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重型柴油机减排技术及SCR 尾气处理液的应用

发布日期 2016-09-12 13:59:36  作者:  浏览次数:

2011年5月10日,由中国汽车工程学会和中国环境保护产业协会主 办,中国石化销售英豪彩票承办的“柴油商用车SCR尾气处理液应用技 术研讨会”在北京召开。会议期间,来自研究机构和企业的专家分别介 绍了世界节能与新能源汽车产业发展的现状和趋势、国内柴油车有害物 排放现状和控制标准、满足重型柴油车国Ⅳ和国Ⅴ排放的后处理技术路 线以及国内外车用尾气处理液研发、生产、供应、应用情况等。以下是 对部分专家发言的整理。


重型柴油机减排技术及SCR 尾气处理液的应用-行业新闻-广东绿谷净化设备英豪彩票

《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》明确提出了“主要污 染物排放总量显著减少,化学需氧量、二氧化硫排放分别减少8%,氨 氮、氮氧化物排放分别减少10%”的目标。上述四项减排目标都是我国 “十二五”的约束性指标,其中化学需氧量和氨氮是水体污染物的主要 减排指标,二氧化硫和氮氧化物(NOx)是空气污染物的主要减排指 标,而NOx由于涉及到工业排放、燃煤排放以及机动车排放,是四项指 标中实现排放控制总量目标难度最大的一项。

中国环境科学研究院鲍晓峰博士提供了这样一组数据:20 07年机 动车NOx排放达到550万吨,约占全国NOx排放总量的1/3。NOx的各 种排放源及其比例如图1所示。在机动车中,汽车排放占机动车NOx排 放总量的90%以上(图2),是最主要的污染源。在汽车中,重型 柴油车

(重型载货汽车和大型载客汽车)排放的NOx占汽车NOx排放总量的 60%以上(图3)。因此,重型柴油车是机动车NOx减排的重中之重。

图1 2007年NOx的各种排放源及其所占比例(单位/万吨)

图2 机动车NOx排放的各污染源及其所占比例


英豪彩票开奖 图3 汽车NOx排放的各污染源及其所占比例(单位/万吨)



鲍晓峰博士还指出,近年来我国机动车保有量快速增长,但排放控 制水平却没有明显改善,机动车NOx排放量逐年增长,且增长率持续提 高。2008—2010年的三年中,NOx排放量年增长率分别约为4.5%、5.4% 和5.5%。根据初步预测,到2015年和2020年,我国汽车保有量将分别达 到1.45亿辆和2.13亿辆,约为2010年的1.7倍和2.5倍。按国Ⅳ排放控制水 平,到2015年机动车NOx排放总量将达到700万吨左右,比2010年新增 85万吨左右,年均增长率约为13.8%,机动车NOx减排压力巨大。

图4 机动车NOx排放总量增长趋势



二、重型柴油机减排技术发展

为落实“十二五”期间NOx排放的控制目标,开发和应用更加有效 的柴油机减排技术具有重要意义。近年来,世界各国都在致力于减少柴 油机NOx和颗粒物(PM)排放的研究,其途径有提高燃油品质、采用 机内净化技术(即改进汽车发动机技术)和尾气后处理技术等。大量的 试验研究证明,仅依靠机内净化技术来降低NOx和PM的排放量,并使 其符合排放法规的要求,已经变得越来越困难,还会导致生产和使用成 本明显升高。因此,在采用柴油机机内净化处理的同时辅以尾气后处理 技术来控制排放成为柴油机技术未来的发展方向。

中国汽车技术研究中心首席专家方茂东系统介绍了柴油机污染物减 排主流技术的发展动态。他指出,目前的柴油机机内净化处理技术主要 有废气再循环技术(EGR)和优化燃烧等;柴油车尾气后处理技术主 要有催化氧化技术(DOC)、微粒捕集技术(DPF)、NOx选择还原 技术(SCR)和NOx吸附技术(LNC)。在这4种尾气后处理技术中, DOC已经具有良好的市场并且潜力巨大;DPF是柴油机颗粒物的最终解 决方案,但其材料、工艺和再生技术仍在进化中;SCR是中重型柴油车 的主要方案,但要确保所添加的还原剂是合格产品;LNC是轻型柴油车 进一步降低NOx排放的主要解决方案,但需要使用低硫柴油。


