重型柴油车后处理技术进展

杨文龙 汪伟峰

摘要： 重型柴油车的使用，对我国生态环境造成了巨大污染，因此，国家相关技术部门需加强对重型柴油车后处理技术的研究。现有的重型柴油车后处理技术主要包括选择性催化还原技术（SCR）、柴油颗粒捕集器（DPF）、柴油机氧化催化剂（DOC）。在国IV阶段与国V阶段，我国在控制重型柴油车污染排放时主要采用催化还原技术（SCR）技术，在国VI阶段，主要把多种处理技术进行有机结合来控制重型柴油车污染排放。本文主要探究重型柴油车后处理技术。

Abstract： The use of heavy-duty diesel vehicles has caused huge pollution to the ecological environment of our country. Therefore， the relevant national technical departments need to strengthen the research on the after-treatment technology of heavy-duty diesel vehicles. Existing heavy-duty diesel vehicle aftertreatment technologies mainly include selective catalytic reduction technology （SCR）， diesel particulate filter （DPF）， and diesel oxidation catalyst （DOC）. In the National Phase IV and National Phase V， my country mainly adopts catalytic reduction technology （SCR） technology to control the pollution emissions of heavy diesel vehicles. In the National VI phase， the organic combination of various treatment technologies is mainly used to control the pollution emissions of heavy diesel vehicles. This article mainly explores the aftertreatment technology of heavy-duty diesel vehicles.

关键词： 重型柴油车;处理技术;催化还原技术（SCR）;柴油颗粒捕集器（DPF）;氧化催化剂（DOC）

Key words： heavy-duty diesel vehicles;treatment technology;catalytic reduction technology （SCR）;diesel particulate filter （DPF）; oxidation catalyst （DOC）

中图分类号：U664.121.2                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）21-0046-02

0  引言

我国环境污染的主要来源是机动车尾气排放，特别是重型柴油车的尾气排放对生态环境造成了不可挽回的破坏。根据生态环境部门所颁发的报道可以得出，重型柴油车所排放的污染物主要为碳氧化合物、碳氢化合物、颗粒物以及氮氧化合物，与其他汽油车相比较，重型柴油车排放的碳氧化合物与碳氢化合物较少，所以，颗粒物与氮氧化合物是其主要污染成分，重型柴油车在使用过程中所排放的颗粒物与氮氧化物分别占我国汽车总排放量的66.3%和49.3%，因此，国家相关管理部门必须加强控制重型柴油车的尾气排放问题。

1  主要柴油车后处理技术

1.1 柴油颗粒捕集器（DPF）

利用柴油颗粒捕集器（DPF）能够有效降低重型柴油车颗粒物的排放，目前，应用做多、效果最好的柴油颗粒捕集器是壁流式陶瓷蜂窝捕集器，它通过封堵临近的两个集孔道，使汽车尾气从壁面排出，进而捕集到排放的颗粒物。柴油颗粒捕集器（DPF）技术主要研究过滤材料的再生。现在，市面上常用的过滤材料以钛酸铝、碳化硅、堇青石为主，根据不同过滤材料的所属特性选择不同的环境，以达到捕集器工作效率和背压之间的平衡。与此同时，柴油颗粒捕集器（DPF）对于载体的设计与开发十分必要，其中对高孔隙率和对称结构这两方面的内容将进行重点研究[1]。

柴油颗粒捕集器（DPF）的再生方式分为两种，一种是被动再生方式，另一种为主动再生方式。被動再生方式是通过在过滤体表层涂抹催化剂，将颗粒物的燃烧温度进行降低来完成再生;主动再生方式是通过喷油助燃来提高热度，使柴油颗粒捕集器（DPF）的内部温度能够满足颗粒物的燃烧条件，最终实现再生。为了使柴油颗粒捕集器（DPF）能够在任何条件下都可以再生，一般将被动再生与主动再生相结合。

