2009年第4季度评述

近期贵金属科技研究方面的热点动态
新近的研究热点:柴油机NOx净化SCR技术开发

  由于柴油机具有较好的燃油经济性、动力性、耐久性等优点使得柴油汽车在近几年来得以迅速发展,由此引起的柴油车排放问题,尤其是氮氧化合物(NOx)和固态颗粒物(PM)越来越受到人们关注,机动车作为主要的移动污染物,对城市空气污染的贡献率不可估量,为降低机动车尾气排放对大气质量的污染程度,全球共形成美国、欧洲、日本三大机动车排放法规体系,对我国制定符合本国国情的车辆排放法规标准提供了依据和借鉴。柴油品质对柴油车辆的排放有重要影响,并且与柴油汽车的排放控制技术关系密切。柴油机具有较高的热效率,柴油机技术在未来面临的主要问题是不断降低PM和NOx的排放水平,只有不断改进和完善柴油机机内净化技术才能满足不断升级的排放法规及不断降低的排放限值的要求。先进的柴油机技术包括电控高压燃油喷射技术、废气涡轮增压及中冷技术、高效燃烧技术、燃烧室结构优化及废气再循环技术;同时为满足国IV排放标准,重型柴油车辆必须加装尾气后处理装置(SCR技术及EGR/DPF技术)来降低PM和NOx的排放因子(梁荣亮.国Ⅳ重型柴油车辆  排放控制技术研究.2008.p.1-89.硕士.武汉理工大学.导师姓名:过学迅;李孟良.车辆工程)。
近年来由于柴油汽车的迅速发展,柴油车辆的排放问题越来越引起人们关注,我国环保部门也陆续出台机动车排放法规,以期对日益严重的汽车排放进行控制,并使我国的法规尽快与欧洲接轨。我国柴油车排放控制技术同国外还存在较大差距,特别是在轻型高速柴油机排放方面差距更大,如何有效控制柴油车排放对我国柴油车的发展十分重要。柴油品质对柴油车辆的排放有重要影响,并且与柴油汽车的排放控制技术关系密切。目前美国、欧洲和日本都已经进行了车油计划,以建立燃油和发动机技术之间的联系及它们对车辆排放的影响,但是我国目前在柴油组分与汽车排放的相关性研究方面基本上处于空白状态。而对于车辆的排放测试技术研究方面,通过车载仪器测量汽车的排放,进而评价汽车排放的影响因素的研究工作在国内也是一个较新的课题。现在所使用的稀薄燃烧发动机主要是柴油机,它因为燃油的经济性、可靠性、耐久性和强劲的动力而具有越来越大的市场。但是柴油机尾气组分比汽油机复杂得多,在净化治理方面面临更为巨大的挑战。目前,在氮氧化物的脱除上最具有实用性的方法仍是选择催化还原。现阶段所使用的催化剂在选择性、稳定性和抗毒性方面都需要进一步研究与改进。正在研究的以水滑石类化合物为前驱体的催化剂在较低温度下具有较高的NOX选择催化还原活性,在温度高于700℃时仍能表现出相当的催化活性;以大比表面积、强吸附性的海泡石为载体的新型催化剂也是很有发展前景的。另外还开发出了NOX选择催化还原的新型手段,如用等离子体使NO转化为NO2,再将其  催化分解等方法(李丽 王道.氮氧化物选择催化还原的研究进展.工业催化,2003,61(4):1-6)。
  我国的排放法规升级对于汽车行业和石化行业都是巨大的挑战,国内董尧清等论述中重型车用柴油机实现欧Ⅳ应具有的基本条件,讨论了对发动机主要系统和部件,包括增压系统、燃烧系统、喷射系统、活塞、机体、缸盖、燃油、机油耗等的要求,重点分析了为实现欧Ⅳ,降低NOx和颗粒可采用优化燃烧+选择性催化还原(SCR)和废气再循环系统(EGR)+颗粒捕捉器/氧化催化转换器(DPF/DOC)两条技术路线的利弊,最后根据中国的情况思考,初步认为我国中重型车用柴油机实施欧Ⅳ排放宜首选SCR技术路线(董尧清等.我国中重型车用柴油机实施欧Ⅳ排放技术路线的思考.  同济大学汽车学院.2006年APC联合年会.p.76-82).
  周泽兴等介绍了柴油机排放特征,排放标准及欧洲、日本的汽车界采用的柴油车排放控制技术.评述了柴油机排放后处理技术的新进展.氧化催化剂已是一种商业化产品,在小轿车、轻型车和重型车上广泛安装使用,改进方向是扩大温度窗口和提高抗SO2氧化能力;颗粒物过滤器产业化的关键技术是过滤器再生技术,被动燃烧再生技术系统是研究开发的重点,开发中的连续再生过滤器系统被认为是未来标准的配套技术,但需用超低硫柴油燃料;尿素-SCR技术已成功进行重型柴油车的NOx净化试验,改进方向是装置小型化和防止NH3泄漏;实现颗粒物和NOx同时净化的四元催化转化器及非热等离子体技术正在小轿车、重型车上进行应用试验,近年内可望推向市场(周泽兴等.柴油车排气净化技术研究的进展.中国环境  科学研究院.中国稀土学报.vol.20.2002.no.z1.P.1-9).
  长春吉大科诺科技有限责任公司申请的中国专利,申请号200810050595.6,公开了一种在对柴油发动机尾气进行净化处理的选择性催化转换器上,在金属合金载体上制备的玻璃涂层及该涂层的制备方法。按玻璃涂层总质量计,含有20~70%的氧化硅SiO2,5~20%的氧化硼B2O3,其余氧化物为氧化铝Al2O3、氧化铜CuO、氧化钴CoO、氧化镍NiO、 氧化锰MnO2、氧化钠Na2O、氧化钾K2O、氧化钙CaO、氧化铈CeO2或氧化铬Cr2O3金属氧化物中的4~9种。制备方法包括制备玻璃涂层凝胶溶液和将金属合金载体浸入玻璃涂层凝胶溶液中进行涂敷等步骤。
杨妙梁报道了日本新近实施的新长期排放法规对柴油车的NOx和PM的排放提出了严苛的要求.为适应新法规的要求,日本汽车企业进行了一系列的改进,包括日产柴油机公司研发的尿素SCR系统、日野DPF系统以及电子控制超高压燃油喷射装置系统等等.日本商用车柴油机的最新排放技术也为我国商用车制造行业提供了参考(杨妙梁.日本柴油车以最新技术适应新长期排放法规.上海汽车.2005,(12).no.12.P.3-6)。
国外还有报道集成DOC+SCR +NH3-DOC的柴油车排放后处理技术。美国商用汽车工业标准要求在2007-2010年间将柴油车的现有微粒(PM)和氮氧化物(NOx)排放水平降低90%以上,类似严格的欧洲排放标准也会在2005-2008年间实施(欧Ⅲ和欧Ⅳ)。瞄准于应用在北美、欧洲和亚洲的重货、轻货和乘用车,各种创新解决方案和技术正在研发之中,这些技术可以满足即将实施的新的柴油机废气排放法规(汽车尾气排放控制新技术—等离子燃料转化器.重发科技.2007,000(001).no.1.45-46,4)。

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