适 应 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 北 京 2012 年 7 月 1
目 录 1 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 2 柴 油 车 后 处 理 技 术 状 况 3 适 应 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 4 FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 5 结 束 语 2
目 录 1 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 2 柴 油 车 后 处 理 技 术 状 况 3 适 应 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 4 FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 5 结 束 语 3
柴 油 车 面 临 的 挑 战 能 源 2.49 中 国 石 油 总 消 费 量 ( 亿 吨 ) 中 国 汽 车 成 品 燃 油 消 费 量 ( 亿 吨 ) 3.66 3.52 3.3 3.17 2.72 3.73 石 油 对 外 依 存 度 56%, 超 过 国 际 能 源 安 全 警 戒 线 3.92 4.41 454 4.54 全 国 用 油 总 预 期 增 加 值 6.0 4.5 中 国 汽 车 燃 油 用 量 趋 势 预 测 值 3.0 国 家 可 供 汽 车 用 油 总 量 汽 车 用 油 存 在 1.5 亿 吨 缺 口 按 发 达 国 家 汽 车 用 油 平 均 占 比 50% 计 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2015 面 临 严 峻 的 能 源 问 题 预 计 2012 年 的 石 油 表 观 消 费 量 为 493 4.93 亿 吨, 石 油 对 外 依 存 度 56%; 按 近 十 年 来 的 汽 车 用 油 趋 势 发 展,2015 年 至 少 存 在 1.5 亿 吨 汽 车 用 油 缺 口 4
柴 油 车 面 临 的 挑 战 能 源 2010 年, 交 通 领 域 所 消 耗 原 油 约 占 原 油 总 消 耗 量 的 68%, 其 中 车 用 石 油 消 费 占 57% 5
柴 油 车 面 临 的 挑 战 环 境 汽 车 工 业 面 临 巨 大 的 节 能 和 环 保 挑 战 ; 到 2015 年 新 车 消 费 量 会 从 现 在 的 1800 万 辆 增 加 到 2000 万 辆, 汽 车 保 有 量 会 从 现 在 的 1 亿 辆 增 加 到 1.5 亿 辆 按 目 前 的 增 长 速 度 和 油 耗 水 平, 年 耗 原 油 将 突 破 4.5 亿 吨 而 碳 排 放 会 由 2008 年 的 4.5 亿 吨 增 加 到 2015 年 的 11.25 亿 吨, 比 原 来 预 计 的 2020 年 达 到 10 亿 吨 碳 排 放 整 整 要 提 前 五 年! 在 零 污 染 的 电 动 汽 车 还 处 于 开 发 期 间 ; 传 统 汽 车 需 要 承 担 减 排 的 责 任 ; 6
柴 1. 油 前 言 车 排 放 面 临 的 挑 战 排 放 法 规 摘 自 :SWRI 柴 油 车 国 4, 重 点 控 制 的 对 象 物 是 PM 和 NOx; 7
2. 技 术 策 略 的 选 择 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 任 重 道 远 美 国 和 欧 洲 关 于 汽 车 氮 氧 化 物 NOx 和 微 粒 PM 的 排 放 达 标 方 面 将 强 制 性 地 实 施 一 些 更 严 厉 的 规 定 在 排 放 法 规 的 驱 动 下, 一 方 面 国 外 的 车 用 柴 油 机 正 不 断 进 行 技 术 升 级 和 改 进 ; 另 一 方 面, 选 择 恰 当 的 后 处 理 技 术 策 略 和 装 备 ; SCR 催 化 转 化 还 原 技 术? DPF 非 开 放 式 颗 粒 捕 捉 器? POC 颗 粒 氧 化 器? EGR 废 气 再 循 环 等? 8
目 录 1 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 2 柴 油 车 后 处 理 技 术 状 况 3 FAW 适 应 中 自 国 主 国 POC 情 的 后 POC 处 理 后 系 处 统 理 介 系 绍 统 分 析 4 FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 5 结 束 语 9
