柴油机固态选择性催化还原研究现状及进展

郭朋彦，秦飞，陈全征，冉朝，王丽君*

(1.华北水利水电大学机械学院，郑州 450045；2.河南省新能源车辆热流电化学系统国际联合实验室，郑州 450045)

环境污染与能源危机是困扰人类社会发展的两大问题。为贯彻落实“两山论”、推动实现“2030年碳达峰，2060年前实现碳中和”，需走“发展经济、环境保护协同发展”道路。

随着燃油机动车保有量的增长和公众对环保问题的持续重视，汽车污染物的排放越来越受到关注，尾气污染是造成城市区域疾病的重要因素[1]。据2020年《中国移动源环境管理年报(2020)》：机动车排放是大气污染物的主要贡献者，且柴油车排放的NOx和颗粒物(particulate matter，PM)超过机动车氮氧化物和颗粒物排放物的80%和90%[2-3]。同时，机内燃烧净化技术又难以满足更为严苛的“国六”[重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)]排放法规，因此，对排气后处理技术进行研究以有效降低柴油机尾气中的NOx和PM是业内人士的首选[4-6]。

同时，2021年10月19日，李骏院士在2021年中国汽车工程学会年会上指出“氢能源汽车存在明显的长尾效应，采用氨氢一体化燃料，基于内燃机，打造零碳排放的新能源汽车可能将是绝佳解决方案”；李骏院士进一步表示，“只改变9个NPA零部件，现有柴油机就可以变成氨氢融合的零碳内燃机，这将使柴油机产业在‘碳中和’时代获得新生；也将使全球进入氨=氢2.0时代，且日美已在氨燃料进行尝试和布局”。[7]

然而，氨(氢)燃料由于氮键活性高和燃烧速度快等因素导致用于内燃机会产生较高的NOx有害排放物(且仅有NOx有害排放物)，仅靠缸内洁净燃烧很难达到排放标准，同样也需要采用后处理技术来还原NOx[8-9]，这也需要对NOx转化效果更好的固态选择性催化还原(solid selective catalytic reduction，SSCR)技术研究现状、发展趋势及技术本身进行详细的研究。华北水利水电大学郭朋彦课题组早在2016年即开展了氨燃料发动机燃烧、控制及NOx排放后处理系列研究[10-15]。

尿素选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)后处理技术具有NOx转化效率高、安全系数高、硫敏感低等诸多优势[16-18]，是目前中外主流的柴油机NOx后处理技术。研究表明SCR技术还原NOx效率可达60%～90%[19]，但该技术因为尿素自身物性缺点仍存在低温结晶、热解产物堵塞载体等难题[17,20]；因此，相关学者和企业开展了固态选择性催化还原技术(SSCR)研究。SSCR后处理技术采用直接加热铵盐或氨合氯化物的方法生成还原剂NH3，没有尿素SCR技术的热解、水解过程，拓宽了NOx催化还原的工作温度范围，改善了低温工况下NOx转化效率[21]，且没有尿素SCR系统在低温环境下所特有的结晶/结冰等弊端；此外，SSCR系统采用直接喷射氨气技术，使氨气与尾气混合更均匀，提高了NOx转化效率[22-23]；且缩短了进气管的长度；故SSCR技术是应对“国六”及更高排放标准的有效技术手段。

因此，现结合SSCR技术工作原理，对SSCR技术的储氨原料及系统研究进行分析、讨论、总结，对比尿素SCR技术，分析SSCR后处理技术的优势、面临问题及应对策略，并展望SSCR技术的发展趋势，以期为SSCR发展提供参考。

