国四柴油车后处理催化剂应用中的问题

1、国国柴油车后处理催化剂柴油车后处理催化剂应用中的问题应用中的问题四川中自尾气净化有限公司四川中自尾气净化有限公司产品应用部产品应用部 孟杨孟杨2013.08主要内容1.催化剂性能影响相关项2.国四阶段催化剂应用出现的问题及解决措施 2.1 SCR的问题 -低温问题 -二次污染 2.2 DOC的问题 -硫中毒问题 2.3 POC的问题 -烧蚀问题3.小结 主要内容1.催化剂性能影响相关项2.国四阶段催化剂应用出现的问题及解决措施 2.1 SCR的问题 -低温问题 -二次污染 2.2 POC的问题 -烧蚀问题 2.3 DOC的问题 -硫中毒问题3.小结 催化剂性能相关项中耦合催化剂温度空速空燃比污

2、染物浓度中毒OBD燃料安装位置载体体积排气流量排气管材料紧耦合催化剂硫中毒磷中毒HC中毒可逆不可逆其他中毒还原剂浓度氧化剂浓度OSC底盘式催化剂底盘散热充气效率燃料消耗催化剂（器）性能催化剂问题讨论基础u 排放问题是一个系统概念，就具体项目而言，需要整车、发动机、控制系统、后处理等共同解决，相互兼顾u 催化剂需要在一定条件下发生功效，整车需要给催化剂创造发生功效的条件u 整车厂也应该引导用户为排放负起责任主要内容1.催化剂性能影响相关项2.国四阶段催化剂应用出现的问题及解决措施 2.1 SCR的问题 -低温问题 -二次污染 2.2 DOC的问题 -硫中毒问题 2.3 POC的问题 -烧蚀问题3

3、.小结 SCR问题_低温问题CSICE2009-033SCR问题_低温问题解决方案 技术技术作用作用成本成本备注备注提高提高SCR催化剂催化剂低温低温活性活性在SCR前加装氧化催化剂（DOC）优化NO：NO2比例,提高排气温度体积约为0.30.5倍发动机排量，成本为250元/L加重成本、增加背压分子筛催化剂更好的低温活性无成本增加低硫燃油优化控制策略和尿素喷射策略（Mapping调整）高负荷时增加氨储备，用于低温时使用尿素消耗增加闭环控制、氨逃逸风险优化SCR设计（增大体积、优化混合器，优化管路布置）降低排气速度，提高尿素水解每升大约增加200元成本（含衬垫，封装）加重成本、增加背压排气排气热

4、量热量管理管理发动机延长后燃期提高排气温度无成本增加增加油耗进气或排气节流阀技术提高排气温度10001500元增加油耗对排气管路和SCR进行保温包裹降低散热损失100300元增加成本 SCR问题_低温问题解决方案Fe基增加NO2的效果（DOC+Fe）不同SCR催化剂的温度窗口1502002503003504004505000102030405060708090100 NO conversion (%)Temperature (oC) 10 20 30 40 50V基增加NO2的效果（DOC+V）10015020025030035040045050055060030405060708090100

5、 NO conversion (%)Temperature (oC) Fresh SO2-Aged H2O-Aged1502002503003504004505000102030405060708090100 NO conversion (%)Temperature (oC) 5 10 20 30 40 50Cu & Fe SCR的效果SCR问题_低温问题解决方案0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%190210230250280310350400450最淡最淡x转化效率转化效率喷射开始时刻催化器入口排气温度喷射开始时刻催化器入口排气温度/氨泄漏氨泄漏10pp

6、m时时NOx转化效率转化效率（空速（空速30000h-1)00.511.522.533.54190210230250280310350400450催化剂最大储氨量催化剂最大储氨量/mole喷射开始时刻催化器入口排气温度喷射开始时刻催化器入口排气温度/氨泄漏氨泄漏10ppm时催化剂储氨量时催化剂储氨量（空速（空速30000h-1）0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%00.20.40.60.811.2NOx转化效率转化效率催化器储氨量催化器储氨量/molNOx转化效率随储氨量的变化转化效率随储氨量的变化尿素喷射前催化器入口排气温度250摄氏度空速30000h-1

7、0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%00.10.20.30.40.5NOx转化效率转化效率催化器储氨量催化器储氨量/molNOx转化效率随储氨量的变化转化效率随储氨量的变化尿素喷射前催化器入口排气温度350摄氏度空速30000h-1基于某发动机测试数据SCR问题_低温问题解决案例*某7.7L发动机国五冷启动循环排放结果 -不带进排气进气门 -不带排气保温 -V-SCR国五ETC喷射策略 -体积/排量=2.2EU6：-WHTC冷启动SCR效率要求-71%（with EGR）-WHTC冷启动SCR效率要求-83%（without EGR）SCR的问题_钒基的污染