SCR 2. 技 术 策 略 的 选 择 SCR 系 统 及 原 理 图 NO + NO 2 + 2NH 3 -> 2N 2 + 3H 2 O 4NO + O 2 + 4NH 3 -> 4N 2 + 6H 2 O 2NO 2 + O 2 + 4NH 3 -> 3N 2 + 6H 2 O 10
SCR 2. 技 术 策 略 的 选 择 SCR 路 线 优 点 国 外 成 熟 的 后 处 理 技 术 路 线 ; 国 4/5/6 均 可 采 用 ; 在 排 气 温 度 250~550ºC 的 范 围 内 具 有 50~85% 的 NOx 去 除 效 率, 并 能 有 效 降 低 部 分 PM 的 排 放 水 平 ; 发 动 机 的 燃 油 耗 可 降 低 3~6%; 传 统 的 SCR 催 化 剂 不 含 有 贵 金 属, 比 成 本 相 对 较 低 ; 传 统 的 SCR 对 车 用 燃 油 的 质 量, 特 别 是 硫 含 量 不 敏 感 SCR 路 线 缺 点 较 为 复 杂 的 技 术 体 系, 属 于 机 械 电 子 材 料 和 化 学 的 交 叉 领 域, 一 些 企 业 无 法 进 行 自 主 开 发 ; 载 体 和 催 化 剂 最 为 关 键 ; 电 控 和 再 生 是 壁 垒 ; 10 万 公 里 的 最 起 码 的 寿 命 要 求 ; 11
SCR 技 术 国 内 推 广 应 用 车 载 SCR 技 术 的 问 题 每 年 约 需 要 300 万 吨 的 尿 素 还 原 剂, 加 注 站 如 何 解 决 ; 液 体 尿 素 还 原 剂 面 临 冬 季 结 冰 和 保 温 解 冻 的 问 题 ; 液 体 尿 素 还 原 剂 在 30 以 上 不 能 存 放, 夏 季 存 在 贮 存 问 题 ; 液 体 尿 素 还 原 剂 结 晶 结 焦 堵 塞 问 题 目 前,SCR 系 统 运 转 所 需 的 车 载 ECU( 控 制 单 元 ) 等 电 控 系 统 都 是 进 口 产 品, 国 内 企 业 自 主 开 发 的 DCU( 计 量 单 元 ) 很 难 与 之 进 行 通 讯 匹 配 ; 如 果 ECU 和 DCU 系 统 100% 的 采 用 进 口 品, 不 仅 价 格 很 高, 用 户 难 以 接 受, 而 且 存 在 货 源 非 常 紧 张 以 及 售 后 服 务 的 问 题 ; 氨 气 泄 漏 问 题 12
DPF 2. 技 术 策 略 的 选 择 载 体 技 术 复 杂, 成 本 高 ; 对 燃 油 品 质 要 求 高, 低 硫 ; 13
DPF 2. 技 术 策 略 的 选 择 DPF 路 线 优 点 国 外 成 熟 的 后 处 理 技 术 路 线 ; 国 4/5/6 均 可 采 用 ; 高 技 术 产 品, 竞 争 力 的 体 现 ; 新 鲜 样 件 对 PM 具 备 90%; DPF 路 线 缺 点 较 为 复 杂 的 技 术 体 系, 属 于 机 械 电 子 材 料 和 化 学 的 交 叉 领 域 ; 载 体 最 为 关 键 ; 电 控 和 再 生 是 壁 垒 ; 燃 油 品 质 要 求 高 ; 成 本 高, 成 为 否 决 项 ; DPF 再 生 导 致 损 坏, 样 件 的 一 致 性 以 及 使 用 效 果 的 稳 定 性 是 关 键! 石 化 部 门 稳 步 推 进 燃 油 品 质 的 提 高, 硫 含 量 达 到 50ppm 的 目 标, 全 国 可 能 需 要 更 长 的 时 间! 14
EGR 2. 技 术 策 略 的 选 择 去 除 NOX 的 技 术 ; 采 用 EGR 技 术 方 式, 对 发 动 机 的 改 动 较 多, 成 本 较 高 ; 15
EGR 2. 技 术 策 略 的 选 择 EGR 路 线 优 点 国 外 成 熟 的 后 处 理 技 术 路 线 ; 国 4/5/6 均 可 采 用 ; 对 NOX 和 PM 去 除 率 30~40%; EGR 路 线 缺 点 较 为 复 杂 的 技 术 体 系 ; 需 要 精 密 的 零 部 件, 精 确 的 电 控 ; 对 燃 油 要 求 高 ; 传 统 的 CF-4 润 滑 油 无 法 满 足 要 求 ; 硬 碳 / 颗 粒 物 对 发 动 机 摩 擦 副 的 磨 损 ; 传 统 的 冷 却 系 统 需 要 更 新 ( 散 热 器 尺 寸 泵 流 量 冷 却 液 ) 可 能 面 临 假 冒 的 问 题 16
POC 2. 技 术 策 略 的 选 择 POC 系 统 原 理 焦 炭 ---- 固 体 颗 粒 物 硫 酸 盐 灰 分 --- 高 硫 柴 油 燃 烧 产 物 捕 捉 颗 粒 物, 通 过 氧 化 燃 烧 再 生 ; 无 明 显 的 背 压 升 高 问 题 ; POC 最 特 征 的 反 应 是 由 前 端 DOC 生 成 的 NO 2 和 本 身 截 留 下 来 的 C 之 间 的 转 化 反 应 17
