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我国稀土催化及汽车尾气净化器现状浅论

时间:2016-02-22  来源:中国节能减排网  作者:[db:作者]  浏览次数:386

  化剂以来,稀土在汽车尾气净化催化剂中的应用目前已占到美国稀土应用的最大份额。例如,美国1996年在汽车尾气催化剂中的稀土用量达到11000t(REO计),占当年美国稀土总消耗量的46%传统的汽车尾气催化剂一般是以贵金属为主::,但即使是贵金属催化剂,在其基底的分散层里,也需加一定量的稀土以稳定氧化铝的高温相。这就是美国的汽车尾气催化剂虽然以贵金属为主,为什么其稀土在汽车尾气催化剂方面用量仍然很大的原因之一。

  对稀土在汽车尾气污染控制方面的应用,除了在净化器的核心技术催化剂中的应用外,电喷系统中的氧传感器也是以稀土为主要材料制备而成的。由于电喷在发达国家的汽车中已基本普及,而电喷必须有氧传感器才能构成闭环控制系统。这样,氧传感器的应用使得稀土用量又占一部分,这就是美国在汽车尾气污染控制方面有llOOOt稀土用量的另一个原因。

  表1稀土在汽车尾气催化剂中的应用简介主催化剂稀土氧化物的作用稀土元素种类Cu-Mn-La钙钛矿型氧化物催化剂组分贵金属稳定剂、分散剂、贵金属的活化剂氧化铝载体的稳定剂Ni合金牛成NH3的抑制剂y-A2o3负载催化剂的稳定剂催化剂载体防止Ru升华催化剂或Ni的促进剂贵金属贵金属的分散剂过渡元素与稀土的钙钛矿型化合物催化剂组分表1是稀土在汽车尾气催化剂中的应用简介。如表所示,稀土在汽车尾气催化剂中有着广泛的应用,在催化剂中可作为促进剂、活化剂、分散剂、稳定剂,以及复合氧化物使用时的催化剂组分等。

  开发低品位稀土在汽车尾气催化剂中的应用是一个很有前景的方向。Ce02的储氧和释氧功能与氧空位浓度很有关系,适当的掺杂Zr4+、Gd3+、La3+等元素都能提高Ce的储释氧能力由可见,无论是对C0的氧化反应,还是对于NO还原反应,纳米稀土催化剂的性能都比普通盐溶液浸渍法制备的催化剂优越。如起燃温度平均约差50度。在同样成分条件下,纳米稀土催化剂的NO还原效率也比盐溶液浸溃法制备的催化剂效果好。

  4.2贵金属组分对稀土催化剂的增强作用就目前的技术水平,纯稀土催化剂或仅采用过渡金属复合稀土的催化剂尚不能满足环保标准要求的使用寿命,一般要添加少量贵金属如铂、钯、铑等成分。是稀土催化剂与复合贵金属后的净化效果比较。显然,添加贵金属后对催化剂的活性有明显的改进。起燃温度降低,净化效率提高。

  在国外,一般汽车尾气净化器的寿命要求达到(1.01.6)x 105km.仅用稀土催化剂,按目前的技术水平,其寿命平均只有(3~5)x 104km.因此,国际上普遍采用贵金属催化剂来保证净化器的寿命要求。由于全球贵金属资源的匮乏,以及经济成本的制约,20世纪90年代以来,国际上几家大的净化器厂家竞相研究用稀土或过渡金属部分替代贵金属。例如,1995年推出的全祀催化剂在性能上完全可与Pt-Pd-Rh催化剂相媲美。其主要作用是通过La的富集改善Pd在NC还原方面的不足。

  5国内汽车尾气净化器应用现状从原理上分,治理汽车尾气,首先是汽油无铅化,其次是电喷的普及,最后是安装汽车尾气净化器。治理汽车尾气污染是一项综合性的技术,采用汽车尾气催化净化器是不可缺少的一环。目前,用于机外净化的汽车尾气催化转化器在发达国家已普遍应用。在全球约6亿辆汽车中,有2.5亿辆车安装了汽车尾气催化转化器。

  有关资料表明,1993年以前,除北京外,国内尚无其他城市安装汽车尾气净化器,尤其是采用陶瓷蜂窝载体的净化器。1995年以来,由于未来市场潜力的驱动,国内能拿出汽车尾气催化转化器样品的生产厂家已有100余家。目前国内已有20多个净化器产品获得了国家环保产品认定证书,有10余家企业具备了年产5 ~10万套产品以上的规模能力,产品性能、质量基本能满足当前的应用要求,其中几家骨干企业正着手投人巨资扩产,达到年产100~150万套的生产规模。

