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打破外国尾气催化剂产品垄断 自主品牌在路上

2018/9/28 16:32:22      点击:

随着“蓝天保卫战”打响,全国各地对环境污染的治理力度进一步加大,对重型柴油车尾气排放升级的脚步也在加快。
    在排放升级的背后有一个常常被大家忽略的现实——目前国内汽车尾气催化剂市场基本为国外企业所垄断。(德国巴斯夫、英国庄信万丰、比利时优美科)打个比方,没有催化剂的后处理系统只是一副“空壳”,要让后处理系统真正催化转化地动起来,必须为其注入“灵魂”。

记者了解到,柴油车尾气中的有害成分主要包括NOX和PM。其中,消除柴油车排出的氮氧化物技术主要为SCR技术路线。目前,该技术路线所使用的催化剂材料主要有2类,一类是钒-钨-钛(五氧化二钒V2O5、三氧化钨WO3和二氧化钛TiO2)材料,简称钒基催化剂,另一类是分子筛材料。
    但这两类催化剂的应用都有技术难点。五氧化二钒属于高毒物质,对人体健康危害较大。并且钒-钨-钛材料低温性能(小于200℃)和高温性能(大于550℃)差,特别使用在城市公交工况下出现的低温性能差的缺陷,随着政策法规对排放控制越来越高,在国五甚至国六阶段,钒系材料难以达到理想的催化效果,包括安全性的焦虑问题。另一方面,多数的分子筛配方活性主要表现在中高温区域,实际应用中的水抑制及硫中毒问题依然亟待解决。并且,分子筛涂覆技术难度较大,其所表现出的涂覆率低、抗脱落率高等一系列的问题也还有待进一步通过工程化应用研究来解决。
    此前自主品牌在这两类催化剂材料上,由于关键核心技术没有得到贯通地突破、质量稳定性似感欠缺,以及量产能力不足,错失市场机遇。然而今时不同往日,在我国自主品牌后处理系统产业链上有识之士的共同努力下,中国自主的催化剂产品即将到来,柴油车尾气催化剂依赖进口的局面或将被打破。

多方联手 共同研制纯稀土基SCR催化剂
    故事还要从2016年说起。那时,经过国三到国四的升级,我国已经酝酿要实施国五排放标准,河北华特汽车部件有限公司(简称“河北华特”)意识到,国家的环保要求只会越来越高,把握汽车尾气排放后处理市场非常重要。河北华特总工程师庄忠冉告诉记者:“国际上研究稀土基尾气催化剂的历史已经有十多年了,但由于稀土资源少、涂覆技术未能有效攻克等原因,十多年来还是停留在研究阶段,并未实现工程化,也就谈不到实现产业化。而我国是稀土资源大国,发展稀土基SCR催化剂具备先天优势。”
    同时,中国北方稀土(集团)高科技股份有限公司(简称“北方稀土”)提供了充分支持。以前,北方稀土公司的稀土催化剂主要应用在火电厂、钢铁厂等固定源有害气体排放系统中。“我们与北方稀土商议之后,双方一拍即合。在此前固定源的基础上研究移动源,即汽车尾气的催化剂。”河北华特总经理宋海燕对记者说。
    此后,又有一位合作伙伴——北京凯德斯环保科技有限公司(简称“北京凯德斯”)加入,其主要产品是汽车后处理SCR尿素喷射系统。
    经过两年的研究和试验,河北华特采用北方稀土公司提供的稀土配方,攻克了稀土基催化剂的涂覆技术,研制出纯稀土基SCR催化剂,并且采用北京凯德斯的SCR尿素喷射系统。现正在按照国五排放标准要求,进行必须完成的后处理系统782小时发动机台架耐久试验。目前,这一自主研制的纯稀土基SCR催化剂已经进行了超过200小时的试验。

