车载SCR用尿素还原剂质量快速评定方法

郑艳宏 米新艳 曹婷婷 杨帅 苏中辉 李军泽130011) (中国第一汽车集团有限公司,长春

Automobile Technology & Material - - 材 料应用 - AT &M

1970—),作者简介:郑艳宏( 女,工程师,大学本科,研究方向汽车用材料。

摘要:根据尿素还原剂取样调查结果,针对性的开发了快速评定方法:通过目测无混浊和1 000 us/cm 31.8%-33.2%,杂质、电导率测定不超过 和尿素浓度测定值处于 判定合格。该方法可迅速高效地完成尿素还原剂的质量评定,与标准测定结果吻合度高。国四SCR用尿素还原剂质量将对全国范围内的国四推广产生重要影响。关键词:尿素还原剂 电导率 尿素浓度 快速评定 质量调查 SCR中图分类号: TQ426.96 文献标识码: B Doi:10.19710/j.cnki.1003-8817.20180217 1 前言

SCR面对国四排放,国内重卡厂家大多都采用 后处理技术。这主要是由于目前国内燃油存在品质相

SCR EGR+对较差、含硫量高等问题[1]。 后处理技术比DPF SCR

技术适应能力更强,但 后处理技术需要喷射尿素还原剂作为尾气处理剂[2]。随着我国国四排放的全面实施,对尿素还原剂的需求量会迅速增长,一般3%-5%,而言,车用尿素溶液的消耗量是柴油的 因此尿素还原剂的年度需求量将会是一个庞大的数字。而目前国内尿素还原剂溶液的供应和销售仍欠完善,大型规模化的尿素还原剂生产厂家屈指可数,同时尿素还原剂的制备技术门槛较低,由于大量需求的预期和受利益的驱动,很多企业和个人会纷纷转向尿素还原剂的生产,在短期内形成尿素企业鱼龙混杂、尿素还原剂产品质量参差不齐的局面。根据我们对全国1市场供应尿素还原剂质量取样调查,如表 所示,结

.果不容乐观针对暴露出的共性问题,本文开发了针对性的快速检测评定方法,为终端用户快速掌握尿素还原剂质量提供了技术保障。

2 试验

2.1 抽取尿素还原剂样品的标准分析试验

GB 29518—2013试验按照国标 《柴油发动机氮

AUS32)氧化物还原剂、尿素水溶液( 》所要求的相关试验设备、试剂和试验方法进行检测[3],并依据其技术要求进行评定。其中由于设备问题,标准试验要求的折光率和磷酸盐在本文中未能测定。试验设备:紫外可见分光光度计(上海元析)杜马斯定氮仪(德国元素)电子天平(梅特勒)自动滴定仪(上海雷磁) U型管密度计(梅特勒)试剂(分析纯): HCL KCO3 CUSO4 · 5H2O NAOH NH2CON⁃

、 、 、 、HCONH2 HCHO

、20 2

个采样标准试验结果见表 。

2.2 尿素还原剂快速评定试验方法开发

2.2.1 总元素含量与电导率值相关性测试ICP)分别采用电感耦合等离子发射光谱( 和20手持式电导率测定仪测定 个尿素还原剂样品的1元素含量总值和电导率值,测试结果见图 。 2.2.2 Nacl浓度对尿素还原剂速测浓度值的影响8 μs/cm取电导率值为 的实验室用水和分析16.25%纯尿素配制 的尿素还原剂溶液,模拟淡水至海水不断增加盐含量,用手持式尿素浓度仪测定尿素还原剂溶液的“尿素含量”变化。溶液盐含2量对尿素含量的影响见图 。 2.2.3 Nacl浓度对尿素还原剂电导率的影响8 μs/cm取电导率值为 的实验室用水和分析32.5%纯尿素配制 的尿素还原剂溶液,模拟淡水至海水不断增加盐含量,用手持式电导率仪测定尿素还原剂溶液的电导率变化。溶液盐含量对尿素3还原剂电导率的影响见图 。

2.3 抽取尿素还原剂样品的快速评定

2.2采用开发的尿素还原剂快速评定方法,分20别对个抽取样品进行目测、电导率测定和尿素含量测定,并根据结果进行质量评定。 3 结果 2 , 20 ,10从表 可以看出 抽取的 个样品中 个样