根据汽车工业发达国家的发展经验,减少NOx和PM排放的技术路 线主要有2条:一是EGR+DPF/DOC路线,即先通过废气再循环降低燃 烧过程中NOx的生成量,再通过颗粒捕集器捕集因采用EGR技术而略 有增加的颗粒物,同时使用氧化型催化转化器定期再生颗粒捕集器;二 是优化燃烧+SCR路线,即先通过优化燃烧降低颗粒物排放,同时允许 NOx生成量有所增加,然后通过选择性催化还原技术来降低因优化燃烧 而产生的NOx排放量,从而达到同时降低NOx和PM的效果。两种技术 路线的比较如表1所示。

表1  两种尾气后处理技术路线的比较




比较上述两种技术方案,与会的多位专家提出,从使用经济性 角度和燃油供应角度考虑,SCR技术更适合我国国情。这是因为重 型柴油车在我国物流及客运中所占比例呈逐年上升趋势,其使用经 济性比欧洲高5%~10%,而根据国外经验,SCR技术比EGR技术节 油5%~7%。另一方面,由于EGR+DPF/DOC技术对硫含量的要求很 高,就目前我国低硫柴油的生产和供应情况而言,短期内还很难实 现。因此,SCR技术应成为我国重型柴油机为达到国Ⅳ标准而采用的 主流技术方案。

三、SCR尾气处理液的应用情况


英豪彩票开奖 SCR技术需要持续的消耗和添加还原剂,因此SCR还原剂的选择 和应用成为关注的焦点。目前选择性催化还原系统SCR的还原剂主要 有烃类及其衍生物、氨气和尿素溶液三类,三者各有优缺点:烃类及其 衍生物价廉易得,但所使用的催化剂为比较昂贵的金属催化剂,且易受 硫含量影响引起催化剂中毒,活性温度范围窄,还原效率不高,易造成 二次污染;氨气和尿素溶液不但还原效率高,活性温度宽,而且对硫含 量没有特别严格的要求;和氨气相比,尿素溶液具有无毒便于运输的优 点。因此,尿素溶液更适合作为重型 柴油机SCR技术中处理NOx的还 原剂,成为主流技术。

以尿素溶液为还原剂的SCR工作原理为:车用尿素溶液存放于容量 为100升的专门储存罐,用压缩空气将尿素溶液喷洒向高温的发动机尾 气(约300℃-500℃,满足了还原反应条件),尿素溶液气化后产生还 原效率高的氨气,氨气与尾气中的NOx在SCR催化器中反应,转化为无 害的水蒸汽和N2,同时吸收有害的烟气颗粒。

显然,车用尿素溶液与其他领域使用的尿素溶液有着不同的要求, 本次研讨会上专家们一致同意,将车用尿素溶液定名为“ SCR尾气处 理液”。

目前SCR尾气处理液已经有了国际标准,北京、深圳等地为提前实 施国IV标准也制定了SCR尾气处理液地方标准,国内外标准对比如表2 所示。从表中可以发现,目前国内SCR尾气处理液的检验项目主要参考 国际标准化组织ISO 22241-1:006、日本标准JIS K 2247-1:005及德国标 准DIN 70070:005,包括尿素含量、密度、折光率、碱度、缩二脲等, 但某些参数与其他国家存在差异。

