| 公司簡介 | 直通式柴油廢氣淨化器 (DTWC) | 陶瓷載體特點 | | | 背景概述 | 產品壽命及化學穩定性 | 轉化效率 |
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| 公司簡介 |
PHITECS 公司位於德國北萊茵州的首府杜塞爾多夫，於1990 代初期開始蜂窩陶瓷及觸媒轉化器的生 產及研發。除了提供不同規格的陶瓷載體，PHITECS 公司所提供的塗覆貴金屬觸媒蜂窩瓷可分為帶金 屬外殼封裝與不帶封裝兩類，用途從瓦斯焊槍、汽車尾氣處理到大型柴油發動機的廢氣淨化。
為進一步提升產能及市場競爭力，PHITECS 公司與台灣工廠進行生產及技術合作，範圍涵蓋汽車尾氣處理器、柴油尾氣淨化器及各種催化劑蜂窩瓷。 其他的工業陶瓷應用包括高溫金屬熔渣過濾、大型工業廢氣熱交換及各種陶瓷成型件等
| | | | PHITECS 陶瓷產品的化學組成及設計視具體應用 有所不同，典型的陶瓷材料有：堇青石、莫來石、高鋁、碳化矽、氧化鈦等。蜂窩瓷的孔密度範圍，由 大型蜂窩瓷每平方英吋低於1 孔，到汽車尾氣處理用觸媒載體每平方英吋400 孔(CPSI)。
為進一步符合近年來世界各國對於柴油引擎的黑煙排放標準，PHITECS 公司提供了過濾式黑煙淨化系統，以三元觸媒技術作為柴油發電機、坑道重型機械等黑煙排放最佳解決方案。除了歐洲市場外，配 合中東和亞洲各國對於環保問題的逐漸重視和環保標準的提高也是PHITECS 公司技術發展的重要方向。
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為了有效及全面服務當地用戶，發電機用PHITECS 柴油觸媒黑煙淨化器(CDPF)及柴油三元觸媒轉化器(DTWC)產品在臺灣市場由享享國際有限公司獨家代理。 |
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| 背景概述 |
柴油引擎和一般汽車用引擎同屬於內燃機，由於在高溫高壓條件下及高速運轉時快速氧化而產生不完全燃燒的有毒廢氣，例如一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)等。多年來觸媒轉化器已經被證明能夠有效降低引擎排 氣污染。
PHITECS柴油觸媒黑煙淨化器(CDPF)及PHITECS 柴油三元觸媒轉化器(DTWC)特別為柴油引擎的廢氣排放所設計，並成功地在各種應用上大幅降低引擎廢氣中的有害成分。
柴油是由原油在1 個大氣壓、250-350°C 的環境下分餾出來的液態碳氫化合物的混合物。把柴油作為動力 用在內燃機上，最初是由德國人Rudolf Diesel 發明的。柴油引擎將液壓柴油在一定的壓力下高速噴射進引 擎汽缸內，使非常細小的柴油液滴和空氣同時進行混合和燃燒，把燃料化學能轉化成機械能，推動活塞產生 動力。但是這些高溫高壓燃燒後從引擎排出的部分廢氣成分以及細微粒狀污染物物對人體健康和大氣環境會 造成很大影響。以下為這些有害成分的主要分類：
* 一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC) 和芳香烴類混合物，主要是由燃料的不完全燃燒造成的，其中有一 部分碳氫化合物是由引擎中的潤滑油分解產生的，所以氣缸及活塞磨損的引擎會有額外多的碳氫化合 物排放。
* 氮氧化物(NOx)主要是由氮氣(N2)和氧氣(O2)在引擎汽缸內的高溫高壓的環境下發生化學反應形成 的，其中主要的成分是NO，以及少量的NO2。
* 硫氧化物(SOx)主要是由柴油中的硫本身發生化學反應產生的，引擎排放廢氣中硫氧化物的濃度主要 取決於柴油本身含硫量的高低。目前在美國，加拿大和歐洲，含硫量低於0.05%的低硫燃料已經被廣 泛使用。 |
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* 柴油粒狀污染物(DPM)是一種固態和液態物質的複雜的聚集體，是所噴入柴油的細微液滴在引擎汽缸 內快速燃燒所殘留的碳粒。這種碳粒經常會積聚成團，並且和其他碳粒結合，形成更大的顆粒。 一般 來說，嚴重影響環境的柴油粒狀污染物主要分為固體乾燥碳粒、在碳粒表面上被吸收或積聚的比重較大的可溶有機物(SOF)和硫氧化物所產生的硫酸鹽三大部分。
PHITECS 柴油觸媒黑煙淨化器(CDPF)採用過濾式的陶瓷觸媒載體，除了有效降低各種引擎排氣污染， 進一步有效的過濾這些粒狀污染物達到90%以上，並在貴金屬觸媒的作用下自動再生，達到消除黑煙且不 必更換濾芯的效果。PHITECS 柴油三元觸媒轉化器(DTWC)所採用400CPSI 直通式陶瓷觸媒載體，提 供了低排氣阻力下20-30%左右的粒狀污染物的消除效能。
