中國機(jī)動(dòng)車氮氧化物減排途徑和技術(shù)

中國機(jī)動(dòng)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(dāng)前我國最主要的大氣環(huán)境問題是區(qū)域細(xì)粒子和臭氧污染，同時(shí)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(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)車氮氧化物減排途徑繼續(xù)提高新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車的排放控制水平加速淘汰高排放的在用機(jī)動(dòng)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(lì)國民的綠色出行繼續(xù)提高新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)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(jì)劃2012年執(zhí)行全國：原計(jì)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(jī)動(dòng)車排放控制水平

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

－氮氧化物排放限值的變化加嚴(yán)重型柴油車（機(jī)）排放標(biāo)準(zhǔn)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(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電控噴射＋兩級(jí)三元催化（TWC）滿足歐Ⅲ/國三排放標(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電控噴射＋兩級(jí)三元催化（TWC）滿足歐Ⅳ/國四排放標(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(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線SCR優(yōu)點(diǎn)NOx還原效率高，超過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)城市公交車在低負(fù)荷時(shí)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(qiáng)評(píng)估滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國四、國五排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線稀燃NOx捕集（LNT）或稱為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)用滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ/國四、國五排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線LNT優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低可適用于雙燃料LNT缺點(diǎn)對燃油硫含量有非常嚴(yán)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(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)再生兩種滿足歐Ⅵ/國六排放標(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)估滿足歐Ⅵ/國六排放標(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量的氧氣氧化，但會(huì)有部分PM沉積通過噴油，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商已在商用車上對DPNR進(jìn)行了較多的研究滿足歐Ⅵ/國六排放標(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，只適用于重型車滿足歐Ⅵ/國六排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線美國環(huán)保局對100輛車，90種汽油，5000次試驗(yàn)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(gè)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(jì)劃天然氣車：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：成熟的技術(shù)將同時(shí)降低油耗和排放純電動(dòng)車：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重型柴油車使用中的排放超標(biāo)在用達(dá)標(biāo)檢測：保證車輛使用過程中的低排放重型車：將發(fā)動(dòng)機(jī)從車上拆下，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)行測試，難以操作上世紀(jì)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(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(jī)(2004)火車/輪船(2007)機(jī)動(dòng)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(píng)估PM的監(jiān)控歐洲正在開展和美國類似的工作機(jī)動(dòng)車排放檢測新技術(shù)機(jī)動(dòng)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(dá)，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(dá)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(dá)到30萬km時(shí)，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(jì)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(shí)的排放車輛登記時(shí)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(dá)，雪鐵龍愛麗舍，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(jìn)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(gè)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(jī)動(dòng)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(xué)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(xué)成果獎(jiǎng)（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