柴油车尾气排放污染现状和控制技术

NH3 的喷射添加: 低于化学计量
Urea－SCR集成及匹配控制系统
欧洲“AdBlue”计划
能源公司 在欧洲推广 Urea－SCR 尿素添加设施 建设 Urea－SCR气 候适应性研究 车辆示范性 应用
汽车与发动 机生产商
催化剂公司
AdBule计 划:32.5％ 尿素水溶液 为还原剂
尿素生产商
Diesel fuel news, July 7, 2003
柴油车欧IV 达标必选； 广泛用于DPF
的再生、DeNOx防还原剂 泄漏。
颗粒物捕集器（DPF）
过滤材料
金属过滤体 堇青石过滤体 碳化硅过滤体 钛酸铝过滤体
过滤方式
壁流式
DPF再生技术
利用外部热源再生 电加热再生 喷油助燃再生 微波加热再生 进气节流再生 排气节流再生 后燃再生 逆向喷气再生 机械振动再生 催化燃烧再生 连续再生 添加剂再生
Catalytic converter
Ethanol
污染物 排放分 担率高
单车排 放量高
按目前排 放水平测 算 ， 至 2 0 1 0 年，；城 市机动车 污染综合 分担率将 上 升 到 7 9 % 。
数据来源：国家环保总局污染控制司
城市大气污染发生演变
从以SO2为特征的煤烟型污染转向以NOx为 特征的光化学烟雾型（机动车尾气型）。
北京，2004.11
进 气 中 冷
废 气 再 循 环
推 迟 喷 油 提 前 角
均 质 混 合 压 燃 技 术
氧 化 型 催 化 剂
颗 粒 物 过 滤 器 及 再 生 技 术
氨 选 择 性 催 化 还 原 NOx
HC 选 择 性 催 化 还 原 NOx
NOx 储 存 － 催 化 还 原
PM 同 时 去 除 四 效 催 化 剂
柴油机机内净化效果和欧洲排放标准
报告内容
引言——柴油车产业发展的必要性 柴油车尾气排放污染现状 柴油车尾气排放污染控制技术
柴油机机内净化 柴油车尾气后处理技术
展望
柴油机尾气排放污染控制技术
燃油品质 内燃机技术 机外排放控制技术
NOx 与
低 硫 或 无 硫 柴 油
控 制 柴 油 的 十 六 烷 值
Ⅲ 第二类车 Ⅱ Ⅲ 第一类车 -Ⅰ Ⅳ 第二类车 Ⅱ Ⅲ
柴油车NOx/HC+NOx排放国III、国IV限值大大高于同类汽油车
柴油机尾气污染物排放特性和欧洲排放标准
报告内容
引言——柴油车产业发展的必要性 柴油车尾气排放污染现状 柴油车尾气排放污染控制技术
柴油机机内净化 柴油车尾气后处理技术
展望
柴油机尾气排放污染控制技术
氨 选 择 性 催 化 还 原 NOx
HC 选 择 性 催 化 还 原 NOx
NOx 储 存 － 催 化 还 原
PM 同 时 去 除 四 效 催 化 剂
燃油高压喷射技术
地位 目的 核心 实现 方式 组合 技术
燃油喷射系 统是柴油机 的心脏，也 是发展最快 的系统
降低颗粒物 （PM）排放
燃油高压喷射
上世纪70年代，欧洲和日本基本实 现了载货汽车和大型客车的柴油机 化； 目前，欧洲轿车年产量中40%已采 用柴油发动机，在法国、西班牙等 国家高达50%以上； 据预测，2001－2014年，全球汽车 销量将增长39％，其中汽油车增长 23％，柴油车增长97％。
国外： 存在车 用动力 柴油机 化的态 势
国内： 呼吁环 境友好 的柴油 机技术
报告内容
引言——柴油车产业发展的必要性 柴油车尾气排放污染现状 柴油车尾气排放污染控制技术
柴油机机内净化 柴油车尾气后处理技术
展望
我国机动车污染的三大特征
污染物 排放量 大 2004年，全国机动车HC排放836.1万 吨，CO：3639.8万吨，NOx：549.2万 吨； 2004年，北京CO总量的92％，HC的51 ％，NOx的64％，可吸入颗粒物的 23.3％源于机动车； 为美国同类型在用车排放因子的8-10 倍。
热点、世界性难题:
柴油机排气NOx消除
三效催化剂 作用窗口
稀燃区 NOx
氨选择性催化还原(NH3–SCR) NOx
催 化 剂 选 择
V2O5-WO3/TiO2, V2O5- MoO3/TiO2
B. Speronello, J. Chen, R. Heck, 85th Annual AWMA Meeting, Kansas City, Mo, 21–26 June
