理、化学变化过程,除受发动机工况影响外,还与催化器的设计、催化剂配方、制备与封装等因素有关,劣化研究应以试验为基础,不断优化劣化台架的设计及其过程控制。本文建立合理有效的三效催化器劣化过程的仿真模型,提出了一些控制措施。作为项目研究,将进一步研究提高三效催化转化器的耐久性寿命。

参考文献

[1]Matsunagas S,Yokota K.Thermal deterioration Mecha nism of Pt/Rh three-way Catalysts[R].Toyota:Toyota Central R&D Labs,Inc,1998.

[2]Angelidis T N,Koutlemani M M,Sklavounos S A,et al.Causes of deactivation and an effort to regenerate a commercial spent three-way Catalysts[J].Studies in Surface Science and Catalysis,1998(116):155-164.

[3]Tabata T,Baba K,Kawashima H.Deactivation by poi soning of there-way catalyst for nature gas-fuelled engines[J].Applied Catalysis B:Environmental,1995,7(1/2):19-32.

[4]Fernandes D M,Scofield C F,Neto A A,et al.Ther mal deactivation of Pt/Rh commercial automotive catalysts[J].Chemical Engineering Journal,2010,160(1):85-92.

[5]Larese C,Granados M L,Galisteo F C,et al.TWC deactivation by lead:A study of the Rh/CeO 2 system[J].Applied Catalysis B:Environmental,2005,62(1/2):132-143.

[6]方茂东,程勇,詹兴泉,等.催化转化器老化试验相关性研究[J].汽车工程,2003,25(1):56-60.

[7]丁玉芳.催化剂的发动机台架快速老化试验研究[J].环境污染治理技术与设备,2000,1(6):65-70.

[8]袁健,沈文君.基于有限元法催化剂颗粒撞击壁面的数值模拟[J].机电工程,2012(10):1179-1182.

[9]陈晓玲.车用催化转化器内部流动的数值模拟[J].上海交通大学学报,2004,38(6):919-922.

[10]李有东,陈金亮.三效催化转化器性能劣化及其对策[J].小型内燃机与摩托车,2003,32(2):32-34.

[11]董正身,王金刚,韦俊民,等.三效催化转化器效能影响因素的研究[J].河北工业大学学报,2000,29(6):80-84.

催化转化器 第7篇

催化转化器是降低汽车有害物排放的装置, 电控燃油喷射技术加催化转化器已配置于现代汽车。2009年全国实施机动车污染排放的国-Ⅳ标准, 强制要求安装车载诊断系统 (OBD) 。OBD目的是控制排放, 国-Ⅳ排放标准对发动机或整车的低温起动排放污染物有严格要求。因此, 对车用催化转化器性能提出了严格要求。不但要有高的转化效率, 而且使用寿命要长, 所以必须对催化转化器劣化进行预测, 以保证车辆安全可靠运行。

影响催化转化器性能 (转化效率、起燃特性、老化寿命) 的主要因素有:催化剂的因素, 如催化剂的组分、用量、制备工艺和载体材料等, 对催化转化器的性能有决定性的影响;发动机的运行工况, 如排气流的温度、速度、成分等, 也直接影响催化转化器的性能;催化转化器结构因素。

随着智能技术发展, 相继提出了模糊理论、神经网络和小波分析等预测方法[1,2], 应用径向基函数网络 (RBFNN) 和压缩映射遗传算法 (CMGA) 的融合技术作为智能信息处理领域的有力工具, 虽已对电气类进行了预测, 但对车用催化转化器劣化预测的研究很少。

1劣化预测策略

图1为车用催化转化器劣化预测流程图。由图1可见:所采集的信号经预处理模块标准化处理后, 在故障诊断模块中通过RBF神经网络和压缩映射遗传算法 (CMGA) 的融合进行预测, 最终得到预测结果。

1.1预处理模块

为提高网络预测率并降低训练难度, 将直接对采样值进行标准化处理。在采样时刻K, 对催化转化器模拟采样值为X (k) , 标准化后为Xn (k) 。Xmax、Xmin分别为X的上、下限值, 则

undefined (1)

