2020年中國汽車尾氣排放技術(shù)發(fā)展趨勢分析：國六排放升級推動(dòng)汽車尾氣催化器需求[圖]

    隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，后處理技術(shù)的要求更加嚴(yán)格，我國國五之前柴油車排放限值較低，國六首次采用燃料中立原則，對柴油車與汽油車采用了相同的限值要求，因此柴油車升級難度高于汽油車。針對愈加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，尾氣后處理設(shè)備需升級加裝 DPF，并需要疊加 EGR、DOC、DPF、SCR、ASC 等多個(gè)催化裝置。

    國四升級國五屬于小幅提升標(biāo)準(zhǔn)，在國五汽油車排放標(biāo)準(zhǔn)下，CO、HC 化合物排放標(biāo)準(zhǔn)與國四標(biāo)準(zhǔn)一致，NO x 化合物由國四排放標(biāo)準(zhǔn)的 0.08g/km 加嚴(yán)到 0.06g/km，缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī) PM 值限值為0.0045g/km。另外，國五排放標(biāo)準(zhǔn)中將非甲烷基碳?xì)浠衔铮∟MHC）單獨(dú)列了出來，并且限值為 0.068g/km。

    同時(shí)，排放合格里程數(shù)提升到 16 萬公里，相比較國四排放標(biāo)準(zhǔn)的 10 萬公里，提升了 60%。國五柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)中，CO、HC 化合物和 NMHC 排放標(biāo)準(zhǔn)依然和國四標(biāo)準(zhǔn)一致，氮氧化物 NO x 較國四標(biāo)準(zhǔn)下降 28%。

    我國國五以前柴油車排放限值較低，國六首次采用燃料中立原則，對汽柴油車采用了相同的限值要求，柴油車升級難度高于汽油車。對于汽油車，國6a限值相比國五除CO 要求外基本一致，僅新增了對N2O和PN排放的要求，可以通過增加尾氣處理部件實(shí)現(xiàn)；對于柴油車，國 6a 限值相比國五顯著加嚴(yán)，尾氣處理則需要全面升級。而對于所有車型國6b相對于國6a的CO、PM、THC、NMHC以及NOx限值分別下降了30%、33%、50%、50%、42%。

    排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，汽車尾氣后處理技術(shù)要求更為嚴(yán)格。目前控制汽車尾氣排放的主要措施包括機(jī)前措施、機(jī)內(nèi)措施和機(jī)后措施三種 。機(jī)前措施是通過燃油添加劑減少有害成分以提升燃油品質(zhì)，機(jī)內(nèi)措施主要是改良發(fā)動(dòng)機(jī)、提高燃燒效率以達(dá)到機(jī)內(nèi)凈化的效果。在幾近苛刻的國 V 排放法規(guī)面前，僅僅依靠機(jī)前措施和機(jī)內(nèi)措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且機(jī)前和機(jī)內(nèi)措施技術(shù)難度高，減排效果有限，必須使用汽車尾氣后處理技術(shù)來控制排放。

    機(jī)后措施采用包括空氣噴射、氧化型反應(yīng)器、三效催化器等措施對排放尾氣進(jìn)行凈化處理，是目前最主流也是最行之有效的尾氣處理方法。汽車尾氣催化器主要由催化劑載體、涂層、催化劑助劑、活性成分四大部分組成。尾氣催化系統(tǒng)的工藝路線發(fā)生變化，蜂窩陶瓷、沸石分子篩、貴金屬等用量均增加。

    一、國六柴油機(jī)尾氣處理

    柴油機(jī)污染物排放國四、國五標(biāo)準(zhǔn)主要針對NOx和PM。目前國際上柴油機(jī)尾氣污染治理（機(jī)外）主要技術(shù)路線是：SCR 路線、DOC+DPF 路線以及 DOC+POC 路線。國六排放標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物濃度 六排放標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物濃度PM的要求更嚴(yán)格，尾氣后處理設(shè)備必須加裝 DPF，針對其 ，針對其他指標(biāo)加嚴(yán)，必須改進(jìn)噴射系統(tǒng)、他指標(biāo)加嚴(yán)，必須改進(jìn)噴射系統(tǒng)、疊加 EGR、DOC、DPF、SCR、ASC等多個(gè)催化裝置。

各排放階段后處理技術(shù)

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    由于柴油排氣中含氧量較高，可通過氧化催化器進(jìn)行處理，消耗微粒中的可溶性有機(jī)成分 SOF 來降低微粒排放，同時(shí)讓碳?xì)浠衔?HC 和一氧化碳 CO 在催化劑作用下與氧氣結(jié)合，生成無害的二氧化碳和水。DOC 一般以金屬或陶瓷作為催化劑的載體，涂層中主要活性成分是鉑系、鈀系等貴重金屬與稀有金屬。當(dāng)柴油機(jī)的尾氣通過催化劑時(shí)，HC（碳?xì)浠衔锘〤O（一氧化碳）等在較低的溫度下可以很快地與尾氣中的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成無污染的H2O 和 CO2，從而達(dá)到凈化尾氣中 HC、CO 的目的。DOC 柴油機(jī)氧化催化器工作溫度在 200～350℃，可以降低微粒中 SOF 達(dá)到 40%～90%以上，降低微粒排放，也可使一氧化碳 CO 降低 30%左右，碳?xì)浠衔?HC 降低 50%左右，此外同時(shí)可降低芳烴和醛類的排放，使得柴油機(jī)尾氣臭味減少。

