什么是汽车催化剂?

在中国生产的原油中,重油所占比例较高,而从中东进口的原油中钒的含量日益增加。在这两种情况下,都需要活性高、选择性好、抗钒污染能力强的稀土分子筛催化裂化催化剂来提高重油的裂化能力,增加产油量。然而,随着无铅汽油在中国的实施,高稀土含量的Y型分子筛不得不过渡到低稀土含量的超稳定Y型分子筛。尽管稀土仍是裂化催化剂不可或缺的组分,但随着原油加工能力的增加,其应用市场将继续扩大,其应用比例将下降是不争的事实。在美国,1984年催化裂化石油中稀土的消耗量达到12626t。

汽车催化剂是稀土应用市场上比较新的产品,分为氧化催化剂和三效催化剂。氧化不能解决氮氧化合物排放的问题,已经过时了。三元催化器在装有传感器的闭路系统中工作。它可以将CO和HC氧化成CO2,同时将水和氮氧化合物还原成氮气,同时可以控制内燃机中的空气(气体)/燃料(油)比。

汽车排气系统中安装有不锈钢箱,箱内放置有催化净化转化器。转化器中的汽车催化剂由蜂窝陶瓷或金属制成,蜂窝的内表面涂有由Al2O3、稀土基材料(CeO2和其他金属氧化物的混合氧化物)和少量贵金属(铂、钯或铑)组成的活性涂层。催化作用主要由贵金属如铂来完成。

稀土中的CeO2 _ 2具有优异的储氧能力,在空燃比变化时能起到优异的动态调节作用,即燃料多时供氧,氧化CO和HC,燃料少时以Ce2O3的形式起到还原作用,去除废气中的氮氧化合物。稀土以助催化剂的形式存在,通过铈的高效氧化还原偶联效应和高离子迁移率,提高三效催化剂的催化活性,节约贵金属,提高Al2O3载体的耐热性。特别是在CeO2中加入氧化锆和ZrO2形成的固溶体,能显著提高CeO2的热稳定性和活性,提高尾气净化器在汽车发动机温度下(最高可达570℃)的耐热性。近年来,欧洲、美国和日本都利用了这一成果。

中国需要深入研究催化的基础理论。

自20世纪70年代中期美国引入汽车催化剂应用以来,已有40多个国家实施了排放控制法律。2000年欧洲欧ⅱ标准要求颗粒物排放允许值为:CO 2.3 g/km,HC 0.20 g/km,NOx0.15g/km/km,2005年实施欧ⅳ标准时,颗粒物排放允许数将进一步降低40% ~ 50%。显然,环保法规推动了对颗粒物排放的日益严格控制,也催生了新的稀土催化材料,形成了日益强大的市场。

美国汽车保有量超过654.38+0.8亿辆。到654.38+0.996,汽车催化剂中稀土氧化物的用量已超过654.38+0.3万吨,占国内稀土总消费量的46%,到654.38+0.999已上升到总消费量的60%,年产汽车催化剂近5000万套,其石油裂解催化剂中稀土用量也是。1996已经涨到7300t,占稀土总消费量的25%。而中国的稀土催化应用显然还没有达到美国的高度。石油催化裂化占我国稀土总消费量的18%,而代表高科技产业的汽车催化剂仅占总消费量的不到2%。可见,中国稀土消费结构向高性能、高技术、高附加值产品转型还有很长的路要走。

与中国相比,汽车催化剂在欧洲的应用前景令人鼓舞。全球最大的稀土分离提纯制造商罗纳普朗克更名为罗地亚电子及催化剂材料公司,标志着下游产品催化剂材料已经作为产业结构调整的主要支柱。这些公司一般要求中国供应的稀土质量要一致,以保证其最终产品在5~7年内保持高性能。

罗地亚还为柴油车开发了新一代催化剂Eolys。这是一种以燃料为载体的氧化铈催化剂,用于柴油机微粒过滤系统。过滤系统是陶瓷壁流体过滤器(或过滤捕集器),利用稀土可以去除柴油机90%以上甚至99%的微粒排放。过滤器在被收集的颗粒完全堵塞之前,即颗粒组成的烟灰被燃烧之前,可以被Eolys再生。由于Eolys中的CeO2用于降低碳烟的着火温度,减缓燃烧引起的温升,整个再生过程温和,易于控制,可以避免负压的形成,降低柴油车的工作性能。由于是商业秘密,我们只知道Eolys能与柴油和柴油添加剂相容,能与柴油完全混溶,形成高度稳定的混合液体,可以像润滑油一样装在瓶子里用于柴油机。

相比汽油机,柴油机省油明显,除了油价更低。柴油发动机在欧洲越来越受欢迎,并得到广泛推广。我国油品结构,柴油是汽油的1.3倍,占石油总产量的27.2%。柴油已广泛应用于大型运输车辆、船舶、拖拉机、铁路机车和摩托车,解决其排放的黑烟一直是亟待解决的重大环境问题。利用罗地亚公司的技术作为催化剂,CeO2不仅解决了轻稀土的出路问题,而且有利于交通运输业的环保。

该催化剂缺乏必要的基础理论研究,深入研究CeO2 _ 2与ZrO2 _ 2等金属氧化物之间的相互作用如何影响催化行为,将直接关系到从挥发性有机化合物焚烧到废水处理等涉及环境的大量应用市场的发展。