北京凯德斯总经理郭宗华告诉记者:“根据目前的试验来看,稀土基SCR催化剂温度范围广、性能优势好,对尿素喷射系统更有利。”他还补充道:“这是有望打破外国汽车尾气催化剂技术垄断的自主产品,我们凯德斯的客户,一些大型商用车整车制造企业对稀土基催化剂也十分关注。”
    等待试验结果 自主尾气催化剂“在路上”
    再过不久,这一我国多家企业联合研制的纯稀土基SCR催化剂试验就将显示出它的成果。记者了解到,若一切顺利,北方稀土、河北华特、北京凯德思计划成立一家名为“华凯”的合资公司,推广自主品牌催化剂。
    打破外国催化剂产品的垄断,自主品牌“在路上”。展望未来,自主研制的纯稀土基SCR催化剂将以五大优势为“利刃”打开市场。
    其一:稀土基催化剂 不再依赖进口
    以往,由于我国在钒基和分子筛催化剂领域未占先机,汽车尾气催化剂市场已然被外国品牌所垄断。此次自主研发的稀土基SCR催化剂刚好避开了国外的技术垄断、专利控制问题,不再被外资“卡脖子”,关键技术将掌握在我们自己手里。并且,我国具备稀土资源丰富的先天优势,产业化之后的成本有望降低。
    其二:不用添加贵金属 即可完成催化转化
    目前市场上的后处理系统若要发挥作用,离不开其中添加的贵金属成分(铂Pt、钯Pd、铑Rh是最常见的三种贵金属催化剂),一旦减少贵金属的用量,后处理系统的实际效果和使用寿命就会大打折扣。后处理系统需要使用的贵金属不仅价格昂贵,还对发动机的空燃比要求严格,易发生铅、硫中毒失效。并且近几年,它的价格始终处于上涨态势,未来的贵金属资源只会更紧张。
    河北华特研制的“纯稀土基SCR催化剂”不需添加贵金属,即可完成催化转化,进一步减少了步骤、降低了成本,有利于降本增效。
    其三:操作温度窗口宽 性能稳定
    从目前进行过的试验来看,纯稀土基SCR催化剂耐水、热、老化的性能更好。庄忠冉对记者介绍说:“由河北华特涂覆的纯稀土基SCR催化剂,此前进行了整车PEMS试验,包含城市和非城市道路,满足国家法规要求。不仅如此,我们还与外国品牌的钒基催化剂进行了比较,它的有效窗口通过率在90%-92%,而华特纯稀土基SCR催化剂的通过率是100%。”
    其四:无钒无污染 绿色更环保
    宋海燕表示,之所以研究稀土基催化剂就是因为意识到了钒基催化剂的污染问题。他对记者说:“采用钒基催化剂材料的后处理系统,它的载体的处理是个很大的问题。车辆报废之后,载体怎么办?它对环境和人体都有很大的危害。”而稀土基催化剂就没有这个问题,更有利于环境保护,可以放心使用。
    其五:氨气泄漏量很低 降低危害发生可能性
    根据已经发布的国六标准,可以看出对NOx的排放要求极大提高,因而车用尿素喷射量大幅增加,进而导致氨气(车用尿素还原NOx过程中会泄漏氨气)泄漏量增加,因此需要加装ASC催化器将泄漏的氨气还原为氮气,这又导致了成本增加。
    据了解,氨气是有强烈刺激性的气体,但由于嗅觉疲劳,长期接触后对低浓度的氨气会难以察觉。吸入是氨气接触的主要途径,过量吸入氨气后会中毒,重者导致死亡。庄忠冉告诉记者:“由河北华特涂覆的纯稀土基SCR催化剂,此前进行了发动机台架试验,并且与外国品牌的钒基催化剂进行了对比。根据GB17691-2005国标限值,氨气泄漏量不得高于25g/kwh,外国钒基催化剂的泄露量在11-12g/kwh,而我们的纯稀土基SCR催化剂氨气泄露量为3.89g/kwh。有效降低危害发生的可能性,还将有利于降低成本。”

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