POC 2. 技 术 策 略 的 选 择 POC 路 线 优 点 国 外 成 熟 的 后 处 理 技 术 路 线 ; 国 4/5 均 可 采 用 ; 最 低 廉 的 成 本 的 产 品, 竞 争 力 的 体 现 ; 新 鲜 样 件 对 PM 具 备 40~60% 过 滤 效 率, 完 全 可 以 满 足 国 4 标 准 ; 全 被 动 方 式, 不 需 强 制 再 生, 不 要 求 ECU 控 制, 无 附 加 装 置 ; 没 有 存 在 专 利 壁 垒 ; POC 路 线 缺 点 载 体 和 催 化 剂 最 关 键 ; 结 构 设 计 是 核 心 ; 对 于 中 国 的 燃 油, 还 没 有 失 效 寿 命 的 验 证 结 果 ; 18
目 录 1 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 2 柴 油 车 后 处 理 技 术 状 况 3 适 应 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 4 FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 5 结 束 语 19
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 汽 车 整 车 企 业 的 后 处 理 产 品 使 用 目 标 满 足 国 家 标 准 的 技 术 要 求, 适 合 中 国 国 情 ; 好 修 好 用 好 造 ; 成 本 低 ; 售 后 维 护 方 便 ; 具 备 可 持 续 性, 为 国 5 准 备 20
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 1. 成 本 优 势 20000 唯 一 一 个 可 以 完 全 国 产 化 的 后 处 理 产 品 16000 低 廉 的 产 品 成 本 前 端 DOC 外 无 附 加 装 置 无 贵 金 属 或 低 贵 金 属 的 催 化 剂 体 系 与 DPF 相 比, 载 体 制 作 12000 8000 4000 单 件 价 格 工 艺 相 对 简 单 0 SCR DPF POC 21
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 2. 产 品 维 护 方 便 不 需 要 添 加 液 体 尿 素 还 原 剂 全 被 动 方 式, 不 需 要 主 动 再 生 对 燃 油 品 质 要 求 低 不 易 堵 塞 不 需 要 附 加 电 控 装 置 产 品 零 件 少, 易 于 维 修 22
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 3. 用 户 可 接 受 程 度 高 低 廉 的 产 品 成 本, 竞 争 力 的 体 现 新 鲜 样 件 对 PM 具 备 40~60% 过 滤 效 率, 完 全 可 以 满 足 国 4 标 准 不 需 要 添 加 液 体 尿 素 还 原 剂, 用 户 使 用 方 便 不 需 要 附 加 电 控 装 置, 省 去 了 用 户 使 用 过 程 中 的 很 多 麻 烦 对 使 用 环 境 温 度 要 求 低, 对 燃 油 品 质 要 求 低 可 能 存 在 汽 车 用 户 自 发 要 求 选 装 POC 系 统 的 倾 向 23
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 4. 大 批 量 产 业 化 的 优 势 零 件 数 目 少, 结 构 不 复 杂 载 体 和 催 化 剂 制 作 工 艺 相 对 简 单 生 产 设 备 投 入 少, 运 行 周 期 短 可 以 完 全 国 产 化, 不 需 要 从 国 外 采 购 不 存 在 专 利 壁 垒, 容 易 产 业 化 产 品 质 量 控 制 易 于 实 现 24
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 5. 国 5 可 持 续 性 分 析 催 化 剂 具 备 技 术 改 进 空 间 新 型 载 体 的 开 发 产 品 内 部 结 构 进 一 步 优 化 25
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 国 4 以 上 的 自 主 战 略 满 足 国 4 以 上 的 环 保 法 规 的 后 处 理 技 术 和 装 备 的 自 主 开 发 ; 拥 有 知 识 产 权, 实 现 成 本 的 降 低 ; POC 平 台 建 设 自 主 的 金 属 载 体 材 料 工 艺 开 发 自 主 的 催 化 剂 材 料 工 艺 开 发 26
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 自 主 的 POC 催 化 剂 材 料 体 系 无 贵 金 属 催 化 剂, 碱 土 金 属 或 过 度 金 属 的 氧 化 物 为 主 体 催 化 剂 材 料, 前 者 为 辅, 后 者 为 主 ; 以 稀 土 金 属 为 助 催 化 剂 ; 活 性 催 化 剂 的 连 接 层 为 Al 2 O 3 /TiO 2 /SiO 2 /CaO; 金 属 复 合 纤 维 和 泡 沫 金 属 为 载 体, 在 宏 观 规 整 的 前 提 下, 营 造 微 观 的 混 乱 ; 依 靠 连 接 层 中 的 有 机 粘 结 剂 和 造 孔 剂 制 造 一 批 大 孔 中 孔 和 微 孔, 有 利 于 活 性 催 化 剂 的 担 载 ; 27