, 50%,品由标准试验判定不合格 不合格率达 反应了现阶段市场供应尿素质量状况不佳。出现不合

20%)格的测试项目主要为尿素含量(不合格率 、水

35%)不溶物(不合格率 、杂质金属元素含量(不合

30%) 20%)格率 和密度(不合格率 四个方面。其中12 20

号和 号样品中的尿素含量严重低于标准要求,应该列为假冒伪劣产品范畴。如果用户不幸加注该类“尿素还原剂”将会造成排放严重不达标,反馈到车辆控制系统造成限扭停车,如果在高速道路上会带来严重事故。对于水不溶物含量严重超标的尿素还原剂会使尿素泵产生磨损,影响尿素喷射量。国标中要求限制含量的元素均为金, ,属元素 高温与燃烧均不能去除 其含量超标则会,使后处理催化剂中毒 失去催化活性或永久堵塞颗粒捕集器孔道,无法靠再生除去。密度过高或过低均会影响尿素还原剂的雾化效果。

根据上述测试结果和不合格项目的危害性,为了终端用户能够随时掌握加注尿素的质量,避免造成严重损失,我们开发了尿素还原剂快速评定方

2法。根据表 测试结果通过分析可知: a.尿素还原剂的浓度和密度具有正相关性,通过手持式尿素浓度测定仪可快速检测尿素浓度;同时尿素的含量在尿素质量评定中属重要影响项,其80%成本占产品成本的 左右,因此也是不法商家“降成本”的主要手段,这从抽检结果也得到了验证,因此快速评定尿素质量必须包含尿素浓度测量。b.尿素还原剂抽检结果中水不溶物的不合格率5较高,且与标准要求值偏差较大,最高达 倍多,且该类物质对尿素泵危害较大,目前市场上还没有成熟的快速检测手段,根据我们的检测经验,凡是不 溶物大量超标的样品,目测观察会有混浊或颗粒物出现。c.醛类、缩二脲和碱度不合格率很小,且超标数值基本处在标准限定值附近,因此在快速评定中没有设相关检测项。d.尿素还原剂中杂质金属元素总量与可快速

1测定的尿素溶液电导率值正相关,试验结果见图 。

1从图 中可以看出在综合杂质元素含量超过3.3 ppm 1 000 μs/cm时,电导率高于 。另外在尿素

20%还原剂成本中,虽然水的成本仅占 左右,但却是最容易出现质量问题的部分,因为尿素虽然成本高,但还不是任何人都能自己制备的,有生产来源就有一定的质量保障,而水却是人人唾手可得的, 0.05%根据我国水的分类,水中盐含量小于 为淡水; 0.05%-3% 3-5%盐含量 为微咸水;盐含量 为咸水;盐5%含量大于 为卤水;从淡水到卤水在我国均有辽阔的分布。而盐类对尿素还原剂喷射及管路金属系统的腐蚀和后处理器的毒害均非常严重。同时(试验

NACL) A室模拟为仅含 对 方法中尿素还原剂的快速2测定值有相当大的影响见图 。但是,通过电导率测试,采用含盐的非纯净水制备的尿素还原剂会迅速

, 3 3 2被检出见图 。从图 和图 分别可知:在盐类浓度

0.016% 1 000 μs/cm,仅有 时,电导率测定值已达到 而该浓度的盐类对尿素浓度快速测定结果的影响仅为0.011 wt%

。也即通过电导率指标限制,即使采“无成本”水,也被控制在了淡水区。因此本文所开发尿素还原剂质量快速评定方

a.法小结为:目测。筛选澄清、透明、无肉眼可见漂浮、悬浮杂质的尿素还原剂产品;如不符合上述外

b.观要求,可现场评定为杂质含量超标;电导率测

1 000 μs/cm,定。如果电导率超过 可以判断杂质离子超标严重,尿素品质不合格,可拒绝加注;如

1 000 μs/cm,果电导率低于 可以判断杂质离子基

c.本合格,且排除了盐的存在;尿素浓度测定。结

31.8%- 33.2%果为 均为合格;否则不合格,可拒绝加注。

为考察所开发快速评定方法和标准测试方法的相关性,我们采用快速评定方法再次对抽样尿

素还原剂产品的相关指标进行检测,评定结果与

, 3实验室评定结果基本吻合 见表 。

4 结论

随着国四排放的深入推行,尿素还原剂的质量及质量控制必将影响到排放标准的执行效果和广大终端用户的行车安全,因此需要对市场供应尿素还原剂质量建立国家层面的监管和认可机制。尿素还原剂质量快速评定法迅速、简便、低成本,能够在监管不足时,让终端用户随时掌握尿素质量,避免出现严重的质量偏差,弥补监管不足。建议有条件的情况下仍要坚持加注有质量认可和监管的尿素还原剂。 参考文献: [1] . NOX周俊虎 氮还原剂 还原反应及热分解的实[J]. , 2006, 22(1):4-7.验 电站系统工程[2] .张勇 译 最新柴油机排气后处理装置的研究[J]. , 2007(6):58-61.国外内燃机[3] .国家质量监督检验疫总局 柴油发动机氮氧化Aus32): GB 29518-2013物还原剂尿素 水溶液( [S]. 2013.北京:中国标准出版社,

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