0.2 0.2 0.25 0.29 0.1 0.1 0.13 0.16
0.15 0.15 0.18 0.21 0.08 0.08 0.1 0.11
0.5 0.5 0.65 0.78 0.25 0.25 0.33 0.39
0.56 0.56 0.72 0.86 0.3 0.3 0.39 0.46
0.05 0.05 0.07 0.10 0.025 0.025 0.04 0.06
报告内容
引言——柴油车产业发展的必要性 柴油车尾气排放污染现状 柴油车尾气排放污染控制技术
柴油机机内净化 柴油车尾气后处理技术
展望
HC-SCR技术 银/氧化铝催化剂-乙醇组合
Ag/Al2O3-乙醇组合选择性催化还原（SCR）NOx有高活 性和高选择性 Ag/Al2O3-乙醇组合对SO2有很强的抵抗力。 Ag/Al2O3-乙醇组合有利于富含水蒸气的气氛 Ag/Al2O3-乙醇组合体系高效特性的微观机制
共轨系统(轻 型车)、单体 泵和泵喷嘴 (重型车)
电控高压直喷 技术; 采用多次喷射 技术的共轨喷 射系统
燃油高压喷射系统
进气涡轮增压技术
地位 目的 核心 实现 方式 组合 技术
现代柴油机 的代表性 技术 发动机轻量 化、提高输 出功率
降低PM排放； 进气增压， 进一步提高 空燃比 但高温富氧 导致NOx排放 增加
Urea－SCR还原NOx体系
获得最高的 NOx 去除率 和最小的NH3泄露率
NOx conversion NH3 slip / Inlet NOx NOx conversion
3 NH
:
x NO
=
1
:
1
- 0.4
NH3 slip
- 0.2
- 0
NH3/NOx
Control of NH3 injection at DeNOx plant
PM 同 时 去 除 四 效 催 化 剂
氧化催化剂（DOC）
性能 影响 应用 前景
地位
作用
组成
最早得到应 用的柴油机 排气后处理 技术；
处理排气中 的HC、CO和 颗粒物中的 可溶有机物 （SOF）。
一般由Pt、Pd 等贵重金属组 成，并浸于表 面载体。
催化剂种类、 载体、发动 机工况、燃 油的含硫量、 排气温度与 流速。
Ag/Al2O3-乙醇组合体系具有应用的潜力
中国科学院生态环境研究中心（十五863）
H2O RCH=CH-ONO2, NO3RNO2 RONO
EtOH + NO + O2
NCO
NO + O2
N2 + CO2
NO2, NO3CH3COO
-
H2O CO2+H2O
Ag/Al2O3催化乙醇 选择性还原NOx反应机理
广州二沙岛，2004.12.8
上海，2004.11
柴油车尾气污染控制现状
柴油车尾气NOx浓度与汽油车相当 ，颗粒物是汽油车的几十倍； 汽油车：三效催化剂的广泛使 用，大幅度地削减了其主要污染 物HC、CO、NOx； 柴油车：至今还没有成熟的后处 理技术广泛应用；
柴油车排 放已成为 城市大气 中NOx和 PM排放的 主要源头 之一。
高 压 燃 油 喷 射 技 术 技 术
进 气 涡 轮 增 压 技 术
进 气 中 冷
废 气 再 循 环
推 迟 喷 油 提 前 角
均 质 混 合 压 燃 技 术
氧 化 型 催 化 剂
颗 粒 物 过 滤 器 及 再 生 技 术
氨 选 择 性 催 化 还 原 NOx
HC 选 择 性 催 化 还 原 NOx
NOx 储 存 － 催 化 还 原
我国第Ⅲ、Ⅳ阶段轻型汽车排放限值
限 值 HC+NOx (g/km) 柴油 PM (g/km) 柴油
项
阶段 类别 第一类车
目
基准质量级别 -Ⅰ
CO (g/km)
汽油 柴油
HC (g/km)
汽油
NOX（g/km）
汽油
柴油
2.3 2.3 4.17 5.22 1 1 1.81 2.27
0.64 0.64 0.8 0.95 0.5 0.5 0.63 0.74
柴油车尾气排放污染现状和控制技术
贺泓1 翁端2 资新运3
1
中国科学院生态环境研究中心
2 清华大学 3 解放军军事交通学院
报告内容
