【正文】 外凈化技術(shù)也稱 后處理 。 即在柴油機排放系統(tǒng)上安裝后處理裝置 ，通過過濾、捕集、再生、催化、還原等物理和化學(xué)過程，降低柴油機的有害排放至排放限值要求。 松禾資本管理有限公司 “艾可藍項目”投資建議書 22 后處理技術(shù)目前主要包括 : 1) 氧化催化凈化器 (DOC– Diesel Oxidation Catalyst)。 DOC 是在蜂窩陶瓷或金屬薄片載體的渠管壁涂敷了含貴金屬的涂層，尾氣排放中的 CO 和HC 以及碳煙中的可溶有機成分 (SOF)與氧氣在貴金屬的催化作用下發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退? DOC 應(yīng)用的較早，目前技術(shù)比較成熟，對于消除排放異味效果極佳。 目前國內(nèi)輕型車主機廠已大多采用 DOC 系統(tǒng)以達到歐 3排放標準。 國外應(yīng)用經(jīng)驗 表明 ,DOC 是很有效的后處理系統(tǒng)組成部分 ,不僅在歐 3 階段，在歐 4 乃至更高的排放標準階段， DOC 都將得到廣泛的應(yīng)用。 2) 顆粒物捕集器 (DPF – Diesel Particulate Filter)。 針對顆粒物排放（直觀就是排出的黑煙），顆粒物捕集技術(shù)是目前公認的最直接最為有效的凈化技術(shù)，也是目前商用前景最好的技術(shù)，可實現(xiàn) 95%甚至更高的顆粒物清除效率。 目前，該項技術(shù)已經(jīng)被所有北美的主機廠采用。 顆粒物捕集技術(shù)有過濾捕集、靜電捕集、旋風(fēng)捕集等。 目前應(yīng)用最成熟的是過濾捕集，其基本原理是通過特殊設(shè)計和制造的過 濾載體，使排氣通過時其中所含的顆粒物經(jīng)過擴散、截流、慣性碰撞和重力沉降等原理被捕集。 捕集效率主要受到微粒粒徑、過濾體微孔孔徑、排氣流速及氣流溫度等因素影響。 隨著工作時間的增長，過濾載體內(nèi)堆積的顆粒物增多，發(fā)動機的排氣背壓將上升，影響發(fā)動機的正常工作和燃油經(jīng)濟性，此時就必須清除其捕集的顆粒物，也稱再生。常用的方式有通過過濾載體上附著的催化劑或燃油中所含的添加劑促進顆粒物燃燒 (被動再生 )，或用機內(nèi)噴油、燃燒器、排氣中噴油、電加熱、或反吹等方法將這些顆粒物除去 (主動再生 )，來實現(xiàn)過濾體的循環(huán)使用。 從安全性 和可靠性出發(fā)，也考慮到目前中國柴油中的硫含量，主動再生是最可靠也可能是唯一的技術(shù)途徑。 DPF 的關(guān)鍵技術(shù)是過濾材料的品質(zhì)、再生策略的選擇和系統(tǒng)控制。 附 圖 5: 柴油機排氣氧化催化轉(zhuǎn)化器（ DOC），顆粒物過濾捕集器（ DPF） 松禾資本管理有限公司 “艾可藍項目”投資建議書 23 3）選擇性催化還原器（ SCR – Selective Catalytic Reduction） 。針對 NOx 排放控制，基于尿素 (urea)的 SCR 技術(shù)是目前公認的市場前景最好的技術(shù)，并已經(jīng)在歐洲得到廣泛的應(yīng)用。 奔馳公司的 AdBlue 技術(shù)，就是一 種基于 urea 的 SCR 系統(tǒng)，可實現(xiàn)高達 90%以上的 NOx 轉(zhuǎn)化率。 SCR 的工作原理是添加尿素水溶液作為還原劑，尿素結(jié)合水分解，產(chǎn)生氨氣 (NH3)，在適當(dāng)?shù)臏囟确秶痛呋瘎┳饔孟拢?NH3 和 NOx 發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生對環(huán)境完全無害的 N2 和 H2O。 SCR 需要附著催化劑的多孔道的過濾載體，以提供盡可能大的催化劑接觸面積來提高轉(zhuǎn)化效率。 SCR 的關(guān)鍵技術(shù)是對還原劑（ urea）噴射劑量的控制。 Urea 噴的量不夠， NOx 無法完全被還原；噴的過多，則 NH3會排放到大氣中，形成二次污染。 