8、l 五氧化二钒在各国都作为危险化学品管控l 美（加州）、日由于五氧化二钒的毒性有法规限制钒基SCR催化剂的使用l 欧洲对钒基SCR未做规定。从欧洲使用经验看，在使用中的毒性可能并不严重l 真正的问题可能在于催化剂报废（整车报废）后的带来的二次污染问题SCR的问题_钒基污染的解决方案p 使用中的钒基污染控制 u 五氧化二钒物理特性的影响 -五氧化二钒550开始挥发，700以上显著挥发 -五氧化二钒熔点690 主机厂应考虑的问题：国内车辆实际运行工况中催化剂入口温度是国内车辆实际运行工况中催化剂入口温度是否有满足泄漏的条件？是否有控制高温的措施？否有满足泄漏的条件？是否有控制高温的措施？u 钒基S

9、CR催化剂制备的影响 -涂覆式催化剂一般有2%-5%的涂层脱落 -整体挤出式催化剂同样有脱落的风险 催化剂厂应考虑的问题：脱落率应该控制在什么样的范围内？脱落率应该控制在什么样的范围内？SCR的问题_钒基污染的解决方案p 催化剂报废后的钒基污染控制u 法律依据-废弃危险化学品污染环境防治办法规定，危险化学品生产者、进口者、销售者、使用者对废弃危险化学品承担污染防治责任-报废机动车拆解环境保护技术规范：报废机动车拆解产生的废尾气净化催化剂属于危险废物u 建议措施 -行业协会应组织行业内主机厂、催化剂厂联合起草钒基催化剂的回收处理制度及方法，并建立有效的行业监督机制DOC的问题_硫中毒p 堵塞 S

10、 SO2 SO2 SO3 SO3 SO4-2p 与POC联用时影响被动再生u DOC的SOF处理能力下降，导致大量SOF在POC沉积u POC被动再生原理低温下（300-400） -DOC：NO+O2 NO2 -POC：NO2+C NO+CO（NO2/C7.6） 高温下（600以上） -DOC+POC：O2+C CO2u POC再生更多依靠低温条件下的NO2氧化进行，就要求DOC在300-400有更高的NO的氧化能力DOC的问题_硫中毒的解决方案p 改善DOC配方，提高耐硫性-提升DOC在高硫条件下对HC、CO的处理能力-减小DOC在高硫条件下的堵塞风险（减少硫酸盐的生成）-提高DOC在高硫条

11、件下在DOC+POC系统中低温NO氧化能力 POC的问题_烧蚀-试验对象：N2类卡车-试验燃油硫含量：2000ppm左右-后处理方案：DOC+POC-系统捕集效率：73%严重的POC烧蚀可能引起车辆自燃！POC问题_烧蚀的原因分析u DOC中毒或失效u POC结构设计不合理 -不合理的结构导致气流分布不均 颗粒物沉降不均 -颗粒物沉降不均容易造成局部 温度过高u POC未实现连续被动再生 -中国的车辆实际运行工况可能不能保 证每辆车都能实现连续被动再生 -当车辆长时间连续在低负荷工况下工作时，由于排温较低，再生不能持续进行 -当低温工况持续一段时间后，突然运行至高温工况，可能导致POC烧蚀长时

12、运行长时运行不同类型的POC材料POC问题_烧蚀的原因分析u POC的OBD控制 -由于结构设计问题，压差传感器可能不能 完全准确判断背压情况 -由于结构设计问题，温度传感器可能不能 准确判断不可控再生的发生u 耐久性工况考察与实际工况的差异 -当前的DOC+POC耐久性测试工况无法覆盖部分实际工况 -满足测试要求的DOC+POC系统可能在实际中会存在大量烧蚀产品POC问题_烧蚀问题的解决思路u 产品设计改进 -优化POC结构，使PM沉积均匀 -控制生产一致性u 控制策略改进 -改善机内净化，提出合理的POC效率需求 -在被动再生的基础上，可能需要引入部分主动再生（低频次） -OBD控制策略应更加完善u 评价方法改进u 引导用户维护 -使用维护说明书中应注明限制使用高硫燃油主要内容1.催化剂性能影响相关项2.国四阶段催化剂应用出现的问题及解决措施 2.1 SCR的问题 -低温问题 -二次污染 2.2 POC的问题 -