后处理安装_“国六”提前实施,尾气后处理技术如何再升级?
鑒于2016年底環境保護部、國家質檢總局發布的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》(以下簡稱“國六”)以及國務院發布的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》中的相關規定,目前全國已有十余個省級行政單位宣布在2019年7月1日提前執行國六標準。也就是說,再過一個多月,“國六”就真的要來了!
作為國五標準的升級版,國六標準多維度加嚴了要求,例如測試循環由NEDC升級為WLTC,測試過程更為嚴格,增加實際道路形式排放測試,污染物限制更嚴苛,引入48小時蒸發排放試驗和加油過程中揮發性有機化合物(VOCs)排放試驗,將蒸發排放控制水平提高至90%以上等等。這意味著,要滿足國六排放標準,整車廠商及其背后的相關供應商們必須提前進行相應的技術升級。
而值得注意的是,隨著排放要求的不斷加嚴,改善發動機工作過程的難度越來越大,能統籌動力性、經濟性和排放性能的發動機也越來越復雜,成本也急劇上升。在這一情況之下,越來越多的廠商增加了對廢氣后處理技術的關注,原因是后處理技術是在盡量不影響發動機性能的同時,在排氣系統中安裝各種凈化裝置對廢氣進行處理,從而降低污染物的排放。而此篇,我們就將結合日前在索爾維舉辦的媒體環保開放日上所獲得的信息,重點介紹:為了滿足國六排放標準,整車廠商需要怎樣的尾氣后處理技術?尾氣后處理技術又要如何再升級?
主流的汽車尾氣后處理技術
就汽油機而言,尾氣后處理裝置主要有三元催化轉化器、熱反應器和空氣噴射器等。
其中三元催化器是目前應用最多的廢氣后處理技術。三元催化器安裝在排氣歧管之后、排氣消聲器之前的排氣管中,當發動機工作時,廢氣經排氣管進入三元催化器,將汽車排氣系統中的有害物質碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物轉化為水蒸氣、二氧化碳和氮氣。據了解,目前在發達國家生產的汽油車幾乎都裝備了三元催化器,而在中國,在環境問題以及排放法規的壓力之下,三元催化器也被更多的應用,相信隨著國六排放標準的實施,這一需求將更為迫切。
熱反應器是通過均質氣體的非催化反應來氧化汽油機排氣中碳氫化合物和一氧化碳的裝置。具體的應用情況是,在排氣道出口處安裝用耐熱材料制造的熱反應器,使尾氣中未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳在熱反應器中保持高溫并停留一段時間,使之得到充分氧化從而降低其排放量。需要指出的是,熱反應器屬氧化裝置,不能除去氮氧化物。
空氣噴射器則是通過將新鮮空氣送入發動機排氣管內,從而使排氣中的碳氫化合物和一氧化碳進一步氧化和燃燒,即把導入的空氣中的氧在排氣管內與排氣中的碳氫化合物和一氧化碳進一步化合形成水蒸氣和二氧化碳,從而降低了排氣中碳氫化合物和一氧化碳的排放量。
而就柴油機而言,目前國內普遍采用的國六排放技術路線多為“EGR+DOC+DPF+SCR+ASC”的形式。
其中,EGR就是廢氣再循環系統,也即內燃機在燃燒后將排出氣體的一部分分離出、并導入進氣側使其再度燃燒的技術,可達到抑制氮氧化物的產生,同時提高燃油經濟性的效果。
DOC指的是柴油機氧化催化器,通常為三段式排氣管中的第一段,一般以貴金屬或陶瓷作為催化劑載體。它的主要作用是氧化廢氣中的一氧化碳、以及碳氫化合物,將其轉化為二氧化碳和水,同時也可以吸收可溶性有機成分及部分碳顆粒,降低部分PM(微粒物)的排放。并將一氧化氮氧化為二氧化氮。
DPF,柴油顆粒捕捉器,也是三段式排氣管中的第二段,主要作用是捕捉PM顆粒,對PM的削減能力在90%左右。需要指出的是,當DPF裝置捕捉足夠多的顆粒物后,為了避免堵塞,會對捕捉的顆粒物進行消解,這個過程被叫做DPF再生。