1.2融合预测模块

融合预测模块包含RBF与CMGA有融合算法和模糊预测模块。

1.2.1 RBFNN模块

图2为RBFNN模型。RBFNN有3层, 分别为输入层、隐含层和输出层。输入节点把信号传递到隐含层, 隐含层节点由高斯函数构成, 输出节点是简单的线性函数[3]。由图2可见:X1、X2、Xm是通过催化转化器劣化试验的采样值;y1、y2、yn是催化转化器预测结果。

1.2.2 CMGA模块

遗传算法 (GA) 是1种基于自然选择、竞争和群体遗传机理的全局优化方法, 已广泛应用于工程计算。但标准GA在操作过程中有时会早熟, 必须进行部分改进和调整, 以尽快朝全局最优方向搜索, 故提出了压缩映射遗传算法 (CMGA) [4]。

(1) 选择算子、杂交算子。

遗传操作中用轮盘法先计算种群中每个个体的选择概率undefined及累计概率undefined;再产生[0, 1]间的随机数r, 若r

设q1= (vundefined, vundefined, …, vundefined, …, vundefined) 和q2= (vundefined, vundefined, …, vundefined, …, vundefined) 为2个父代解向量, qz= (z1, z2, …, zi, …, zm) 和qw= (w1, w2, …, wi, …, wm) 是通过杂交获得的2个后代。在 (0, 1) 区间内生成随机数a1, a2, …am, 则2个后代qz、qw各向量分别为

由于算术交叉不同于离散交叉简单地交换位置, 而是和数学上的插值运算一样, 在2个父代向量的周围插值生成新的2个后代, 因此, 算术交叉的搜索范围比离散交叉要大, 具有收敛速度快、性能稳定及良好的局部微调能力。

(2) 变异算子。

变异能使遗传算法具有局部随机搜索能力, 故要求适应值大的个体在较小范围内搜索而使适应值较小的个体在较大范围内搜索, 使变异能根据解的质量自适应地调整搜索区域。引入变异温度T的概念:设q= (v1, v2, …, vk, …, vn) 为解空间的1个父解向量, f (q) 为其适应值, fmax为所解问题的最大适应值 (但其函数值最小, 因为本文处理的是最小值问题) , 其变异温度定义为

undefined (4)

若分量vk被迭代为进行变异, 其定义区间为[ak, bk], 则变异后的解为

q′= (v′1, v′2, …, v′k, …, v′n) (5)

undefined

(6)

式中, r是[0, 1]上的1个随机函数;λ是决定变异程度的1个参数, 它起着调整局部搜索区域的作用, 其取值范围一般为2～5。若为非一致性变异, 式 (5) 中的变异温度T改为undefined即可, 其中t为当前代数;T为最大代数。

1.2.3 RBF-CMGA融合预测策略

图3为RBF-CMGA算法程序流程图。RBF-CMGA算法的具体操作步骤为: (1) 根据给定的输入、输出样本集确定RBFNN的拓扑结构, 即设计RBFNN的输入层、隐含层和输出层的节点数; (2) 设定杂交率pc和变异率pm, 并在[-1, 1]内随机产生μ条染色体作为初始种群; (3) 对种群中的染色体进行译码并计算第i条染色体的评价函数Ei和适应值fi以及种群中fmax、fmin和种群适应值平均favg。并将fmax的染色体对应的RBF权值向量和阈值记为DM, 判断fmax是否满足目标适应值要求, 若满足则将fmax的染色体进行译码, 得到RBF的权值向量和阈值, 结束算法。否则执行 (4) ; (4) 进行遗传选择操作, 并对pc和pm作自适应调整, 采用改进的遗传算子进行杂交、变异操作, 形成新一代群体; (5) 对DM的权值进行计算, 求出各层神经元的误差信号, 用RBF算法的调整公式对DM的权值调整若干次后记为PDM; (6) 从父代群体和新一代群体及PDM中找出μ个较好的染色体形成下一代新的群体。转向 (3) 。

