中國機動車氮氧化物減排途徑和技術(shù)

中國機動車氮氧化物減排途徑和技術(shù)胡京南2010年4月1日，廈門環(huán)境高技術(shù)青年論壇“十二五”為什么要控制氮氧化物？當前我國最主要的大氣環(huán)境問題是區(qū)域細粒子和臭氧污染，同時引發(fā)大氣能見度下降（灰霾現(xiàn)象）我國氮氧化物排放現(xiàn)狀2007年我國NOx約1800萬噸，比2000年增長50%－80%電力行業(yè)、機動車尾氣和非金屬礦物制品業(yè)排放NOx占到總量的83%

單車排放較低，但保有量巨大，總排放仍占重要比例；NOx排放約占25~30%單車排放高，雖然保有量較小，但總排放占重要比例；NOx排放約占55~60%2008年我國民用汽車的構(gòu)成中國機動車氮氧化物減排途徑繼續(xù)提高新生產(chǎn)機動車的排放控制水平加速淘汰高排放的在用機動車改善車用油品質(zhì)量推廣環(huán)境友好的新能源汽車鼓勵國民的綠色出行繼續(xù)提高新生產(chǎn)機動車排放控制水平

－“十二五”新車增長速率2011－2015年的新車排放水平將影響近8000萬輛機動車的排放量！990001020304050607080910北京中國1階段全國中國1階段中國5階段北京：計劃2012年執(zhí)行全國：原計劃對重型柴油車2012年執(zhí)行，有可能稍推遲中國2階段中國3階段中國4階段中國2階段中國3階段中國4階段繼續(xù)提高新生產(chǎn)機動車排放控制水平

－目前的新車排放標準進程繼續(xù)提高新生產(chǎn)機動車排放控制水平

－氮氧化物排放限值的變化加嚴重型柴油車（機）排放標準的影響最為顯著！歐美重型柴油車排放控制路線的不同歐洲先SCR再DPF美國先DPF再SCR重型柴油機路線1：高壓共軌＋電控噴射＋增壓中冷，歐美主流的技術(shù)路線路線2：廢氣再循環(huán)（EGR）＋電控噴射＋增壓中冷輕型汽油車電控噴射＋兩級三元催化（TWC）滿足歐Ⅲ/國三排放標準的技術(shù)路線重型柴油機路線1：選擇性催化還原（SCR）＋高壓共軌＋電控噴射＋增壓中冷，歐洲主流的技術(shù)路線路線2：部分流顆粒物捕集器（PDPF）＋廢氣再循環(huán)（EGR）＋電控噴射＋增壓中冷輕型汽油車電控噴射＋兩級三元催化（TWC）滿足歐Ⅳ/國四排放標準的技術(shù)路線SCR原理：

在尾氣中噴入氨，尿素或者其它含氮化合物,使其中的NOx還原成N2和水。還原反應(yīng)在較低的溫度范圍（315－400℃）內(nèi)進行，需要催化劑，稱之為選擇性催化還原；

主要反應(yīng)方程式如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國四、國五排放標準的技術(shù)路線SCR優(yōu)點NOx還原效率高，超過90%SCR缺點需增加尿素供給和較為精準的控制系統(tǒng)，成本增加較多有起燃溫度要求，已發(fā)現(xiàn)城市公交車在低負荷時SCR不起作用的情況對柴油硫含量提出了更高要求可能帶來NH3和N2O的新問題，還需加強評估滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國四、國五排放標準的技術(shù)路線稀燃NOx捕集（LNT）或稱為NOx儲存還原（NSR）NOx在氧化性氣氛中被氧化，與堿金屬或堿土金屬生產(chǎn)硝酸鹽，釋放CO2再生時，用HC或H在催化器中建立還原性氛圍，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2，堿金屬或堿土金屬與CO2生成碳酸鹽，完成再生也可在天然氣發(fā)動機

上應(yīng)用滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國四、國五排放標準的技術(shù)路線LNT優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，成本較低可適用于雙燃料LNT缺點對燃油硫含量有非常嚴格的要求再生過程需消耗燃料，增加油耗滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國四、國五排放標準的技術(shù)路線顆粒物捕集器排氣中的顆粒物經(jīng)過擴散、截留、慣性碰撞和重力沉降等原理，被DPF捕集捕集效率受粒徑、過濾微孔孔徑、氣流速度和溫度等的影響分為被動再生與主動再生兩種滿足歐Ⅵ/國六排放標準的技術(shù)路線DPF優(yōu)點高效去除尾氣中的顆粒物有效降低排氣噪聲DPF缺點被動再生需要改變發(fā)動機的運行狀況主動再生需要增加噴油系統(tǒng)可能造成尾氣中NO2/NOx大幅升高，也需加強評估滿足歐Ⅵ/國六排放標準的技術(shù)路線DPNR（柴油機PM-NOx減排系統(tǒng)）催化裝置：可同時降低PM和NOx排放稀燃時，NOx被氧化并儲存，期間釋放氧自由基；PM被氧自由基和尾氣中過量的氧氣氧化，但會有部分PM沉積通過噴油，使催化器內(nèi)形成還原性氣氛，儲存的NOx被還原為N2，釋放熱量，沉積的PM被高溫燒掉日本廠商已在商用車上對DPNR進行了較多的研究滿足歐Ⅵ/國六排放標準的技術(shù)路線DPNR優(yōu)點同時去除尾氣中的NOx和PMDPNR缺點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜需要精確控制噴油參數(shù)與節(jié)流閥的開啟，只有兩者高效配合才能達到預期效果體積較大，只適用于重型車滿足歐Ⅵ/國六排放標準的技術(shù)路線美國環(huán)保局對100輛車，90種汽油，5000次試驗的研究：硫含量對三元催化效率的影響顯著汽油硫含量：340ppm

