尿素在环保领域的新应用及其影响.doc

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1、尿素在环保领域的新应用及其影响目前，国际上一种以尿素为基础的用于柴油汽车的选择性催化还原技术(SCR，SelectiveCatalyticReduction)可以去除柴油废气排放中足够的氮氧化物，如果与柴油微粒过滤器技术结合使用，氮氧化物减少可以接近到零。这种车用尿素将被注入汽车废气流中“清理”氮氧化物(柴油排放的NOx)废气。  世界上90％的尿素生产是作为化肥用于农业生产，除此以外尿素还可用于饲料添加剂、特种塑料原料、高速公路的除雪剂以及增雨剂和牙齿的增白剂。尿素在柴油汽车废气排放领域的新应用，对于化肥(尿素)生产企业来说将产生不同

2、以往的深刻影响。1 国外研究应用状况和目前我国的情况  世界各国都致力于减少柴油机NOx和PM(颗粒物)排放的研究，其途径有提高燃油品质、实行机内净化技术和尾气后处理技术。但是大量的试验研究[1]证明仅依靠机内净化技术同时降低NOx和PM的排放量到符合排放法规的要求已经变得越来越困难，而且导致生产和使用成本的明显升高。因此，柴油机内净化处理的同时辅助以尾气后处理技术来控制柴油机有害物质的排放成为柴油机未来的发展方向。根据汽车工业发达国家的发展沿革，对柴油机NOx和PM排放经历过2条尾气后处理技术路线：①EGR+DPF／DOC(废气再循环

3、系统+颗粒捕集器／氧化型催化转化器)路线，即先通过废气再循环降低燃烧过程中NOx的生成量，再通过颗粒捕集器捕集因采用EGR技术而略有增加的颗粒物.同时使用氧化型催化转化器定期再生颗粒捕集器；②优化燃烧+SCR路线，即是先通过优化燃烧降低颗粒物排放，同时允许NOx生成量有所增加，然后通过选择性催化还原技术来降低因优化燃烧而产生的NOx排放量，从而达到同时降低NO和PM的效果。两种技术路线的比较如表[2]1。   欧洲和美国目前采用的就是SCR技术，并且作为商品名称的“迪夫”(DEF或ADBLUE)汽车尿素罐已经出现在欧美各地的汽车服务站

4、内。  目前，我国重型柴油车在物流及客运中所占比例逐年上升，其使用经济性比欧洲高5％～10％。SCR技术比EGR技术节油5％～7％，因此，从经济节能角度看，SCR技术是适合我国国情的重型柴油机节能减排技术路线。  为保障重型柴油车顺利执行国Ⅳ排放标准，北京市环保局组织相关单位参照欧洲标准制定了《车用尿素溶液》(DB11／552—2008)地方标准，经市质量技术监督局批准，自2009年7月1日起正式实施。该标准是国内首次发布的车用尿素溶液标准，规范了车用尿素溶液的质量，是北京市实施国家第四阶段重型柴油车排放标准的配套标准，对重型柴油车达到

5、标准排放限值具有重要作用。2 尿素溶液清理氮氧化物的原理  选择性催化还原技术SCR的原理为：车用尿素溶液存放于容量为100L的专门储存罐，用压缩空气将尿素溶液喷洒向热的发动机尾气(约300～500℃，满足了还原反应条件)，该溶液气化后产生还原效率高的氨气，氨气与尾气的NOx在SCR催化器中反应，转化为无害的水蒸气和N2，同时吸收了有害的烟气颗粒。  目前SCR还原剂主要有烃类及其衍生物、氨气和尿素溶液3种，根据山东大学能源和动力工程学院陶建忠博士[2]对此3种还原剂的比较得出以下优缺点：烃类及其衍生物价廉易得但所使用催化剂为比较昂贵的

6、金属催化剂，且易受硫含量影响引起催化剂中毒，活性温度范围窄，还原效率不高，易造成二次污染；相比之下，氨气及尿素不但还原效率高，活性温度宽，而且对硫含量没有特别严格的要求，但氨气和尿素相比，尿素具有无毒便于运输的优点，因此，尿素更适合作为重型柴油机SCR技术中治理NOx的还原剂。  尿素含量直接影响NOx的催化效率和尿素溶液的凝固点。在SCR还原系统中，尿素溶液的浓度是关键因素之一，过高或过低的浓度不仅不能提高NOx的转化效率，反而会造成氨气的滑失(由于过高的NH3／NOx造成的氨气漏失[3])，形成二次污染物氨气。目前欧洲柴油车生产商使

7、用尿素的浓度为32.5％的尿素水溶液(AUS32)作为还原剂，还因为此浓度的车用尿素溶液结晶点最低(初始结晶点－11℃)，图1为尿素溶液浓度与结晶点的对应关系图[4]，经过试验验证表明尿素溶液的浓度越接近32.5％时，其结晶点越低(见图2)。若车用尿素溶液在低于－11℃作业时，需采取保温措施。 3 尿素溶液的消耗  根据土壤肥力和农业发展国际交流中心(IFDC)计算，浓度为32.5％的尿素溶液消耗量约为柴油消耗量的3％。柴油车耗油量每加仑平均6.5英里(2.8×103m／L)。一个普通的柴油车每4000～6000英里将需要储值20加仑油

8、箱的尿素溶液(每6400～9600公里需76L)[5]。  位于荷兰Stamicarbon的世界上最大的尿素装置，该装置的技术许可经理斯蒂芬兹瓦特估算，目前在西欧为使尿素减少NOx(氧化氮)的排放，消耗尿素