1 SSCR系统原理

SSCR工作原理如图1所示，系统由氨盐存储容器、加热器、调压器、控制器、喷射装置、温度/压力传感器、氨气输送管和保温装置等组成[24]。实际上SSCR系统可分成存储释放控制系统和计量喷射系统两大部分。其工作原理是将还原剂NH3以固态铵盐或氨合氯化物的形式存储在密闭的氨气发生器内；容器内的加热器将氨气发生器加热至一定温度时，铵盐或氨合氯化物受热分解产生NH3；氨气发生器内部的温度和压力由传感器实时检测，控制器通过加热器来确保氨气发生器内的压力保持在合理范围内。NH3经管道传输至喷射装置氨气计量喷嘴，控制器根据NH3的温度和压力以及柴油机排放尾气信号实时控制喷嘴定量喷射NH3；在此过程中，通过调压器来稳定氨气计量喷嘴的入口压力。整个NH3管道由一套水浴保温装置进行保温，以防止NH3、CO2等混合物在低温环境下重新结晶成固体铵盐[25-26]。最后NH3与发动机尾气进入SCR催化器，在催化剂的作用下与NOx发生化学反应，从而实现对尾气中NOx的排放控制。

DOC为柴油机催化氧化器；DPF为柴油机颗粒物捕集器

2 SSCR储氨材料研究现状分析

储氨材料主要分为三类：固态尿素、固态铵盐和氨合氯化物。由于固态尿素热解温度较高，低温工况下无法有效处理NOx，且热解产生副产物[26-27]，所以储氨材料研究主要集中在固态铵盐和氨合氯化物上。

2.1 固态铵盐

可用于SSCR的铵盐主要为碳酸铵、碳酸氢铵、氨基甲酸铵，这些铵盐是工业上常见的原料，价格低、产量大、受热易分解出NH3，具有作为SSCR的储氨材料的天然优势[28]。

学者们通过大量的热重分析试验对比尿素水溶液与三种铵盐的热解特性，研究其储氨密度、分解特性。Rahachandran等[29]证明了碳酸氢铵、碳酸铵、氨基甲酸铵热解最终产物为氨气和二氧化碳，碳酸铵热解时会产生碳酸氢铵，氨基甲酸铵热解时会形成氨基甲酸。Fulks等[30]指出SSCR系统比较理想的储氨材料主要有铵盐、氨合氯化物等；铵盐被加热会产生氨气，而氨的金属络合物相当于氨气的载体，在充氨和放氨的过程中，其本身并不会发生变化；其在温度升高速率为0.4 ℃/min时对碳酸铵、碳酸氢铵和氨基甲酸铵进行了热重分析试验，结果发现：三种铵盐热解温度范围为30～85 ℃，其中氨基甲酸铵在60 ℃时完全分解，且热解速率快于碳酸铵和碳酸氢铵，如图2所示。

图2 三种铵盐的热重分析实验[30]

Kim等[31-32]搭建以固体尿素和碳酸铵为储氨材料的SSCR试验系统，结果表明：相比固体尿素，碳酸铵有更低的分解温度，更适合作为储氨材料；并对碳酸铵的重结晶问题开展了试验，试验装置如图3所示，结果表明：重结晶所需温度和碳酸铵分解平衡压力温度保持一致。Johannessen等[33]根据氨基甲酸铵产生1 mol氨气需要78 kJ热量计算得到其逆反应结晶功率为624 W。Iitsuka等[34]采用一种电介质颗粒和尿素粉体的双电抗放电等离子体反应器对固体尿素生成氨气进行研究，结果表明：在温度低于400 K或更低的情况下，氨气的生成量可被较好地提高。

图3 碳酸铵重结晶问题试验装置[31]

文献[22-23,35-37]对固态铵盐研究表明，碳酸铵和氨基甲酸铵在室温下就可以缓慢分解，而碳酸氢铵的起始分解温度在80 ℃左右；相同温度条件下，氨基甲酸铵的分解速度最快，且氨基甲酸铵的含氨量最高，所以，氨基甲酸铵是最理想的储氨材料；如图4所示。再结晶试验表明：在正常工作温度下碳酸铵和氨基甲酸铵不会结晶[35-37]。

图4 单位质量的含氨量[37]

