汽车尾气到底有什么损害？

显示全部楼层 · 2019-10-30 15:08:09

机动车尾气成分复杂，含有一氧化碳、未燃烧的烃类、氮氧化物、铅、二氧化硫等多种有害物质。一氧化碳对人体全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。碳氢化合物指的是只由碳和氢两种元素组成的有机化合物，其中包含烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳香烃，甲烷、甲苯等就是碳氢化合物，会使人体致癌，还会导致温室效应或有害的光化学烟雾。氮氧化物（NOx）主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),其污染与采用矿物作为能源有关，也是形成光化学烟雾污染的因素之一，还会在大气中经氧化转变成硝酸造成酸雨，减少平流层臭氧增强地球紫外线辐射。颗粒物污染因引发雾霾天气而备受关注，颗粒污染物主要是PM2.5与PM10这两类。

汽车尾气排放物质限值标准大幅提升，仅凭机内措施难以满足排放标准。除升级油品质量外，汽车尾气治理措施主要包括机内措施和机外措施。机内措施通过改善发动机的结构，提高燃油效率使之尽可能充分燃烧，以降低有害物质的产生，主要包括EGR废气再循环控制系统、GDI汽油机直喷技术、可变涡轮增压等方式。在国五阶段，仅凭机内技术就已经无法满足排放标准要求，需要加装特定的尾气催化器才能达到限值要求。升级到国六阶段，轻型汽油机、轻重型柴油机的后处理系统应对路线相较进气、供油系统更为明确，技术开发可行性较高，而且NOx和PM之间存在折中效应（PM是高温缺氧产物而NOx是是高温富氧的产物），柴油机很难仅通过提高燃油品质或机内净化措施同时降低NOx和PM，组合排放后处理系统进行尾气处理是必要的手段。
排放后处理系统必须进行相应的升级。排气后处理系统是指催化器、颗粒捕集器等各种安装在发动机下游的削减尾气中污染物含量的装置，包括TWC、SCR、DOC、POC、DPF、GPF、ASC等。汽车尾气中特定毒副物质，例如氮氧化物、一氧化碳和的碳氢化合物等，经过汽车尾气催化器，在催化剂的作用下发生化学反应，转化成安全或少量有毒物质，例如氧气、氮气、水蒸气和二氧化碳。

汽车尾气催化器主要由活性成分、载体、涂层和助剂组成。活性成分包括贵金属、非贵金属和稀土掺杂型催化剂等，起到主要的催化作用。载体能够提供有效表面和合适孔结构，使催化剂获得一定的机械强度，提高催化剂热稳定性能，目前应用最广泛的是蜂窝陶瓷载体。涂层附着于载体的表面，可以增加载体的比表面积，一般采用γ-Al2O3。助剂如一些稀土氧化物等，可以强化催化剂的热稳定性，从而提高其使用性能。

以三效催化器为例，三效催化器是汽油车主流的机外控制技术，一般安装在汽油车的底盘上。三元催化器主要由载体、催化剂涂层和金属外壳等组成，其核心是具有蜂窝孔道结构的陶瓷圆柱体，因陶瓷不耐冲撞和震荡，所以外面封装铁壳，夹层为石棉衬垫以起到支撑和保护作用。催化剂就涂于陶瓷载体的孔道中，氧化铝“涂层”用于增加表面积提高效率。

催化剂本身一般是贵金属铂、钯和铑，在用于核心之前被纳入悬浮涂层，硫酸钡和稀土化合物如氧化铈锆固溶体、氧化镧和铪，被添加作为储氧材料、热和表面面积稳定剂。当汽油车尾气排放时，尾气流经三元催化器时，铂、钯促使碳氢化合物与一氧化碳发生氧化反应生成清洁的水蒸气、二氧化碳，铑促使氮氧化合物发生还原反应生成氮气、氧气，此外，催化剂还促使颗粒物中的SOF通过氧化反应生成二氧化碳、水。
柴油车与汽油车产生的尾气污染物成分差异，尾气处理需求各异。按燃料类型，柴油车NOx和PM排放量较高，2017年其排放的NOx占汽车排放总量的68.3%，PM超过汽车排放总量的99%；汽油车CO和HC排放量较高，2017年汽油车排放的CO占汽车排放总量的85.0％，HC占比为73.5%。

为满足国六标准要求，汽油车除优化传统的TWC技术以提高CO、HC、NOx的处理效果，必须加装GPF，应对国六标准新增的对PM和PN的限值要求。柴油车则需要使用DOCDPFSCRASC的综合配置方案，强化对NOx和PM的处理效果使之达标。

国六标准要求PN的排放符合6*1011/公里的限值要求，未安装GPF的汽油机PN排放水平很难达标，故必须在三元催化器后加装GPF汽油颗粒捕捉器。GPF是降低汽油机排气中颗粒物排放的主流技术，由于低膨胀系数、抗热冲击性优，堇青石载体的GPF应用较为广泛。

相较于汽油车，柴油车的尾气成分更加复杂，NOx、颗粒物和黑烟排放十分突出，需要使用的催化剂类型较多。为应对国六，柴油尾气控制的方案为车辆排放的尾气依次经过DOC、DPF、SCR、ASC排出达到净化去除尾气中污染物的效果。
目前，国内重型柴油车主要采用尿素SCR技术降低氮氧化合物，该系统主要包括催化剂、尿素喷射系统以及各种传感器。尿素喷嘴将尿素水溶液定量地喷入排气管中，尿素经分解生成氨气，氮氧化合物在SCR催化剂表面被氨气还原生成氮气，这样就达到处理氮氧化合物的效果。由于排放标准对氮氧化合物的要求特别严格，所以一般会采用较多的尿素喷射量，为减少氨气的排放，使用ASC氨泄漏催化器配合SCR，装置在SCR后面，通过催化氧化作用降低SCR后端排气中泄漏的NH3。