－>50ppmNOx排放：0.41g/km－>0.36g/km，下降11%低硫柴油：50ppm，SCR技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的保障超低硫柴油：10－15ppm，DPF技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的保障改善車用油品質(zhì)量

－硫含量對尾氣后處理裝置的影響改善車用油品質(zhì)量

－2008年中國車用汽油硫含量調(diào)查黃河三角洲地區(qū)汽油硫含量高！江淮地區(qū)汽油硫含量偏高硫含量主要與原油質(zhì)量和煉廠的技術(shù)規(guī)模有關(guān)改善車用油品質(zhì)量

－2008年中國車用柴油硫含量調(diào)查黃河三角洲地區(qū)柴油硫含量高！江淮地區(qū)柴油硫含量偏高環(huán)渤海個別地區(qū)柴油硫含量高！中國3階段油品汽油硫含量150ppm以下，柴油硫含量350ppm以下汽油全國2010年起執(zhí)行，柴油全國2011年起執(zhí)行中國4階段油品汽油和柴油硫含量均在50ppm以下北京2008年起執(zhí)行，上海2009年10月起執(zhí)行，廣東2010年起執(zhí)行改善車用油品質(zhì)量

－中國車用油品改善的計劃天然氣車：采用合適的技術(shù)時，氮氧化物排放可達到歐Ⅴ標準，顆粒物通常極少，適合在城市公交上發(fā)展混合動力車：成熟的技術(shù)將同時降低油耗和排放純電動車：減排效果取決于用電的排放，電廠采用脫硝技術(shù)時排放將大幅降低推廣環(huán)境友好的新能源汽車重型柴油車使用中的排放超標在用達標檢測：保證車輛使用過程中的低排放重型車：將發(fā)動機從車上拆下，裝到實驗室臺架上，采用和法規(guī)認證時相同的的規(guī)程進行測試，難以操作上世紀九十年代，美國環(huán)保局調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制造商使用控制軟件非正常地降低發(fā)動機在高速路上行駛時的油耗（但同時NOx排放大幅升高），這些高排放通常在實驗室里發(fā)現(xiàn)不了美國環(huán)保局認為這種發(fā)動機控制策略是不合法的“排放控制失效設(shè)備”美國交通領(lǐng)域的排放監(jiān)管輕型車2階段(1999)2007/2010重型車(2001)非道路柴油機(2004)火車/輪船(2007)機動車排放檢測新技術(shù)便攜式排放測試系統(tǒng)（PEMS）美國2007年開始監(jiān)控NOx目前正在評估PM的監(jiān)控歐洲正在開展和美國類似的工作機動車排放檢測新技術(shù)機動車排放檢測新技術(shù)輕型汽油車排放測試在北京選擇了22輛出租車開展道路排放測試目的：研究輕型汽油車排放隨里程增加的劣化趨勢車輛登記日期：2000年12月－2008年7月里程表讀數(shù)：6,375－816,580km車型：現(xiàn)代伊蘭特和索納塔，大眾捷達，雪鐵龍愛麗舍排量：1.4－2.0升出租車氮氧化物排放在行駛里程達到6.5萬km后，有車輛出現(xiàn)NOx高排放現(xiàn)象（>0.3g/km）但也有車輛的行駛里程達到30萬km時，NOx排放仍較低（<0.3g/km）耐久性要求：8萬km輕型雙燃料車排放測試在山東濟南、河北廊坊和山西陽泉選擇了22輛天然氣－汽油雙燃料出租車開展道路排放測試，包括14輛原裝車和8輛改裝車目的：研究輕型雙燃料車使用天然氣和汽油時的排放車輛登記時間：2002年4月－2009年7月里程：1萬－63萬km車型：大眾桑塔納和捷達，雪鐵龍愛麗舍，起亞遠艦等排量：1.5－1.8升使用天然氣降低CO排放，增加THC排放改裝車使用天然氣增加NOx排放使用天然氣比使用汽油減少了21-25%的CO2排放進一步的分析和相關(guān)研究表明，增加的總碳氫排放中絕大部分是甲烷；它對臭氧形成的貢獻小，但是溫室氣體即使假設(shè)所有的總碳氫都是甲烷，使用天然氣相比汽油仍然減少了15-16%的CO2當量排放車輛類型CO2（g/km）原裝車－汽油209原裝車－天然氣165改裝車－汽油

221改裝車－天然氣164溫室氣體排放重型柴油車排放測試對兩輛重型柴油貨車進行了道路排放測試目的：研究不同重型柴油車技術(shù)與排放的關(guān)系生產(chǎn)年份：均為2007年里程：200－2萬km（基本新車）排量：均為9.7升車重：約24噸技術(shù)：高壓共軌（HPCR）vs.廢氣再循環(huán)（EGR）廢氣再循環(huán)相比高壓共軌技術(shù)，在各個車速區(qū)間的氮氧化物排放都較高汽車尾氣顆粒物的在線檢測？機動車尾氣顆粒物的車載測試，在全球范圍內(nèi)仍處于探索階段2004－2005年清華大學汽車尾氣顆粒物的在線檢測？2006－2007年美國環(huán)保局“重型柴油車在用排放檢測技術(shù)研究”獲得美國環(huán)保局2007年科學成果獎（工程領(lǐng)域），本人排名第4對下一步工作的建議從環(huán)境影響的各