根据研究不难发现，铵盐储氨是一种可行方案；热重分析研究表明，氨基甲酸铵是最理想铵盐；然而热重分析仅能获知产物与铵盐质量的联系，并不能评估铵盐的纯度，如分解时存在：氨基甲酸铵会转化为碳酸铵，碳酸铵与碳酸氢铵相互转化；还有铵盐存在低温下逆反应占优，从而发生再结晶问题，目前相关研究较少，还未有相关的解决措施。未来可采用元素分析、红外光谱等对铵盐分解过程进行定量研究，在不同环境条件下进行铵盐使用周期研究，还应结合铵盐成本、储存等因素综合考虑铵盐原材的选择。为了有效降低NOx，还需对铵盐的变性行为、分解副反应和重结晶逆反应进行研究，建立铵盐纯度的评价标准，进一步推进铵盐储氨的应用。

2.2 固态氨合氯化物

以金属氯化物作为吸附剂形成氨的金属络合物也具有较强的储氨能力，如氨合氯化镁、氨合氯化钙、氨合氯化锶等。其原理是需要先将氨气与氯化物反应，即充氨，之后在较高的温度下再将其中的NH3全部释放出来[38]；由于充氨过程需要花费大量的时间，所以氨合氯化物应用还需进一步的研究[39]。

文献[40-42]利用氯化镁、氯化锶等作为载体存储还原剂NH3，结果表明，较高的充电压力和较高的温度有利于缩短充氨时间。Shin等[39]以氨合氯化镁作为储氨材料进行了研究，结果表明，以氯化镁为储氨材料热解温度较高，但是常温下蒸汽压力低，具有易于操作、安全系数高等优点。Fulks等[30]通过理论计算结合平衡蒸汽压测定实验，得出氨合氯化钙、氨合氯化锶室温下蒸气压力小于0.2 MPa，满足氨气喷射系统的要求；同时通过热重分析研究，结果表明，氨合氯化钙中含有55.1%的氨，氨气在20～50 ℃释放了大部分，氨合氯化锶质量损失主要在100 ℃，如图5和图6所示。Cao等[43]以石墨(GT)和纳米石墨烯片(GNA)作为MgCl2的添加剂，研发一种新型的碳-MgCl2复合材料作为氨气载体，在MgCl2熔融温度下圆柱形复合材料表现出较高的结构稳定性，而纯MgCl2颗粒完全失去结构完整性。

图5 平衡蒸汽压测定的实验装置[30]

图6 相对重量损失与样品温度的函数关系[30]

国内，崔龙等[44]将氯化锶和比例为2%～10%的膨胀石墨混合，形成氨合氯化锶-膨胀石墨混合材料，在压力不低于0.4 MPa的条件下形成氨合氯化物；试验表明，将氯化锶作为储氨材料充氨速度快，随着氨气压力的增大，储氨材料吸附氨气的速度也在提高，且氯化锶的解吸附温度低；同时，氨合氯化锶-膨胀石墨材料的储氨密度大，与尿素水溶液相比，载氨量提高了2.37倍。孙舒畅[45]对制备的氨合氯化锶-膨胀石墨复合材料进行吸附氨气实验，得到与崔龙等[43]相同的结论；并通过热重分析，结果表明：氨合氯化锶在40～130 ℃释放氨气，而复合材料在-45～40 ℃就能完成释放氨气。林仁波等[46]对镁、钙和锶三种碱金属络合物稳定性进行研究，结果表明：金属络合物的稳定性与离子势有关，随原子半径和相对原子质量的增大，络合物稳定性就越低，进行充氨时间就越长，但氨气释放所需的温度就越低。

上述研究表明，选择碱土金属氯化物作为载体进行氨储存，较于固态铵盐来说优势在于金属氯化物可以重复使用，不需要考虑再结晶；但是氨合氯化物分解温度较高，需要氨储罐中加热装置提供更高的能量；目前使用石墨烯作为添加剂形成复合材料来降低分解所需要的温度，拓宽工作范围，同时提高储氨密度。充氨效率低是氨合氯化物最需解决的问题，研究者发现效率低下的原因与原子结构有关，选择加压提高效率，未考虑加压带来的安全问题；氨合氯化物存在的另一个问题是金属氯化物使用周期，经过多次的“充放”氯化物的活性必然降低，可能带来储氨密度减小、充放氨效率下降等问题，未见对金属氯化物的使用周期评价标准，未来应建立相关的体系，研究多次充放的循环使用寿命。

