中国重型柴油车后处理技术研究进展.pdf

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第 3 2 卷 第 1 0 期 2 0 1 9 年 1 0 月 环 境 科 学 研 究 R e s e a r c h o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s V o l . 3 2 ꎬ N o . 1 0 O c t . ꎬ 2 0 1 9 收 稿 日 期 2 0 1 9  ̄ 0 7  ̄ 1 1 修 订 日 期 2 0 1 9  ̄ 0 8  ̄ 2 3 作 者 简 介 单 文 坡 1 9 8 0  ̄ ꎬ 男 ꎬ 河 北 东 光 人 ꎬ 研 究 员 ꎬ 博 士 ꎬ 博 导 ꎬ 主 要 从 事 大 气 污 染 控 制 研 究 ꎬ w p s h a n @ i u e . a c . c n . ∗ 责 任 作 者 ꎬ 贺泓 1 9 6 5  ̄ ꎬ 男ꎬ 河 北邯郸人ꎬ 研究员 ꎬ 中国 工程 院院士 ꎬ 博士 ꎬ 博 导ꎬ 主 要从事环境催 化和非均相 大气化学过程 研究ꎬ h o n g h e @ r c e e s . a c . c n 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 N o . 2 0 1 7 Y F C 0 2 1 1 1 0 1 ꎬ 2 0 1 7 Y F C 0 2 1 2 5 0 2 ꎻ 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 N o . 5 1 8 2 2 8 1 1 S u p p o r t e d b y N a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t P r o g r a m o f C h i n a N o . 2 0 1 7 Y F C 0 2 1 1 1 0 1 ꎬ 2 0 1 7 Y F C 0 2 1 2 5 0 2 ꎻ N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a N o . 5 1 8 2 2 8 1 1 中 国 重 型 柴 油 车 后 处 理 技 术 研 究 进 展 单 文 坡 1 ꎬ 余 运 波 2 ꎬ 张 燕 1 ꎬ 贺 泓 1 ꎬ 2 ∗ 1 . 中 国 科 学 院 城 市 环 境 研 究 所 ꎬ 中 国 科 学 院 区 域 大 气 环 境 研 究 卓 越 创 新 中 心 ꎬ 福 建 厦 门 3 6 1 0 2 1 2 . 中 国 科 学 院 生 态 环 境 研 究 中 心 ꎬ 环 境 模 拟 与 污 染 控 制 国 家 重 点 联 合 实 验 室 ꎬ 北 京 1 0 0 0 8 5 摘 要 我 国 柴 油 车 尤 其 是 重 型 柴 油 车 污 染 问 题 突 出 ꎬ 亟 须 重 点 控 制 . 为 此 ꎬ 对 我 国 重 型 柴 油 车 后 处 理 技 术 的 主 要 研 究 进 展 进 行 了 综 述 与 展 望 . 结 果 显 示 我 国 自 柴 油 车 国 Ⅳ 标 准 实 施 以 来 ꎬ 后 处 理 技 术 已 经 成 为 柴 油 车 尾 气 污 染 控 制 的 必 备 技 术 . 目 前 发 展 出 的 主 要 后 处 理 技 术 包 括 用 于 控 制 C O 和 H C 排 放 的 柴 油 机 氧 化 催 化 剂 D O C 、 用 于 控 制 P M 排 放 的 柴 油 颗 粒 捕 集 器 D P F 、 用 于 控 制 N O x 排 放 的 选 择 性 催 化 还 原 技 术 S C R . 我 国 国 Ⅳ 和 国 Ⅴ 阶 段 主 要 采 用 S C R 技 术 路 线 控 制 重 型 柴 油 车 污 染 排 放 ꎬ 而 国 Ⅵ 阶 段 严 苛 的 标 准 要 求 为 柴 油 车 污 染 物 排 放 控 制 带 来 巨 大 挑 战 ꎬ 需 要 将 多 种 后 处 理 技 术 进 行 耦 合 ꎬ 并 且 需 要 将 后 处 理 系 统 与 发 动 机 系 统 进 行 融 合 . 除 柴 油 车 新 车 外 ꎬ 我 国 在 用 柴 油 车 也 需 要 有 针 对 性 地 开 展 污 染 治 理 ꎬ 主 要 涉 及 N O x 和 P M 高 效 协 同 减 排 技 术 和 排 放 在 线 监 管 技 术 . 