車用尿素溶液的作用、國內(nèi)現(xiàn)狀和前景

摘要，中重型柴油汽車排出的 NOx 和 PM 嚴(yán)重污染著大氣SCR 系統(tǒng)是其節(jié)能減排、達(dá)到國 IV 標(biāo)準(zhǔn)的合適選擇車用尿素溶液是其必須配制車用尿素溶液在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中必須嚴(yán)格控制金屬離子等雜質(zhì)的含量我國目前已有統(tǒng)一的車用尿素溶標(biāo)準(zhǔn)，但是還沒有完善的尿素溶液供應(yīng)系統(tǒng)。生產(chǎn)車用尿素溶液具有良好的前景。

一、NOx 和 PM 的危害及“國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)”

在一些國家和地區(qū)中重型車用柴油機(jī)的排放在發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境排放方面的貢獻(xiàn)度要達(dá)到 70%左右，其排放一直是內(nèi)燃機(jī)排放控制領(lǐng)域內(nèi)最值得關(guān)注的重點(diǎn)。 柴油車的 HC、CO、CO 2 排放量比汽油車低而排放的 NOx氮氧化物和 PM（顆粒物）遠(yuǎn)高于汽油車，且無法像汽油車那樣使用三效催化劑而達(dá)到國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重污染空氣質(zhì)量。

柴油機(jī)排放出的 NOx 中NO 約占 90%NO 2 只是其中很少的一部分。NO 無色無味、毒性不大但高濃度時(shí)能導(dǎo)致神經(jīng)中樞的癱瘓和痙攣而且 NO 排入大氣后會(huì)逐漸被氧化為 NO 2 。 NO 2 是一種有刺激性氣味、 毒性很強(qiáng)(毒性大約是 NO 的 5 倍)的紅棕色氣體可對(duì)人的呼吸道及肺造成損害，嚴(yán)重時(shí)能引起肺氣腫，當(dāng)濃度高達(dá) 100×10 -6 體積濃度以上時(shí)會(huì)隨時(shí)導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。 NOx 和 HC 在太陽光作用下會(huì)生成光化學(xué)煙霧NOx還會(huì)增加周圍臭氧的濃度而臭氧則會(huì)破壞植物的生長(zhǎng)。此外NOx 還對(duì)各種纖維、橡膠、塑料、電子材料等具有不良影響。PM 對(duì)人體呼吸系統(tǒng)有極大的危害可引起慢

性肺病或致癌。PM 組分主要由固態(tài)碳煙、可溶性有機(jī)物、硫酸鹽三部分組成。其排放顆粒中的可溶性有機(jī)物具有誘變作用90%以上是致癌物質(zhì)。除此之外PM 還可導(dǎo)致人體患慢性肺病。由于柴油機(jī)排放顆粒的粒徑較小，統(tǒng)計(jì)資料表明 90%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))以上的顆粒小于 lμm這些顆粒懸浮于空氣中停留時(shí)間很長(zhǎng)，這樣就增加了接觸人體的機(jī)會(huì)，也增加了顆粒在大氣中參與其它化學(xué)反應(yīng)的機(jī)會(huì)。 分別從 2010 年 1 月 1 日和 2010

年 7 月 1 日開始實(shí)施重型汽車和輕型汽車國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此作了嚴(yán)格的限制 ，數(shù)據(jù)如表1 所示。

表 1 柴油車排放限值 g/kWh

階段

重型柴油車  柴油轎車

      CO   HC  NOX   PM    CO    HC+NOX   NOX    PM

國 1  4.5   1.1    8    0.36    2.72      0.97     0.86     0.14

國 2   4    1.1    7    0.15     1       0.7      0.62     0.08

國 3  2.0   0.66    5    0.1     0.64     0.56      0.5     0.05

國 4  1.5   0.46   3.5   0.02     0.5      0.3      0.25    0.025

國 5  1.5  0.46    2     0.02

從表 1 數(shù)據(jù)看，重型柴油車國Ⅳ相對(duì)于國Ⅲ CO 下降 29%HC 下降 30%NOx下降 30%PM 下降 80%。輕型柴油車國Ⅳ相對(duì)于國ⅢCO 下降 22%，HC+NOx 下降46%，NOx 下降 50%，PM 下降 50%。

繼北京于 20013 年 3 月率先實(shí)施國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)后上海、深圳、廣州、西安等城市相繼實(shí)施機(jī)動(dòng)車國 IV 標(biāo)準(zhǔn)，全國最晚將于 2014 年全面實(shí)施國 IV 標(biāo)準(zhǔn)。

二、柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)路線

比較世界各國都致力于減少柴油機(jī)NOx 和 PM 排放的研究，其途徑有提高燃油品質(zhì)、實(shí)行機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)和尾氣后處理技術(shù)。由于柴油機(jī)工作的特點(diǎn)使 PM 和 NOx 兩種主

要排放污染物的生成出現(xiàn)了此消彼長(zhǎng)的現(xiàn)象。國 IV 標(biāo)準(zhǔn)之前柴油機(jī)排放可以通過機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)來解決污染物的排放控制達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)而從國 IV 開始除了改進(jìn)燃油噴射系統(tǒng)、 優(yōu)化燃燒過程等機(jī)內(nèi)凈化措施外，還必須增加機(jī)外后處理裝置才能使排放達(dá)標(biāo)。

根據(jù)汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前主要有兩條尾氣后處理技術(shù)路線 ：

其一是：EGR+DPF/DOC廢氣再循環(huán)系統(tǒng)+顆粒捕集器/氧化型催化轉(zhuǎn)化器路線即先通過廢氣再循環(huán)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(shù)而略有增加的顆粒物， 同時(shí)使用氧化型催化轉(zhuǎn)化器定期再生顆粒捕集器，該路線美國采用較多，簡(jiǎn)稱美國路線。

其二是：優(yōu)化燃燒+SCR 路線即是先通過優(yōu)化燃燒降低顆粒物排放，

同時(shí)允許 NOx 生成量有所增加，然后通過選擇性催化還原技術(shù)來降低因優(yōu)化燃燒而產(chǎn)生的 NOx 排放量從而達(dá)到同時(shí)降低 NOx 和 PM 的效果此種路線在歐洲采用較多簡(jiǎn)稱歐洲路線。

目前，我國重型柴油車在物流及客運(yùn)中所占比例逐年上升，其使用經(jīng)濟(jì)性比歐洲高5-10%。 由于采用 SCR 技術(shù)的國Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性比 EGR 技術(shù)好、 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)小、對(duì)燃油和機(jī)油要求較低、在技術(shù)升級(jí)連續(xù)性上具有優(yōu)勢(shì)、SCR 催化器耐久性好且不存在催化器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，因此 SCR 技術(shù)是適合我國國情的重型柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)路線。