十年來,大氣環(huán)境污染,尤其是氮氧化物(NOX)和顆粒物 PM 2.5污染已成為政府部門、社會各界關注的焦點,而中重型柴油車正是氮氧化物和顆粒物主要污染源之一;為了滿足中重型柴油車排放法規(guī)要求,我國發(fā)動機制造商普遍采用“優(yōu)化燃燒+SCR (選擇性催化還原)”排放控制技術路線,簡稱 SCR 路線。
1. SCR 還原劑的選擇
既然稱之為選擇性催化還原技術,那么還原劑自然至關重要;在SCR 還原劑的選擇上,可以有純氨、氨水、尿素水溶液和固體還原劑等技術方案;由于純氨和氨水存在運輸和使用上存在很高的危險性,終為健康安全環(huán)保的尿素水溶液所取代,尿素水溶液正是目前 SCR還原劑市場上的主流選擇,而固體還原劑(如氯化鎂氨等)還處于實驗研究階段。
為了解決尿素水溶液氨氣生成率低和冰點高的使用問題,國內一些企業(yè)開展了相應的研究工作(如加入甲酸銨等物質提高氨氣生成量、添加醇類物質降低冰點等);此類物質的加入確實可以在某種程度上解決上述的使用問題,并降低氮氧化物的排放,但是卻增加了如HC 等其他污染的排放,更有甚者還可能產生氰化氫劇毒氣體,嚴重背離了健康環(huán)保的要求;此外,加入此類物質還會造成 SCR 后處理系統的腐蝕等潛在風險;因此,選用優(yōu)質的碳酸酰胺和高品質去離子
水調和成的尿素水溶液是為佳選擇。
在 2008 年北京奧林匹克運動會的背景下,在降低機動車排放污染、凈化空氣質量的要求下,中國石化長城佳藍 SCR 尾氣凈化液應運而生,并隨著機動車排放法規(guī)的升級,逐步投放市場,目前已成長為眾多客戶信得過的尾氣凈化環(huán)保產品。
2. 尿素水溶液 AUS 32
尿素又稱碳酰胺,分子式為 H2NCONH2,是一種含氮的簡單的有機化合物,被廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)等各個領域;它有水解作用;加熱至 160℃分解,產生氨氣同時變?yōu)楫惽杷?;在高溫下可進行縮合反應,生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸;工業(yè)上常用氨氣和二氧化碳在一定條件下合成尿素。
尿素水溶液 AUS 32(Aqueous Urea Solution)是中重型柴油車SCR 系統的必備消耗品,早在歐洲使用,稱為 Adblue,北美稱為DEF(Diesel Exhaust Fluid,即柴油機尾氣處理液),在國內的名稱多樣,主有車用尿素溶液、車用脫硝劑和汽車環(huán)保尿素等,一般簡稱為車用尿素。
尿素水溶液 AUS 32 是無毒、無色、透明、清澈的液體,濃度在31.8%~33.2%之間,不易著火、無爆炸危險,但有一點腐蝕性,也可能會有淡淡的氨水氣味,可用于凈化氮氧化物,適用于帶有 SCR 尾氣處理系統的柴油發(fā)動機;目前使用的車用尿素溶液一般是由 32.5%(質量分數)的高純度碳酰胺和 67.5%的去離子水調和而成;尿素水溶液如果濺出,水分蒸發(fā)后,會形成白色結晶。在加注尿素水溶液時,防止尿素水溶液飛濺到眼部, 如果濺到手上可用清水洗除。
3. 尿素水溶液工作原理及作用
SCR 系統由儲存罐、計量泵、加料裝置、SCR 催化器和檢測系統等部分組成。SCR(選擇性催化還原)系統的計量泵在收到控制單元的指令后,從溶液箱中提取一定的尿素水溶液(多余的尿素水溶液返回尿素溶液箱),通過噴嘴噴入發(fā)動機排氣管。
在排氣管的混合區(qū),尿素熱解和水解反應生成 NH3,并與廢氣充分混合,然后進入 SCR 催化轉化器;在 SCR 裝置的催化劑作用下,經過高溫發(fā)生氧化還原反應生成無毒無害的 N2 和 H2O,并排放到大氣中,從而有效地減少汽車尾氣中的氮氧化合物含量;其化學發(fā)生應式如下所示。
SCR 系統中的尿素水溶液劑量是由發(fā)動機管理系統控制的,尿素水溶液的噴入量必須要與 NOX 的濃度相匹配,在保證降低 NOX 的同時,防止 NH3 泄漏;若尿素水溶液的噴入量過少,無法有效降低氮氧化物的含量,達不到排放法規(guī)的要求;若尿素水溶液的噴入量過多,則會使多余的 NH3 排入到大氣中,帶來二次污染;SCR 尾氣凈化液的應用,從源頭處有效解決了中重型柴油車氮氧化物和顆粒物排放的問題,就是從根本上控制了污染源,進而使大氣污染有效地得到治理,使大氣環(huán)境大大改善;實踐證明,這種 SCR系統通過使用合格的尿素水溶液,可有效降低機動車尾氣中 NOX 達70%以上,而且與國三發(fā)動機相比,油耗可節(jié)省 5%~7%,即使增加了尿素水溶液使用的成本,仍具有良好的使用經濟性;為了我們能擁有一片自由呼吸的藍天,為了明天的地球更美好,大家趕快行動起來吧!