1.2 柴油机氧化催化剂（DOC）

柴油机氧化催化剂（DOC）在使用过程中，通常以陶瓷蜂窝为基础进行催化转化。催化剂的主要成分为贵金属铅（Pb）或者贵金属铂（Pt），通过利用贵金属铅（Pb）或者贵金属铂（Pt）来实现催化氧化效果，进而消除重型柴油车所排放的颗粒物、碳氧化合物与碳氢化合物等污染物，同时，柴油机氧化催化剂（DOC）还能够将重型柴油车排放尾气中的碳氧化合物进行部分氧化，最终氧化为二氧化氮（NO2），可以促进柴油颗粒捕集器（DPF）的再生[2]。

1.3 催化还原技术（SCR）

催化还原技术（SCR）是指在催化剂的效果下将氮氧化合物进行还原反应，还原成无污染的气体氮气（N2），进而降低环境污染。催化还原技术（SCR）根据不同种类的还原剂，可分为碳氢化合物选择性催化还原和氨选择性催化还原两种。在1970年至1979年期间，氨选择性催化还原技术广泛在重型柴油车尾气排放控制工作中，因为重型柴油车携带液氨或氨水储罐会造成较大的危险，并且液氨或氨水储罐还具备较强的腐蚀性，所以，在实际实施过程中，经常把液氨或氨水用尿素来替代。而碳氢化合物选择性催化还原技术是将柴油进行催化分解，将催化分解的碳氢化合物作为还原剂，因此，在实际操作过程中，不需要额外的添加还原剂，但是，由于碳氢化合物选择性催化还原技术在稳定性与催化活性等方面仍存在一些问题，所以此项技术并没有应用到市场中[3]。

2  国Ⅳ和国Ⅴ柴油车后处理技术

我国柴油车后处理技术的起步较晚，在控制标准上以欧洲柴油车污染控制标准为基础。国Ⅳ柴油车后处理技术在2015年时进行全面实施，从此以后，政府部门对柴油车的排放进行严苛控制，以实现我国制定的排放标准。柴油车在使用过程中主要排放的尾气污染物为颗粒物和氮氧化合物，这两种污染物之间的浓度关系为此生彼涨，即一种污染物减少，另一种污染物必会增加。所以，国Ⅳ柴油车后处理技术需控制好两条技术路线，即选择性催化还原（SCR）技术路线与颗粒物捕集（DPF）技术路线。选择性催化还原（SCR）技术路线通过机内自行调整来降低颗粒物的排放，通过选择性催化还原（SCR）技术来降低氮氧化合物的排放，此技术路线被广泛应用在重型柴油车后处理技术中;颗粒物捕集（DPF）技术路线通过机内自行调整来降低氮氧化合物的排放，通过颗粒物捕集（DPF）技术来降低颗粒物的排放，此技术路线被广泛应用在轻型柴油车后处理技术中。国V柴油车后处理技术与国Ⅳ相比较，虽然排放标准有所增加，但是所采用的技术路线仍与国Ⅳ的技术手段相同，没有得到进一步的提升与创新[4]。

3  国VI柴油车后处理技术

在2020年时，我国全面实施了国VI柴油车后处理技术，对柴油车的排放标准提出了更高的要求，包括颗粒物与氮氧化合物的排放值，与此同时，对公称压力（PN）也增加了其限值，对生产一致性、低温工况、整车排放与整车有效寿命等都提出了更为明确、更为严苛的要求。国VI的排放标准与欧VI排放标准一致，但是增加了对排放质保期、整车排放、OBD永久故障代码、OBD远程监控、超OBD限值限扭等要求，这一举动无疑给我国柴油车污染物排放工作带来了挑战。所以，国家相关管理部门要严苛遵守柴油车的尾气排放标准，利用不同的处理技术进行有效耦合。