引言——柴油车产业发展的必要性 柴油车尾气排放污染现状 柴油车尾气排放污染控制技术
柴油机机内净化 柴油车尾气后处理技术
展望
柴油车产业发展的必要性(1)
柴油机是环境友好的发动机
燃油品质 内燃机技术 机外排放控制技术
NOx 与
低 硫 或 无 硫 柴 油
控 制 柴 油 的 十 六 烷 值
高 压 燃 油 喷 射 技 术 技 术
进 气 涡 轮 增 压 技 术
进 气 中 冷
废 气 再 循 环
推 迟 喷 油 提 前 角
均 质 混 合 压 燃 技 术
氧 化 型 催 化 剂
颗 粒 物 过 滤 器 及 再 生 技 术
PM 同 时 去 除 四 效 催 化 剂
NOx贮存－还原（NSR）技术
NOx贮存－还原（NSR）技术
柴油机尾气排放污染控制技术
燃油品质 内燃机技术 机外排放控制技术
NOx 与
低 硫 或 无 硫 柴 油
控 制 柴 油 的 十 六 烷 值
高 压 燃 油 喷 射 技 术 技 术
进 气 涡 轮 增 压 技 术
可变截面 涡轮增压
组合以增压 中冷技术， 可以同时 降低NOx
废气再循环（EGR）
提高废气再循环率对减少氮氧 化物（NOx）的排放有积极的影 响。
原理：将部分发动机废气再次 送回燃烧室进行二次燃烧，以 达到减少氮氧化物排放的技 术。
匀质混合压缩点火式燃烧技术（HCCI）
最显著特点是可同时降低柴油机的颗粒物和NOx排放，可使柴油 机在仅使用氧化型催化剂的情况下满足非常严格的排放限值。
高 压 燃 油 喷 射 技 术 技 术
进 气 涡 轮 增 压 技 术
进 气 中 冷
废 气 再 循 环
推 迟 喷 油 提 前 角
均 质 混 合 压 燃 技 术
氧 化 型 催 化 剂
颗 粒 物 过 滤 器 及 再 生 技 术
氨 选 择 性 催 化 还 原 NOx
HC 选 择 性 催 化 还 原 NOx
NOx 储 存 － 催 化 还 原
主动 再生
利用发动机热源再生
DPF 再 生 技 术
非加热机械式再生
被动 再生
降低微粒活化能再生
NOx和PM组合净化技术与四效催化剂
DPNR(DPF+NSR)催化剂结构图示 丰田公司
柴油机尾气排放污染控制技术
燃油品质 内燃机技术 机外排放控制技术
NOx 与
低 硫 或 无 硫 柴 油
控 制 柴 油 的 十 六 烷 值
中国科学院生态环境研究中心（杰出青年科学基金，百人计划）
Ag/Al2O3-乙醇组合体系有利于富含水蒸气的气氛
100
80
NOx Fra Baidu bibliotekonversion (%)
60
乙醇 丙烯 加水
40
加水
20
0 150 250 350 450 550 650
Temperature (℃ )
Ag/Al2O3-乙醇组合体系对SO2有很强的抵抗力
柴油车产业发展的必要性(2)
减少对石油进口的依赖，减少CO2 排放，建立能源节约型社会； 现状：2004年国内共销售柴油轿车 12654辆，仅占所有轿车销量225万 辆的约0.6%； 《中国柴油技术和柴油车发展政策 研究执行报告》建议，柴油轿车的 比例上升至2020年的30%。
auto.tom.com/1440/1441/2006523-94279.html.
100
80
NO Conversion (%)
+ SO2
乙醇 乙醛 异丙 醇 丙 酮 丙 烯
60
400 ºc 673 K
40
20
0 0 2 4 6 8 10
T im e on stream /h
NOx催化净化技术优劣对比
Urea－SCR NOx净化效率 燃油经济性损失 优势 缺点 适用范围 技术成熟度 85-95％ <3% 活性好、耐硫性高 成本高；基础设施 投资大；氨的腐蚀 与泄漏；暂时失活 重型柴油车 示范应用（奔驰公 司） HC-SCR 85％ 1.5-1.8％ NSR 80-95％ 5-7％
活性好、耐硫 活性高；低温 性高 存贮NOx 低温活性有待 燃油经济性损 提高；耐久性 失大，耐硫性 有待考证 差 重型柴油车 台架试验 轻型柴油车首 选，重型车 示范应用（丰 田公司）
中国科学院生态环境研究中心，清华大学汽车系
应用银/氧化铝催化剂-乙醇组合 欧2标准的柴油发动机达到欧3标准（十五863）