关 键 词 柴 油 车 ꎻ 后 处 理 ꎻ 排 放 控 制 ꎻ 氮 氧 化 物 净 化 ꎻ 颗 粒 物 净 化 中 图 分 类 号 X 5 1 1 文 章 编 号 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 2 0 1 9 1 0  ̄ 1 6 7 2  ̄ 0 6 文 献 标 志 码 A D O I 1 0 􀆰 1 3 1 9 8 ∕ j 􀆰 i s s n 􀆰 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 􀆰 2 0 1 9 􀆰 0 8 􀆰 1 9 A d v a n c e s i n t h e D e v e l o p m e n t o f E x h a u s t A f t e r t r e a t m e n t T e c h n o l o g i e s f o r H e a v y  ̄ D u t y D i e s e l V e h i c l e s i n C h i n a S H A N W e n p o 1 ꎬ Y U Y u n bo 2 ꎬ Z H A N G Y a n 1 ꎬ H E H o ng 1 ꎬ 2 ∗ 1 . C e n t e r f o r E x c e l l e n c e i n R e g i o n a l A t m o s p h e r i c E n v i r o n m e n t ꎬ I n s t i t u t e o f U r b a n E n v i r o n m e n t ꎬ C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ꎬ X i a m e n 3 6 1 0 2 1 ꎬ C h i n a 2 . S t a t e K e y J o i n t L a b o r a t o r y o f E n v i r o n m e n t S i m u l a t i o n a n d P o l l u t i o n C o n t r o l ꎬ R e s e a r c h C e n t e r f o r E c o  ̄ E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s ꎬ C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ꎬ B e i j i n g 1 0 0 0 8 5 ꎬ C h i n a A b s t r a c t D i e s e l v e h i c l e s ꎬ e s p e c i a l l y h e a v y  ̄ d u t y d i e s e l v e h i c l e s ꎬ h a v e c a u s e d s e r i o u s a i r p o l l u t i o n p r o b l e m s i n C h i n a . T h e r e f o r e ꎬ t h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f d i e s e l e x h a u s t a f t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s i n C h i n a w e r e r e v i e w e d i n t h i s p a p e r . S i n c e t h e i m p l e m e n t a t i o n o f C h i n e s e Ⅳ s t a n d a r d ꎬ t h e a f t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s h a v e b e c o m e n e c e s s a r y f o r t h e e m i s s i o n c o n t r o l o f d i e s e l v e h i c l e s . T h e d e v e l o p e d a f