中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物減排途徑和技術(shù)

中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物減排途徑和技術(shù)胡京南2010年4月1日，廈門(mén)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(dāng)前我國(guó)最主要的大氣環(huán)境問(wèn)題是區(qū)域細(xì)粒子和臭氧污染，同時(shí)引發(fā)大氣能見(jiàn)度下降（灰霾現(xiàn)象）我國(guó)氮氧化物排放現(xiàn)狀2007年我國(guó)NOx約1800萬(wàn)噸，比2000年增長(zhǎng)50%－80%電力行業(yè)、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣和非金屬礦物制品業(yè)排放NOx占到總量的83%

單車(chē)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(chē)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(guó)民用汽車(chē)的構(gòu)成中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物減排途徑繼續(xù)提高新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)的排放控制水平加速淘汰高排放的在用機(jī)動(dòng)車(chē)改善車(chē)用油品質(zhì)量推廣環(huán)境友好的新能源汽車(chē)鼓勵(lì)國(guó)民的綠色出行繼續(xù)提高新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)排放控制水平

－“十二五”新車(chē)增長(zhǎng)速率2011－2015年的新車(chē)排放水平將影響近8000萬(wàn)輛機(jī)動(dòng)車(chē)的排放量！990001020304050607080910北京中國(guó)1階段全國(guó)中國(guó)1階段中國(guó)5階段北京：計(jì)劃2012年執(zhí)行全國(guó)：原計(jì)劃對(duì)重型柴油車(chē)2012年執(zhí)行，有可能稍推遲中國(guó)2階段中國(guó)3階段中國(guó)4階段中國(guó)2階段中國(guó)3階段中國(guó)4階段繼續(xù)提高新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)排放控制水平

－目前的新車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程繼續(xù)提高新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)排放控制水平

－氮氧化物排放限值的變化加嚴(yán)重型柴油車(chē)（機(jī)）排放標(biāo)準(zhǔn)的影響最為顯著！歐美重型柴油車(chē)排放控制路線的不同歐洲先SCR再DPF美國(guó)先DPF再SCR重型柴油機(jī)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(chē)電控噴射＋兩級(jí)三元催化（TWC）滿(mǎn)足歐Ⅲ/國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線重型柴油機(jī)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(chē)電控噴射＋兩級(jí)三元催化（TWC）滿(mǎn)足歐Ⅳ/國(guó)四排放標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行，需要催化劑，稱(chēng)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(mǎn)足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國(guó)四、國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線SCR優(yōu)點(diǎn)NOx還原效率高，超過(guò)90%SCR缺點(diǎn)需增加尿素供給和較為精準(zhǔn)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(chē)在低負(fù)荷時(shí)SCR不起作用的情況對(duì)柴油硫含量提出了更高要求可能帶來(lái)NH3和N2O的新問(wèn)題，還需加強(qiáng)評(píng)估滿(mǎn)足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國(guó)四、國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線稀燃NOx捕集（LNT）或稱(chēng)為NOx儲(chǔ)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(shí)，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(dòng)機(jī)

上應(yīng)用滿(mǎn)足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國(guó)四、國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線LNT優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低可適用于雙燃料LNT缺點(diǎn)對(duì)燃油硫含量有非常嚴(yán)格的要求再生過(guò)程需消耗燃料，增加油耗滿(mǎn)足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國(guó)四、國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線顆粒物捕集器排氣中的顆粒物經(jīng)過(guò)擴(kuò)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(guò)濾微孔孔徑、氣流速度和溫度等的影響分為被動(dòng)再生與主動(dòng)再生兩種滿(mǎn)足歐Ⅵ/國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線DPF優(yōu)點(diǎn)高效去除尾氣中的顆粒物有效降低排氣噪聲DPF缺點(diǎn)被動(dòng)再生需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況主動(dòng)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(qiáng)評(píng)估滿(mǎn)足歐Ⅵ/國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線DPNR（柴油機(jī)PM-NOx減排系統(tǒng)）催化裝置：可同時(shí)降低PM和NOx排放稀燃時(shí)，NOx被氧化并儲(chǔ)存，期間釋放氧自由基；PM被氧自由基和尾氣中過(guò)量的氧氣氧化，但會(huì)有部分PM沉積通過(guò)噴油，使催化器內(nèi)形成還原性氣氛，儲(chǔ)存的NOx被還原為N2，釋放熱量，沉積的PM被高溫?zé)羧毡緩S商已在商用車(chē)上對(duì)DPNR進(jìn)行了較多的研究滿(mǎn)足歐Ⅵ/國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線DPNR優(yōu)點(diǎn)同時(shí)去除尾氣中的NOx和PMDPNR缺點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜需要精確控制噴油參數(shù)與節(jié)流閥的開(kāi)啟，只有兩者高效配合才能達(dá)到預(yù)期效果體積較大，只適用于重型車(chē)滿(mǎn)足歐Ⅵ/國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線美國(guó)環(huán)保局對(duì)100輛車(chē)，90種汽油，5000次試驗(yàn)的研究：硫含量對(duì)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(chē)用油品質(zhì)量

－硫含量對(duì)尾氣后處理裝置的影響改善車(chē)用油品質(zhì)量

－2008年中國(guó)車(chē)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(chē)用油品質(zhì)量