3 SSCR系统研究现状分析

除了储氨材料，中外学者还对SSCR技术进行了系统研究。基于储氨材料可将其分为固态铵盐SSCR系统和氨合氯化物SSCR系统。

3.1 固态铵盐SSCR系统

德国FEV公司的Lacin等[47]设计了以氨基甲酸铵为储氨材料的SSCR系统，如图7所示，将其应用于一台6缸直列5.9 L康明斯柴油机，搭载在道奇公羊皮卡上进行了试验，结果表明，该系统在瞬态驾驶循环和温度较低时有较高的NOx转化效率。Kim等[31]以碳酸铵为储氨材料设计了SSCR系统氨气供给装置，并进行非道路瞬态循环(NRTC)试验，结果表明：碳酸铵热解产生氨气可以有效还原尾气中NOx，且系统在瞬态和稳态条件下工作都较为稳定。Kim等[48]以氨基甲酸铵为原料设计一台柴油机氨气发生器并进行试验，结果表明：高温时氨气生成响应比低温下更快，高温对发生器的恒压控制更有效，但需要发生器能够承受高压。为了研究去除SSCR系统中氨基甲酸铵所产生的二氧化碳，防止重结晶，文献[49-50]进行了可视化试验，发现温度低于60 ℃时氨基甲酸铵重整，建议通入稀释气体(N2、NH3、CO2混合气)防止结晶。

图7 SSCR氨气供给装置[47]

近年来，学者们搭建SSCR系统试验平台开展了系列研究，其中，张凯等[51]应用Fire进行SSCR系统直喷NH3研究，表明直接喷射NH3和较大喷嘴角度有利于尾气混合；潘国强[52]设计了SSCR电控系统、开发了硬件平台和车载诊断系统(on-board diagnostics，OBD)诊断模块并进行控制策略研究，实现了氨气精确喷射；撒占才[25]设计SSCR氨气供给系统装置并开发了控制模块，在发动机上进行了装置工作性能验证，结果表明：管路无结晶现象，各工况下氨气供给大于NOx需要；王磊[26]设计了两种固态尿素计量生成氨气的装置，并进行试验，在15%氨气逃逸率时NOx转化效率大于78%；文献[53-55]设计了NH3闭环喷射控制策略和SSCR系统控制软件，模拟了喷嘴开启特性对SSCR影响，得到低温条件下SSCR下游NOx和NH3排放量满足排放标准，并进行了专利申请[56-57]。

文献[58-59]自主研发了SSCR系统，并获得了专利，该系统已可满足国五排放标准，目前，正在升级开发满足“国六”标准的系统。马军彦等[60]发明了一种以碳酸铵为储氨材料的SSCR系统还原剂消耗量计算方法，通过氨气的喷射压力、温度及占空比查询发动机控制曲线图(manifold absolute pressure sensor，MAP)，获取氨气实时流量；再通过理论计算碳酸铵消耗量，以判断碳酸铵余量，便于及时补充。李加强等[61]基于钒基催化剂，以氨基甲酸铵为储氨材料，在欧洲稳态测试循环(ESC)下比较了尿素SCR系统和SSCR系统的NOx排放特性，结果表明：当排气温度低于300 ℃时，SSCR系统的NOx转化效率比尿素SCR高6%，在300～400 ℃时，转化效率高3.7%，高于400 ℃时，转化效率基本保持一致，如图8所示。刘明等[62]在一台安装SSCR系统的环卫车上进行了实际道路试验，分析NOx排放特性，结果表明：加装SSCR系统的柴油车在温度150 ℃时NOx转化率61%，且在低速与低温工况下SSCR依然可以保持良好的转化效率。李鲁强[63]也进行了SSCR系统控制系统的开发和设计。

图8 ESC下Urea-SCR与SSCR对比图[61]