t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s m a i n l y i n c l u d e d i e s e l o x i d a t i o n c a t a l y s t D O C f o r c o n t r o l l i n g C O a n d H C e m i s s i o n s ꎬ d i e s e l p a r t i c u l a t e f i l t e r D P F f o r P M e m i s s i o n c o n t r o l ꎬ a n d s e l e c t i v e c a t a l y t i c r e d u c t i o n S C R f o r t h e c o n t r o l o f N O x e m i s s i o n s . D u r i n g t h e C h i n e s e Ⅳ a n d Ⅴ s t a g e s ꎬ S C R w a s t h e m a i n a f t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g y f o r t h e e m i s s i o n c o n t r o l o f h e a v y  ̄ d u t y d i e s e l v e h i c l e s . D u e t o t h e s t r i n g e n t r e q u i r e m e n t s o f C h i n e s e Ⅵ s t a n d a r d ꎬ t h e c o m b i n a t i o n o f d i f f e r e n t a f t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s i s n e e d e d f o r t h e e m i s s i o n c o n t r o l ꎬ a n d t h e a f t e r t r e a t m e n t s y s t e m n e e d s t o b e i n t e g r a t e d w i t h t h e e n g i n e s y s t e m . I n a d d i t i o n t o n e w v e h i c l e s ꎬ t h e i n  ̄ u s e d i e s e l v e h i c l e s n e e d t a r g e t e d e m i s s i o n c o n t r o l ꎬ w h i c h m a i n l y i n v o l v e s t w o t y p e s o f t e c h n o l o g i e s s i m u l t a n e o u s c o n t r o l t e c h n o l o g y f o r N O x a n d P M a n d o n  ̄ l i n e m o n i t o r i n g t e c h n o l o g y f o r e m i s s i o n s . K e y w o r d s d i e s e l v e h i c l e ꎻ a f t e r t r e a t m e n t ꎻ e m i s s i o n c o n t r o l ꎻ N O x a b a t e m e n t ꎻ P M p u r i f i c a t i o n机 动 车 尾 气 排 放 是 我 国 大 气 污 染 的 重 要 来 源 ꎬ 也 是 造 成 灰 霾 和 光 化 学 烟 雾 的 重 要 原 因 ꎬ 我 国 机 动 车 污 染 防 治 的 重 要 性 和 紧 迫 性 日 益 凸 显 ꎬ 而 柴 油 车 尤 其 是 重 型 柴 油 货 车 尾 气 污 染 控 制 更 是 亟 待 解 决 的 问 题 [ 1  ̄ 3 ] . 