2劣化预测

2.1催化转化器模型

由气体和载体的能量平衡和质量平衡, 可得车用催化转化器载体的4个控制方程[5]

式中, ρg为排气密度, kg/m3;Cpg为排气的定压比热, J/ (kg·℃) ;Tg为气体温度, ℃;Sgeo为单位载体体积的几何表面积, m2/m3;hx为载体与排气间的轴向热传导系数;Tw为载体温度, ℃;M为排气的摩尔质量;Cg, i为排气中成分的浓度;hD, i为气体成分的传质系数;Cw, i为载体反应表面的i成分的浓度;σ为载体的开口率;ρw为载体材料的密度, kg/m3;λw, r、λw, x分别为载体模型的有效径向和轴向热传导率;Qc, r为化学反应热量;Scɑt为单位载体体积的催化剂表面积, m2/m3;Ri为i成分的反应速率。

由此可知:载体内催化转化反应受到2个因素的制约:化学反应速度和传质速度。当温度较低时, 化学反应的速度远低于传质速度, 此时, 总体的催化反应速度几乎完全取决于化学反应速度。当温度较高时, 化学反应的速度已相当快, 远超过传质速度, 总体催化反应速度几乎完全取决于传质速度。因此, 公式 (7) ～ (10) 可以预测催化转化性能。

2.2仿真分析

为了满足国-Ⅳ排放标准, 必须对催化转化器工作状况及燃油系统进行判断, 对催化转化器劣化进行预测。因此, 在催化转化器入口温度为220～500 ℃, A/F为14.7～15, 空速为60 000 h-1, 劣化时间为62.5 h的工况下, 取催化转化器性能试验的650个数据作为样本集。取样本集的一半作为训练样本集, 剩余样本作为样本测试集。采用训练样本集对RBFNN进行训练, 用来确定RBFNN的结构, 结果表明:RBFNN的最佳网络结构为:9-7-9。最后, 利用公式 (7) ～ (10) , 将测试样本集分别用RBF算法和CMGA-RBF融合算法对RBFNN进行测试, 经过样本的训练和测试, 得到的诊断情况如表1所示。由表1可知:对于同一个训练和测试样本集, RBF-CMGA融合算法的训练时间为20 s, RBF算法的训练时间为48 s;RBF-CMGA融合算法预测CO、HC和NOx的劣化系数分别为1.26、1.46、1.02;RBF算法预测CO、HC和NOx的劣化系数分别为1.30、1.76、1.00。故RBF-CMGA融合算法具有较好的分辨率和相关性的特点, 可用于车用催化器劣化的在线预测。

采用RBF和RBF-CMGA预测策略对进口原装催化转化器劣化进行预测, 图4和图5为分别经过62.5 h快速老化前后的空燃比和起燃比特性预测曲线。由图4可知:催化转化器快速劣化前后的空燃比特性变化不大, 催化转化器的转化率下降明显, 特别是NOx的转化率以及理论空燃比 (A/F=14.7) 附近3种污染物的转化率都显著下降。图5表明用RBF预测策略, 起燃温度从320 ℃变化到360 ℃, 升高约40 ℃;用RBF-CMGA融合策略时, 起燃温度从320 ℃变化到400 ℃, 升高约80 ℃。RBF神经网络的最佳阈值DM为0.45, 平均绝对误差为0.18 %。故RBF-CMGA融合策略的预测精度优于RBF, 具有较好的分辨力。

3试验验证

3.1试验设备与运行参数

按照车用催化转化器性能试验要求, 为验证RBF-CMGA融合预测策略满足国-Ⅳ排放标准对车用催化转化器的要求, 必须对催化转化器进行空燃特性和起动特性试验。催化转化器快速劣化试验装置如图6所示。试验循环由2个工况交替运行, 运行参数如表2所示。