  到1999年底,由于我国在全国范围内尚未采取严格的机动车尾气排放控制法规,稀土催化剂在我国汽车尾气排放污染控制中一直没有起到明显的作用。从而影响了我国稀土在机动车尾气污染控制方面的用量。以1999年为例,我国只有北京、上海、广州、昆明、重庆等少数城市采取了严格的地方法规控制汽车尾气污染,安装的汽车尾气净化器不足100万套。

  使得稀土在我国汽车尾气净化方面的用量仅几十吨,与美国在汽车尾气污染控制方面的llOOOt稀土用量比差距很大。

  大力发展汽车工业是我国的既定国策。振兴我国的汽车制造业,使之成为国民经济的支柱产业,是我国政府经济发展的重要目标之一。根据中汽总公司行业预测和国家信息中心预测,到2010年,我国汽车保有量将达到4000~5000万辆。显然,这将使我国汽车尾气排放与环境保护之间的矛盾更加尖锐,对促进我国稀土汽车尾气催化剂的研究和发展有一定的推动力。

  表3我国未来几年汽车保有量和净化器市场需求的预测年份汽车保有量/万辆净化器需求量/万套表3是我国未来几年汽车保有量和净化器市场需求的预测。据有关部门估计,今后10 ~15年中,我国汽车保有量将以年平均9%的速度增长。到2005年,我国汽车尾气催化转化器市场将有800万套的需求。以上预测仅计算了国内市场。考虑中国的稀土资源以及目前的人力优势,在汽车尾气催化转化器领域进人国际市场是完全可能的。

  我国政府已于2000年1月1日起执行新的尾气排放标准GB14761-1999.所有机动车只有采用电喷加装三元催化转化器,才能达到新的排放标准。随着我国汽车工业的迅速发展,以及有关政府部门和公众对环境保护的日益重视,适合我国国情的汽车尾气排放净化技术和产品的市场已开始形成。显然,这部分市场的启动将带动我国稀土应用新领域的发展。

  另外,我国已是摩托车生产和使用的大国。由于燃烧效率的差异,单台摩托车的污染排放量与单台小汽车的污染排放量相当。1997年我国摩托车产量已达1000万量,1998年超过800万辆,1999年又达1000余万辆。尽管我国摩托车出口量较大,但这部分出口的摩托车也需加装尾气净化器。也就是说,稀土尾气催化剂在摩托车尾气排放污染控制方面的应用也将起到很大作用。

  关于柴油车以及我国近来推广的清洁燃料车如液化石油气燃料车和压缩天然气燃料汽车,尽管污染物排放量比普通汽油车要低的多,但要达到我国的机动车尾气排放标准GB14761-1999,仍需加装尾气净化器,只是对催化剂的要求与普通汽车不同而已。因此,在清洁汽车的尾气污染控制方面,稀土催化剂也有用武之地6关于汽车尾气净化器应用的问题及建议目前,在稀土催化剂及汽车尾气净化器的开发应用方面主要存在以下几个问题:技术路线不合理。前已述及,治理汽车尾气污染,第一步是汽油无铅化;第二步是普及电喷;第三步是安装三元净化器。必须以汽油无铅化为前提,确定闭环电控或电喷加三元催化转化器作为控制手段。我国目前化油器车仍占90%以上,与此同时,一套净化器的最佳工作条件,还应该有空燃比控制机构。目前许多城市只抓末端治理的净化器技术,对相辅相成的汽油无铅化和电喷技术没有引起足够的重视。因此,从汽车尾气治理的技术路线上看,安装三元净化器还不完全具备条件。

  虽然我国基本实现汽油无铅化,但目前的汽油质量与国外比,仍存在一定差距。车用油品质量问题直接影响了催化剂的性能,如其中残留的铅化物、硫化物致使催化剂中毒;又如油品中烯烃含量较高,其聚合物将降低发动机燃烧效率,甚至直接覆盖在催化剂表面,从而使其失活。据石化专家介绍,我国要在全国推广使用符合欧洲1号排放标准的车用汽油,尚需m年左右的时间,特别是降低汽油中硫、铅等有害杂质的技术还不过关。

  配套政策、法规不完善。从环保法规方面考虑,对大气法及有关的机动车排放法规,应进一步加强实施力度。另外,城市法规、地方法规与国家法规之间的协调也尚需努力。

  从管理角度看,目前一些地方政府过分依赖进口产品,使得净化器国产化进度缓慢,同时导致用户负担过重,资金外流,售后服务也不能保证。因此,国家应强化宏观控制,政府各部门之间尚需进一步加强协调,特别是科技、计划、生产、环保、公安、交通等部门的协调对扩大我国稀土资源的应用、发展环保产业、加强城市大气污染控制等具有重要意义。