根 据 生 态 环 境 部 发 布 的 « 20 19 年 中 国 移 动 源 环 境 管 理 年 报 » ꎬ 仅 占 我 国 汽 车 保 有 量 9􀆰 1 % 的 柴 油第 1 0 期 单 文 坡 等 中 国 重 型 柴 油 车 后 处 理 技 术 研 究 进 展 车 所 排 放 的 N O x 氮 氧 化 物 和 P M 颗 粒 物 分 别 占 汽 车 排 放 总 量 的 71􀆰 2 % 和 99 % 以 上 ꎬ 其 中 ꎬ 重 型 柴 油 货 车 虽 然 仅 占 汽 车 保 有 量 的 3􀆰 0 % ꎬ 但 其 N O x 和 P M 排 放 量 却 分 别 占 汽 车 排 放 总 量 的 49 􀆰 3 % 和 6 6 􀆰 3 % ꎬ 亟 须 重 点 控 制 . 柴 油 车 污 染 控 制 的 主 要 途 径 包 括 燃 油 和 润 滑 油 品 质 改 进 、 机 内 净 化 技 术 和 后 处 理 技 术 [ 4 ] . 我 国 自 20 15 年 全 面 实 施 柴 油 车 国 Ⅳ 标 准 以 来 ꎬ 后 处 理 技 术 已 经 成 为 柴 油 车 尾 气 污 染 控 制 的 必 备 技 术 . 随 着 我 国 柴 油 车 排 放 标 准 的 不 断 升 级 ꎬ 对 各 种 后 处 理 技 术 的 性 能 、 后 处 理 技 术 的 耦 合 ꎬ 以 及 后 处 理 与 整 车 的 系 统 集 成 提 出 了 更 高 的 要 求 ꎬ 尤 其 是 即 将 于 20 20 年 全 面 实 施 的 国 Ⅵ 标 准 ꎬ 为 我 国 柴 油 车 污 染 控 制 技 术 带 来 巨 大 挑 战 . 除 了 柴 油 车 新 车 污 染 控 制 外 ꎬ 由 于 我 国 在 用 柴 油 车 污 染 问 题 突 出 ꎬ 也 需 要 有 针 对 性 地 进 行 污 染 管 控 . 柴 油 车 的 主 要 污 染 物 为 N O x 、 P M 、 C O 和 H C 碳 氢 化 合 物 . 与 汽 油 车 相 比 ꎬ 柴 油 车 采 用 稀 燃 方 式 ꎬ 氧 气 过 量 ꎬ 排 气 中 的 C O 和 H C 含 量 远 低 于 汽 油 车 ꎬ 因 此 N O x 和 P M 是 主 要 污 染 物 [ 5 ] . 目 前 ꎬ 针 对 柴 油 车 尾 气 污 染 控 制 发 展 出 的 主 要 后 处 理 技 术 包 括 用 于 控 制 C O 和 H C 排 放 的 柴 油 机 氧 化 催 化 剂 D O C 、 用 于 控 制 P M 排 放 的 柴 油 颗 粒 捕 集 器 D P F 、 用 于 控 制 N O x 排 放 的 选 择 性 催 化 还 原 技 术 S C R [ 6  ̄ 1 0 ] . 该 文 将 针 对 我 国 重 型 柴 油 车 后 处 理 技 术 的 主 要 研 究 进 展 进 行 综 述 与 展 望 . 1 主 要 柴 油 车 后 处 理 技 术 1􀆰 1 D O C D O C 通 常 以 陶 瓷 蜂 窝 为 基 础 负 载 催 化 剂 ꎬ 为 通 流 式 催 化 转 化 器 . 催 化 剂 的 活 性 组 分 一 般 采 用 贵 金 属 铂 P t 或 钯 P b . D O C 通 常 安 装 在 柴 油 车 后 处 理 系 统 的 最 前 端 ꎬ 利 用 贵 金 属 组 分 的 催 化 氧 化 作 用 ꎬ 有 效 去 除 尾 气 中 的 C O 、 H C 等 还 原 性 气 态 污 染 物 ꎬ 以 及 P M 中 的 可 溶 性 有 机 物 S O F ꎻ 同 时 ꎬ D O C 还 可 以 将 尾 气 中 的 N O 部 分 氧 化 为 N O 2 ꎬ 为 后 续 的 D P F 再 生 和 S C R 反 应 提 供 促 进 作 用 [ 4 ] . 目 前 关 于 D O C 的 相 关 研 究 ꎬ 除 了 关 注 对 C O 、 H C 、 S O F 的 低 温 起 燃 能 力 和 对 N O 的 氧 化 能 力 等 催 化 剂 活 性 外 ꎬ 催 化 剂 的 热 稳 定 性 和 抗 硫 中 毒 能 力 也 非 常 重 要 [ 6 ꎬ 1 0 ] . 贵 金 属 组 分 在 高 温 条 件 下 容 易 发 生 烧 结 ꎬ 造 成 活 性 位 点 损 失 、 性 能 降 低 ꎬ 其 失 活 过 程 是 不 可 逆 的 . 燃 油 中 含 硫 量 过 高 ꎬ 会 导 致 D O C 发 生 硫 中 毒 ꎬ 并 且 由 于 D O C 的 催 化 氧 化 作 用 ꎬ 造 成 尾 气 中 硫 酸 盐 成 分 增 加 ꎬ 导 致 P M 排 放 升 高 . 