3.2整车性能试验

将催化转化器装于汽车上, 进行催化转化器的劣化试验, 计算的平均转化率如图7所示。图7a是用RBF预测策略对催化转化器转化效率进行预测的结果;图7b是用RBF-CMGA融合的预测策略对催化转化器转化效率进行预测的结果。验证了催化转化器经快速劣化后, 装车试验时其平均转化率逐渐降低。CO、HC和NOx的劣化系数则分别为1.27、1.48和1.03。最终得到RBF神经网络的最佳阈值DM为0.5, 平均绝对误差为0.2 %。

由催化转化器性能劣化仿真和试验对比可知:RBF-CMGA融合策略的预测精确度优于RBF预测策略。RBF-CMGA融合预测策略对车用催化转化器起到了在线实时检测与预测作用, 具有较好的分辨力, 保证了催化转化器安全可靠运行。

4结论

(1) 利用RBF-CMGA融合理论, 提出了针对车用催化转化器劣化的在线预测策略。

通过劣化试验获取样本数据, 对该神经网络进行训练和测试, 表明该预测策略切实有效。

(2) RBF-CMGA融合预测策略对车用催化转化器起到了在线实时检测与预测作用。

试验结果表明:CO、HC和NOx的劣化系数分别为1.27、1.48和1.03。验证了该预测策略能够实现催化转化器在线劣化预测, 具有较好的分辨力, 保证了车用催化转化器安全可靠使用。

参考文献

[1]Li L J, Su H Y, Chu J.Generalized predictive control with on-line least squares support vector machines[J].ACTA AUTO-MATICA SINICA, 2007, 33 (11) :1182-1188.

[2]丁丰平, 张华强, 苏振.基于预测控制的Fuzzy-PID控制器算法研究[J].电子器件, 2007, 30 (6) :2152-2154.Ding F P, Zhang H Q, Su Z.Investigation of Fuzzy-PID con-troller arithmetic based on forecast-control[J].Chinese Journalof Electron Devices, 2007, 30 (6) :2152-2154.

[3]肖健梅.基于径向基函数神经网络的柴油机故障诊断[J].仪器仪表学报, 2005, 26 (4) :355-357.Xiao J M.Fault diagnosis for diesel engines based on RBFNN[J].Chinese Journal of Scientific Instrument, 2005, 26 (4) :355-357.

[4]邹承明, 钟珞, 涂建维.神经网络与压缩映射遗传算法耦合技术研究[J].武汉理工大学学报, 2003, 25 (1) :40-42.Zou C M, Zhong L, Tu J W.Study coupling between neuralnetwork and contractive mapping genetic algorithm[J].Journalof Wuhan University of Technology, 2003, 25 (1) :40-42.

催化转化器 第8篇

关键词：CO2,催化转化,应用,探讨

矿物燃料煤、油和天然气的大量燃烧为现代工业和社会发展提供了廉价的能源,同时,也造成全球CO2排放总量不断增长,由此引起的全球变暖已经对人类的生存环境构成威胁。因此,在满足人类对能源日益增长需求的同时,控制温室气体的排放总量是全球共同关心的环境问题,已引起各国政府、产业和学术界的广泛关注。

目前CO2催化消除的主要技术有:(1)合成甲烷气体;(2)加氢生成甲醇、二甲醚、甲酸等;(3)分解成C。催化剂是这些转化技术中的重要研究部分。

2国内外研究现状

2.1 CO2的甲烷化技术

CO2甲烷化反应是由法国化学家Paul Sabatier提出的,因此,该反应又叫做Sabatier反应[1]。反应过程是将按一定比例混合的CO2和H2通过装有催化剂的反应器,在一定的温度和压力条件下反应生成水和甲烷。

CO2的甲烷化反应为放热反应,适宜在较低的温度、较高的H2、CO2比例下进行,关键是选择性能良好的催化剂[2]。

大量研究发现,A12O3、SiO2、TiO2和MgO等负载的过渡金属Ru、Rh、Ni和Pd等催化剂都具有良好的催化CO2甲烷化性能。Ru是CO2甲烷化反应中最具低温催化活性的金属[3]。