国六标准已经实施，相较国五标准对氮氧化合物以及颗粒物的标准提高最为严格，可为各类催化器尤其是SCR、DPF、ASC等装置带来发展机遇。国五改国六对材料厂商的机遇主要体现在：1）重型柴油车需使用沸石型SCR催化剂，打开国内沸石分子筛市场空间；2）催化装置更为复杂，蜂窝陶瓷、氧化铝涂层等基础材料用量面临大幅增长机遇。

（1）沸石分子筛是分子筛SCR的核心催化材料
分子筛是一类具有均匀微孔，主要由硅、铝、氧及其他一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质，其孔径与一般分子大小相当，据其有效孔径来筛分各种流体分子。沸石分子筛是指哪些具有分子筛作用的天然及人工合成的晶态硅铝酸盐，广泛应用于石油化工、环保、生物工程、食品工业、医药化工等领驭。沸石分子筛具有吸附性能、离子调换性能和催化性能。

沸石分子筛具有独特的规整晶体结构，其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构，并具有较大比表面积。大部分沸石分子筛表面具有比较强的酸中心，同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用,因而成为性能优异的催化剂。沸石分子筛作为催化剂或催化剂载体时，晶孔和孔道的大小和形状可以对催化反应起选择性作用，对反应方向起主导作用，呈现择形催化性能。

应用于柴油发动机尾气后处理的SCR催化剂以钒基催化剂和沸石催化剂为主。柴油机排放控制系统中的柴油微粒过滤器加热再生会使尾气温度达到650°C以上，正常的柴油引擎中的尾气温度在低负荷下是150-250°C、高负荷下是200-350°C，燃料利用率高的先进柴油机的尾气温度可能会更低。目前广泛使用的钒基催化剂在550°C以上活性会快速下降、且具有生物毒性，柴油机尾气催化要求使用更具有水热稳定性的不易失活的催化剂。

在DPF与SCR耦合模式下，DPF装置位于SCR装置前，由于DPF主动再生会产生短时高温导致钒基催化剂失活,沸石型分子筛的转化效率则更高。采用铜铁复合的沸石催化剂可以提高尾气净化效果,综合铜、铁沸石催化剂区别在低温和高温性能好的优点。国六标准下对于柴油机NOx和颗粒物方面的排放标准非常严格，
原先采用钒基SCR即可满足国四、国五的排放要求，但是要满足国六排放要求，需要使用沸石型分子筛作为SCR的催化剂，并且装置CSF(DPF)强化颗粒物的捕集。
（2）蜂窝陶瓷是尾气催化器应用最广泛的载体材料
蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷，其内部是许多贯通的蜂窝形状平行通道，具有热膨胀系数小、气孔率高等特点。应用于机动车尾气排放控制的主要是低表面积陶瓷载体，其具有较高机械强度和抗热冲击性能，较高温度下可以长时间使用，制作材料有莫来石、尖晶石、锆英石、钛酸铝反受堇青石等。因热膨胀系数几乎为零、温度急剧变化下架构与机械性能相对稳定，堇青石是目前主流的尾气催化用蜂窝陶瓷材料（2MgO?2Al2O3?5SiO2）。堇青石一般由滑石、高岭土和氧化铝等为原料合成，经挤出成型后制造出陶瓷整体式载体。

蜂窝陶瓷载体大致分为直通式和壁流式两类。其中，直通式蜂窝陶瓷可用于汽油车或者柴油车尾气排气管中以减少尾气排放；壁流式蜂窝陶瓷用于柴油机或柴油车尾气排气管中，通过过滤掉尾气中的碳烟颗粒，进而达到消除黑烟的效果。以柴油机为例，DOC、SCR使用直通式蜂窝陶瓷载体，而DPF则使用壁流式蜂窝陶瓷载体。

（3）氧化铝是涂覆催化器载体的涂层材料
蜂窝陶瓷整体式载体比表面积比较小，不能有效实现气-固接触，一般会在其壁上涂覆一层多孔物质以负载催化活性组分，通常选用氧化铝及其与其他氧化物的混合物。在氧化铝的各晶型中，γ-Al2O3具有比较强吸附能力和大比表面积，是目前主要使用的涂层材料。γ-Al2O3涂层一般占载体重量的5-15％，涂覆氧化铝涂层可使载体比表面积增大到50-150m2/g以上，从而提供催化剂足够大的表面积，确保催化反应高效进行。但是γ-Al2O3热稳定性较差，高于1000°C时会相变成比表面很小（＜10m2/g）的α-Al2O3，催化剂活性将会下降。因此为防止γ-Al2O3高温劣化，通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr等稀土或碱土元素氧化物作为助剂增强热稳定性能。

蜂窝陶瓷企业一般为发动机制造商的二级供应商，通常先通过催化剂、封装厂等一级供应商进行一系列实验认证，再由整车厂商考虑质量、供货稳定性及价格等多重因素后，公告进入其名录（部分情况由催化剂企业指定），从而实现产品的后续销售。
目前市场上主流的尾气净化器用蜂窝陶瓷材质是堇青石，主要供应商为美国康宁公司和日本NGK公司，两者垄断了90%的市场份额。其中，康宁蜂窝陶瓷和吸附剂的收入连续三年超过10亿美元。国内厂商众多，有奥福、宜兴非金属、宜兴王子、高淳陶瓷、中鼎美达、菲尔特等，目前国内厂商在国际市场上的份额很少，有较大的发展潜力和进口取代空间。

行行查，行业研究数据库
行行查，行业研究数据库

千问 · 2019-10-30 15:08:09

轻轻的我来了，不带走一片云彩