－2008年中國(guó)車(chē)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(gè)別地區(qū)柴油硫含量高！中國(guó)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(guó)2010年起執(zhí)行，柴油全國(guó)2011年起執(zhí)行中國(guó)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(chē)用油品質(zhì)量

－中國(guó)車(chē)用油品改善的計(jì)劃天然氣車(chē)：采用合適的技術(shù)時(shí)，氮氧化物排放可達(dá)到歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物通常極少，適合在城市公交上發(fā)展混合動(dòng)力車(chē)：成熟的技術(shù)將同時(shí)降低油耗和排放純電動(dòng)車(chē)：減排效果取決于用電的排放，電廠采用脫硝技術(shù)時(shí)排放將大幅降低推廣環(huán)境友好的新能源汽車(chē)重型柴油車(chē)使用中的排放超標(biāo)在用達(dá)標(biāo)檢測(cè)：保證車(chē)輛使用過(guò)程中的低排放重型車(chē)：將發(fā)動(dòng)機(jī)從車(chē)上拆下，裝到實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架上，采用和法規(guī)認(rèn)證時(shí)相同的的規(guī)程進(jìn)行測(cè)試，難以操作上世紀(jì)九十年代，美國(guó)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(dòng)機(jī)在高速路上行駛時(shí)的油耗（但同時(shí)NOx排放大幅升高），這些高排放通常在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)不了美國(guó)環(huán)保局認(rèn)為這種發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略是不合法的“排放控制失效設(shè)備”美國(guó)交通領(lǐng)域的排放監(jiān)管輕型車(chē)2階段(1999)2007/2010重型車(chē)(2001)非道路柴油機(jī)(2004)火車(chē)/輪船(2007)機(jī)動(dòng)車(chē)排放檢測(cè)新技術(shù)便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS）美國(guó)2007年開(kāi)始監(jiān)控NOx目前正在評(píng)估PM的監(jiān)控歐洲正在開(kāi)展和美國(guó)類(lèi)似的工作機(jī)動(dòng)車(chē)排放檢測(cè)新技術(shù)機(jī)動(dòng)車(chē)排放檢測(cè)新技術(shù)輕型汽油車(chē)排放測(cè)試在北京選擇了22輛出租車(chē)開(kāi)展道路排放測(cè)試目的：研究輕型汽油車(chē)排放隨里程增加的劣化趨勢(shì)車(chē)輛登記日期：2000年12月－2008年7月里程表讀數(shù)：6,375－816,580km車(chē)型：現(xiàn)代伊蘭特和索納塔，大眾捷達(dá)，雪鐵龍愛(ài)麗舍排量：1.4－2.0升出租車(chē)氮氧化物排放在行駛里程達(dá)到6.5萬(wàn)km后，有車(chē)輛出現(xiàn)NOx高排放現(xiàn)象（>0.3g/km）但也有車(chē)輛的行駛里程達(dá)到30萬(wàn)km時(shí)，NOx排放仍較低（<0.3g/km）耐久性要求：8萬(wàn)km輕型雙燃料車(chē)排放測(cè)試在山東濟(jì)南、河北廊坊和山西陽(yáng)泉選擇了22輛天然氣－汽油雙燃料出租車(chē)開(kāi)展道路排放測(cè)試，包括14輛原裝車(chē)和8輛改裝車(chē)目的：研究輕型雙燃料車(chē)使用天然氣和汽油時(shí)的排放車(chē)輛登記時(shí)間：2002年4月－2009年7月里程：1萬(wàn)－63萬(wàn)km車(chē)型：大眾桑塔納和捷達(dá)，雪鐵龍愛(ài)麗舍，起亞遠(yuǎn)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(chē)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(jìn)一步的分析和相關(guān)研究表明，增加的總碳?xì)渑欧胖薪^大部分是甲烷；它對(duì)臭氧形成的貢獻(xiàn)小，但是溫室氣體即使假設(shè)所有的總碳?xì)涠际羌淄?，使用天然氣相比汽油仍然減少了15-16%的CO2當(dāng)量排放車(chē)輛類(lèi)型CO2（g/km）原裝車(chē)－汽油209原裝車(chē)－天然氣165改裝車(chē)－汽油

221改裝車(chē)－天然氣164溫室氣體排放重型柴油車(chē)排放測(cè)試對(duì)兩輛重型柴油貨車(chē)進(jìn)行了道路排放測(cè)試目的：研究不同重型柴油車(chē)技術(shù)與排放的關(guān)系生產(chǎn)年份：均為2007年里程：200－2萬(wàn)km（基本新車(chē)）排量：均為9.7升車(chē)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(gè)車(chē)速區(qū)間的氮氧化物排放都較高汽車(chē)尾氣顆粒物的在線檢測(cè)？機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣顆粒物的車(chē)載測(cè)試，在全球范圍內(nèi)仍處于探索階段2004－2005年清華大學(xué)汽車(chē)尾氣顆粒物的在線檢測(cè)？2006－2007年美國(guó)環(huán)保局“重型柴油車(chē)在用排放檢測(cè)技術(shù)研究”獲得美國(guó)環(huán)保局2007年科學(xué)成果獎(jiǎng)（工程領(lǐng)域），本人排名第4對(duì)下一步工作的建議從環(huán)境影響的各