2.2加氢合成甲醇技术

甲醇作为一种基本有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景,CO2催化加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径。CO2加氢合成甲醇过程中,由于CO2的惰性及热力学上的不利因素,难以活化还原,传统方法制备的催化剂转化率低、副产品多、甲醇选择性不高,因此研究新的廉价的催化剂,提高催化剂的反应活性和选择性来优化利用CO2资源十分必要。

20世纪60年代,铜基甲醇合成催化剂诞生,甲醇合成改用低温低压工艺是甲醇合成历史上的一次重大变革。多年来国际上对低压合成甲醇催化剂的研究一直相当活跃,并有显著进展。赵云鹏等人研究了CuO-ZnO/ZrO2催化剂的制备方法及条件对催化剂活性的影响。按照CuO、ZnO、ZrO2质量比为1∶1∶2制备的CO2加氢合成甲醇的催化剂,在反应温度250℃,压力1.0Mpa,空速1 600 h-1的条件下,确定了催化剂制备条件对CO2转化率的影响:采用并流沉淀法,沉淀温度70℃,生成沉淀的pH值8～9,焙烧温度350℃,制备的CuO-ZnO/ZrO2催化剂的活性最好[4]。

2.3加氢合成二甲醚技术

二甲醚因其较高的十六烷值、优良的压缩性,而具有良好的工业性能,利用CO2加氢直接制二甲醚可有效地减少工业排放的CO2,生产极具应用前途的清洁燃料和重要的化工原料,具有重大的经济和社会效益。

CO2加氢直接合成二甲醚的双功能催化剂含有甲醇活性组分和甲醇脱水活性组分。

2.3.1甲醇合成活性组分

CO2加氢直接制二甲醚双功能催化剂所采用的甲醇合成活性组分大部分为合成气制甲醇的CuO-ZnO基催化剂,研究主要集中在CuO与ZnO质量比(Cu、Zn比)、制备方法和条件对催化活性的影响、助剂的选择等方面。

王继元等制备了不同Cu、Zn比的Cu-ZnO/HZSM-5双功能催化剂,实验结果表明Cu、Zn比为3∶2的催化剂,CO2的转化率和二甲醚的选择性最高。Arena等在180～240℃、0.9 MPa的条件下研究了CO2加氢直接合成二甲醚的双功能催化剂,实验结果表明,Cu、Zn比为39∶12.4的Cu-ZnO-ZrO2/HZSM-5催化剂的性能较好。他们还发现当Cu、Zn比较大时,CO2加氢生成甲醇的活性较高,Cu-Cu+协同作用构成了反应的活性中心。

2.3.2甲醇脱水活性组分

由于甲醇脱水反应是酸催化反应,在双功能催化剂中所用的甲醇脱水活性组分一般为固体酸,目前研究最多的是分子筛如Y沸石、丝光沸石和HZSM-5等。

李增喜等[5]考察了-Al2O3和HZSM-5分子筛作为甲醇脱水活性组分对双功能催化剂性能的影响,结果表明,以HZSM-5分子筛代替-A12O3作为甲醇脱水活性组分能明显提高催化剂的性能。分子筛尤其是HZSM-5分子筛比-A12O3更适合作为双功能催化剂的甲醇脱水活性组分。

2.4 CO2分解成C

1990年Tamaura和Tahatan首次利用氧缺位磁铁矿直接将CO2转化成C,从他们的结果来看,该反应选择性好、反应温度不高,且CO2转化效率高,这为CO2直接分解成C的研究开辟了一条新的途径。

利用各种类型的简单和复合金属氧化物在H2还原活化前后分解CO2成C的活性试验的结果表明,决定金属氧化物分解CO2活性的因素是氧缺位程度、夹晶石结构(包括NaCI型结构)及其含铁相,而其它各类金属氧化物活性均较低,甚至完全无活性。氧缺位铁酸盐分解CO2成C的活性较高,且按Mg

3问题探讨

(1)CO2甲烷化机理以及CO与CO2共存时的甲烷化反应机理还存在很多不确定因素,与CO相比,对CO2甲烷化机理的研究有待深入。

(2)研制新型催化剂是CO2加氢合成甲醇的关键技术之一。超细负载型催化剂因具有比表面积大、分散度高和热稳定性好的特点,将成为一种发展趋势,是今后研究的方向。国内外目前虽已研制出此类新型催化剂,但都局限于实验室研究阶段,要进入工业应用阶段,仍有相当大的难度。

