車用尿素溶液及其應用

王志江(濟南市產品質量檢驗院，山東 濟南 250101)

0 引言

柴油車是我國重型載重汽車應用的重要形體，其將柴油作為動力來源，實現了汽車油耗和動力的有效優化。所不足之處在于：柴油車應用會帶來較為嚴重的環境污染問題。節能減排背景下，為解決汽車應用所帶來的環境污染問題，我國制定了第VI階段機動車排放標準，該標準指出國內柴油車發動機均需進行車輛排放尾氣的處理。現階段，選擇性催化還原技術是車輛排放尾氣處理的技術支撐，其在應用中會使用一定的車用尿素溶液。車用尿素溶液的應用效果直接關系著汽車尾氣的催化還原效果，本文就車用尿素溶液的具體應用展開深入分析。

1 車用尿素溶液的管理標準

1.1 國外管理標準

歐洲是最先使用車用尿素溶液控制柴油車尾氣排放的地區，到目前為止，該技術已經廣泛應用于世界各國。在全球節能減排背景下，為實現柴油機排放的規范控制，國際上在制定柴油機排放規范的基礎上，配套制定了車用尿素溶液的應用標準。現階段，AdBlue認證和DEF認證是車用尿素溶液應用的兩大主要認證體系，前者由德國汽車工業協會提出，而后者來自美國石油協會。在這兩大認證體系下，車用尿素溶液的應用需滿足ISO 22241相關體系的應用規范，這些規范涉及柴油發動機氮氧化物還原劑質量要求、試驗方法、運輸、處理、存儲要求等。值得注意的是，美國石油協會的DEF認證標準應用較多，作為一種產品認證，其被全球100多個國家所引用。目前，全球大多汽車廠商采用DEF認證標準[1]。

1.2 國內管理標準

我國重視柴油車尾氣排放的系統管理，現階段，GB29518-2013、Q/SHPRD0449-2012等標準對柴油發動機氮氧化物還原劑的應用做出了詳細規范。需注意的是，Q/SHPRD0449-2012來源于中國石化企業，其參考了ISO22241-2006的質量管理標準，并且在此基礎上，新標準對于不溶物的控制更加嚴格，譬如，長城佳藍柴油車在SCR尾氣凈化液應用中，就采用了該標準(見表1)。在我國中石化Q/SHPRD0449-2012標準下，不溶物的含量不得超過18mg/kg[2]。

表1 長城佳藍柴油車SCR尾氣凈化液應用部分指標

2 車用尿素溶液具體應用要求

車用尿素溶液的應用具有較高專業性、復雜性，在實際應用中，其涉及運料、生產、儲運、檢查、銷售和使用等多個環節，在這些環境中，車用尿素溶液的應用必須堅持“專、”和“凈”兩個要求。

2.1 車用尿素溶液應用原理

車用尿素溶液應用的價值主要體現在其能實現柴油車尾氣的凈化處理，進而達到汽車節能減排的作用。在柴油車發動機持續作用時，車用尿素溶液處于同步工作狀態；其包含了尿素水解和氮氧化物轉化兩個環節。具體而言，柴油車中安裝有尿素泵設備，該設備能將車用尿素溶液從尿素罐中抽出，隨后實現其與壓縮空氣的充分混合，并對混合物質進行霧化處理，霧化液能通過噴嘴噴入到排氣管當中。此時，柴油車排氣管的尾氣溫度較高，其多為300～500℃，在高溫及其氣流作用下，車用尿素霧化溶液會發生分解，并產生CO2和NH3。在后期反應中，NH3起到還原劑的作用，其不僅能其將氮氧化物轉化氮氣和水分，而且能吸收有害的煙氣顆粒，有效地達到了 汽車尾氣凈化處理的密度[3]。

車用尿素溶液水解過程可表述為：

氮氧化物的轉化大致可分為三種形式，其產物均為氮氣和水；具體轉化過程如下：

2.2 原料要求

車用尿素溶液的原材料對于后期溶液成品生產及應用具有重大影響。現階段，國內有部分企業采用農用尿素重結晶來生產車用尿素溶液，從應用效果來看，這種生產方式的成本較高，并且農用尿素重結晶的來源難以控制、純度較低，這使得所生產車用尿素溶液中的雜質較多，如醛、不溶物、磷酸鹽等超出國標管理規范。

車用尿素溶液規范生產模式下，其原料多采用車用超純尿素，該材料所含雜質主要是縮二脲，且為有限量。相比于農用尿素，車用超純尿素中沒有醛和抗結塊劑，同時，其在溶液生產中不會出現硫化物、氯化物、硝酸鹽和其他化合物，從源頭上保證了車用尿素溶液的清潔性。需要注意的是，在車用超純尿素原料使用中，國內尚沒有相對明確的應用標準，這使得各個車用尿素溶液生產廠家所采用的標準不盡相同，對于車用尿素溶液生產原料的控制有待加強。

