【上海教育新闻网】华东理工科研新成果让柴油车尾气干净起来

      “穹顶之下”、“十面‘霾’伏”……时下，谈起大气污染人人忧心。“973”首席科学家、华东理工大学卢冠忠教授和他的团队历时8年，用科技成果在治理大气污染的道路上迈出了实实在在的步伐。他们的成果“柴油车尾气净化关键技术及应用”获得了今年上海市科技奖励大会的技术发明一等奖。
      机动车尾气是造成大气污染的重要因素。目前，随着机动车数量的快速增加，其尾气对空气造成越来越严重的污染。国家环保部2013年机动车防治污染年报的数据显示，在机动车尾气造成的大气污染物中，68.2%的氧化氮和几乎所有的颗粒物是由柴油车产生的。
      射人先射马，擒贼先擒王。处理好柴油车的尾气净化问题，就抓住了机动车尾气污染的“七寸”。对付柴油车尾气污染，卢冠忠说：“我们有4个主要的发明点。”这4个发明点就像4个杀手锏，对柴油车尾气展开了围追堵截。

抓捕手：高性能催化剂

      “柴油车尾气中主要的污染物包括CO、碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物。催化净化是目前国内外用于柴油车尾气后处理的主流技术。”卢冠忠介绍说。兵来将挡，水来土掩。针对不同的污染物，他们发明了对应的高性能催化剂来各个击破——SCR瞄准氮氧化物，DOC主要对付CO和碳氢化合物，DPF和CDPF是催化型颗粒物捕集器，它们负责抓捕颗粒物。
      与普通的催化剂相比，卢冠忠团队发明的催化剂减少了钒的使用量，增强了催化剂在低温条件下的活跃性。钒是一种贵金属，价格高昂，而且有毒性。降低钒的用量，不仅减少成本，还避免了二次污染。
消除碳氢化合物污染的方法就是使其燃烧氧化。使用卢冠忠发明的催化剂，碳氢化合物在250 ℃即可开始燃烧，这项性能优于进口催化剂。
      颗粒物就是大众谈虎色变的PM10和PM2.5。卢冠忠设计的DPF、CDPF催化型颗粒物捕集器对它们来说，无异于一个“死亡迷宫”。这个迷宫外形像蜂巢，是柴油车尾气的必经之路。它放过气体，但颗粒物别想从此处逃出生天。它们统统陷在“死亡迷宫”里，最终被燃烧殆尽。

抓捕利器：整体式催化剂制备及尿素喷射技术

      如果说第一个杀手锏主要在化学领域之中，后两个杀手锏的研制就开始“跨界”了。卢冠忠团队发明了大尺寸整体式催化剂制备技术和高性能的SCR尿素喷射技术。
      大尺寸整体式催化剂制备技术包括整体式催化剂和多孔载体的制备。多孔载体就是上文所述“迷宫”。而大尺寸整体式催化剂制备指的是将催化剂均匀涂覆在陶瓷载体上。传统方法涂层不均匀，需要两次烧制，能耗高，生产效率低，而且产品的合格率低。卢教授团队发明了“真空涂覆—真空抽提”的高精度涂覆技术，涂覆误差控制在3%以内。再加上常温植皮和热风加湿干燥技术，使催化剂制备的生产能耗降低40%，产品合格率提高10-20%，生产效率提高约40%。
      SCR消灭氮氧化物的原理是用氨气还原氮氧化物，生成无害的氮气和水。氨气从何而来？来自尿素的热分解。因此，尿素喷射的精度和稳定性对SCR催化剂的性能有直接影响。第三个杀手锏——高性能的SCR尿素喷射技术，包括高精度、高可靠性尿素喷射控制技术和尿素喷射系统的优化设计。
      这项发明涉及电路控制与反馈、机械设计等领域。通过一系列设置，卢冠忠团队使尿素的喷射精度提高了1倍，满足国五标准。同时，尿素喷雾的平均直径小于30微米（国外为40微米以上），又解决了尿素易结晶的难题，使氨气泄漏控制在10个单位以内，优于标准规定的25个单位，达到了国际先进水平。

抓捕手“产业化”：智能化诊断与整机匹配技术

      最后一个，也是对技术实现产业化具有决定意义的杀手锏是故障智能化诊断与整机匹配技术。“故障智能化诊断”包含“芯片自诊断、负载电流诊断和信号合理性诊断”三级故障诊断，能够保障系统稳定运行，且能在不同工况下自动调整，提高了尾气处理系统的兼容性、安全性和可靠性。
      “我们国家幅员辽阔，柴油机车在青藏高原缺氧的环境和东北高寒、南方高热地区都要用，而且不同型号的发动机也需要不一样的尾气处理系统，所以我们要有整机匹配技术。”卢冠忠用非常肯定的语气告诉记者。为此，他们在合作厂家的帮助下，做了发动机台架标定实验和“三高”（高原、高寒和高热）实验，建立了整套柴油机和整车的标定匹配技术规范和标定体系，突破了国外供应商在标定技术上的封锁。
      至此，这个项目在“柴油机尾气净化催化剂—控制管理系统—催化转化器—整车标定与应用”上，形成了具有自主知识产权的整套技术和产业链，目前已获授权发明专利20项(其中美国发明专利1项)、实用新型专利10项，还形成了8项行业标准。
      内燃机工业协会评价该项目“完成了我国柴油机排气后处理SCR系统完整产业链，填补了内燃机后处理行业的空白”。机械工业联合会认为这个项目“可满足国四、国五柴油机排放标准，总体处于国际先进水平”。上柴、玉柴、潍柴等用户认为产品“主要技术指标达到国外同类产品水平”。
      目前，这个项目已取得了巨大经济和社会效益。团队与21家整车厂完成了“三高”试验和工信部整车公告，市场占有率超过50%；为北京、上海等42个大中城市的公交车配套，覆盖率达到85%。SCR催化剂已出口韩国，近3年新增销售额达11.8亿元，还在上海朗特汽车净化器有限公司形成了生产能力。

      原文来源：上海教育新闻网 2015-04-13 | 作者：卞慧

      原文链接： http://www.shedunews.com/zixun/shanghai/gaodeng/2015/04/13/1581849.html