柴油机Cu基分子筛催化剂的特性研究

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摘 要：为了满足国家重型车国六排放法规的要求，对Cu基分子筛催化剂进行特性分析研究。通过Cu基分子筛、Fe基分子筛及钒基催化剂的性能对比，结果表明Cu基分子筛能更好的满足国六排放法规的要求。文章并对Cu基分子筛在不同温度，不同空速对NOx转化效率，以及新鲜态与老化态的存储能力进行特性分析。

关键词：Cu基分子筛;SCR;Fe基分子筛;钒基催化剂

中图分类号：U473  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2018）23-257-02

The Research on the Characteristics of Cu-based Zeolite for Diesel Engine

Zhong Qiuyue， Gao Yanxin， Hu Shuai

（ Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd.. Technology Center， Anhui Hefei 230601 ）

Abstrat： The Characteristics of Cu-based zeolite are analyzed and studied in order to meet the China VI emission limits. This paper compares Cu-based zeolite with vanadium-based catalyst and Fe-based zeolite， and the result shows that Cu-based zeolite can meet the requirements of China VI better. This paper also studies the NOx conversion efficiency of Cu-based zeolite at different temperature and different space velocity. Also， the paper compares the storage capacity of fresh and aging state.Keywords： Cu-based zeolite; SCR; Fe-based zeolite; vanadium-based catalystCLC NO.： U473  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2018）23-257-02

1 引言

随着环境恶化的加剧，机动车排放法规越来越严格，发动机排放开发难度逐渐增大。柴油机的主要污染物是NOx和PM。SCR技术已经成为柴油机为了满足国四、国五及更高排放的主要去除NOx技术。

在SCR中发生的化学反应如下：

尿素水解：

（NH₂）₂CO+H₂O—2NH₃+CO₂

NOx还原：

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

4NO+O₂+4NH₃→4N₂+6H₂O

催化剂作为SCR催化器的核心组成部分，主要分为两类：一类是以V2O5-WO3-TiO2为主的钒基催化剂，另一类是Cu-ZSM-5和Fe-ZSM-5为主的分子筛催化剂。

本文通过试验对三种催化剂的性能进行对比，并單独对Cu基分子筛的催化性能进行研究。

2 试验设备

如图1所示，试验设备为装有SCR后处理系统的柴油机试验台架。

3 Cu基分子筛特性研究

3.1 不同种类催化剂的性能对比

（1）温度的影响

催化剂的催化效率会随着温度的变化而变化，因此温度是影响催化剂性能的一个重要指标。

如图2所示，Cu基分子筛与钒基催化剂和Fe基分子筛相比，低温时转化效率较高;在400℃以上，三者均具有良好的转化效率。

但考虑到国六阶段柴油机的技术路线为DOC+DPF+SCR，DPF再生时SCR入口温度在600℃以上，钒基SCR在550℃发生挥发，会对污染环境。因此综合低温性能和高温性能，Cu基分子筛性能最优。

（2）热老化的影响

随着排放法的加严，催化器的排放耐久性越来越受到重视。但是车辆在实际运行过程中，催化剂肯定会发生不同程度的老化，使转化效率下降。

图3是三种催化剂经过670℃/64h水热老化后对NOx的转化效率。如图3所示，经过水热老化后，在300℃时，铜基分子筛SCR和铁基分子筛SCR的转化效率仍可达到80%以上，效率衰减比较轻微;然而钒基SCR的老化效率却衰减到20%以下，基本失去转化功能。

3.2 Cu基分子筛的特性分析

（1）空速的影响

由图4、图5可知，随着空速的增加，NO_X的转化效率逐渐降低，这是由于空速的增加导致NOx与催化剂接触的时间

变短，反应不完全。尽管空速会影响NOx的转化效率，在300℃-500℃之间，三种空速下新鲜态Cu基分子筛的转化效率均可高达95%以上，而老化态Cu基分子筛的效率略有降低。

（2）新鲜态与老化态的储NH₃能力对比

催化剂的储NH₃能力是衡量催化剂能力的一个重要指标。

由图6可知，Cu基分子筛的储NH₃能力随着温度的升高而逐渐降低。新鲜态Cu基分子筛在250℃时可以储存2.7g/l的NH₃，而老化态只能储存1.7g/l，降低了37%。但由于Cu基分子筛存储能力随着温度的升高而逐渐降低，新鲜态Cu基分子筛存储能力衰减较快，因此在400℃时新鲜态和老化态存储能力达到一致。

4 结论

本文通过试验数据对比，可以得出如下结论：

（1）与钒基催化剂、Fe基分子筛相比，Cu基分子筛在低温段及高温段转化效率较高。并且反应温度窗口较钒基催化剂宽。在进行老化后，Cu基分子筛较其余两种催化剂效率高。

（2）随着空速的增加，Cu基分子筛的转化效率降低，但新鲜态在250℃-450℃转化效率仍可达到95%以上，老化态效率略有衰减。

（3）Cu基分子篩储NH₃能力随着温度的升高而逐渐降低，老化后的Cu基分子筛储NH₃能力降低。

在面对国六法规时，Cu基分子筛既可以满足低温时高转化效率的要求，又可以满足DPF后高温对催化剂热老化的影响，因此在国六阶段SCR催化剂建议选择铜基分子筛。

参考文献

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