综上所述，固态铵盐SSCR系统技术研究较为全面。在各种工况下采用仿真与试验对系统转化NOx效率进行研究；对比尿素SCR，在低排气温度时，固态铵SSCR具有更好的转化效率。但是，由于氨气有一定毒性，目前对SSCR系统氨气的泄漏研究较少，开展的路测也未考虑氨气是否泄漏；此外，铵盐受温度的影响较大，特别是冬季，铵盐分解在管道内的再结晶问题，尤其是在NH3喷嘴位置会发生堵塞，这将急剧降低NOx的转化效率，致使SSCR系统失效。可以采用仿真模拟和试验的方法对各工况下氨气泄漏和再结晶进行研究，优化结构参数，提高系统的安全性、耐久性和低温适应性。

3.2 固态氨合氯化物SSCR系统

佛吉亚集团的Johannessen等[40]研发了一款新型的氨储存和运输系统(ASDS)，该技术利用氯化镁、氯化锶等氯化物作为载体存储还原剂NH3[41-42]，如图9所示。当汽车启动时，体积较小的启动单元开始工作，将其内部的金属络合物加热，释放出氨气，经管道喷入排气管中；同时，体积较大的主供单元也被加热，当其内的压力达到一定值时，主供单元内的氨气喷入排气管中，而启动单元的加热器停止工作；当启动单元温度降至室温时，主供单元中的氨气进入启动单元，完成氨气的吸附工作，为下一次的冷启动做好准备工作，实现精确控制NH3的喷射量，提高了NOx的转化效率。

图9 ASDS系统结构图[40]

国内SSCR系统使用氯化物大多为氨合氯化锶[Sr(NH3)8Cl2]，相对于其他碱土金属氯化物，氨合氯化锶的稳定性较低，所以可以在更低的温度下热解产生氨气[46]。崔龙等[64-66]使用氨合氯化锶为车载氨源设计了罐式SSCR系统，在车辆冷启动时只需要12 min氨罐即可达到工作压力，3 L氨罐100%充氨后可以续驶1.2万～1.5万km，NOx排放满足国五排放法规。闫晓东等[67]基于尿素等效法提出氨气消耗量计算方法，进行氨罐设计，并搭建台架验证其正确性，试验结论表明实测氨气消耗值为0.38～0.414 kg/100 km与计算值相当。文献[45,68]通过氯化锶-膨胀石墨复合材料储氨，对SSCR系统进行法规验证性研究，试验效果显著，市区工况下NOx排放降低61.3%，高速工况下整车NOx排放降低85.3%。刘颖帅等[69]基于世界统一稳态循环(world harmonized steady cycle，WHSC)和世界统一瞬态循环(world harmonized transient cycle，WHTC)“国六”排放标准开展发动机台架和实际道路实验，对比尿素SCR和SSCR的NOx排放性能，结果表明：同等质量还原剂氨合氯化锶体积仅为尿素水溶液的1/3；初始时SSCR系统的NOx转化率明显高，但氨气泄漏量也高，这是因为，此时喷入排气管中的尿素水溶液不能完全水解成氨气；高于350 ℃时两者转化效率相当，如图10所示。

图10 SCR转化效率与氨泄漏[69]

上述研究表明，相较于固态铵SSCR系统，氨合氯化物SSCR系统装置减少，不需要水浴加热，对于老旧柴油机改造升级更具优势。现在，对于氨合氯化物SSCR系统的泄漏研究表明初期氨泄漏量大，未提出解决措施；目前的研究还未涉及柴油机后处理系统集成，合理管控车辆空间，同时，还需要对低温工况下氨罐快速供给氨气、提高氨气喷射系统精度、金属氯化物活性评价，氨合氯化物循环使用寿命等方面开展进一步研究。

4 SSCR后处理技术优势分析

SSCR可较好地克服传统尿素SCR的诸多缺点，与传统尿素SCR相比，SSCR有以下优势。

(1)SSCR技术拓宽了NOx转化的工作温度窗口。传统SCR技术是以质量分数为32.5%的尿素水溶液为还原剂，柴油机在怠速或低负荷时，排气温度只有150 ℃或者更低，而尿素水溶液的热解水解温度最低为200 ℃，在此温度下尿素SCR无法完成NOx转化[23,70]；而SSCR系统没有热解水解过程，即使是在怠速和低负荷等低温工况下，催化还原反应也可较好地进行，NOx转化工作温度窗口宽。

