重型柴油車后處理技術(shù)進(jìn)展

楊文龍 汪偉峰

摘要： 重型柴油車的使用，對我國生態(tài)環(huán)境造成了巨大污染，因此，國家相關(guān)技術(shù)部門需加強(qiáng)對重型柴油車后處理技術(shù)的研究?，F(xiàn)有的重型柴油車后處理技術(shù)主要包括選擇性催化還原技術(shù)（SCR）、柴油顆粒捕集器（DPF）、柴油機(jī)氧化催化劑（DOC）。在國IV階段與國V階段，我國在控制重型柴油車污染排放時(shí)主要采用催化還原技術(shù)（SCR）技術(shù)，在國VI階段，主要把多種處理技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合來控制重型柴油車污染排放。本文主要探究重型柴油車后處理技術(shù)。

Abstract： The use of heavy-duty diesel vehicles has caused huge pollution to the ecological environment of our country. Therefore， the relevant national technical departments need to strengthen the research on the after-treatment technology of heavy-duty diesel vehicles. Existing heavy-duty diesel vehicle aftertreatment technologies mainly include selective catalytic reduction technology （SCR）， diesel particulate filter （DPF）， and diesel oxidation catalyst （DOC）. In the National Phase IV and National Phase V， my country mainly adopts catalytic reduction technology （SCR） technology to control the pollution emissions of heavy diesel vehicles. In the National VI phase， the organic combination of various treatment technologies is mainly used to control the pollution emissions of heavy diesel vehicles. This article mainly explores the aftertreatment technology of heavy-duty diesel vehicles.

關(guān)鍵詞： 重型柴油車;處理技術(shù);催化還原技術(shù)（SCR）;柴油顆粒捕集器（DPF）;氧化催化劑（DOC）

Key words： heavy-duty diesel vehicles;treatment technology;catalytic reduction technology （SCR）;diesel particulate filter （DPF）; oxidation catalyst （DOC）

中圖分類號：U664.121.2????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0046-02

0? 引言

我國環(huán)境污染的主要來源是機(jī)動車尾氣排放，特別是重型柴油車的尾氣排放對生態(tài)環(huán)境造成了不可挽回的破壞。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部門所頒發(fā)的報(bào)道可以得出，重型柴油車所排放的污染物主要為碳氧化合物、碳?xì)浠衔?、顆粒物以及氮氧化合物，與其他汽油車相比較，重型柴油車排放的碳氧化合物與碳?xì)浠衔镙^少，所以，顆粒物與氮氧化合物是其主要污染成分，重型柴油車在使用過程中所排放的顆粒物與氮氧化物分別占我國汽車總排放量的66.3%和49.3%，因此，國家相關(guān)管理部門必須加強(qiáng)控制重型柴油車的尾氣排放問題。

1? 主要柴油車后處理技術(shù)

1.1 柴油顆粒捕集器（DPF）

利用柴油顆粒捕集器（DPF）能夠有效降低重型柴油車顆粒物的排放，目前，應(yīng)用做多、效果最好的柴油顆粒捕集器是壁流式陶瓷蜂窩捕集器，它通過封堵臨近的兩個集孔道，使汽車尾氣從壁面排出，進(jìn)而捕集到排放的顆粒物。柴油顆粒捕集器（DPF）技術(shù)主要研究過濾材料的再生?，F(xiàn)在，市面上常用的過濾材料以鈦酸鋁、碳化硅、堇青石為主，根據(jù)不同過濾材料的所屬特性選擇不同的環(huán)境，以達(dá)到捕集器工作效率和背壓之間的平衡。與此同時(shí)，柴油顆粒捕集器（DPF）對于載體的設(shè)計(jì)與開發(fā)十分必要，其中對高孔隙率和對稱結(jié)構(gòu)這兩方面的內(nèi)容將進(jìn)行重點(diǎn)研究[1]。

柴油顆粒捕集器（DPF）的再生方式分為兩種，一種是被動再生方式，另一種為主動再生方式。被動再生方式是通過在過濾體表層涂抹催化劑，將顆粒物的燃燒溫度進(jìn)行降低來完成再生;主動再生方式是通過噴油助燃來提高熱度，使柴油顆粒捕集器（DPF）的內(nèi)部溫度能夠滿足顆粒物的燃燒條件，最終實(shí)現(xiàn)再生。為了使柴油顆粒捕集器（DPF）能夠在任何條件下都可以再生，一般將被動再生與主動再生相結(jié)合。

