在中国的大气污染中,氮氧化物的主要来源当属大型柴油车,是地面附近含有毒臭氧的光化学烟雾造成污染的主要原因之一。所以,若要缓解大气污染,最先要解决的问题是尾气排放。从燃料类型划分的汽车污染物排放量看,一氧化碳、碳氢化合物污染主要来自汽油车,NOx、PM污染主要来自柴油车。
当前,有三种主要的控制车辆尾气排放的措施,分别是机前措施、机内措施和机后措施。其中,前两者的技术难度高且减排效果有限。 机后措施是最为行之有效的处理方法也是当前主流方法,其采用包括空气喷射、氧化型反应器、三效催化器在内的多种净化方法,其中催化剂是影响净化效果的关键。
催化器是后处理的主要部分,催化剂是催化器的核心
尾气催化器主要发生氧化催化和还原催化两大类反应,氧化催化的目的在于使没有充分燃烧的一氧化碳、碳氢化合物、可溶性有机成分等在富氧条件下反应转化为二氧化碳、水;还原催化则旨在将剩余的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物通过催化还原成二氧化碳、水和氮气。正是基于氧化催化和还原催化这两大类反应,汽车尾气催化系统才衍生出三效催化器、DOC、SCR、DPF、POC、ASC等技术装置。
汽车尾气净化催化器主要由催化剂和金属壳组成,其核心是催化剂,主要由贵金属活性成分、催化剂载体、助剂和涂料四部分组成。 其中贵金属活性成分是催化剂的心脏,主要催化作用;载体提供有效的表面积和孔结构;涂层用于增加表面积,助剂用于改善催化剂性能。 当前,以巴斯夫、庄信万丰和优美科为代表的国外企业主导全球汽车催化剂市场。
蜂窝陶瓷为主要的催化载体
影响催化剂效率的关键因素之一是汽车尾气催化剂的载体,它充当活动中心和节省活性成分的用量。其中,蜂窝状载体是目前的主流,蜂窝陶瓷行业属于寡头垄断行业,康宁和NGK两者的市场份额高达90%。近年来,奥福环保、王子制陶等国内企业开始崛起,并在稳步提高综合竞争力。随着国六标准的实施以及对材料国产化要求的提高,国内企业将在蜂窝陶瓷市场中获得更多份额。
活性组分:贵金属和普通金属
活性成分是催化剂的心脏部分,主要有金属氧化物、普通金属和贵金属三类。当前,以铂、钯和铑为主要代表的贵金属应用最广。其中,铂和铑主要用于一氧化碳和碳氢化合物的氧化催化。铑主要提供氮氧化物的还原活性,同时还具有对碳氢化合物的氧化活性。贵金属催化剂的性能优异,但也存在许多不足,首先是价格昂贵,其次是对发动机的空燃比有严格的要求,并且容易产生铅、硫中毒失效。在普通金属方面,铜、铬、镍、钼和锰等普通金属对一氧化碳和碳氢化合物同样具有氧化催化作用,但由于它们的起燃温度高、热稳定性差、活性低等原因而未被得到普遍应用。
氧化铝为主要涂层,金属氧化物做催化助剂
涂层是一种复合粉末材料,由一种或多种含有活性成分的耐熔无机氧化物组成,用于增加作用面积。无机氧化物的类型和涂覆工艺对催化剂的性能具有重要影响。当前,大多数涂层使用氧化铝。
催化助剂主要是稀土金属氧化物和碱金属氧化物,它们不仅可以添加到涂层中,也可以作为活性成分的一部分提高机械强度和热稳定性,延长催化剂的使用寿命,并与贵金属产生协同作用,降低催化剂的起燃温度。
提升汽车产业的环保意识是尾气催化的发展保障
全球汽车工业正在不断发展,带动尾气催化市场发展。 尾气催化剂行业与下游汽车行业密切相关。据统计,未来全球汽车市场将继续维持稳定增长。轻型汽车的年均增长率将保持在3.3%左右,而对尾气催化器依赖更高的重型卡车的复合增速将达到9.2%。汽车市场在全球范围内快速增长,这也成为环保压力的重要来源。随着全球环保意识的增强,尾气催化行业也将应势而涨。
国六标准大幅提升尾气催化材料用量
在每个阶段,用于汽车尾气催化处理的技术途径不尽相同。 国六标准下,汽油车必须配备DPF催化转化器,柴油车必须配备DOC、DPF和ASC催化器,催化器成为必选项。催化器加装会增加尾气催化材料的使用量。主要在两方面,一是催化器数量的增加将加大对催化剂载体蜂窝陶瓷材料的需求。二是对于柴油车辆催化系统的改造也将带动沸石分子筛在国内尾气处理应用的突破。
国六标准下,加装催化器将加大对蜂窝状陶瓷载体的使用量。具体来看,汽油车需加装GPF,体积增加约一倍,对催化剂载体需求提升至3 升/台;柴油车加装 DOC、DPF、ASC,对催化剂载体需求提升至25升/台。若以前五年汽油车和柴油的平均产量计算,分别为2312万台和289万台柴油车,在中性条件假设下,2022年我国汽车工业对尾气催化剂载体的需求量将达到14017万升。
氧化铝用量大幅提升。国六标准下,不仅是 SCR、ASC催化器而且其它催化器也要用氧化铝作为涂料,催化器的加装会刺激对氧化铝的需求;另外,沸石分子筛用量的大幅提升。因为对于SCR催化器来说,原先的钒基涂层材料没办法满足国六标准下对氮氧化合物的排放要求,需要换为沸石分子筛的涂层材料。
国六标准的逐步深化促进燃油车辆尾气催化系统的进一步升级,这将在相关尾气催化材料市场掀起一片波澜。
了解更多:
排放控制催化剂
https://www.globalmarketmonitor.com.cn/reports/213890-emissions-control-catalyst-market-report.html
铑催化剂
https://www.globalmarketmonitor.com.cn/reports/211331-rhodium-catalyst-market-report.html
催化剂载体
https://www.globalmarketmonitor.com.cn/reports/210517-catalyst-carriers-market-report.html
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