基于国情的国IV轻型柴油车催化剂技术方案[1]

基于国情的国IV轻型柴油车催化剂技术方案袁书华博士、技术总监四川中自尾气净化有限公司2010.11主要内容1.研究背景——我们的国情2.基于国情的单DOC技术方案2.1单DOC方案对发动机及催化剂的要求2.2本项目DOC技术方案介绍3.基于国情的DOC+POC技术方案3.1DOC+POC方案对发动机及催化剂的要求3.2本项目DOC+POC技术方案介绍1我们的国情—NASA的报告中国已成地球上PM污染最严重的地区，没有之一！1我们的国情—升级国IV的困难国III阶段的情况——发动机技术水平相对落后控制系统选择机械泵匹配简单后处理或不使用后处理整车的成本压力为真正实现国IV造成了很大障碍！1我们的国情—燃油的情况当前市场上的燃油含硫量？1000ppm？2011年7月将含硫量降至350ppm？高NOx排放催化剂中毒高PM排放催化剂堵塞1我们的国情—催生自主方案成本压力技术能力中国自主创新的技术路线高硫燃油空气质量……2轻型车国IV技术路线选择00.010.020.030.040.050.0600.10.20.30.40.50.6NOx(g/km)微粒(g/km)欧洲3欧洲5欧洲4SCRDOC/POC/DPFEGR轻型车更适合EGR+DOC/POC/DPF的技术路线不论选择何种技术路线，PM原始排放必须降到一定限值以内！2三种轻型车后处理方案对比★★★★★☆★★★★★★☆★★★（国IV）DOC+POC★★★★★★★成本★★★（国IV）★★★（国IV）排放潜力★★★★★★★复杂程度★★★★耐硫性★★★★★★燃油经济性DOC+DPFDOC对比项目注：星越多，表明可接受程度越大。DPF不是解决中国轻型柴油车国IV问题的合适方案2轻型车后处理方案的选择价格决定路线某4.5L国IV（共轨）发动机后处理成本对比02000400060008000（元）123DOCDOC+POCDOC+DPF不同技术方案后处理成本比较单从成本角度讲，选择后处理技术路线，在达到排放要求的前提下，应优先选择单DOC路线，其次是DOC+POC，最后才是DOC+DPF。2.1单DOC方案—机内净化的要求对于3.5t以下轻型柴油车NOx控制在限值以内PM控制在0.05g/km以下SOF占PM总量的60%-70%HC、CO不存在问题3.5t以上轻型柴油车开发目标0.022.90.0360123NOXPM国标限值开发目标发动机需要达到的开发目标3.5t以下柴油车开发目标0.250.0250.210.0400.050.10.150.20.25NOXPM国标限值开发目标对于3.5t以上轻型柴油车NOX控制在限值以内PM控制在0.04g/kwh以下SOF占PM总量的60%-70%HC、CO不存在问题2.1单DOC方案—发动机升级合理的燃烧室结构（低压缩比燃烧室）先进的喷射系统（高压共轨或单体泵）优化喷油策略，采用适时适量的后喷增大喷射压力，一般在1800bar左右增压器的开发与匹配EGR系统的开发与匹配实现单DOC后处理方案发动机的升级方向——2.1单DOC方案—对催化剂的要求怎样才是合格的DOC？DOC的开发目标：合理的HC、CO的转化效率SOF低起燃温度（150℃）SOF高转化效率（70%以上）一定的耐硫性（关键）合理的涂层方案（低贵金属）耐久性某柴油车运行1.2万公里后DOC堵塞2.1单DOC方案—注意的问题排气管热量管理由于DOC需要一定的问题才能起燃，故要尽量向前安装可能要装在增压器之前DOC的间歇主动再生消除硫酸盐堵塞的问题，恢复活性合格催化剂的选择主机厂应有评价、选择合格催化剂的手段和能力耐久性没有耐久性的催化剂不是合格的催化剂2.2中自DOC方案—PM转化240260280300320340360380400420440460480500520540