1.2 柴油機(jī)氧化催化劑（DOC）

柴油機(jī)氧化催化劑（DOC）在使用過程中，通常以陶瓷蜂窩為基礎(chǔ)進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。催化劑的主要成分為貴金屬鉛（Pb）或者貴金屬鉑（Pt），通過利用貴金屬鉛（Pb）或者貴金屬鉑（Pt）來實(shí)現(xiàn)催化氧化效果，進(jìn)而消除重型柴油車所排放的顆粒物、碳氧化合物與碳?xì)浠衔锏任廴疚铮瑫r(shí)，柴油機(jī)氧化催化劑（DOC）還能夠?qū)⒅匦筒裼蛙嚺欧盼矚庵械奶佳趸衔镞M(jìn)行部分氧化，最終氧化為二氧化氮（NO2），可以促進(jìn)柴油顆粒捕集器（DPF）的再生[2]。

1.3 催化還原技術(shù)（SCR）

催化還原技術(shù)（SCR）是指在催化劑的效果下將氮氧化合物進(jìn)行還原反應(yīng)，還原成無污染的氣體氮?dú)猓∟2），進(jìn)而降低環(huán)境污染。催化還原技術(shù)（SCR）根據(jù)不同種類的還原劑，可分為碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原和氨選擇性催化還原兩種。在1970年至1979年期間，氨選擇性催化還原技術(shù)廣泛在重型柴油車尾氣排放控制工作中，因?yàn)橹匦筒裼蛙嚁y帶液氨或氨水儲罐會造成較大的危險(xiǎn)，并且液氨或氨水儲罐還具備較強(qiáng)的腐蝕性，所以，在實(shí)際實(shí)施過程中，經(jīng)常把液氨或氨水用尿素來替代。而碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原技術(shù)是將柴油進(jìn)行催化分解，將催化分解的碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑，因此，在實(shí)際操作過程中，不需要額外的添加還原劑，但是，由于碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原技術(shù)在穩(wěn)定性與催化活性等方面仍存在一些問題，所以此項(xiàng)技術(shù)并沒有應(yīng)用到市場中[3]。

2? 國Ⅳ和國Ⅴ柴油車后處理技術(shù)

我國柴油車后處理技術(shù)的起步較晚，在控制標(biāo)準(zhǔn)上以歐洲柴油車污染控制標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。國Ⅳ柴油車后處理技術(shù)在2015年時(shí)進(jìn)行全面實(shí)施，從此以后，政府部門對柴油車的排放進(jìn)行嚴(yán)苛控制，以實(shí)現(xiàn)我國制定的排放標(biāo)準(zhǔn)。柴油車在使用過程中主要排放的尾氣污染物為顆粒物和氮氧化合物，這兩種污染物之間的濃度關(guān)系為此生彼漲，即一種污染物減少，另一種污染物必會增加。所以，國Ⅳ柴油車后處理技術(shù)需控制好兩條技術(shù)路線，即選擇性催化還原（SCR）技術(shù)路線與顆粒物捕集（DPF）技術(shù)路線。選擇性催化還原（SCR）技術(shù)路線通過機(jī)內(nèi)自行調(diào)整來降低顆粒物的排放，通過選擇性催化還原（SCR）技術(shù)來降低氮氧化合物的排放，此技術(shù)路線被廣泛應(yīng)用在重型柴油車后處理技術(shù)中;顆粒物捕集（DPF）技術(shù)路線通過機(jī)內(nèi)自行調(diào)整來降低氮氧化合物的排放，通過顆粒物捕集（DPF）技術(shù)來降低顆粒物的排放，此技術(shù)路線被廣泛應(yīng)用在輕型柴油車后處理技術(shù)中。國V柴油車后處理技術(shù)與國Ⅳ相比較，雖然排放標(biāo)準(zhǔn)有所增加，但是所采用的技術(shù)路線仍與國Ⅳ的技術(shù)手段相同，沒有得到進(jìn)一步的提升與創(chuàng)新[4]。

3? 國VI柴油車后處理技術(shù)

在2020年時(shí)，我國全面實(shí)施了國VI柴油車后處理技術(shù)，對柴油車的排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，包括顆粒物與氮氧化合物的排放值，與此同時(shí)，對公稱壓力（PN）也增加了其限值，對生產(chǎn)一致性、低溫工況、整車排放與整車有效壽命等都提出了更為明確、更為嚴(yán)苛的要求。國VI的排放標(biāo)準(zhǔn)與歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)一致，但是增加了對排放質(zhì)保期、整車排放、OBD永久故障代碼、OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控、超OBD限值限扭等要求，這一舉動無疑給我國柴油車污染物排放工作帶來了挑戰(zhàn)。所以，國家相關(guān)管理部門要嚴(yán)苛遵守柴油車的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，利用不同的處理技術(shù)進(jìn)行有效耦合。