此外， urea 具有很強的腐蝕性，對材料有 很高的要求。 并且 urea 在低溫下會凝固，在載體上容易形成結(jié)晶，因此必須通過合理的系統(tǒng)整合方案，例如附加加熱系統(tǒng)，采用混合器，壓縮空氣噴洗，泵反吸等方式加以解決。 此外，還需要考慮 SCR 系統(tǒng)在低溫環(huán)境下（ urea 部分或全部凝固）的啟動時間。 附圖 6: SCR 的工作原理 Oxidation Catalyst 2NO + O2 ? 2NO2 4HC + 3O2 ? 2H2O 2CO + O2 ? 2CO2 SCR Catalyst 4NH3 + 4NO + O2 ? 4N2 + 6H2O 2NH3 + NO + NO2 ? 2N2 + 3H2O 8NH3 + 6NO2 ? 7N2 + 12H2O 4） 其他一些技術(shù)，例如 NOx 儲存催化還原器 (LNT – Lean NOx Trap 或NOx Absorber)和 NOx 催化轉(zhuǎn)化器 (LNC – Lean NOx Catalyst)，雖已經(jīng)過長期的研究，規(guī)?；呦蚴袌鲞€需要克服一些困難。 例如 LNT 和 NOx Absorber，其工作原理是將氮氧化物用化學(xué)催化反應(yīng)方法收集起來，按一定的時間間隔在排氣管中加噴柴油 “ 再生 ” 氮氧化物的吸收裝 置。 此類技術(shù)需要應(yīng)用貴重金屬，對柴油中的硫含量要求極為嚴格，精密度高，耐久性差，而且對 NOx 的轉(zhuǎn)化效率較 SCR 低、轉(zhuǎn)化窗口窄、國內(nèi)目前尚無條件推廣應(yīng)用。 國外柴油機尾氣后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況 在 歐 洲， 2022 年 開始 實施歐 4 排放標準 ， NOx 排放限值 為 ， PM松禾資本管理有限公司 “艾可藍項目”投資建議書 24 排放限值為 ， 2022 年 要 實施歐 5 排放標準 ， NOx 排放限值 下降為， PM 排放限值 下降為 ，而 2022 年， NOx 排放 限值要求達到 。 附圖 7：歐 3～歐 5 排放標準 附圖 8：歐 3～歐 4 排放標注詳解 實例表明， DOC， DPF 和 SCR 是目前最有效，市場化前景最好的技術(shù)。 DPF系統(tǒng)自 2022 年美國開始執(zhí)行 US07 標準后投入使用，目前所有美國柴油機主機廠均開始廣泛使用。 歐洲目前在 SCR 領(lǐng)域的研究相對領(lǐng)先，自 2022 年歐 4 標準開始執(zhí)行后即已開始廣泛應(yīng)用。 結(jié)合發(fā)動機技術(shù)和標定，合理地采用 DPF 和 SCR 中的一項即可以將歐 3 排放標準的發(fā)動機提高到歐 4 標準。當(dāng)歐 5 及更高的排放標準執(zhí)行后需要綜合使用DPF 和 SCR 等多項 技術(shù)。 為達到歐 4 和 US07 標準，國際上主要有兩種技術(shù)路線。 由于國情不同，歐洲傾向于 SCR，美國和日本傾向于 EGR（廢氣再循環(huán)技術(shù)） + DPF。 采用 SCR 技術(shù)路線是通過強化發(fā)動機內(nèi)燃燒降低顆粒物的生成，然后利用 SCR 對產(chǎn)生的 NOx 進行還原。這種方案的優(yōu)點是對發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性沒有損害甚至可以獲得少許提高，而且 SCR 系統(tǒng)對燃油中硫含量不敏感。缺點是必須建立尿素的供應(yīng)體系，并且在立法和技術(shù)上保證車輛運營單位和個人必須及時地補充尿松禾資本管理有限公司 “艾可藍項目”投資建議書 25 素，否則 NOx 的排放量可達到 10 倍以上。 目前尿素在國際上的價格大約和油價相 當(dāng)（不考慮容器成本）。 在中國因為剛剛起步，價格更高。完善的尿素分售系統(tǒng)和立法監(jiān)督，目前在美國也尚處在起步階段。 