[00887308]满足国V排放标准的天然气汽车尾气净化催化剂研究及应用

机动车飞速发展带来严重的污染问题，中国对机动车污染排放实行标准控制，天然气车于2013年1月实施国V排放标准。随着标准的升级，清洁能源天然气车尾气排放的甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)必需安装净化催化剂才能达标排放。中国天然气车主要用于城市公交和出租车，据《2017年中国机动车环境管理年报》，2016年中国天然气车CO、HC、NOx排放量分别为86.9、12.1和23.5万吨，控制其排放是解决城市和人口密集区空气污染的有效措施之一。另长期以来尾气净化催化剂被BASF、庄信、优美科等国外公司垄断，必需打破其垄断。 天然气车有稀薄燃烧和理论空燃比燃烧两种方式，满足国V排放标准分别需要氧化型和三效催化剂技术。面临主要科学技术问题：（1）CH4的低温高效转化；（2）稀燃天然气车催化剂面临着H₂O和SO₂中毒问题；（3）国产化的瓶颈是缺少高性能催化材料和催化剂及产业化的关键设备。 该项目在科技部“863”和国家自然科学基金等项目的资助下，采用股权制创新产学研模式合作，解决了上述问题，形成了3项发明专利和3项实用新型专利。 创新点1：自主研发了双功能锆铝基新催化材料，突破了天然气车尾气净化所需的新催化材料制备技术瓶颈。发展了锆铝、锌锆铝、钛锆铝和铈锆铝4个系列的锆铝基双功能催化材料，有效解决了催化剂H₂O和SO₂中毒，同时降低了CH4的转化温度。其中以TiZrAlOx为载体的催化剂对CH4完全转化温度(T90)为280℃，是国内外文献报道的最低值。10％H₂O水热老化后，催化性能劣化小；经60ppm SO₂老化10h后，活性不下降。 创新点2：自主发展了贵金属高稳定分散技术，解决了天然气车三效催化剂的低温活性和高温稳定性以及稀燃天然气车氧化型催化剂的低温活性问题。通过表面活性剂络合法抑制贵金属间的团聚，同时利用合适的贵金属前驱体有效匹配载体材料的等电点，提高贵金属分散度；通过催化剂制备条件的精细控制，形成贵金属高稳定分散技术，降低贵金属用量；而且，选择不同助剂提高催化剂的氧空缺，活化CH4的C-H键，解决了CH4低温高效转化。发展了低温高活性、宽温度窗口、贵金属高稳定分散和高温稳定的天然气车催化剂制备技术，开发了满足国V排放标准的单Pd、Pt/Pd和Pd/Pt/Rh3个系列9个品种催化剂，贵金属含量从120g/L降低到80g/L。 创新点3：自主研发了催化材料共沉淀设备和全自动多工位涂覆机等产业化关键设备，突破了国外技术封锁。建成具有自主知识产权的生产线，通过ISO/TS16949认证。 建立50吨/年的双功能锆铝基新催化材料和50万升/年国V天然气车催化剂生产线，为其国Ⅴ排放标准的实施提供了技术和产品支撑。2013年全面批产与供货玉柴等20余家国内知名企业，匹配机/车型122款，累计完成销售3.8亿元，实现污染物减排50万吨。据中国内燃机工业协会统计，该项目产品市场占有率超过30％，居国内第一，打破国外垄断，首次超过三家世界知名企业在中国的市场占有。主持制定天然气车催化剂行业标准2项，培养专业人才22人，形成了具有核心竞争力的技术创新团队和产业化团队，使中国天然气车尾气净化催化剂产业跻身国际先进行列。