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車用尿素溶液的作用、國內現狀和前景

摘要，中重型柴油汽車排出的 NOx 和 PM 嚴重污染著大氣SCR 系統是其節能減排、達到國 IV 標準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、包裝、運輸等環節中必須嚴格控制金屬離子等雜質的含量我國目前已有統一的車用尿素溶標準，但是還沒有完善的尿素溶液供應系統。生產車用尿素溶液具有良好的前景。

一、NOx 和 PM 的危害及“國Ⅳ排放標準”

在一些國家和地區中重型車用柴油機的排放在發動機對環境排放方面的貢獻度要達到 70%左右，其排放一直是內燃機排放控制領域內最值得關注的重點。 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排放標準嚴重污染空氣質量。

柴油機排放出的 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能導致神經中樞的癱瘓和痙攣而且 NO 排入大氣后會逐漸被氧化為 NO 2 。 NO 2 是一種有刺激性氣味、 毒性很強(毒性大約是 NO 的 5 倍)的紅棕色氣體可對人的呼吸道及肺造成損害，嚴重時能引起肺氣腫，當濃度高達 100×10 -6 體積濃度以上時會隨時導致生命危險。 NOx 和 HC 在太陽光作用下會生成光化學煙霧NOx還會增加周圍臭氧的濃度而臭氧則會破壞植物的生長。此外NOx 還對各種纖維、橡膠、塑料、電子材料等具有不良影響。PM 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。 分別從 2010 年 1 月 1 日和 2010

年 7 月 1 日開始實施重型汽車和輕型汽車國Ⅳ排放標準對此作了嚴格的限制 ，數據如表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 數據看，重型柴油車國Ⅳ相對于國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 月率先實施國Ⅳ排放標準后上海、深圳、廣州、西安等城市相繼實施機動車國 IV 標準，全國最晚將于 2014 年全面實施國 IV 標準。

二、柴油機節能減排技術路線

比較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。由于柴油機工作的特點使 PM 和 NOx 兩種主

要排放污染物的生成出現了此消彼長的現象。國 IV 標準之前柴油機排放可以通過機內凈化技術來解決污染物的排放控制達到相應的標準而從國 IV 開始除了改進燃油噴射系統、 優化燃燒過程等機內凈化措施外，還必須增加機外后處理裝置才能使排放達標。

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，該路線美國采用較多，簡稱美國路線。

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 的效果此種路線在歐洲采用較多簡稱歐洲路線。

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%。 由于采用 SCR 技術的國Ⅳ發動機燃油經濟性比 EGR 技術好、 對發動機改動小、對燃油和機油要求較低、在技術升級連續性上具有優勢、SCR 催化器耐久性好且不存在催化器堵塞的風險，因此 SCR 技術是適合我國國情的重型柴油機節能減排技術路線。