我国柴油车的排放标准需符合国VI标准，所选择的技术路线主要以燃烧优化等机内净化技术为基准，采用柴油机氧化催化剂（DOC）、柴油颗粒捕集器（DPF）、催化还原技术（SCR）相结合的方式来降低柴油车尾气中氮氧化合物与颗粒物质的排放。在这种组合技术中，柴油颗粒捕集器（DPF）的再生所引起的高温状况对催化还原技术（SCR）的稳定性提出了较高的要求，具有CHA结构的Cu-SSZ-13分子筛可以表现出良好的稳定性与活性，能够满足欧VI尾气排放标准，俨然成为了我国优选的催化剂。另外，柴油车团队通过创新合成技术、设计新型模板剂，获得了Cu-SSZ-13分子筛的知识产权，并且将合成成本进行大幅度降低，开始加大生产催化剂的力度。要想提高我国国VI柴油车后处理技术，还需要联接发动机的控制系统。但是，我国发动机的控制系统已经被国外某一知名公司所垄断，严重阻碍了我国柴油车后处理技术的发展与实际应用。所以，我国政府部门要加大力度研究出更好的发动机控制系统，促进柴油车后处理技术的快速发展。

4  对现有柴油车污染进行治理

在国IV标准制定过程中，出现了多次推遲的现象，导致没有后处理系统的国Ⅲ柴油车数量逐渐增加，其污染排放量与日俱增。另外，我国的国IV重型柴油车与国V重型柴油车尽管装置了催化还原技术（SCR）处理系统，但是因为一些人为屏蔽、系统失效等问题的产生，导致很多一部分重型柴油车排放污染物超标，造成严重的环境破坏。在催化还原技术（SCR）处理系统失效时，国V柴油车的氮氧化合物污染物排放量比正常的排放量高出六至七倍。因此，我国重型柴油车的使用对生态环境造成了重大污染，国家相关管理部门需对现有柴油车污染进行有效的

治理。

在2018年期间，我国颁发的《政府工作报告》中曾指出，对于柴油车排放污染物超标这一问题进行专项管制;在2019年时，我国国务院颁发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中也明确表示，要深度管制老旧的柴油车排放污染物超标问题，安装污染控制设备、实时监控系统，与环境保护管理部门进行联网，共同控制柴油车排放的氮氧化合物与颗粒物质;在2019年期间，我国还相继颁发了《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》，在这项计划中明确给出了关于柴油货车污染控制的有效治理方案。

柴油车尾气污染在技术层面的处理主要包含以下两个方面：①学习、引进高效合理的柴油车尾气污染控制技术，有效降低氮氧化合物与颗粒物质的排放量;②创新柴油车污染物排放线上监控技术，对人为篡改、系统失效等现象进行实时监测，避免违法行为的出现。

欧洲一些发达国家在控制柴油车尾气污染物排放这一问题上进行的较为顺利，效果比较好，对老旧柴油车实施的后处理技术比我们国家的技术要高超。因此，我国相关管理部门需加大学习力度，不断引进先进的柴油车尾气控制技术。近些年来，我国在南京、上海、天津、北京等地区相继对柴油车的后处理技术进行深度改革、升级，引进国外高效的控制处理技术，针对国Ⅲ柴油机所排放的污染物，例如颗粒物质、氮氧化合物等采用行之有效的后处理技术进行严格控制、改造;对于我国柴油车控制处理系统中的问题进行有效分析，对其有针对性的进行解决。

5  结束语

综上所述，我国重型柴油车后处理技术还不够完善，需相关技术人员进行不断的创新与学习，引进先进的控制处理技术予以改善。在实际管理过程中，要明确掌握柴油车所排放的污染物自身具备的特性，根据不同污染物进行不同的管控，采取不同的处理技术。为了还人们一个健康、和谐的生态环境，国家政府管理部门必须重视柴油车尾气排放问题。

参考文献：

[1]单文坡，余运波，张燕，等.中国重型柴油车后处理技术研究进展[J].环境科学研究，2019，32（10）：60-65.

[2]夏宗宝，彭幸玲.国六标准下的重型柴油车排放后处理技术简析[J].汽车维护与修理，2019（08）：78-79.

[3]帅石金，刘世宇，马骁，等.重型柴油车满足近零排放法规的技术分析[J].汽车安全与节能学报，2019，010（001）：16-31.

[4]郭勇，李博，颜燕，等.环境温度对重型柴油车整车排放影响研究[J].小型内燃机与摩托车，2019，048（003）：64-67.