采用 EGR+DPF 的技術(shù)路線，可不需要車輛使用單位或個人的參與，完全通過系統(tǒng)自身輔以少量的維護。其原理是通過 EGR 來控制燃燒溫度等方法在機內(nèi)抑制NOx 的生成，再通過 DPF 對顆粒物進行捕集。 此技術(shù)途徑對發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性帶來少許影響，但是是對顆粒物排放最直接有效的清潔方法，而顆粒物排放是柴油機最直觀危害性最大的排放。從歐 3 上升至歐 4 標準，最大的挑戰(zhàn)是顆粒物排放限值下降了 80％。 因此 DPF 是 達到歐 4 標準最直接有效的技術(shù)路徑。 在歐、美、日等排放標準先行的國家，柴油機尾氣后處理技術(shù)起步較早，而且已經(jīng)基本成熟并成為柴油動力的標準配置。 可以預(yù)見的是自 US10 標準和歐 5標準后，主流的技術(shù)方案都是結(jié)合 DPF 降低顆粒物排放和 SCR 降低 NOx 排放。 上述的兩條技術(shù)路線最終殊途而同歸。 中國 柴油機尾氣后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況 我國剛剛達到歐 3 排放階段，后處理裝置的應(yīng)用剛剛開始，在這一領(lǐng)域尚處于起步階段，與發(fā)達國家有較大的差距，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗缺乏，尚無能研發(fā)和生產(chǎn)全系后處理產(chǎn)品的本土企業(yè)，甚至 對技術(shù)路線還沒有明確的傾向。但是由于我國排放法規(guī)升級的頻率較發(fā)達國家快，基本是 3 年上一個臺階，這就給柴油主機廠的技術(shù)升級和產(chǎn)品開發(fā)造成了巨大的壓力。因此，在這一領(lǐng)域開展研發(fā)和積極推進產(chǎn)業(yè)化的需求十分緊迫，它將填補國內(nèi)空白，打破國外少數(shù)企業(yè)的壟斷，依托國內(nèi)的巨量市場，快速縮小與發(fā)達國家的差距。 由于柴油機尾氣后處理在國際上也屬于新興產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品價格非常高昂。 目前在國內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)代理國外產(chǎn)品，自主研發(fā)剛剛開始，尚無具備成熟的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和系統(tǒng)生產(chǎn)能力。 據(jù)了解，北京綠創(chuàng)集團 12升發(fā)動機的 DPF報價是 45萬元（ RMB），中國無錫威孚力達催化器有限公司在購買國外樣品時，單只報價是每只 1萬歐元，批量報價每只 6000歐元。在韓國， 1015升發(fā)動機的 DPF產(chǎn)品價格是 7000美金。 預(yù)計到歐 5排放標準實施，尾氣后處理裝置本身與發(fā)動機主機的價格比會接近 1： 1（資料來源：《柴油車處理裝置中國市場適應(yīng)性研究項目》中韓共同技術(shù)開發(fā)項目 VECCSK； 中國汽車報 2022年 3月 5日 B14版 ） 。 可以肯定的是即便將來中國市場需求量上升，價格回落，國外產(chǎn)品的價格對于大多數(shù)中國柴油機尤其是中小型機，將是無法接受的。 