(2)SSCR技术降低了堵塞管路的风险。当温度低于-11 ℃时，传统SCR技术的尿素水溶液会结冰堵塞管路，且当排气温度较低时，尿素热解不完全的副产物以及不能完全水解的HNCO会以沉淀物的形式覆盖催化剂、堵塞催化器载体，甚至堵塞管路。SSCR系统是直接喷射NH3，没有热解水解过程，不受到排气温度限制，没有中间沉淀物产生，不会堵塞管路。

(3)SSCR系统提高了NOx的转化效率，尤其是低温时NOx的转化效率。SSCR系统直接喷射氨气，没有尿素水溶液的雾化、热解及水解过程(尿素水溶液的雾化和热解都是吸热反应，会降低NOx转化率)，氨气直接与尾气混合，混合效果好，且不降低催化还原的温度，NOx转化效率高。

(4)SSCR技术简化了NOx后处理系统，可较好地减少NH3泄露。SSCR系统直接喷射NH3，能够较好地控制NOx与NH3的比例，降低了NOx后处理控制系统的设计开发难度，且缩短了管路长度，简化了后处理系统；直接喷射NH3的SSCR系统能精确地控制氨的喷射量，提高了系统瞬态响应能力，降低了NH3泄露带来的二次污染。

(5)SSCR技术提高了机动车的载氨量。铵盐和氨合氯化物有较强的储氨能力，其载氨能力约为尿素水溶液的三倍[44]，延长了机动车续航里程，减少了停车维护时间，节约了整车运行成本。

5 SSCR面临的问题、应对策略及发展趋势

5.1 SSCR面临的问题及应对策略

中外学者对SSCR技术开展了大量的研究，经整车试验或试验台试验，发现 SSCR系统较尿素SCR系统有诸多优势，但是也面临着一些问题，主要有以下几个方面。

(1)铵盐的重结晶问题。碳酸铵等固态铵盐生成氨气的反应在较低的温度下会重结晶成固体粉末[24]，如果结晶发生在喷嘴处，会影响喷射的精度，如果发生在输送管道或者调压阀处，会影响整个系统的转化效率。针对重结晶问题，可在一定的喷射压力下，通过铵盐热重分析试验确定铵盐重结晶对应的温度，基于试验结果设计一套保温装置(可与发动机冷却系统耦合起来)以有效控制铵盐的重结晶问题。

(2)铵盐和氨合氯化物分解及动力学特征研究不够深入，氯化物回收问题。合理正确的热解动力学参数能为SSCR系统设计提供有力的理论依据和技术支撑，采用热重试验和分解平衡压试验可以分析铵盐的热解特性，利用等温法和积分法可以计算铵盐的分解动力学参数；氨合氯化物充氨效率较慢，在高压及大接触面积下效率会显著提升，同时氯化物具有腐蚀性和毒性，使用到一定次数或活性降低到一定数值需要进行回收。

(3)氨气的腐蚀性问题。铵盐热解生成的氨气对输送管路、喷射装置的部分金属有腐蚀作用[71]。研究表明，部分金属(如铝合金、不锈钢300/400系列等)、塑料(尼龙、聚丙烯、聚四氟乙烯等)、弹性体(三元乙丙橡胶、丁基橡胶等)、润滑油等许多材料与氨都有很好的兼容性[30]。所以，腐蚀不会影响氨气输送系统的设计。

(4)氨气的泄露与污染问题，氨具有轻微的毒性，泄露将带来污染。氨气泄露易发生在储氨罐、氨气供给管路、减压阀等处。铵盐大多在100～150 ℃分解完毕[24,35-36]，合理设计储氨罐加热(电加热或尾气加热)系统可将氨罐压力控制在合理范围内；研究表明，对合理的氨气供给系统结构设计可将泄露氨气的浓度控制在安全范围[30]。此外，氨气密度较小，泄漏后扩散快，在空气中不易被点燃，着火风险低；氨气有强烈的刺激性气味，并极易溶于水，泄漏后很容易被发现，且易于补救处理；少量泄漏在大气中的氨可以参与自然循环，随雨雪移动、和其他物质反应或被植物吸收[71]。所以，可通过氨气供给装置与控制系统设计将氨气泄露控制在安全范围内；前者主要是稳压减压系统、供给管路、计量喷射系统，可将铵盐的热解特性和SSCR系统各部件参数结合起来，设计出瞬态响应好的稳定供给系统；后者可结合SCR控制系统设计基础[52,72]和SSCR系统台架与实车试验，开发出基于发动机控制曲线图(manifold absolute pressure sensor，MAP)的SSCR系统综合控制策略与软硬件系统。

