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柴油車尾氣處理液的研發背景和用途

       柴油機以其高壓縮比而具有比汽油機更高的燃油效率,由于它具有良好的燃油經濟性、動力性、耐久性而廣泛應用于客貨車上。柴油車的HC、CO、CO2排放量比汽油車低,并能夠作為生物柴油等新能源的最佳使用平臺,因此柴油車應用前景非常好。但是柴油車排放的NOx(氮氧化物)和PM(顆粒物)遠高于汽油車,且無法像汽油車那樣使用三效催化劑而達到國Ⅳ排放,制約著柴油機的發展。

NOx可形成有毒的光化學煙霧和具有腐蝕作用的酸雨,硫氧化物和氮氧化物正是導致酸雨的主要物質,當前酸雨的防控形勢比較嚴峻,而氮氧化物是這一階段的防控重點。

PM(顆粒物)對人體呼吸系統有極大的危害,可引起慢性肺病或致癌。PM組分主要由固態碳煙、可溶性有機物、硫酸鹽三部分組成。其排放顆粒中的可溶性有機物具有誘變作用,90%以上是致癌物質。除此之外,PM還可導致人體患慢性肺病。由于柴油機排放顆粒的粒徑較小,統計資料表明90%(質量百分數)以上的顆粒小于lμm,這些顆粒懸浮于空氣中停留時間很長,這樣就增加了接觸人體的機會,也增加了顆粒在大氣中參與其它化學反應的機會。細顆粒是造成灰霾天氣的主要原因,由于機動車保有量迅速增長,導致機動車排放迅速增加,空氣中PM2.5這種細顆粒的累積就越來越多,由此造成灰霾天氣比較頻繁。

因此柴油機NOx和顆粒排放對人類健康及大氣環境具有不容低估的危害作用,限制著柴油發動機的發展。世界各國都致力于減少柴油機NOx和PM排放的研究,其途徑有提高燃油品質、實行機內凈化技術和尾氣后處理技術。但是大量的試驗研究]證明僅依靠機內凈化技術同時降低NOx和PM的排放量到符合排放法規的要求已經變得越來越困難,而且導致生產和使用成本明顯升高。因此柴油機內凈化處理的同時輔助以尾氣后處理技術來控制柴油機有害物質的排放成為柴油機未來的發展方向。

根據汽車工業發達國家的發展經驗,當前主要有兩條尾氣后處理技術路線:其一是EGR+DPF/DOC(廢氣再循環系統+顆粒捕集器/氧化型催化轉化器)路線,即先通過廢氣再循環降低燃燒過程中NOx的生成量,再通過顆粒捕集器捕集因采用EGR技術而略有增加的顆粒物,同時使用氧化型催化轉化器定期再生顆粒捕集器;其二是優化燃燒+SCR路線,即是先通過優化燃燒降低顆粒物排放,同時允許NOx生成量有所增加,然后通過選擇性催化還原技術來降低因優化燃燒而產生的NOx排放量,從而達到同時降低NOx和PM的效果。

目前,我國重型柴油車在物流及客運中所占比例逐年上升,其使用經濟性比歐洲高5%~10%。SCR技術比EGR技術節油5%-7%,因此從經濟節能角度看,SCR技術是適合我國國情的重型柴油機節能減排技術路線。

從當前國內外發動機技術來看,公交、環衛、郵政等部門使用的重型壓燃式柴油機動車輛要達到國Ⅳ排放,改造發動機已經比較困難,全球各大汽車生產公司紛紛把目光投向具有巨大開發潛力的選擇性催化還原技術(SCR,Selective Catalytic Reduction)進行煙氣脫硝后處理來滿足第Ⅳ階段排放的要求,所用的還原劑主要為尿素溶液。選擇性催化還原技術SCR的原理為:車用尿素溶液存放于容量為100L的專門儲存罐,用壓縮空氣將尿素溶液噴灑向熱的發動機尾氣(約300℃-500℃,滿足了還原反應條件),該溶液氣化后產生還原效率高的氨氣,氨氣與尾氣的NOx在SCR催化器中反應,轉化為無害的水蒸汽和N2,同時吸收了有害的煙氣顆粒。


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