2.3 生產應用設備要求

車用尿素溶液具有較強的腐蝕性，在其生產包裝環節，需要經過較多的容器、管道、閥門、連接件等設備單元。對此，應就這些和設備與車用尿素溶液的兼容性進行系統管理，避免溶液對其造成腐蝕。在生產包裝環節中，應確保車用尿素溶液的清潔性，嚴禁溶液被污染；在此，應格外重視塑料添加劑的應用，避免塑料添加劑的應用污染溶液。在車用尿素溶液生產、加注設備選擇中，應確保所選擇的設備化學性質穩定、組分穩定。通常，除銅、銅合金、鋅、鉛鋁鎂及其合金外，含鉛銀、鋅或銅元素的焊錫等設備，均不得用于車用尿素溶液生產，這是因為這些材料的化學性質不穩定，容易污染車用尿素溶液。實際生產中，為避難尿素溶液受到污染，應對不確定兼容性的材料進行測試，就測試條件而依然，其不僅要反應目標溫度范圍，同時要評價目標的接觸時間，這樣能實現實驗材料對車用尿素溶液影響的具體把控。

2.4 儲運要求

做好車用尿素溶液的運輸管理極為重要。在實際運輸中，車用尿素溶液運輸人員應注意以下控制要點：其一，空氣中含有一定的雜質，對此當車用尿素溶液沒有加注完時，應對其進行密封處理，并且應將其放在室內，這樣能有效防止車用尿素溶液污染問題。其二，當車用尿素溶液盛放在非密封容器當中，且存放區域溫度較高時，則尿素溶液會發生分解。在溶液保存時，應避免去存放的溫度超過30℃，同時要求運輸的車輛具有一定的隔熱功能；此外，應避免該溶液在過低溫度下存放，這是因為溫度過低時， 溶液有結冰的可能，對此，還應保證車用尿素溶液的存放溫度不低于-5℃。其三，研究表明，當車用尿素溶液結晶時，其體積會增大7%作用，這不僅有尿素溶液泄漏溢出容器的風險，而且基于導致容器脹裂開，對此，當發現溶液有結晶狀況時，應對其進行加熱處理，加熱溫度不超過30℃，直至固化結晶消失。其四，車用尿素溶液運輸中應規范搬運、放置，避免過分顛簸[4]。

2.5 應用要求

新時期，基于節能減排控制需要，車用尿素溶液的應用不斷深入，其中車廠裝填使用、車輛加注使用是較為常見的兩種應用形式，其在應用中具有特殊要求。就OEM車廠使用而言，在車用尿素溶液裝填前，先應系統化的開展裝填系統的匹配性實驗，實驗基本要求為：在一定行車里程限制下，如果遇到復雜路況，則汽車的SCR尾氣凈化系統仍然能夠持續性、穩定性的運作，確保車輛尾氣凈化滿足相應的管理要求。需要注意的是，一旦在匹配性實驗中，車輛尾氣排放不符合相應的管理標準，則需要進行SCR尾氣凈化系統的參數校正處理。

車用尿素溶液加注中，應注重以下操作要點：其一，就尿素溶液加注方式而言，其包含了大型公用加注站、車隊及OEM車廠集中加注、個人加注三種方式。在實際加注中，各種方法的應用具有一定差異性。其二，當車用尿素溶液采用1000kg包裝時，簡易改傳統的罐裝為一次性液袋裝，這樣不僅能確保車用尿素溶液加注的方便性，而且能降低加注成本，避免罐回收、清洗中造成污染。其三，在具體加裝中，還應注重包裝的潔凈程度，這樣能有效防止噴霧孔堵塞問題發生。

3 車用尿素溶液應用過程節能減排控制

3.1 選擇性催化還原技術應用

選擇性催化還原技術是車用尿素溶液應用的技術支撐，同時其實柴油車汽車尾氣排放控制的關鍵。現階段，基于選擇性催化還原技術的車用尿素溶液應用不斷深入。在實際應用中，人們生產、檢驗、儲運、應用等多方面的綜合管理，有效地提升了車用尿素溶液的應用效率，實現了環境污染的有效治理。新時期，針對選擇性催化還原技術的應用，還應注重兩個層面的管理。一方面，應進一步完善車用尿素溶液應用全過程的認證標準，以此來為選擇性催化還原技術及車用尿素溶液的應用提供有效參考。另一方面，該技術應用包含水解和氮氧化物轉化兩個階段，而氮氧化物轉化有包含了三種形式，因此應注重最優反應條件的選擇，提升技術應用的靈活性。

3.2 應用問題及改進建議

新時期，我國對于柴油車汽車尾氣的排放提出了較高要求，在節能減排管理中，應進一步加強車用尿素溶液的應用管理。在實際應用中，部分車主處于利益考慮，拆除了汽車的尾氣凈化裝置，加重了環境污染。另一方面，車用尿素溶液的儲運過程缺乏隔熱和保溫處理，這使得尿素溶液容易水解，影響了應用質量。尿素溶液加注站加注過程不夠合理，造成車用尿素溶液的污染、浪費較為嚴重。基于此，在未來車用尿素溶液及選擇性催化還原技術應用中，各地區應嚴格按照我國第1V階段排放標準及國標認證標準，加強車用尿素溶液的規范使用。應擴大節能減排的教育宣傳，不斷補充和完善車用尿素溶液加注站，并對尿素溶液的加注過程進行規范管理，確保車用尿素溶液應用的規范性，減少溶液的污染及浪費。

4 結語

車用尿素溶液的規范使用對于柴油車尾氣排放控制具有深刻影響。新時期，人們只有充分認識到車用尿素溶液應用的原理和價值，然后在相關認證標準、要求的指導下，從車用尿素溶液生產、檢驗、儲運、應用等多個環節進行系統管理，并在應用中優化選擇性催化還原技術，處理車用尿素溶液應用問題，這樣才能提升車用尿素溶液的應用質量，促進汽車節能的有序發展。