我國柴油車的排放標(biāo)準(zhǔn)需符合國VI標(biāo)準(zhǔn)，所選擇的技術(shù)路線主要以燃燒優(yōu)化等機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)為基準(zhǔn)，采用柴油機(jī)氧化催化劑（DOC）、柴油顆粒捕集器（DPF）、催化還原技術(shù)（SCR）相結(jié)合的方式來降低柴油車尾氣中氮氧化合物與顆粒物質(zhì)的排放。在這種組合技術(shù)中，柴油顆粒捕集器（DPF）的再生所引起的高溫狀況對催化還原技術(shù)（SCR）的穩(wěn)定性提出了較高的要求，具有CHA結(jié)構(gòu)的Cu-SSZ-13分子篩可以表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性與活性，能夠滿足歐VI尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，儼然成為了我國優(yōu)選的催化劑。另外，柴油車團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新合成技術(shù)、設(shè)計(jì)新型模板劑，獲得了Cu-SSZ-13分子篩的知識產(chǎn)權(quán)，并且將合成成本進(jìn)行大幅度降低，開始加大生產(chǎn)催化劑的力度。要想提高我國國VI柴油車后處理技術(shù)，還需要聯(lián)接發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)。但是，我國發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)已經(jīng)被國外某一知名公司所壟斷，嚴(yán)重阻礙了我國柴油車后處理技術(shù)的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用。所以，我國政府部門要加大力度研究出更好的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，促進(jìn)柴油車后處理技術(shù)的快速發(fā)展。

4? 對現(xiàn)有柴油車污染進(jìn)行治理

在國IV標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，出現(xiàn)了多次推遲的現(xiàn)象，導(dǎo)致沒有后處理系統(tǒng)的國Ⅲ柴油車數(shù)量逐漸增加，其污染排放量與日俱增。另外，我國的國IV重型柴油車與國V重型柴油車盡管裝置了催化還原技術(shù)（SCR）處理系統(tǒng)，但是因?yàn)橐恍┤藶槠帘?、系統(tǒng)失效等問題的產(chǎn)生，導(dǎo)致很多一部分重型柴油車排放污染物超標(biāo)，造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞。在催化還原技術(shù)（SCR）處理系統(tǒng)失效時(shí)，國V柴油車的氮氧化合物污染物排放量比正常的排放量高出六至七倍。因此，我國重型柴油車的使用對生態(tài)環(huán)境造成了重大污染，國家相關(guān)管理部門需對現(xiàn)有柴油車污染進(jìn)行有效的

治理。

在2018年期間，我國頒發(fā)的《政府工作報(bào)告》中曾指出，對于柴油車排放污染物超標(biāo)這一問題進(jìn)行專項(xiàng)管制;在2019年時(shí)，我國國務(wù)院頒發(fā)的《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計(jì)劃》中也明確表示，要深度管制老舊的柴油車排放污染物超標(biāo)問題，安裝污染控制設(shè)備、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，與環(huán)境保護(hù)管理部門進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，共同控制柴油車排放的氮氧化合物與顆粒物質(zhì);在2019年期間，我國還相繼頒發(fā)了《柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動計(jì)劃》，在這項(xiàng)計(jì)劃中明確給出了關(guān)于柴油貨車污染控制的有效治理方案。

柴油車尾氣污染在技術(shù)層面的處理主要包含以下兩個方面：①學(xué)習(xí)、引進(jìn)高效合理的柴油車尾氣污染控制技術(shù)，有效降低氮氧化合物與顆粒物質(zhì)的排放量;②創(chuàng)新柴油車污染物排放線上監(jiān)控技術(shù)，對人為篡改、系統(tǒng)失效等現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免違法行為的出現(xiàn)。

歐洲一些發(fā)達(dá)國家在控制柴油車尾氣污染物排放這一問題上進(jìn)行的較為順利，效果比較好，對老舊柴油車實(shí)施的后處理技術(shù)比我們國家的技術(shù)要高超。因此，我國相關(guān)管理部門需加大學(xué)習(xí)力度，不斷引進(jìn)先進(jìn)的柴油車尾氣控制技術(shù)。近些年來，我國在南京、上海、天津、北京等地區(qū)相繼對柴油車的后處理技術(shù)進(jìn)行深度改革、升級，引進(jìn)國外高效的控制處理技術(shù)，針對國Ⅲ柴油機(jī)所排放的污染物，例如顆粒物質(zhì)、氮氧化合物等采用行之有效的后處理技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制、改造;對于我國柴油車控制處理系統(tǒng)中的問題進(jìn)行有效分析，對其有針對性的進(jìn)行解決。

5? 結(jié)束語

綜上所述，我國重型柴油車后處理技術(shù)還不夠完善，需相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行不斷的創(chuàng)新與學(xué)習(xí)，引進(jìn)先進(jìn)的控制處理技術(shù)予以改善。在實(shí)際管理過程中，要明確掌握柴油車所排放的污染物自身具備的特性，根據(jù)不同污染物進(jìn)行不同的管控，采取不同的處理技術(shù)。為了還人們一個健康、和諧的生態(tài)環(huán)境，國家政府管理部門必須重視柴油車尾氣排放問題。

參考文獻(xiàn)：

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