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| 直通式柴油廢氣淨化器 Diesel Three Way Catalyst (DTWC) |
觸媒轉化器內部由塗覆鉑、鈀、銠等貴金屬的蜂窩陶瓷組成，當廢氣分子在足夠的溫度下與觸媒原子接觸時，產生化學反應將有害氣體成分轉化為空氣中的一般氣體。貴金屬觸媒的主要作用是利用中間反 應降低特定化學反應所需要的活化能，提高轉化反應進行的機率。當有害氣體的分子和觸媒的原子在合適的溫度下接觸的時候，觸媒將NOx在還原劑的作用下還原成N2 和O2；然後將CO、氣態和液態的HC 和被吸附在陶瓷壁表面的碳粒氧化成CO2 和H2O 蒸汽排出。
PHITECS 柴油三元觸媒轉化器(DTWC)，使用的是400CPSI 蜂窩狀堇青石觸媒載體，堇青石材質具有極低的熱膨脹係數，僅為4.0×10^-7/℃左右。
相較於金屬觸媒載體而言，400 CPSI 堇青石的陶瓷載體的這個重要特性不僅使被塗覆的貴金屬觸媒更加穩定，從而使PHITECS 觸媒轉化器具有明顯較長的使用壽命，在發電機柴油引擎的廢氣處理應用上，由於較大的廢氣流率和排放污染濃度，DTWC 和CDPF穩定的產品壽命有著重要的意義。同時，400目的高孔密度，也使PHITECS DTWC 載體具有較大的比表面積，從而增加了有害氣體的分子和觸媒原子接觸的機率，大大提高了轉化效率。
和100CPSI 過濾式柴油觸媒黑煙淨化器相較，DTWC所採用400CPSI 直通式陶瓷觸媒載體，雖然具有較大的比表面積，但是由於大部分碳粒在全通式觸媒管道裏反應時間不足，DTWC 一般可以達到約30%粒狀污染物(DPM)的消除效能。 |
Precious metal coating
Direct-through type 400 cpsi substrate |
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| 產品壽命及化學穩定性 |
所謂觸媒是一種提高化學反應進行的速率而本身又不被消耗的物質。它本身參與化學反應，但它既不是 反應物，也不是生成物。觸媒的原理就是借由中間反應降低引擎排放廢氣中化學反應所需的活化能，使有 害氣體的分子在和觸媒分子接觸時，能夠在較低的溫度下進行轉化的化學反應，並提高反應進行的可能性。
PHITECS 轉化器中的觸媒，主要是由鉑、鈀和銠等貴金屬所組成的，用來塗覆在陶瓷白載體的蜂窩壁 表面。先進的工藝技術使PHITECS 觸媒轉化器產品具有較高的產品品質及產品壽命；低熱膨脹率的陶 瓷載體提供穩定的附著性及廣大的反應表面積，鉑金表面塗層進一步保證產品的化學穩定性，使各種 PHITECS 轉化器在正常的壽命範圍裏都能夠有良好的效能，在不需要人工維護的情況下，過濾式柴油黑 煙淨化產品正常效能壽命超過10,000 小時。
當有害氣體的分子和觸媒接觸時，由於觸媒降低了反應所需的活化能，觸媒轉化器就把有毒有害的氣體 轉化為無害氣體；而被過濾到陶瓷壁表面的黑煙顆粒，此時也發生化學反應，變成CO2 氣體和H2O 蒸汽 排出。在過濾式的CDPF產品應用裏，如果引擎的排氣溫度因為空載運轉而使觸媒轉化器達不到本身的工 作溫度（250-650℃）而產生部分殘餘碳粒，每使用約2,000 小時，可以改變一下黑煙淨化器的安裝方向 作為一般性的維護。如果引擎的排氣溫度比較低，要想達到理想的粒狀污染物去除效果，也可以另外加裝 電加熱器。 | | |
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| 陶瓷載體特點 |
堇青石的化學成分是2MgO-Al2O3-5SiO2 ，這是MgO、Al2O3 和SiO2 所組成的化合物中最重要的一種三元化合物。標準堇青石的化學成分，按重量百分比計算分別是13.8%的MgO、34.8%的Al2O3 和51.4%的SiO2。堇青石材料中的1318 5O AlSi 在良好的燒結情形下形成穩定的正六邊形結構。
六個角落分別由五個44 SiO正四面體及一個54 AlO 正四面體結晶組成，正六邊形環狀13 18 5O AlSi 結構之間由鎂原子及鋁原子的6 MgO 及6 AlO 正八面體晶體鍵結成理想的α-堇青石結晶。此α-堇青石結晶對產品的低熱膨脹係數和極 佳的抗熱衝擊性有決定性的影響，也使貴金屬觸媒可以穩定的燒結在蜂窩陶瓷載體的表面，在排氣管內溫度劇烈變化下，確保觸媒原子在載體表面上的穩定燒結性。
堇青石陶瓷載體（結晶化學式： ] O Si [Al Al Mg 18[4]5[4] [6]3[6]2）
可使用的最高溫度約1300℃。由於其結晶的特殊性質，使其具有極低的熱膨脹係數及良好的抗熱衝擊性，加上400 CPSI 及孔壁厚度0.20 mm 的幾何 外形，使載體有極大的表面積、低排氣阻力、化學性質安定、升溫迅速等特性，因此成為PHITECS 觸媒轉化器理想的觸媒載體。