    選擇性催化還原劑采用氨類物質(zhì)（氨氣、氨水和尿素）或各種碳?xì)浠衔铮ú裼秃鸵掖迹呋瘎┎捎靡恍┙饘俳Y(jié)合物或人造沸石等。其反應(yīng)原理是尿素在高溫作用下產(chǎn)生氨氣，然后氨氣與氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成水和氮?dú)?。這個(gè)反應(yīng)需要向排氣中噴入柴油機(jī)排氣處理液（尿素溶液），排氣處理液由精準(zhǔn)的加料裝置噴射到催化器上游的排氣中，噴射的尿素溶液數(shù)量由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦進(jìn)行控制。關(guān)鍵組件：尿素噴射控制系統(tǒng)、噴嘴、計(jì)量泵、尿素箱、催化劑等。

    EGR廢氣再循環(huán)技術(shù)，減少氮氧化物的排放廢氣再循環(huán)技術(shù)，減少氮氧化物的排放。EGR 是將柴油機(jī)或汽油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會(huì)延緩燃燒過程，也就是說燃燒速度將會(huì)放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過程放慢，這就是氮氧化合物會(huì)減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環(huán)率會(huì)使總的廢氣流量減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會(huì)相對減少。EGR 系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個(gè)工作點(diǎn)都達(dá)到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成份最低。EGR 系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式EGR閥，數(shù)控式 EGR 閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨(dú)立地對再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣量進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，而不管歧管真空度的大小。

    從結(jié)構(gòu)上劃分，有內(nèi)部從結(jié)構(gòu)上劃分，有內(nèi)部 EGR和外部 EGR兩種系統(tǒng)，區(qū)別在于廢氣是否通過進(jìn)氣系統(tǒng) 兩種系統(tǒng)，區(qū)別在于廢氣是否通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入缸內(nèi)。內(nèi)部 EGR 技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，不需要外部設(shè)備，通常有兩種方法：廢氣殘余法以及廢氣再吸法。外部 EGR 技術(shù)是在排氣系統(tǒng)上接入廢氣再循環(huán)管路，將廢氣引出再導(dǎo)入到進(jìn)氣系統(tǒng)中，讓廢氣在進(jìn)入氣缸之前與新鮮空氣充分混合。外部 EGR和內(nèi)部EGR 相比，結(jié)構(gòu)上要復(fù)雜的多，通常帶有 EGR 閥，EGR 冷卻器，還有一些特殊管路及附帶的控制單元，因此外部 EGR 可以實(shí)現(xiàn)對廢氣的諸多參數(shù)的精確控制，從而最大程度的實(shí)現(xiàn)EGR的作用。根據(jù)管路連接的不同，外部 EGR 包含多種技術(shù)路線，比如一體增壓式EGR系統(tǒng)、進(jìn)氣節(jié)流式EGR 系統(tǒng)等。

    二、國六汽油機(jī)尾氣處理

    國六汽油機(jī)尾氣后處理技術(shù)相對國五發(fā)生變化。汽油機(jī)尾氣排放的污染物主要為HC、CO 和 NO x，CO 超過汽車排放總量的 80％，HC超過 70%。針對PM及PN 控制技術(shù)：改進(jìn)噴射系統(tǒng)、升級三元催化劑，新增顆粒捕集器（新增顆粒捕集器（GPF））。目前，我國主要使用三元催化器作為汽油機(jī)尾氣后處理系統(tǒng)。

    三元催化器及其催化劑

    大多為鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠、(Rn)等稀有金屬制成，價(jià)格昂貴。在上述三種有害氣體中，HC 和 CO 的還原性比較強(qiáng)，而NO x 有一定的氧化性。針對三種有害氣體的特性，在三元催化器中的催化劑的作用下，三種有害氣體可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使HC 和CO 氧化為H2O和CO 2，使NO x 還原為N2和O2。因此，三元催化器可同時(shí)凈化 90%的CO、HC 及70%的NO x。

    氣體機(jī)尾氣后處理技術(shù)，采用不同催化劑配比可以更好處理污染物。氣體機(jī)按照混合氣中空氣與燃料之間的質(zhì)量比例，分為理論空燃比氣體機(jī)（每克氣體燃料完全燃燒對應(yīng)最少空氣質(zhì)量）以及稀薄燃燒氣體機(jī)（每克氣體燃料完全燃燒對應(yīng)的空氣質(zhì)量超過理論最小值）。上述兩類發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中 CO 和 PM 的含量相近，而理論空燃比氣體機(jī)燃燒溫度較高，因此尾氣中 NOx 含量較高，HC 含量較低；稀薄燃燒氣體機(jī)燃燒溫度較低，因此尾氣中 NOx 含量較低，HC 含量較高。針對理論空燃比氣體機(jī)和稀薄燃燒氣體機(jī)尾氣中 NOx 和 HC 含量不同的情況，一般使用不同的催化劑配比，以更好地處理 NOx和其他污染物。 當(dāng)前氣體機(jī)三元催化環(huán)節(jié)使用的貴金屬價(jià)格較高，目前貴金屬價(jià)格處在高位，因而迫切需要降低貴金屬使用量，提升催化效率。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國汽車三元催化器行業(yè)市場發(fā)展規(guī)模及投資前景趨勢報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：排放升級以后，重卡尾氣處理單車價(jià)值量從原本的5500元提升至16000~19000 元左右，輕卡的單車價(jià)值量從3500元左右提升至 9000~10500元左右。公司目前在輕卡EGR 領(lǐng)域擁有較高市占率，并積極發(fā)展重卡領(lǐng)域業(yè)務(wù)。升級國六排放標(biāo)準(zhǔn)，帶給公司較大成長機(jī)會(huì)。

中重卡及輕卡銷量（萬輛）

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國六重卡單價(jià)值量

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國五重卡單價(jià)值量

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國六輕卡單車價(jià)值量（元）

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國五輕卡單車價(jià)值量

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