分会场

内燃机碳中和与排放控制

摘要

甲烷（CH4）是一种重要的温室气体，其引发温室效应的能力是二氧化碳（CO2）的25倍。传统CH4氧化催化剂需要在较高温度（起燃温度T50＞350 ℃）下工作，电场催化是低温高效氧化低浓度（0.20 vol.%）CH4的有效方法之一。首先，将2wt.%钯（Pd）负载到铈锆铝载体上，制备成复合催化剂并涂覆到基底材料上，然后切割成尺寸为7×5×20 mm3的样件并施加电场进行性能评价。结果表明，在51,000 h-1空速下，无需额外热源加热催化剂，施加25 mA电流（电压434 V）时，新鲜催化剂CH4转化率可以达到72%；施加100 mA电流（电压187 V）时，CH4转化率可以达到90%，至少保持30小时稳定运行。热电偶检测两种电流条件下热效应引发的催化剂床层温度分别为175 ℃和220 ℃。同样测试了相同催化剂的热催化性能，发现在225 ℃以下不会发生CH4氧化，398 ℃才能达到50%转化率，证明通过在催化剂表面施加电场可以显著促进CH4的低温氧化过程，并且这种催化效果不是由电流热效应导致的温度上升引起的。在反应气中加入10 vol.%的水蒸气，运行18小时后电场中（电流100 mA）的CH4转化率有所下降，但依然可以稳定在65%左右。在反应气中加入25 ppm SO2，相同电流条件下运行20小时，CH4转化率下降至56%，结果表明，电场中催化剂具备一定的抗水性能，但抗硫性能有待提升。此外，在涂覆过程中加入10wt%的Ce-Zr空白载体涂层，并利用5wt%的钴氧化物（CoOx）取代1wt%的贵金属Pd，然后施加100 mA电流，新鲜催化剂CH4转化率可以达到86%，与2wt.%钯负载量的催化剂效果相当，证明电场可以有效降低贵金属用量，减少后处理系统开发成本。电场催化技术为天然气发动机未燃甲烷的低温排放控制提供了新的技术途径。

关键词

天然气发动机；甲烷排放控制；电场催化；钯基催化剂；涂覆实验；低温高效

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