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选择性催化还原(SCR)技术是一种很有前途的机外净化措施,能使柴油机尾气中的NOx(氮氧化物)排放降低70%以上.SCR技术所用的还原剂主要为车用尿素溶液,即采用在尾气中喷射32.5%(质量分数)雾状尿素水溶液的方法,将NOx还原成氮气及水分[1,2].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.随着我国第Ⅳ阶段排放标准的实施,SCR技术将日益普及,车用尿素溶液也将得到广泛应用.;使用研发的长城SCR尾气净化液,在试验台架上考察了不同入口温度、空速和NH3/NOx比例对SCR系统NOx转化效率及NH3泄漏量的影响;考察了长城SCR尾气净化液在ESC、ETC工况下的排放性能、NOx转换效率、NH3泄漏量,并与进口车用尿素溶液进行了性能对比。结果表明:在入口温度小于330 ℃时,在相同的空速下,入口温度越高,NOx转化效率越高;在相同的入口温度下,空速越低,NOx转化效率越高;当入口温度大于330 ℃时,NOx转化效率均在90%以上,其受空速的影响较小;NH3/NOx比例为0.9~1.0时,NOx转化效率及NH3泄漏量可保持在理想水平;长城SCR尾气净化液在ESC、ETC工况下的NOx的转化效率均在70%以上,与参比的进口车用尿素溶液性能相当。
国四车用尿素产品用途:
车用尿素溶液最基本的功能是将汽车尾气中的氮氧化物转化成无害的氮气和水,节能又环保使您的爱车达到国家规定的尾气排放标准。通过SCR系统的智能控制,当存储罐内尿素溶液不足的时候,汽车会启动不起来,为了保证车辆的正常行驶,应备有充足的尿素溶液。此外选用不同品质的尿素溶液,对车辆的保养也是不同的。当选用的尿素溶液纯度不够,有颗粒物、重金属离子等杂质存在的时候,会对车辆SCR系统的喷嘴、过滤器等零部件造成严重损害,带来不必要的经济损失。低品质的尿素溶液如果化学成分不高,存在重金属及其他化学成分的时候,会与催化剂发生化学反应降低尾气转化效果,甚至失去作用。因此,在选用尿素溶液的时候应尽量选用高品质的产品,以控制车辆的保养成本。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。
SCR是我国减排的最优选择。目前国内现行的柴油国标GB要求含硫量≤350ppm,而ECR-DOC技术要求油品含硫量在10ppm以下,因此在中国暂不具有推广条件。SCR则可耐350ppm的含硫油品,因此有推广的技术基础。由于采用SCR技术的国四发动机燃油经济性比EGR技术好、对发动机改动小、对燃油和机油要求较低、在技术升级连续性上具有优势、SCR催化器耐久性好且不存在催化器堵塞的风险,因此SCR技术是最适合我国国情的重型柴油车减排技术路线。
车用尿素是浓度为32.5%且溶剂为超纯水的尿素水溶液,生产原料为尿素晶体和超纯水,其关键点在于原料纯度。从生产工艺来看,虽然车用尿素对原料纯度要求高于一般工业用需求,但目前国内工艺已然可以满足实际应用需求。车用尿素的生产工艺不足以构建高进入壁垒。
国内车用尿素主要是从工业尿素提纯得来,其主要原理是:1)在温度70-75℃时,尿素在水溶液中发生水解。2)在温度30℃以下时,尿素重新从水溶液中结晶出来。3)每水解结晶一次,其纯度会得到大幅提高,一般利用工业一级尿素水解结晶一次,就可达到车用尿素标准要求,其产出比例为1.5:1。
车用尿素必须使用电子行业一级超纯水。车用尿素的由于SCR催化剂载体极易发生金属离子中毒从而失去催化效果,因此车用尿素溶液必须使用电子行业一级超纯水(电阻率≥18MΩ-cm)。车用尿素溶液会在-11℃下开始结冰,实际使用中在-20℃时会完全上冻。目前技术是通过加入改性剂降低溶液凝固点、外加加热装置等手段防止溶液凝固。
车用尿素溶液(AdBlue)是用不含其他任何添加物的高纯尿素和纯水一起配制的溶液,该溶液中尿素含量为32.5%(质量分数)。国内外重型柴油机厂家大多数采用了SCR(选择性催化还原)技术来满足欧IV、欧Ⅴ机动车排放标准的要求。选择SCR技术的的车辆必须添加尿素溶液作为催化还原剂,使车辆达标排放。