  从尾气治理的技术方面看,产业化、专业化水平低。目前有关稀土催化剂的低温活性、富氧环境中的还原性能、催化剂寿命、载体的强度等方面还应开展进一步的技术攻关;关于汽车尾气净化器部分硬件技术、催化转化器总装集成技术及与不同车型的匹配技术等方面与国外产品有一定差距;研究部门、开发部门和产业化部门协调不够,大专院校和研究院所的结合有待进一步加强;现有的几家汽车尾气净化器生产厂家对稀土催化剂的开发力量和评价手段不足,产品质量不能保证:最后,围绕国内机动车尾气治理这块年销售额达数十亿元的、巨大的、潜在的市场,无论从研究开发的拨款资助方面,还是产业化的贷款支持方面,国家应进一步重视,加强汽车尾气净化器的产业化基础建设和市场培育。

  通过对我国稀土催化和汽车尾气净化器应用现状的认识,建议采取一些相应的措施,以促进我国机动车污染排放控制产业的良性发展。例如,利用国家的宏观调控能力,通过环保技术政策及示范和对环保市场监督规范的手段,对机动车污染控制产品的发展进行引导、规范、监督与服务。对机动车污染控制的市场导向,以新生产车控制为主,采用闭环电喷加装三元催化转化器,确保稳定达标。对在用车则以维修保养为主,采用适宜的技术改造和淘汰为辅。对于产业化的管理,在国家层次上扶持机动车尾气治理装置的几个龙头企业,以规模化求效益,与国外公司竞争生存。引人积极的市场竞争机制,允许国内产品公平竞争,降低治理费用。由政府出面协调,加强行业协作,在项目安排时进行政策倾斜,并给予国家拨款和贷款的鼓励。另外,需加快城市道路建设和交通管理自动化建设,为机动车提高运行效率创造一个有利的外部环境。

  关于机动车污染排放控制的政策和法规方面,机动车稀土尾气净化催化剂中的应用是一个多学科的系统工程,跨部门、跨行业,还涉及到环境保护的政策法规问题。只有加强政府的立法执法力度,才有可能控制汽车污染。进一步完善机动车污染排放控制法规,特别是针对庞大的在用车,要有区别地制定治理和控制政策,完善汽车保养维护及报废制度。对新车的排放污染控制,可结合国家新的法规实施,进行强制性执行。制定、实施一系列税收政策,以及实行征收排污费制度;鼓励机动车排污达标。对代用燃料车的排放控制,实行排放认定政策。建立科学的技术标准和评价方法,开展环保产品认定,加强监督管理。

  关于机动车污染排放控制的产品方面,为新生产车配套是各催化净化器企业发展的根本方向,也是保证生产规模和经济效益的基础,如桂林利凯特环保实业有限公司与济南轻骑集团的合作就是一个很好的例子。发展我国知识产权的净化器产业,同时加强国际合作,吸取国外的先进技术,促进我国的机动车尾气污染控制技术和产品的升级换代。

  关于稀土汽车尾气净化器产品标准化。为促进稀土汽车尾气净化器产品及市场的进一步规范化,需要对稀土催化剂生产的行业标准,稀土汽车尾气净化器的产品评价标准,以及稀土汽车尾气净化器与汽车的匹配标准等进行产品标准化的完善工作。

  为促进稀土在汽车尾气排放污染治理中的应用,建议选取一个典型城市开展一项1000台汽车尾气排放污染控制的示范工程。通过批量的汽车尾气净化器的安装和使用,包括跟踪测试及催化剂考核,为大批量的汽车尾气净化器的产业化,积累稀土汽车尾气催化剂的实际应用经验,有效治理我国机动车尾气排放起到一种示范作用。

  7结语在机动车尾气控制方面,通过近20年科技界和产业部门的不懈努力,已经具备了良好的基础,完全有能力研制出符合我国国情、拥有知识产权的技术并使之产业化。随着我国对机动车尾气排放法规的更加规范与完善,通过政府的支持及科技界和产业部门的不懈努力,机动车尾气净化将会有一个全新的发展和飞跃。

  我国的稀土储量和产量在世界上都是第一,考虑到目前我国的汽车现状,以及现行的汽车污染排放控制标准,加上我国稀土资源丰富,价格便宜。在“十五”期间,利用国家发展环保产业的机遇,大力开发稀土在汽车尾气净化催化剂领域中的应用,既可带动稀土产业的发展,又治理城市汽车尾气排放产生的大气污染。对合理利用稀土资源,保护生态环境,实现社会、经济的可持续发展具有重要意义。

  本文得到了国家计委稀土办、中国稀土学会以及国内稀土催化各位领导、专家和同行的大力支持,在此谨致衷心的感谢。

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