柴油車尾氣處理技術(shù)及車用尿素溶液

1、2012October第五期154本文介紹了柴油機(jī)尾氣處理技術(shù)的2條主要技術(shù)路線，重點(diǎn)介紹了我國(guó)所采取的選擇性催化還原技術(shù)（SCR）路線。介紹了車用尿素溶液及其關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)中國(guó)石化的車用尿素溶液產(chǎn)品開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制訂、產(chǎn)品供應(yīng)等情況進(jìn)行了回顧，對(duì)國(guó)內(nèi)車用尿素溶液行業(yè)的發(fā)展提出了建議。柴油車尾氣處理技術(shù)及車用尿素溶液?jiǎn)逃迟e馮明星朱宗敏張新昌趙揚(yáng)中國(guó)石化天津悅泰石化科技有限公司據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，2010年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車排放污染物5.2268210

2、7t，其中氮氧化物（NOX）5.994106t，碳?xì)浠衔铮℉C）4.872106t，一氧化碳（CO）4.0804107t，顆粒物（PM）5.98105t。柴油車是NOX和PM排放的主要貢獻(xiàn)者，全國(guó)柴油車的NOX排放接近汽車排放總量的60%，顆粒物（PM）排放接近總量的100%；而重型載貨汽車的NOX和PM排放也明顯高于其他車型，其NOX、PM排放分擔(dān)率分別為47.1%、61.4%。各類型汽車的NOX排放分擔(dān)率、PM排放分擔(dān)率見圖1、圖

3、2?！笆濉睍r(shí)期是我國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，也是著力解決大氣環(huán)境突出問(wèn)題的攻關(guān)時(shí)期?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》將NOX排放總量削減10%作為約束性指標(biāo)，即到2015年，全國(guó)NOX排放總量控制在2.0462107t，比2010年的2.2736107下降10%。機(jī)動(dòng)車作為僅次于火電廠的NOX第二大排放2012October第五期154其他車用化學(xué)品OtherCarChemicals2012October第五期156（E

4、GRDPF）技術(shù)（EGRDPF）技術(shù)路線是采用控制缸內(nèi)燃燒溫度等手段，在機(jī)內(nèi)減少NOX的生成；再利用DPF（PM捕集器）對(duì)生成的PM進(jìn)行后處理。從技術(shù)特點(diǎn)看，EGR技術(shù)由于需要控制NOX生成，對(duì)燃燒過(guò)程的最高溫度和持續(xù)時(shí)間都必須進(jìn)行嚴(yán)格控制；同時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)過(guò)程和增壓中冷提出了更高要求，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率和燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。在后處理方面，DPF通過(guò)采用微孔吸附性材料對(duì)廢氣中的PM進(jìn)行過(guò)濾，可以有效降低廢氣中的PM含量

5、。但捕集器在使用一段時(shí)間后會(huì)被堵住，需要對(duì)其定期進(jìn)行再生。再生方式有被動(dòng)再生與主動(dòng)再生之分：◇被動(dòng)再生是顆粒物在適當(dāng)?shù)臏囟群痛呋瘎┳饔孟卤籓2和NO2氧化，從而使被動(dòng)再生過(guò)濾系統(tǒng)連續(xù)再生；◇主動(dòng)再生是借助外部能量再生，一般采用燃燒器、電加熱、加熱爐等方式，即通過(guò)車上特定裝置向捕集器噴射燃油的辦法，將捕集器內(nèi)積攢的PM物質(zhì)燒掉。（EGRDPF）技術(shù)的缺點(diǎn)是既安裝了DPF，同時(shí)還必須加裝相應(yīng)的主動(dòng)再生系統(tǒng)，在正常行駛之外還需要額外的燃油消耗

6、。除要求發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油壓力更高，還要嚴(yán)格控制燃油硫含量。另外，再生后的DPF使用壽命有限，需要定期更換。SCR技術(shù)SCR技術(shù)是通過(guò)強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)燃燒來(lái)降低PM的生成，然后利用尿素溶液對(duì)NOX在SCR催化器上進(jìn)行催化還原。SCR選擇催化還原系統(tǒng)包括了尿素溶液供應(yīng)系統(tǒng)、尿素溶液噴射及控制系統(tǒng)、SCR選擇催化還原系統(tǒng)等3個(gè)部分。SCR技術(shù)的原理為：◇尿素溶液存放于車載的專門儲(chǔ)存罐內(nèi)，用泵將尿素溶液噴灑向熱的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣（約300～500℃，滿足還

7、原反應(yīng)條件）。在高溫下，尿素溶液氣化后分解產(chǎn)生還原效率高的NH3?！笤诖呋瘎┳饔孟拢琋H3與尾氣中的NOX在SCR催化器中反應(yīng)，生成無(wú)害的H2O和N2，同時(shí)吸收有害的煙氣顆粒。反應(yīng)式大致如下：4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O2NO2＋4NH3＋O2→3N2＋6H2O6NO2＋8NH3→7N2＋12H2ONO＋NO2＋2NH3→4N2＋12H2O目前，研究最多的SCR催化劑為以TiO2作為載體的V2O5WO3及MoO3等金屬氧化物

8、，其他組成結(jié)構(gòu)的催化劑也已做了大量的試驗(yàn)研究。V2O5TiO2型催化劑具有較寬的活性溫度范圍（260～425℃）和優(yōu)異的耐硫性能，已廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車的SCR系統(tǒng)中。采用SCR技術(shù)的關(guān)鍵是需要在車上增加SCR反應(yīng)器和尿素溶液儲(chǔ)罐，而且需要加油站等社會(huì)配套設(shè)施提供相應(yīng)的補(bǔ)充和加注。與（EGRDPF）技術(shù)不同，SCR技術(shù)在機(jī)內(nèi)燃燒過(guò)程中先不考慮NOX的產(chǎn)生量，而是通過(guò)強(qiáng)化燃燒降低PM的生成。使用SCR技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)比采用（EGRDPF）技術(shù)的發(fā)

9、動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性上要好，節(jié)油所帶來(lái)的費(fèi)用節(jié)省比使用尿素溶液的費(fèi)用還要多得多。SCR技術(shù)與（EGRDPF）技術(shù)的對(duì)比見表2。由表2可以看出，采用SCR技術(shù)必須安裝一套反應(yīng)系統(tǒng)。但由于SCR技術(shù)使用方便，且可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性，因此具有獨(dú)特的優(yōu)越性。對(duì)比各種尾氣后處理技術(shù)路線的特點(diǎn)，考慮到技術(shù)的延續(xù)性、國(guó)內(nèi)柴油質(zhì)量等情況，SCR技術(shù)更符合我國(guó)柴油車發(fā)展的要求。據(jù)德國(guó)石油與煤科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)（DGMK）的研究報(bào)告，SCR系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下