5.2 SSCR的发展趋势

由于SSCR技术存在诸多的优点，必将成为今后一段时间内业内人士研究的热点。通过分析已有研究，SSCR的发展趋势主要集中在以下几个方面。

(1)深入研究材料储氨密度特性，开展新型储氨材料研发。对于已有储氨材料，通过热重试验分析、平衡蒸汽压试验等方法，选择最理想的固体储氨材料；进行各种铵盐重结晶试验，改善SSCR系统低温铵盐结晶现象是未来以铵盐储氨应用的关键；常温下氨合氯化物充氨缓慢，现有措施是在高压环境下增大原子接触面积以加快其充氨速率，这就需要研发合适的高压氨罐，以加快其充氨速率；开展石墨烯-氨合氯化物复合材料等新型储氨材料研发，将推动SSCR技术的发展；在未来，采用液态或气态纯氨也将是一种趋势。

(2)加快固态储氨材料分解物与NOx的催化反应机理研究，推动适用于SSCR技术的催化剂发展。目前，各种固态储氨材料详尽分解物与NOx催化反应机理研究较少，要提高SSCR的NOx转化效率，就必须明晰其内在机理的联系，找出决定反应速率的关键，开发出更为合适的催化剂；未来可采用数值仿真和试验验证相结合的方法，对发动机工况、喷嘴角度与位置、混合气混合特性、催化剂组合等等对NOx转化效率影响进行系统研究。

(3)研发更为实用的SSCR氨气供给装置，建立氨气发生器与SCR集成系统，开发精度高、响应快的控制系统。供给装置主要集中在：氨气减压稳压装置、防结晶装置、氨气耐腐防泄漏装置、氨气计量喷射装置的等；固态铵盐加热、分解气保温、氨气防泄漏与计量喷射皆由控制系统协调工作，在SSCR系统中至关重要，所以SSCR供给装置与控制系统的匹配也将是发展热点。

(4)推动充氨基础设施建设，建立柴油机SSCR后处理系统的技术评价标准以推动相关法规形成。相比于尿素SCR技术拥有成熟的技术体系和规范指标，SSCR技术的发展方兴未艾，需加强充氨站建设，促进SSCR技术向规模化发展。国家“十四五”重点研发专项“氢能技术”2021年度项目正在基于氨载体开展氢能推广应用，这对充氨基础建设和纯氨充装都将起到较大的促进作用。

6 结语

SSCR技术不仅延续了尿素SCR的优点，而且克服了它的诸多不足，对降低NOx排放、实现更高排放标准有着重要的意义。介绍了SSCR系统的工作原理，分析了中外储氨材料及SSCR系统的发展历程和研究现状，讨论了SSCR系统的优势、面临的问题、应对策略及今后的发展趋势，得出了以下主要结论。

SSCR系统以铵盐和氨合氯化物为储氨材料，直接将氨气喷入排气管中，避免了尿素液滴在低温环境下的结冰结晶现象，拓宽了NOx转化的工作温度窗口；且采用氨气直接与尾气混合，有效地改善了尾气和还原剂的混合情况，提高了NOx的转化率。

SSCR面临着铵盐在低温环境中重结晶及氨气腐蚀管路壁面、泄露和污染环境等问题，通过给系统添加保温装置可有效改善重结晶问题，寻找合适耐腐蚀材料和设计合理的供给装置能有效避免氨气腐蚀、泄露和污染环境等问题。

未来SSCR技术的研究主要集中在选择合适的储氨材料、采用试验与仿真方法寻找SSCR的影响因素、氨气供给与控制系统设计等方面。