1 􀆰 2 D P F D P F 是 当 前 降 低 柴 油 车 P M 排 放 最 为 有 效 的 技 术 . 目 前 ꎬ 最 常 用 的 是 壁 流 式 陶 瓷 蜂 窝 捕 集 器 ꎬ 利 用 相 邻 捕 集 器 孔 道 前 后 交 替 封 堵 ꎬ 使 尾 气 从 壁 面 穿 过 ꎬ 从 而 实 现 P M 的 截 留 捕 集 . D P F 的 相 关 研 究 主 要 集 中 在 过 滤 材 料 和 过 滤 体 再 生 两 项 关 键 技 术 上 . 目 前 ꎬ 市 场 上 常 用 的 D P F 主 要 以 堇 青 石 、 碳 化 硅 和 钛 酸 铝 为 过 滤 体 材 料 ꎬ 根 据 各 种 材 料 的 特 性 而 应 用 于 不 同 环 境 . 为 了 达 到 背 压 与 捕 集 效 率 的 平 衡 ꎬ D P F 载 体 的 设 计 开 发 非 常 重 要 ꎬ 非 对 称 结 构 和 高 孔 隙 率 是 重 要 研 究 内 容 . D P F 的 再 生 方 式 主 要 包 括 主 动 再 生 和 被 动 再 生 主 动 再 生 采 用 喷 油 助 燃 等 方 式 提 供 能 量 ꎬ 使 D P F 内 部 温 度 达 到 P M 氧 化 燃 烧 所 需 的 温 度 而 实 现 再 生 ꎻ 被 动 再 生 利 用 在 过 滤 体 表 面 涂 覆 催 化 剂 来 降 低 P M 燃 烧 温 度 ꎬ 并 借 助 D O C 将 N O 氧 化 为 N O 2 ꎬ 通 过 N O 2 氧 化 所 捕 集 的 P M 提 高 燃 烧 效 率 . 利 用 催 化 剂 涂 层 来 实 现 被 动 再 生 的 D P F 也 被 称 为 C D P F ꎬ 其 催 化 剂 的 开 发 是 重 要 研 究 热 点 [ 1 1  ̄ 1 5 ] . 为 了 使 柴 油 车 在 所 有 工 况 下 都 可 实 现 D P F 的 可 靠 再 生 ꎬ 通 常 需 要 将 主 动 再 生 和 被 动 再 生 结 合 使 用 . 1 􀆰 3 SC R SC R 是 在 催 化 剂 的 作 用 下 利 用 还 原 剂 选 择 性 地 将 N O x 还 原 为 N 2 ꎬ 从 而 有 效 去 除 N O x . SC R 技 术 根 据 还 原 剂 的 不 同 ꎬ 又 可 分 为 氨 选 择 性 催 化 还 原 N O x N H 3  ̄ SC R 和 碳 氢 化 合 物 选 择 性 催 化 还 原 N O x H C  ̄ SC R [ 1 6  ̄ 1 8 ] . 自 20 世 纪 7 0 年 代 开 始 ꎬ N H 3  ̄ S C R 技 术 已 经 广 泛 应 用 于 固 定 源 烟 气 脱 硝 ꎬ 并 随 着 排 放 法 规 的 升 级 而 被 引 入 柴 油 车 尾 气 N O x 控 制 [ 5 ꎬ 1 9 ] . 由 于 在 柴 油 车 上 配 备 氨 水 或 液 氨 储 罐 存 在 较 大 的 危 险 性 ꎬ 且 对 存 储 设 备 具 有 腐 蚀 性 ꎬ 因 而 在 实 际 应 用 中 通 常 使 用 尿 素 溶 液 作 为 N H 3 的 储 存 剂 ꎬ 也 称 作 U r e a  ̄ S C R [ 2 0 ] . 催 化 剂 是 N H 3  ̄ SC R 技 术 的 核 心 ꎬ V 2 O 5  ̄ W O 3 ∕ T i O 2 催 化 剂 在 固 定 源 烟 气 脱 硝 领 域 应 用 多 年 ꎬ 并 成 为 第 一 代 柴 油 车 S C R 催 化 剂 [ 2 1 ] ꎬ 但 钒 基 氧 化 物 催 化 剂 存 在 具 有 生 物 毒 性 、 高 温 稳 定 性 差 、 操 作 温 度 窗 口 较 窄 等 问 题 . 为 了 替 代 钒 基 催 化 剂 在 柴 油 车 上 的 应 用 ꎬ 研 究 者 开 发 了 F e 基 氧 化 物 和 C e 基 氧 化 物 等 非 钒 金 属 氧 化 物 催 化 剂 ꎬ 以 及 F e 基 和 C u 基 分 子 筛 催 化 剂 [ 2 2  ̄ 2 7 ] . 近 年 来 ꎬ 具 有 C H A 结 构 的 C u  ̄ SSZ  ̄ 1 3 和 C u  ̄ SA P O  ̄ 3 4 等 C u 基 小 孔 分 子 筛 ꎬ 由 于 同 时 具 有 优 异 的 N H 3  ̄ S C R 催 化 活 性 和 水 热 稳 定 性 而 受 到 广 泛 关 注 ꎬ 成 为 柴 油 车 尾 气 N O x 催 化 净 化 的 首 选 [ 2 8  ̄ 3 1 ] . 