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车用尿素水(溶液)的研发背景和用途

作 者:北京宝丽洁关注:299发表时间:2018-07-17 09:03:47

车用尿素溶液的研发背景和用途

柴油机以其高压缩比而具有比汽油机更高的燃油效率,由于它具有良好的燃油经济性、动力性、耐久性而广泛应用于客货车上。柴油车的HC、CO、CO2排放量比汽油车低,并能够作为生物柴油等新能源的最佳使用平台,因此柴油车应用前景非常好。但是柴油车排放的NOx(氮氧化物)和PM(颗粒物)远高于汽油车,且无法像汽油车那样使用三效催化剂而达到国Ⅳ排放,制约着柴油机的发展。

车用尿素水(溶液)的研发背景和用途

NOx可形成有毒的光化学烟雾和具有腐蚀作用的酸雨,硫氧化物和氮氧化物正是导致酸雨的主要物质,当前酸雨的防控形势比较严峻,而氮氧化物是这一阶段的防控重点。

PM(颗粒物)对人体呼吸系统有极大的危害,可引起慢性肺病或致癌。PM组分主要由固态碳烟、可溶性有机物、硫酸盐三部分组成。其排放颗粒中的可溶性有机物具有诱变作用,90%以上是致癌物质。除此之外,PM还可导致人体患慢性肺病。由于柴油机排放颗粒的粒径较小,统计资料表明90%(质量百分数)以上的颗粒小于lμm,这些颗粒悬浮于空气中停留时间很长,这样就增加了接触人体的机会,也增加了颗粒在大气中参与其它化学反应的机会。细颗粒是造成灰霾天气的主要原因,由于机动车保有量迅速增长,导致机动车排放迅速增加,空气中PM2.5这种细颗粒的累积就越来越多,由此造成灰霾天气比较频繁。


因此柴油机NOx和颗粒排放对人类健康及大气环境具有不容低估的危害作用,限制着柴油发动机的发展。世界各国都致力于减少柴油机NOx和PM排放的研究,其途径有提高燃油品质、实行机内净化技术和尾气后处理技术。但是大量的试验研究]证明仅依靠机内净化技术同时降低NOx和PM的排放量到符合排放法规的要求已经变得越来越困难,而且导致生产和使用成本明显升高。因此柴油机内净化处理的同时辅助以尾气后处理技术来控制柴油机有害物质的排放成为柴油机未来的发展方向。


根据汽车工业发达国家的发展经验,当前主要有两条尾气后处理技术路线:其一是EGR+DPF/DOC(废气再循环系统+颗粒捕集器/氧化型催化转化器)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;其二是优化燃烧+SCR路线,即是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。

车用尿素水(溶液)的研发背景和用途

目前,我国重型柴油车在物流及客运中所占比例逐年上升,其使用经济性比欧洲高5%~10%。SCR技术比EGR技术节油5%-7%,因此从经济节能角度看,SCR技术是适合我国国情的重型柴油机节能减排技术路线。


从当前国内发动机技术来看使用的重型压燃式柴油机动车辆要达到国Ⅳ排放,改造发动机已经比较困难,全球各大汽车生产公司纷纷把目光投向具有巨大开发潜力的选择性催化还原技术(SCR,Selective Catalytic Reduction)进行烟气脱硝后处理来满足第Ⅳ阶段排放的要求,所用的还原剂主要为车用尿素溶液。选择性催化还原技术SCR的原理为:用压缩空气将车用尿素溶液喷洒向热的发动机尾气,该溶液气化后产生还原效率高的氨气,氨气与尾气的NOx在SCR催化器中反应,转化为无害的水蒸汽和N2,同时吸收了有害的烟气颗粒。


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