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| Physicochemical Characteristics | | Items | Parameters | | Chemical Composition (Weight Percent) | SiO2(%) | 49—51 | | Al2O3(%) | 33—35 | | MgO(%) | 13--14 | | Material （Cordierite%) | ≧90 | Compressive Strength
（MPa） | A--Cut （Parallel to Channels） | ≧16 | | B--Cut （Vertical to Channels） | ≧4 | | Water Absorption(%) | 21--23 | Coefficient of Thermal Expansion
（20--800℃）/℃ | 4.0×10^-7 | | Maximum Operating Temperature（℃） | ≧360 | | Bulk Density（Kg / L） | 0.45—0.55 |
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| Tolerance Quality | | Items | Tolerance | | Wall Thickness（mm） | ±0.05 | | Physical Dimension (mm) | < 100 | ±1.5 | | ≧100 | ±1.8 | | Parallelism（mm） | ≦1.5 | | Degree of Circularity (mm) | <100 | 1.5 | | ≧100 | 2.0 | | Vertical（mm） | Not more than 3% product height | | Cracks | Visible cracks not allowed | | Web and Cell Defects | Missing walls are not allowed to be situated side by side, the missing walls are not more than 0.1% the total walls. | | Face and Side Defects | Defect is defined with a length of >2mm, the number of defects of 10×4×2mm are not allowed more than 3. |
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更高的轉化效率 |
| PHITECS 觸媒淨化器的觸媒主要由塗覆在蜂窩陶瓷體壁表面的貴金屬鉑金、鈀金和銠金組成。當有毒氣體的分子和觸媒接觸時，就發生了化學反應，把有毒的氣體轉化成了無毒的氣體。觸媒本身的作用就是減少發生化學反應所需要的活化能，提高化學反應進行的效率。 |
* Values may differ from those above when original emission or exhaust temperature varies
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| PHITECS 觸媒淨化器主要由兩種類型的觸媒所組成: 還原型觸媒和氧化型觸媒。引擎排放氣體流經還原型觸媒時，在這部分發生還原反應，有毒的NOx 氣體被還原成了N2 和O2。當氣體流經氧化型觸媒時，未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳在這部分開始發生氧化反應，轉化成了CO2 和H2O 蒸汽。 |
* Typical temperature curve of reduction performance
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同時，NOx 被還原時所產生的O2，又促進了HC 和CO 所發生的氧化反應，使其達到更好的轉化效果。觸媒淨化器的轉化效率不僅依賴於引擎的排氣溫度，還和排氣組成相關。在排氣溫度比較高的情況下，高濃度的O2 將有利於HC、CO 的氧化，但是NOx 的還原作用會受到負面影響。由於負載的變化、發電機是否使用電控引擎等因素都會影響柴油噴油量和空氣混合比，各種廢氣成份的轉化效率也會是變動的。
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