目前SCR尾气处理液已经有了国际标准,北京、深圳等地为提前实 施国IV标准也制定了SCR尾气处理液地方标准,国内外标准对比如表2 所示。从表中可以发现,目前国内SCR尾气处理液的检验项目主要参考 国际标准化组织ISO 22241-1:006、日本标准JIS K 2247-1:005及德国标 准DIN 70070:005,包括尿素含量、密度、折光率、碱度、缩二脲等, 但某些参数与其他国家存在差异。

表2 国内外SCR尾气处理液标准对比




在SCR还原系统中,SCR尾气处理液的浓度是关键参数之一,直接 影响NOx的催化效率和SCR尾气处理液的凝固点。过高或过低的浓度不 仅不能提高NOx的转化效率,反而会造成氨气的滑失(由于过高的NH3/ NOx比造成的氨气漏失),形成二次污染物——氨气。因此,欧洲大部 分柴油车生产商倾向于使用浓度为32.5%的尿素水溶液(AUS32)作为 还原剂,做出这一选择还因为在该浓度下SCR尾气处理液的结晶点最低


(初始结晶点-11℃)。图5为SCR尾气处理液浓度与结晶点的对应关系 图,试验表明,SCR尾气处理液的浓度越接近32.5%时其结晶点越低,当 SCR尾气处理液在低于-11℃工作时需采取保温措施。

图5 SCR尾气处理液与结晶点关系图



碱度、缩二脲含量、密度和折光率也是SCR尾气处理液的重要指 标。碱度控制的是SCR尾气处理液中氨的含量;缩二脲是SCR尾气处理 液中的杂质,应该严格控制;SCR尾气处理液的密度与浓度密切相关,

且随浓度增大而增大;折光率也与浓度密切相关,在一定温度下SCR尾 气处理液的折光率随浓度增大而增大。


四、SCR尾气处理液的市场展望

SCR技术在欧洲、日本和美国已得到广泛应用,SCR尾气处理液的 市场需求还在快速增长。在欧洲,SCR尾气处理液已广泛用于满足欧IV 及欧V排放的各类新产的商用柴油车上,如重型、中型、轻型柴油载货汽 车和柴油大型客车等。2010年欧洲消费的SCR尾气处理液已达218万吨, 并以25%的速度迅速增长。在日本,自从2005年实行了新的尾气排放法规 后,几乎所有的重型柴油车均采用了SCR尾气处理系统,SCR尾气处理 液的市场需求迅速增加。2007年销售量约2.5万吨,2010年销售量约为10 万吨,预计2015年将达到33万吨。目前日本柴油车SCR尾气处理液的加 注站点已达1200多个。在美国也同样如此,根据美国发动机制造协会预 测,2015年SCR尾气处理液的生产规模将达到5亿加仑(207.1万吨)。

与会专家指出,如果要在国内进一步推广SCR技术,必须要加强石 化产业和汽车产业的协调,加快优质SCR尾气处理液的研发和生产,构 建便捷而且有效的SCR尾气处理液供应体系等,具体建议如下。

1.石化部门应建立起SCR尾气处理液研发和生产体系,以负责任 的态度为社会提供优质的SCR尾气处理液产品和便捷、有效的供应体 系,方便消费者使用。

英豪彩票开奖 2.政府部门应采取的行动包括以下方面:建立SCR尾气处理液产 品的市场准入制度和产品质量评价体系;对柴油商用车生产企业提出产 品设计要求,对率先贯彻落实重型柴油车国IV排放标准的车辆生产企业 给予大力度扶植;制止车辆使用中恶意不按要求充装SCR尾气处理液的 行为;加强产品生产一致性监管,规范市场,创造公平的市场竞争环境。

3.重视柴油商用车SCR尾气处理液生产、应用相关标准体系建 设,包括SCR尾气处理液产品标准、相关试验方法标准(包括快速质量 检测方法)、包装和储运标准、加注设备标准等。


4.重型柴油车国IV排放标准的实施不应采取“一刀切”,应在统 筹安排优质柴油和优质柴油商用车SCR尾气处理液供应体系的基础上在 有条件的地区分步推进。


(责编:薄颖)














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