(3)虽然到目前为止,国内外不少学者已对CO2加氢直接制二甲醚的双功能催化剂进行了大量的研究,但所报道的催化剂仍存在CO2转化率低、二甲醚选择性不高和稳定性较差等显著缺点,这主要是由于目前所报道的双功能催化剂的甲醇合成活性组分绝大多数是直接采用合成气制甲醇的Cu-ZnO-A12O3催化剂。近年来的研究表明,CO2加氢反应和CO加氢反应的活性中心并不相同,另外,由于CO2制甲醇反应产生了大量的水(这点与CO加氢制甲醇有显著的不同),而反应体系中大量水的存在会促使催化剂中有效活性组分Cu的晶化,从而降低催化剂的活性和稳定性。因此,有必要对适合CO2加氢的甲醇合成活性组分作进一步的研究,以提高CO2加氢直接制二甲醚双功能催化剂的活性、选择性和稳定性。

参考文献

[1]孟运余,尚传勋.CO2甲烷化还原技术研究[J].航天医学与医学工程,1994,7(2):115-120.

[2]易丽丽,马磊,卢春山,等.CO2催化加氢甲烷化研究进展[J].化工生产与技术,2004,11(5):33-35.

[3]Darensbourg D J,Bauch C G.Revs.Inorg.Chem.1985,7(4):31.

[4]赵云鹏,田景芝,荆涛.CO2加氢合成甲醇催化剂CuO-ZnO/ZrO2的制备[J].齐齐哈尔大学学报,2006,5(22):1-3.

[5]李增喜,冯玉龙,王日杰,等.合成二甲醚铜基HZSM-5催化剂的研究-制备条件和反应条件对催化剂活性的影响[J].催化学报,1998,19(4):367-370.

催化转化器 第9篇

目前市场上空气净化器的种类较多,按照去污功能分为物理型、化学型和离子化型。物理型是通过过滤除去悬浮颗粒物;化学型则是利用中和、催化和分解作用除去有害气体;离子化型是采用电量放电、等离子体和紫外线除臭,杀灭细菌。这三类净化器各有特色,但净化效果都不太理想。目前,我国的室内空气污染已比较严重[1],主要原因有两点:一是装修材料应用越来越广泛,一些外观效果好的材料往往含有大量甲醛、苯、氨及多环芳香烃等有毒物质,它们直接危害人体健康;二是室内通风效果差,使得污染物高度积聚。随着广大城镇居民环保意识的提高,开发高效、方便、光谱、价廉的空气净化器显得十分必要。

光催化氧化法是基于TiO2催化剂在紫外光或部分可见光作用下产生氧化能力很强的羟基自由基、过氧自由基等多种活性态氧,最终能使各类污染物矿化为水、二氧化碳和无害的无机物,同时也能杀灭细菌和各种病毒[2]。TiO2无毒,化学性质稳定,反应条件平和,不产生二次污染,是一种理想的光催化剂。但该技术的缺陷是:粉末TiO2催化剂难回收,纯TiO2光催化效率和对可见光吸收率较低。为此,将TiO2催化剂负载于载体表面可克服难回收的问题,向TiO2中掺入一些金属和稀土元素离子和一些光敏剂将能提高催化剂的催化效率和对可见光吸收[3]。目前国内外有关的研究报道虽然很多,但至今尚未取得实际应用的突破。

蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷,内部是由薄壁分割的三角、四方、六边或圆孔形通道,其材质主要有堇青石、刚玉、莫来石和钛酸铝等。比一般陶瓷具有低热膨胀、耐热冲击、抗氧化、比表面积大和耐腐蚀等特性,是优良的催化剂载体材料,也是理想的废气处理催化剂载体[4]。