SCR指的是選擇性催化還原技術,也是排氣管中的最后一段,以尿素為還原劑,通過使用催化劑與氮氧化物發生化學反應,將氮氧化物轉換為氮氣和水。據了解,SCR技術在國內卡車上早已普及。
ASC是氨氣捕捉器,一般安在排氣裝置的最末端,位于SCR裝置之后,通過催化氧化作用,降低排氣中未參與尾氣催化而泄露出的氨氣。據了解,國五之前對尿素系統噴射的尿素是沒有要求的,而國六標準則制定了限值,因此ASC屬于國六標準下催生的新型裝置。
尾氣后處理技術升級的若干要求及解決方案
不難推斷,隨著國六或是未來更為嚴苛的排放法規的實施,以上解決方案的需求將持續增加。而與此同時值得注意的是,這些尾氣后處理技術也在不斷升級,并且對相關零部件或是材料提出了更高的要求。
索爾維特種聚合物汽車業務拓展經理丁宗勤表示,國六排放標準下,EGR、SCR等裝置對于材料的多方面性能要求進一步提升,例如使用溫度、尺寸穩定性、耐腐蝕性等等,相關供應商需要進一步優化材料方案。
據蓋世汽車了解,針對EGR廢氣再循環閥,索爾維提供的特種材料具有優良的耐高溫性能,使用溫度在-40℃-180℃;具備優良的密封性能,耐受廢氣中的化學品腐蝕,如酸性氣體;以及具備尺寸穩定性以及長期的熱老化性能等等。而針對SCR系統,其特種聚合物的高性能材料使用溫度為-40℃-100℃,同時具有耐尿素溶劑、優良的尺寸穩定性、尿素低滲透率等優點。
材料的升級有利于保障以及提升尾氣后處理的效果,而在材料之外,催化劑之于尾氣后處理似乎更為重要。事實上,汽車尾氣就是通過與催化劑相互作用,來加速尾氣中污染物的氧化還原反應,從而達到減少廢氣排放的目的。索爾維特種化學事業部市場發展經理楊諾表示,為了滿足新的國六排放標準,催化劑也需要進行必要的升級,例如具備更出色的穩定性,更強效耐用,滿足新的測試周期(WLTP)和更高的排放控制限制等等。
據了解,在中國市場,為了滿足新的國六排放標準,索爾維開發了新的鈰鋯儲放氧材料,這些產品具有出色熱穩定性以增加催化劑的轉換效率和使用壽命:即使在高溫(峰值> 1000°C)后也能保持其物理特性,從而通過最大限度地減少燒結和包覆來穩定貴金屬(催化劑的“活性成分”),能使催化劑做到更強效、更耐用、更低貴金屬負載,以及高成本效益。
具體產品來看,其Actalys和OPtalys系列產品是按不同比例組合的氧化鈰(稀土)和氧化鋯的混合物,在大多數情況下還會額外添加少量其它稀土氧化物,如鑭、釹和鐠。據稱,Actalys和OPtalys高性能鈰鋯材料促進提高汽車催化轉化器的性能,可大幅度減少來自不斷增長的車輛帶來的廢氣排放。
該公司另一個催化劑產品系列是燃油負載催化劑,它是一種含了催化劑的添加劑,用來燃燒累計在柴油顆粒捕集器(DPF)里的積碳,在低溫比如500度左右,可以用非常短的時間比如幾分鐘之內完成積碳的燃燒。
此外,EolysPowerFlex?是該公司2009年全面推廣到全球市場的,用來解決歐五和歐六對柴油顆粒捕集器可靠性、堅固性和耐用性方面的挑戰,特別針對高度市內駕駛條件,冷車操作和燃油質量問題。據楊諾介紹,EolysPowerFlex?是可以裝載在一個小罐里并高度整合在汽車上,在車輛運行期間自動進行添加。據了解,目前已經有1300多萬輛歐五和歐六車已經裝載了Eolys PowerFlex?技術。目前,該公司也在積極在中國推進這一技術的應用。
小結:國六排放標準的實施,為整車廠商及其背后的供應商帶來了方方面面的挑戰,而如今,已有諸多整車廠商推出了國六車型,這意味著已經有一批企業直面挑戰,進行了相應的技術升級。當然不可否認的是,技術升級是一個持續的過程,在包括汽車尾氣后處理在內的諸多技術方面,相關企業仍需多下功夫,畢竟“國六”的技術方案需要進一步優化,未來更為嚴苛的排放標準的實施也需要更多的技術突破!
總結
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