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 POC 前 置 氧 化 催 化 剂 用 于 POC 主 体 催 化 剂 之 前 的 泡 沫 金 属 结 构 单 元, 安 装 在 POC 主 载 体 和 催 化 剂 的 前 端, 用 于 尾 气 的 气 流 混 合 分 散 以 及 促 进 NO 部 分 氧 化 成 NO 2 的 反 应, 用 以 促 成 NO 2 和 PM 中 的 碳 进 行 反 应, 满 足 国 4 以 上 的 柴 油 车 需 求 28
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 自 主 金 属 载 体 技 术 开 发 高 孔 隙 率 和 优 良 的 渗 透 率, 压 力 损 失 少 ; 过 滤 精 度 高, 使 用 中 压 力 曲 线 上 升 慢, 更 换 周 期 长 ; 耐 温 耐 腐 蚀 性 能 优 良, 在 600 可 长 期 使 用, 耐 硝 酸 和 碱 的 腐 蚀 ; 强 度 高, 不 易 变 形 ; 可 折 波, 以 增 加 过 滤 面 积, 并 可 焊 接 加 工 ; 能 够 清 洗 再 生, 即 使 液 体 强 烈 冲 刷 强 烈 震 动, 纤 维 也 不 脱 落 ; 29
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 热 老 化 试 验 用 来 检 测 封 装 后 的 成 品 质 量 ; 采 用 燃 烧 器 进 行, 国 3 柴 油 作 为 燃 料 ; 热 老 化 试 验 条 件 为 进 气 温 度 500 空 速 40000h -1, 分 为 600h 和 1000h 两 种 试 验 规 范, 每 100 小 时 后 发 动 机 台 架 检 测 后 处 理 器 的 性 能 ; 每 个 试 验 的 最 后 100 小 时 的 试 验 燃 油 中 加 入 0.5%wt 的 柴 油 发 动 机 油, 进 行 加 速 老 化 试 验 ; 基 于 以 下 考 虑 在 汽 车 尾 气 排 放 达 标 方 面, 北 京 国 V 标 准 规 定, 汽 车 在 正 常 维 护 保 养 的 情 况 下, 行 驶 16 万 公 里 尾 气 排 放 不 能 超 标, 而 国 Ⅳ 标 准 中 的 规 定 是 10 万 公 里 ; 按 照 5h/800km 折 算, 以 此 确 定 样 件 老 化 试 验 的 时 间 : 600h, 约 相 当 于 100000km 的 行 驶 里 程 ; 1000h, 约 相 当 于 160000km 的 行 驶 里 程 ; 30
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 后 处 理 样 件 的 柴 油 热 老 化 试 验 装 置 31
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 POC 后 处 理 系 统 的 柴 油 热 老 化 试 验 结 果 PM 去 除 率 % P04A024 样 件 热 老 化 试 验 结 果 PM 去 除 率 % PM 去 除 率 100 35 质 量 变 化 80 34.9 34.8 60 34.7 40 34.6 20 34.5 0 34.4 0 200 400 600 800 1000 热 老 化 时 间 (h) POC 质 量 变 化 (kg) 背 压 水 平 (kpa) 25 20 15 10 5 0 P04A024 样 件 热 老 化 试 验 结 果 背 压 水 平 背 压 水 平 0 200 400 600 800 1000 热 老 化 时 间 (h) 32
适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 POC 后 处 理 系 统 的 台 架 和 道 路 试 验 结 果 33
目 录 1 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 2 柴 油 车 后 处 理 技 术 状 况 3 适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 4 FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 5 结 束 语 34
FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 轴 向 位 移 试 验 用 来 检 测 载 体, 也 可 以 用 来 检 测 封 装 后 的 半 成 品 或 产 品 质 量 ; 产 品 经 过 振 动 试 验 热 老 化 试 验 和 水 急 冷 试 验 后 也 要 进 行 轴 向 位 移 试 验 检 测, 以 保 证 其 使 用 质 量 ; 采 用 高 精 度 的 专 用 压 力 机, 配 备 压 头 和 压 盘 ; PC 控 制 和 精 度 检 测 ; 试 验 条 件 : 将 载 体 式 后 处 理 装 置 放 入 (220 ± 5) 的 烘 箱 中 烘 烤 2h, 冷 却 至 室 温 后 施 加 1500N 的 轴 向 推 力, 通 过 Φ30mm 的 推 杆 均 匀 施 加 在 载 体 上 ; 检 测 轴 向 位 移 情 况, 或 检 测 轴 向 施 压 中 载 体 局 部 屈 服 变 形 情 况 不 论 陶 瓷 载 体 或 是 金 属 载 体, 使 用 中 载 体 攒 动 现 象 非 常 普 遍 35
FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 轴 向 位 移 试 验 装 置, 精 度 是 关 键 36
FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 密 封 性 能 试 验 用 来 检 测 封 装 后 的 半 成 品 或 产 品 质 量 ; 采 用 高 精 度 的 压 力 输 送 系 统 ; PC 控 制 和 精 度 检 测 ; 试 验 条 件 : 在 样 品 内 施 压 200kPa, 保 持 30s, 压 力 降 小 于 5kPa/ 一 汽 企 标 ( 压 力 降 小 于 10kPa/ 国 标 ); 不 同 后 处 理 样 件 测 试 中 37
FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 载 体 和 后 处 理 器 的 振 动 试 验 用 来 检 测 封 装 后 的 半 成 品 或 产 品 质 量 ; 采 用 规 定 规 格 的 振 动 台, 配 合 专 用 夹 具 和 测 量 传 感 器 系 统, 依 靠 燃 烧 器 提 供 热 源, 样 件 入 口 温 度 保 持 在 600 ; 按 照 GB18377, 振 动 条 件 为 频 率 100Hz, 加 速 度 是 28g, 时 间 为 5h, 垂 直 水 平 和 45 o 放 置 各 完 成 一 个 循 环 ; 试 验 结 束 后 检 查 箱 体 开 裂 的 情 况, 以 及 箱 体 外 形 尺 寸 的 变 化, 同 时 检 测 质 量 变 化, 判 断 催 化 剂 活 性 涂 层 脱 落 的 质 量 ; 试 验 结 束 后 进 行 轴 向 推 力 试 验, 检 测 载 体 内 部 构 件 是 否 松 动, 箱 体 内 部 载 体 与 固 定 隔 板 之 间 是 否 出 现 开 焊 ; 试 验 结 束 后 进 行 密 封 性 能 试 验, 检 测 漏 气 的 存 在 38
相 关 试 验 检 测 具 备 垂 直 水 平 和 45 度 方 向 的 20T 综 合 振 动 台 39
FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 水 急 冷 试 验 用 来 检 测 封 装 后 的 半 成 品 或 产 品 质 量 ; 采 用 高 精 度 的 水 压 输 送 和 控 制 系 统, 多 点 均 匀 喷 射 ; PC 控 制 温 度 时 间 和 流 量 ; 试 验 条 件 : 采 用 燃 烧 器 把 样 品 加 热 到 500, 喷 射 的 水 的 压 力 为 172kPa, 流 量 10L/min, 时 间 28min, 检 查 样 件 剧 冷 后 的 结 构 开 裂 情 况 ; 采 用 密 封 试 验 和 轴 向 位 移 试 验 对 水 急 冷 后 的 样 件 进 行 检 测 和 判 断 40
目 录 1 柴 油 车 排 放 面 临 的 挑 战 2 柴 油 车 后 处 理 技 术 状 况 3 适 合 中 国 国 情 的 POC 后 处 理 系 统 分 析 4 FAW 后 处 理 装 置 机 械 性 能 试 验 5 结 束 语 41
结 论 和 建 议 (1) 节 能 环 保 是 我 们 义 不 容 辞 的 责 任 ; (2) 拥 有 自 主 技 术 并 且 可 以 完 全 国 产 化 的 POC 系 统, 满 足 国 家 标 准 的 技 术 要 求, 适 合 中 国 国 情, 国 4 阶 段 不 仅 轻 型 柴 油 机, 中 重 型 柴 油 机 也 可 以 使 用 ; (3) 建 议 政 府 部 门 环 保 部 门 和 相 关 组 织 将 执 行 国 4 排 放 标 准 的 第 一 年 作 为 导 入 期, 尽 快 制 订 发 布 国 4 导 入 期 内 可 选 用 技 术 路 线, 将 POC 技 术 加 入 其 中, 认 可 POC 技 术 ; (4) 建 议 政 府 或 行 业 部 门 尽 快 组 织 专 家 制 定 POC 使 用 维 护 标 准, 使 POC 技 术 的 推 广 更 为 顺 畅 ; 42
谢 谢! 43