将蜂窝陶瓷制成一定厚度的矩形三维陶瓷网,采用溶胶-凝胶法[5]将TiO2的前驱体——钛酸溶胶负载在载体上,得到光催化三维陶瓷网。将此插入具有紫外光源、活性炭滤网、反应室、风机及具有控制系统的箱体内,得到光催化空气净化器。

1 实验部分

2.1 材料和仪器

矩形三维陶瓷网(厚度为10 mm的矩形状,热膨胀系数14.0×10-7℃,孔数62孔/cm2,容重0.42g/cm3,由江苏高淳陶瓷股份有限公司提供),钛酸丁酯及所用的酸、醇等化学品均为分析纯。6W UV—C灯、活性炭滤网、风机等。用扫描电镜法(SEM)测定负载膜的厚度、TiO2颗粒的分布与排列(由南京大学现代分析中心完成)。

1.2 检测指标和方法

实验需进行空气中甲醛、细菌总数的检测,同时测定光催化三维蜂窝陶瓷网的理化性能,见表1所示。

1.3 实验方法

将TiO2光催化剂在蜂窝陶瓷表面负载包括以下步骤:把钛酸丁酯、酸、醇和水混合制成钛酸溶胶,将经过表面修饰的三维蜂窝陶瓷网载体浸于TiO2的前驱体——钛酸溶胶中一段时间,然后以一定速度将三维蜂窝陶瓷网提拉出钛酸溶胶液面、晾干,重复此过程数次,用程序升温法焙烧浸渍了溶胶的蜂窝陶瓷载体,得到TiO2光催化剂的蜂窝陶瓷网。

按图1制作高效光催化空气净化器,净化器的外形尺寸为(550×806×250)mm3(含滚轮),风量为3.0 m3/min,风量切换为低、中、高3段,净化定时为(0.5～99)h,耗电/待机时为90W/10W,工作噪声≤30 dB,整机质量约为20kg。插入的TiO2光催化三维光催化蜂窝陶瓷网的数量可按需要增减。

2 结果和讨论

采用称量法,得到三维蜂窝陶瓷网载体上TiO2的负载量为0.21mg/cm2。

图2是TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网断面的SEM照片,中间层即为TiO2膜,底层为蜂窝陶瓷载体。可以看出,TiO2膜的厚度均匀,约(300～400)nm,TiO2的粒径约(10～30)nm,膜的外观透明。表明采用的溶胶-凝胶法负载可以得到较好的TiO2膜。

TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网净化空气的灭细率见表2:

由表2可见,24h时的灭菌率达到95%～99%。在同样条件下,未负载TiO2的空白三维蜂窝陶瓷网也有一定的灭菌效率,这是紫外线杀菌的结果。2个灭菌率的差异,便是光催化杀菌的效率。由于光催化氧化的杀菌能力来自于紫外光和产生羟基自由基的氧化作用,可以预计本法对其它致病菌也有优良的杀灭性能。

同样条件下进行净化甲醛的结果见表3所列:

表3同样说明了TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网对净化空气中的甲醛具有很高的效率,国家规定的室内甲醛安全浓度为0.1mg/m3,本方法仅用10h就使超标近5倍的甲醛浓度达到安全水平之下。未负载TiO2的空白三维蜂窝陶瓷网也有一定的净化效果,这也是紫外线的作用。同样,由于光催化氧化净化甲醛的能力来自于产生羟基自由基的氧化作用,可以预计本方法对其它有机污染物(如苯、多环芳香烃等有毒物质)也应该具有很好效果。

3 结论

a) 采用溶胶-凝胶法将TiO2的前驱体——钛酸溶胶负载在蜂窝陶瓷载体上,得到TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网。它具有比表面积大,空气阻力小,TiO2负载均匀的特点,非常适用空气净化。

b) 负载的TiO2的粒径和膜厚度均为纳米级,能够充分发挥TiO2的光催化氧化作用。

c) 研制的以TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网为主要元件的高效光催化空气净化器显示了高效的净化空气能力,能使超标近5倍的甲醛经10h处理后就达到安全浓度之下,24h时的灭菌率也能达到95%～99%。