为 了 保 障 N O x 转 化 效 率 ꎬ 过 量 3 7 6 1 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷 的 尿 素 喷 射 会 导 致 N H 3 滑 失 ꎬ 因 此 ꎬ 通 常 在 S C R 催 化 剂 后 面 使 用 N H 3 氧 化 催 化 剂 A O C 来 降 低 N H 3 的 泄 露 [ 1 0 ꎬ 3 2 ] . 与 N H 3  ̄ S C R 相 比 ꎬ H C  ̄ SC R 可 以 利 用 柴 油 或 柴 油 催 化 分 解 ∕ 裂 解 的 碳 氢 化 合 物 为 还 原 剂 ꎬ 无 需 另 行 添 加 还 原 剂 尿 素 ꎬ 从 而 可 以 大 幅 度 简 化 SC R 后 处 理 系 统 [ 1 8 ꎬ 2 5 ꎬ 3 3 ] . 但 目 前 由 于 该 技 术 在 催 化 活 性 和 稳 定 性 等 方 面 还 存 在 问 题 ꎬ 尚 未 得 到 实 际 应 用 . 2 国 Ⅳ 和 国 Ⅴ 柴 油 车 后 处 理 技 术 我 国 柴 油 车 污 染 控 制 标 准 主 要 参 考 了 欧 洲 的 相 关 标 准 ꎬ 于 20 1 5 年 全 面 实 施 柴 油 车 国 Ⅳ 标 准 ꎬ 自 此 柴 油 车 需 要 使 用 后 处 理 系 统 进 行 排 放 控 制 ꎬ 以 实 现 达 标 排 放 . 柴 油 车 尾 气 的 两 大 特 征 污 染 物 N O x 和 P M 的 形 成 及 浓 度 存 在 此 升 彼 降 t r a d e  ̄ o f f 的 关 系 ꎬ 即 努 力 减 少 其 一 却 会 增 加 另 一 种 污 染 物 ꎬ 因 此 ꎬ 国 Ⅳ 柴 油 车 排 放 控 制 主 要 存 在 两 条 不 同 的 技 术 路 线 ꎬ 即 颗 粒 物 捕 集 D P F 技 术 路 线 和 选 择 性 催 化 还 原 SC R 技 术 路 线 . D P F 技 术 路 线 以 机 内 调 整 降 低 柴 油 车 N O x 排 放 ꎬ 以 D P F 降 低 P M 排 放 ꎬ 主 要 用 于 轻 型 柴 油 车 污 染 控 制 ꎻ SC R 技 术 路 线 采 用 机 内 调 整 措 施 降 低 P M 排 放 ꎬ以 S C R 技 术 降 低 N O x 排 放 ꎬ 主 要 用 于 重 型 柴 油 车 污 染 控 制 . 国 Ⅴ 阶 段 虽 然 排 放 标 准 值 有 所 加 严 ꎬ 但 通 过 技 术 升 级 ꎬ 我 国 柴 油 车 污 染 控 制 基 本 上 沿 用 了 国 Ⅳ 阶 段 的 技 术 路 线 . 自 国 Ⅳ 阶 段 开 始 ꎬ S C R 技 术 在 我 国 重 型 柴 油 车 上 实 现 了 批 量 应 用 . 我 国 柴 油 车 S C R 蜂 窝 陶 瓷 载 体 研 究 起 步 较 晚 ꎬ 尤 其 是 基 于 国 产 原 材 料 的 大 尺 寸 载 体 研 发 处 于 空 白 ꎬ 使 得 国 外 厂 家 的 大 尺 寸 载 体 占 据 国 内 几 乎 95 % 的 市 场 ꎬ 且 技 术 垄 断 . 科 技 部 “ 十 二 五 ” 及 “ 8 63 ” 计 划 柴 油 车 团 队 现 为 “ 十 三 五 ” 重 点 研 发 计 划 柴 油 车 团 队 ꎬ 以 下 简 称 “ 柴 油 车 团 队 ” 在 我 国 首 次 成 功 开 发 了 基 于 国 产 原 材 料 的 大 尺 寸 蜂 窝 陶 瓷 载 体 关 键 设 备 与 工 艺 ꎬ 并 设 计 建 造 了 年 产 600 万 升 大 尺 寸 载 体 生 产 线 ꎬ 实 现 了 国 产 化 . 钒 基 SC R 催 化 剂 ꎬ 因 其 优 异 的 抗 硫 中 毒 能 力 和 低 廉 的 价 格 ꎬ 而 成 为 我 国 国 Ⅳ 和 国 Ⅴ 阶 段 重 型 柴 油 车 尾 气 N O x 排 放 控 制 的 首 选 . 传 统 的 固 定 源 烟 气 脱 硝 催 化 剂 存 在 操 作 温 度 窗 口 较 窄 、 高 温 稳 定 性 较 差 等 问 题 ꎬ 需 要 进 行 性 能 改 进 后 才 可 应 用 于 柴 油 车 尾 气 净 化 . 