-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2CO2concentration/(%)T/(oC)OS1OS1+PC2PC2PS1353.9342.1365.2503.8不同方案下的SOOT转化曲线不同材料情况下的SOF的T50及T90通过使用不同的催化材料，使SOF、SOOT的转化效率、起燃温度、完全转化温度都得到很大改善，对PM转化效率达到50%左右性能优异的催化材料能极大降低贵金属使用量，即降低成本2.2中自DOC方案—耐硫性020406080100100150200250300350温度（℃）转化率(%)SO2C2H4CO020406080100100150200250300350温度（℃）转化率(%)SO2C2H4CO普通DOC与耐硫DOC的区别耐硫涂层DOC对SO2的氧化作用明显低于非耐硫DOC，硫酸盐的生成量减少一半以上2.2中自DOC方案—应用实例0.0270.1350.019300.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5HCCOPM无DOC有DOC某发动机单DOC排放测试结果（g/kwh)发动机与后处理充分匹配开发，单DOC实现国IV是完全可行的。近期已完成几个发动机的单DOC国IV开发项目3.1POC方案—机内净化的要求在单DOC方案不能解决PM时选用NOx须控制在限值内对SOF、SOOT比例要求不高（一般各50%）PM应控制在0.04g/kwh以下HC、CO一般没有问题采用POC方案对机内净化的建议——3.1POC方案—催化剂的要求合格DOC/POC的要求DOCPOCHC/CO转化效率—将NO转化为NO2—SOF起燃温（150℃）SOOT起燃温（270℃）SOF转化效率（70%）S00T转化效率（30%）耐硫性耐硫性耐久性耐久性3.1POC方案—涂层POC的优势催化剂涂层气固反应更易发生C+NO2→CO2+NO抗硫涂层抑制SO2氧化SO2+O2→SO3实现主动再生C+NO2→CO2+NO未涂覆催化剂的POC，如果过于密集有可能发生硫酸盐堵塞问题涂覆有催化剂的POC，如果催化剂组成不当，氧化SO2能力强，可能造成POC的堵塞DOC氧化SO2比例高，将造成POC的堵塞3.2中自POC原理1/2NOX、O2、PMCO2、H2OSOOT+NO2→CO2+NO带催化剂涂层，气固反应更易发生根据不同PM粒径，孔隙率可调根据气体流动布朗效应设计载体，不增加背压特殊的基体卷制方式，比表面积更大涂层采用低贵金属方案涂覆耐硫涂层金属纤维基体POC作用原理：3.2中自POC原理2/2工作原理同纤维基体POC丝网基体成本比纤维基体更低特殊的卷制方式，得到更大的比表面积涂覆耐硫催化剂涂层根据不同的粒径，可调整孔隙率低贵金属涂层催化剂金属丝网基体POC作用原理：3.2中自POC方案—总成结构DOC氧化HC、CO、SOF；将NO氧化为NO2加热丝烧掉积聚在POC前端的SOOT；提高POC前端温度POC拦截并氧化SOOTHC、CONOX、PMH20、CO2N2※可以根据不同需求选择是否加装加热丝3.2中自POC方案—市场应用进展：（1）制备了耐硫的催化剂（2）选择丝网状基体和FeCrAl基纤维基体，价格比较低（3）制备了耐硫的催化剂涂层•目前正在与国内各整车厂和发动机企业进行合作开发。总结及建议做好发动机机内净化标定前催化剂的选择与评价•高性能的DOC是国IV打标的关键•匹配合理的载体体积•针对不同情况选用合适的POC排气管的热量管理•根据需要选择不同的DOC安装位置•可能需要安装于增压器前针对不同项目，选择合适的排放控制路线，做到资源优化配置，才是最优的排放解决方案。谢谢！低CO和HC排放低NOx和PM排放让我们多一些深呼吸！