摘要：研制了一种高效光催化空气净化器,其净化方式为:污染空气随进风机通过初级过滤网和活性碳滤网,以去除颗粒物并吸附有异味的易挥发有机物;经初级净化的气体进入置有紫外灯和TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室进行深度处理后排出。TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网是净化器的核心部件,采用溶胶-凝胶法将TiO2的前驱体——钛酸溶胶负载在蜂窝陶瓷载体上。该净化器在运行时,当空气中的甲醛起始浓度为(0.420.49)mg/m3时,10 h后净化率93%96%;当空气中起始的细菌总数为(554924)cfu/m3时,24 h后灭菌率为95%99%。显示了光催化空气净化器的应用前景。

关键词：TiO2,光催化,蜂窝陶瓷,空气净化器

参考文献

[1]徐正厚,徐业林,张瑜.农村住宅室内空气污染现状的研究[J].中华医药杂志,2006,6(5).

[2]刘守新,刘鸿.光催化及光电催化基础与应用[M].北京:化学工业出版社,2006.

[3]龙明策,蔡俊,蔡伟民,等.化学进展[J].设计新型可见光响应的半导体光催化剂,2006(09).

[4]沈美庆,王军,翁端,等.堇青石蜂窝陶瓷载体涂层与热稳定性研究[J].中国稀土学报,2004,22(4):527-531.

汽车催化器气体流动特性模拟研究 第10篇

对于常规结构的催化器, 由于扩张管的气流扩散, 导致流速分布不均匀, 气流流动集中在载体的中心区域, 而在载体的边缘区域气流量小, 造成中心区域流速过快, 温度过高, 使催化剂在中心区域劣化加快。这种流动不均匀性降低了催化器的转化效率, 又减少了使用寿命。同时, 载体阻力和扩张管壁面气流分离造成的压力损失, 也影响发动机的动力性和经济性。

本文采用ANSYS /CFD有限元分析软件对催化转化器的流动特性进行二维模拟分析, 研究中首先建立常规90°扩张管催化转化器模型, 利用数值模拟的方法分析催化转化器的流动特性, 并通过实验数据验证了模拟分析的正确性。

然后通过建立不同的扩张管模型进行模拟研究, 比较各结构对催化转化器流场的影响。在得到不同扩张管流动规律的基础上, 通过对比分析, 总结各结构对催化转化器流动特性的影响。

通过ANSYS分析后, 90°扩张管催化转化器气体流动特性如图1所示。

对常规结构40°、60°、120°扩张管结构进行模拟分析, 得到了气体流动矢量图, 如图2、图3、图4所示。

从图1～图4所示可以看出, 由于扩张作用, 气流在进入扩张管后速度逐步降低。当气流与载体接触时, 由于载体的阻力作用, 导致气流速度明显降低。气流在扩张管区域内有较强的扰动, 而且在壁面处气流速度降低极大, 与壁面发生分离。同时, 载体中流速分布从中央向周边逐步降低, 中央部分速度高, 扩张管周边区域速度低。

图5为40°、60°、90°、120°扩张管催化器载体端流速分布曲线, 结合图1～图4可以得出, 40°扩张管的流动均匀性最好, 载体入口的速度分布优于其他结构, 其射流区域更大, 涡流区域较小, 载体的速度均匀程度较好。而60°、90°、120°扩张管壁面造成的涡流扰动要大于40°扩张管。由于扩张管角度增大, 导致在扩张管壁面附近气流分离逐渐严重。随扩张管角度增大, 载体处流动均匀性依次降低, 造成催化转化器载体前流动分布的不均匀, 同时造成局部压力损失, 严重影响催化转化器的转化效率和使用寿命。

因此, 根据以上分析可以得出如下结论:

1.扩张段的扩张锥角对气流速度分布均匀性有很大影响, 载体横截面的速度差值随扩张角增大而增大, 合理减小入口扩张管锥角, 可明显改善载体的流动性能。

2.减小入口扩张管锥角, 可以减少气流在扩张管壁面的分离, 以减小涡流区, 使流速分布均匀, 同时降低局部阻力损失。