柴 油 车 团 队 借 助 量 子 化 学 计 算 方 法 ꎬ 从 原 子 水 平 阐 明 了 钒 基 S C R 催 化 剂 去 除 N O x 的 微 观 基 元 反 应 过 程 ꎬ 明 确 了 聚 合 态 下 钒 物 种 间 的 耦 合 作 用 ꎬ 缩 短 了 活 性 位 再 生 的 反 应 路 径 ꎬ 并 显 著 降 低 了 决 速 步 能 垒 . 在 理 论 指 导 下 ꎬ 成 功 设 计 合 成 出 低 聚 态 氧 化 钒 活 性 中 心 结 构 ꎬ 实 现 了 在 低 钒 负 载 量 下 低 温 S C R 活 性 的 显 著 提 升 [ 3 4 ] ꎻ 此 外 ꎬ 通 过 改 变 催 化 剂 组 分 的 耦 合 方 式 ꎬ 显 著 提 升 了 其 高 温 稳 定 性 ꎬ 从 而 确 定 了 V 2 O 5  ̄ W O 3 ∕ T i O 2 催 化 剂 的 最 优 配 方 . 在 此 基 础 上 ꎬ 通 过 大 量 试 验 研 究 确 定 了 国 产 大 载 体 的 涂 覆 成 型 技 术 ꎬ 结 合 催 化 剂 生 产 中 试 研 究 ꎬ 最 终 建 立 了 催 化 剂 工 业 化 生 产 线 [ 3 5 ] . 该 产 品 性 能 满 足 我 国 国 Ⅳ 和 国 Ⅴ 重 型 柴 油 车 排 放 标 准 ꎬ 批 量 供 应 国 内 市 场 和 出 口 车 型 装 配 . 此 外 ꎬ 柴 油 车 团 队 研 究 成 果 还 在 其 他 后 处 理 企 业 得 到 推 广 应 用 ꎬ 后 处 理 产 品 辐 射 应 用 于 国 内 主 要 整 车 厂 . 3 国 Ⅵ 柴 油 车 后 处 理 技 术 与 国 Ⅴ 标 准 相 比 ꎬ 即 将 于 20 20 年 全 面 实 施 的 柴 油 车 国 Ⅵ 标 准 对 N O x 和 P M 排 放 限 值 均 大 幅 加 严 ꎬ 同 时 增 加 了 P N 限 值 ꎬ 对 低 温 工 况 与 整 车 排 放 、 生 产 一 致 性 和 整 车 有 效 寿 命 提 出 了 明 确 要 求 . 国 Ⅵ 排 放 限 值 与 现 行 的 欧 Ⅵ 标 准 相 同 ꎬ 但 增 加 了 O B D 永 久 故 障 代 码 、 超 O B D 限 值 限 扭 、 整 车 排 放 、 O B D 远 程 监 控 、 排 放 质 保 期 等 要 求 ꎬ 这 必 然 对 柴 油 车 污 染 物 排 放 控 制 带 来 巨 大 挑 战 ꎬ 因 此 ꎬ 需 要 将 不 同 后 处 理 技 术 进 行 耦 合 ꎬ 以 应 对 严 苛 的 排 放 要 求 . 满 足 国 Ⅵ 标 准 的 柴 油 车 排 放 控 制 的 首 选 技 术 路 线 为 以 燃 烧 优 化 等 机 内 净 化 技 术 控 制 原 机 排 放 ꎬ 采 用 D O C + D P F + SC R + A O C 后 处 理 组 合 技 术 削 减 排 气 中 的 P M P N 、 N O x 等 主 要 污 染 物 见 图 1 . 在 这 一 组 合 技 术 中 ꎬ D P F 再 生 引 发 的 高 温 对 后 置 SC R 的 水 热 稳 定 性 提 出 了 更 高 要 求 ꎬ 具 有 八 员 环 C H A 结 构 的 C u  ̄ SSZ  ̄ 1 3 分 子 筛 表 现 出 非 常 优 异 的 N H 3  ̄ SC R 活 性 和 水 热 稳 定 性 ꎬ 已 实 际 应 用 于 满 足 欧 Ⅵ 标 准 和 U S E P A 201 0 标 准 的 柴 油 车 尾 气 净 化 ꎬ 是 我 国 国 Ⅵ 阶 段 的 首 选 SC R 催 化 剂 [ 3 6  ̄ 3 9 ] . 柴 油 车 团 队 通 过 设 计 新 型 模 板 剂 、 创 新 合 成 方 法 一 步 水 热 法 、 固 相 法 等 ꎬ 实 现 了 具 有 自 主 知 识 产 权 的 C u  ̄ SSZ  ̄ 1 3 等 小 孔 分 子 筛 N H 3  ̄ S C R 催 化 材 料 的 快 速 合 成 ꎬ 大 幅 降 低 了 合 成 成 本 ꎬ 并 且 开 展 了 催 化 剂 放 大 生 产 [ 4 0  ̄ 4 3 ] . 在 国 Ⅵ D P F 研 究 方 面 ꎬ 柴 油 车 团 队 研 制 了 非 对 称 结 构 D P F 成 型 模 具 ꎻ 通 过 对 原 料 与 配 方 优 化 促 进 晶 体 在 片 状 滑 石 上 定 向 生 长 ꎬ 显 著 降 低 了 堇 青 石 D P F 热 膨 胀 系 数 ꎻ 通 过 复 合 使 用 不 同 形 貌 的 造 孔 材 料 增 加 微 孔 的 连 通 性 ꎬ 采 用 粒 度 分 布 窄 的 原 材 料 和 造 孔 材 料 ꎬ 制 备 出 窄 孔 径 分 布 的 D P F 产 品 ꎬ 可 以 满 足 低 压 降 、 高 P N 捕 集 效 率 的 要 求 . 