柴油機尾 氣后處理產(chǎn)品的高昂價格主要有以下幾方面的原因：第一它是一個高科技產(chǎn)業(yè)，技術(shù)含量高，產(chǎn)品復(fù)雜精密，市場壟斷程度高，目前能夠提供完整系統(tǒng)的公司很少；第二它是一個新興產(chǎn)業(yè)，國外公司對其研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備的投入是巨大的，必然期望在短期內(nèi)收回投資； 第三，跟汽油機后處理為被動系統(tǒng)不同，柴油機后處理主要為主動控制系統(tǒng)，需要針對不同的柴油機型進行針對性匹配，并和發(fā)動機的控制緊密結(jié)合并進行通信，因此前期的匹配和應(yīng)用投入大，需要的技術(shù)力量強；第四，目前的配件供應(yīng)渠道不夠豐富，其中很多關(guān)鍵配件要求很高的技術(shù)含量或精密加工，往往需要 針對性開發(fā)，因此需要巨大的初始投入，配件供應(yīng)商也要盡快收回投資；第五，國際上尾氣后處理是目前發(fā)展最迅速、需求最急迫的產(chǎn)業(yè)，好的產(chǎn)品供不應(yīng)求，供應(yīng)商沒有降價的動力。 這些因素導(dǎo)致了目前國際上后處理產(chǎn)品的價格很難為中國柴油機行業(yè)所接受。 國際公司受他松禾資本管理有限公司 “艾可藍項目”投資建議書 26 們?nèi)驊?zhàn)略的制約，在全球采購日益成熟的今天，很難為中國市場特例降低價格。 由此可以 推 定，在未來的 510 年內(nèi)，如果中國企業(yè)可以開發(fā)出成熟的尾氣后處理產(chǎn)品，國外公司的價格天花板會為中國柴油機后處理企業(yè)留出巨大的利潤空間。 從歐 4 排放標準實施后，尾氣后處理系統(tǒng)將成為新出 廠的柴油動力的標準配置。 根據(jù) 2022 年 5 月 21 日的中國汽車報報道，歐洲排放尾氣后處理產(chǎn)業(yè)當(dāng)時每年約有 80 億歐元的產(chǎn)值，并且還在不斷增長。 在 2022 年，中國機動車產(chǎn)量即達到了 1300 萬輛。 按照中國重型柴油機年產(chǎn)量 80 萬臺，輕型柴油機年產(chǎn)量220 萬臺估算，考慮國產(chǎn)成本因素（價格為國外價格的三分之一至二分之一），按照一套重型柴油機后處理系統(tǒng)價格約 萬元，一套輕型柴油機后處理系統(tǒng)價格約 5000 元估算，我國柴油機排放后處理產(chǎn)業(yè)屆時將產(chǎn)生一個 近 200 億元的市場。 歐 5 標準實施后，后處理系統(tǒng)必須更加復(fù)雜和精密，屆時 產(chǎn)品單價提高，市場 會更大 。 另外，中國在用柴油車總量巨大，僅城市公交車保有量在 2022 年即已超過30 萬輛（資料來源： 2022 年國家統(tǒng)計局頒布的數(shù)據(jù)），并且還在不斷增加。 目前在用車絕大多數(shù)為歐 1 和歐 2 排放標準的柴油車。目前很多城市已經(jīng)提出了對在用車進行排放改造的要求 ， 將這些車輛的排放指標顯著提高到至少不傷害城市形象的程度。目前國際上適合中國在用車改造的技術(shù)和產(chǎn)品非常缺乏，主要存在價格過于高昂，技術(shù)和產(chǎn)品未經(jīng)過中國市場的檢驗，針對中國市場的產(chǎn)品二次研發(fā)缺乏動力，缺乏及時有效的配套和售后服務(wù)等等制約因素。例如北 京在奧運會前開展的在用車改造項目，經(jīng)產(chǎn)品試用和論證，僅三家公司獲得改造資質(zhì)，而且均為國外技術(shù)或國外公司。目前供應(yīng)北京市場的柴油機排放后處理系統(tǒng)一套售價約 5 萬元，利潤空間巨大?？梢怨浪?，僅僅在用城市公交車改造就是一個總量為150 億元的市場。 在當(dāng)前歐 3 排放階段 DOC 產(chǎn)品已經(jīng)成為輕型柴油車達到排放標準的必須裝置，得到了廣泛的應(yīng)用。 從技術(shù)角度考量，為達到歐 4 排放標準，對輕型柴油機來說主要是控制顆粒物排放的挑戰(zhàn)， DPF 系統(tǒng)或類似系統(tǒng)將非常適用。 SCR 技術(shù)考慮到系統(tǒng)控制和維護的復(fù)雜性，加上必須建設(shè)相當(dāng)規(guī)模的還原劑添 加網(wǎng)點，同時必須在技術(shù)上甚至立法上保障還原劑得到及時的添加，其主要應(yīng)用前景應(yīng)該是重型柴油機。需要指出的是無論 DPF 或 SCR 路線， DOC 都是必須的裝置，其中SCR 還必須后置一個 DOC 以清除多余的還原劑。因此，由此估算，