9月1日,由四川省清洁能源汽车产业协会牵头,中自科技股份有限公司、四川大学、四川省机动车排污监控中心联合承担的四川省科技计划重点研发项目《在用压缩天然气汽车减排净化重大技术和装置研究及应用》,通过四川省科技厅验收,这一成果标志着四川省在用压缩天然气汽车尾气净化技术取得重大突破,为交通领域“双碳”目标推进提供了有力的科技支撑。
一、瞄准治污痛点,科技攻坚破解行业难题
压缩天然气汽车因其清洁、经济的特性,在国内大量推广使用。但受限于技术瓶颈,部分汽油车改装的压缩天然气汽车后,其未完全燃烧的天然气导致的氮氧化物(NOx)排放没能得到彻底解决,受到一些质疑。为彻底解决这一痛点,四川省清洁能源汽车产业协会联合多家单位启动技术攻关,历经两年,31名科研人员通过580余次实验、86次实地测试和3800个参数修正,成功突破催化剂材料、系统控制、抗衰老、改装匹配难等核心瓶颈,攻克甲烷净化效率低、极端工况失活、成本过高、车型调校不准等难题,研发出具有自主知识产权的高性能催化剂系统和净化装置。
二、三大技术创新突破,取得标志性成果
项目针对压缩天然气汽车尾气净化核心难题,实现三大关键性技术创新突破:
1.高效催化剂创新突破。
项目成功开发针对压缩天然气汽车尾气处理的新型铈锆铝(CeZrLa)催化材料和高抗SiO2-YxZr1-xO2(二氧化硅-钇掺杂氧化锆)和Al2O3-CexZr1-xO2(氧化铝掺杂铈锆氧化物)复合材料。运用这些材料活性,通过优化载体和制备工艺实现铂(Pt)基高分散三效催化剂的三大突破。
①实现氧化还原高效催化。能在350℃下可全净化一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx),甲烷起燃温度低至340℃(新鲜态),以及老化后800℃水热,催化剂甲烷转化率较传统材料提升32℃窗口,有效解决了排放控制的行业痛点。
②实现协同催化稳定可靠。由于新型Pt基高分散催化剂含有高分散Pt纳米颗粒,采用原子层沉积(ALD)或强静电吸附法(SEA),使Pt以单原子或超小团簇形式均匀分布,提高原子利用率,尾气净化更为彻底。富缺陷铈(Ce)基载体可稳定铂(Pt)颗粒,防止高温聚集,抗烧结与抗硫性能极强,使用更加稳定安全可靠。
③实现减少贵金属用量降低成本。新型Pt基高分散催化剂通过优化载体和制备工艺,实现低贵金属负载(<1wt%)下的高效催化,减少了传统催化剂依赖高含量高成本贵金属铂钯铑(Pt、Pd、Rh)的使用,金属负载量降低40%,降低成本35%。
2.智能化控制系统创新突破
项目通过内置多套预设参数和自适应算法,开发出新一代天然气控制器,搭建自适应车型的“智能控制平台”,实现尾气排放智能化控制。
①实现智能控制。采用压缩天然气(CNG)控制系统构建汽油与天然气两用燃料协同控制机制,采用空燃比λ动态微控技术(目标值λ≈1.01),依托氧传感器反馈数据自动调节供气量,持续优化燃料供给,确保催化剂始终处于最佳净化状态,实现污染物高效转化。
②实现智能识别。系统能够自动识别车辆型号、发动机特性和驾驶习惯,大幅提高了改装效率和系统可靠性。
③实现智能自学。系统通过监测发动机转速、负荷、温度等数十项参数,结合驾驶员的操作习惯,不断调整天然气喷射量和点火时机。经过数千公里的“学习”后,系统可为特定车辆建立最优化的燃料供给MAP图,使天然气模式下的动力输出与燃油模式几乎无异,同时确保燃料经济性最大化。
3.模块化尾气净化器创新突破。
采用通用简便适用的结构设计,开发了能满足市场需求三种不同型号的净化器,每种型号内部催化剂的配方和填充量都经过精确计算,确保达到排放目标。净化器采用“三段式”结构——前端法兰盘可360度旋转以适应不同角度的排气管走向;中段壳体设计为可伸缩结构,长度调节范围达15cm;尾端采用标准卡箍连接方式。这种设计使同一净化器可适配绝大多数乘用车型,现场仅需简单切割和焊接即可完成安装,将传统需要2-3小时的安装过程缩短至30分钟左右。
三、示范应用显效,经济环境效益双赢
四川省清洁能源汽车产业协会大力推动下,在成都、绵阳等四市的50辆双燃料车示范应用中,加装专用系统后,超标车辆的尾气污染排放100%达标,氮氧化合物(NOx)减排86.1%,一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)综合减排超85%;运行一年后达标率仍为100%,综合减排75.7%,单年合计减排污染物约60吨。
该技术推广后,单车年节约燃油成本超3000元,单车年减排三种污染物约1.2吨。按四川现有57万辆压缩天然气汽车测算,全省年节约燃油成本超17亿元,年减排污染物可达68万吨,经济与环境效益显著。
项目发表论文3篇,申报国家专利4项(含发明专利3项),不仅实现四川天然气汽车尾气催化剂性和催化器能跻身同类产品前列,更以自主创新技术助力我省压缩天然气汽车绿色低碳发展,为四川乃至全国交通运输领域“双碳”目标注入科技动力。
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