要 实 现 国 产 柴 油 车 国 Ⅵ 后 处 理 系 统 全 系 统 匹 配 应 用 ꎬ 需 要 与 发 动 机 的 控 制 系 统 E C U 联 接 并 通 讯 . 目 前 ꎬ 柴 油 发 动 机 的 E C U 主 要 被 国 外 公 司 技 术 垄 断 ꎬ 4 7 6 1第 1 0 期 单 文 坡 等 中 国 重 型 柴 油 车 后 处 理 技 术 研 究 进 展 图 1 国 Ⅵ 柴 油 车 后 处 理 系 统 F i g . 1 A f t e r t r e a t m e n t s y s t e m f o r d i e s e l e n g i n e e m i s s i o n c o n t r o l i n C h i n e s e Ⅵ 不 开 放 发 动 机 E C U 的 通 讯 逻 辑 和 联 接 端 口 . 这 一 现 状 阻 碍 了 国 产 柴 油 车 后 处 理 技 术 的 应 用 ꎬ 不 利 于 我 国 柴 油 车 后 处 理 市 场 的 发 展 ꎬ 因 此 ꎬ 我 国 应 尽 快 启 动 “ 清 洁 柴 油 机 ” 计 划 ꎬ 突 破 柴 油 发 动 机 及 其 后 处 理 系 统 核 心 控 制 技 术 与 耦 合 匹 配 等 短 板 . 4 在 用 柴 油 车 污 染 治 理 技 术 由 于 我 国 柴 油 车 国 Ⅳ 标 准 的 实 施 经 历 了 多 次 推 迟 ꎬ造 成 没 有 后 处 理 装 置 的 国 Ⅲ 柴 油 车 数 量 巨 大 ꎬ 污 染 物 排 放 占 比 非 常 高 . 我 国 国 Ⅳ 和 国 Ⅴ 重 型 柴 油 车 虽 然 安 装 了 S C R 后 处 理 系 统 ꎬ 但 因 系 统 失 效 、 人 为 屏 蔽 等 问 题 ꎬ 导 致 部 分 车 辆 超 标 排 放 严 重 . 在 S C R 系 统 失 效 的 情 况 下 ꎬ 国 Ⅴ 重 型 柴 油 车 N O x 的 排 放 量 可 达 正 常 排 放 量 的 6 7 倍 . 由 于 我 国 在 用 柴 油 车 污 染 问 题 突 出 ꎬ 非 常 需 要 有 针 对 性 地 进 行 污 染 管 控 [ 3 ] . 2 018 年 « 政 府 工 作 报 告 » 明 确 指 出 ꎬ 要 “ 开 展 柴 油 货 车 超 标 排 放 专 项 治 理 ” ꎻ 在 2 019 年 国 务 院 印 发 的 « 打 赢 蓝 天 保 卫 战 三 年 行 动 计 划 » 通 知 中 明 确 指 出 ꎬ 要 “ 推 进 老 旧 柴 油 车 深 度 治 理 ꎬ 具 备 条 件 的 安 装 污 染 控 制 装 置 、 配 备 实 时 排 放 监 控 终 端 ꎬ 并 与 生 态 环 境 部 等 有 关 部 门 联 网 ꎬ 协 同 控 制 颗 粒 物 和 氮 氧 化 物 排 放 ” ꎻ 而 2 0 19 年 « 柴 油 货 车 污 染 治 理 攻 坚 战 行 动 计 划 » 更 是 给 出 了 在 用 柴 油 车 污 染 治 理 的 具 体 行 动 方 案 . 从 技 术 层 面 看 ꎬ 在 用 柴 油 车 污 染 治 理 主 要 涉 及 两 个 方 面 的 内 容 ① 开 发 高 效 的 在 用 柴 油 车 污 染 控 制 技 术 ꎬ 实 现 柴 油 车 主 要 污 染 物 N O x 、 P M 的 高 效 减 排 ꎻ ② 开 发 在 用 柴 油 车 排 放 在 线 监 管 技 术 ꎬ 以 此 有 效 甄 别 系 统 失 效 、 人 为 篡 改 、 卸 除 后 处 理 系 统 等 现 象 及 违 法 行 为 . 前 者 是 在 用 柴 油 车 减 排 的 必 要 条 件 ꎬ 后 者 为 减 排 实 施 的 有 力 保 障 . 发 达 国 家 由 于 柴 油 车 尾 气 治 理 技 术 研 究 与 应 用 起 步 较 早 ꎬ 针 对 老 旧 柴 油 车 的 后 处 理 改 造 工 作 也 开 展 得 较 早 [ 4 4  ̄ 4 7 ] . 近 几 年 ꎬ 我 国 北 京
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