我国尾气排放控制现状与对策论文.doc

摘 要随着经济的高速发展，在21世纪的今天，汽车越来越成为人们不可或缺的工具，但汽车的污染也让我们不得不重视起来。本文的目的在于帮助大家认识污染的危害，增强大家的环保意识，唤醒人们加速治理汽车尾气污染的步伐。如今社会，环保问题越来越成为人们所需面对的重大课题。汽车尾气污染是空气污染的主要因素，因此我们必须重视汽车尾气排放问题。本文分析了汽车尾气污染物的生成，以及污染物的危害性，并指出想要治理汽车尾气污染不但要在汽车排气净化系统上做足功夫，还要在燃油方面，以及汽车发动机方面做的更加努力。现在空气污染越来越严重，而且我国经济还在迅速发展，随之而来的是更加大量的汽车，以及更加严重的空气污染，这些污染已经越来越严重影响了人类的生活和人类的身心健康。因此，在汽车工业发展和环境保护之间，必须寻求新的平衡。 关键词：尾气污染；尾气排放；空气污染目 录第1章 我国尾气排放控制现状11.1我国汽车目前的保有量11.2汽车尾气的危害11.3汽车尾气的主要污染物2第2章 我国汽车尾气的排放要求52.1我国汽车尾气污染控制排放标准52.2我国尾气排放状况52.3我国汽车污染现状62.4油品对汽车尾气的影响7第3章 我国汽车尾气污染控制对策93.1机内燃烧控制93.2.1汽车尾气净化催化剂的主要类型103.2.2我国目前催化技术的解决策略113.3开发新能源汽车12结 论13参考文献14第1章 我国尾气排放控制现状1.1我国汽车目前的保有量随着我国经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，中国汽车行业正处于飞速发展阶段，尤其是20世纪90年代以来，汽车的生产量和保有量分别增长了22.8倍和33.4倍。从1994年到2003年的十年间，我国私人汽车总量增长了近6倍。1994年汽车保有量940万辆，私人汽车保有量205万辆；2003年民用汽车保有量约2400万辆，其中私人汽车保有量1200万辆,而今已达5000万辆 。而北京私家车数量截止到2006年11月7日,北京市机动车辆已达282万辆,其中197万辆为小轿车,私家车数量为156万辆。2008年,中国民用汽车保有量突破6 000万辆 ,达到6 467万辆,比2001 年增长了300% , 近十年以12%的年均速度增长,到2020年中国汽车保有量将超过1.5亿辆。这些量的变化,我们也可以从行驶在大路的汽车牌上发现,据调查,哈市车牌从“黑A”,到两个英文字母,再到现在的三个英文字母车牌不过十年左右的时间,现在哈市每天新车落户都在200辆左右,高峰的时候达300多辆,每月上车牌的汽车有5 000多辆。仅去年一年,哈市就新增机动车8万余辆。目前,哈市汽车保有量突破了50 万辆,其中哈市市区40多万辆,私家车占总数的七成左右,从中可见一斑。汽车的增长也就代表了尾气排放量的增长，由此可以看出我国汽车尾气污染问题将使我们面临巨大的挑战。1.2汽车尾气的危害汽车作为新时期不可或缺的交通工具给人们带来了很大的便利，它加快了人类发展的速度，给人类带来不可估量的贡献。但是与此同时，它也是把双刃剑，带给人们便利的同时也带给了人们很大的危害，给大气带来了严重的污染。汽车尾气中含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒，尤其是含铅汽油，对人体的危害更大。铅在废气中呈微粒状态，随风扩散。农村居民，一般从空气中吸入体内的铅量每天约为一微克；城市居民，尤其是街道两旁的居民会大大超过农村居民。铅在人体中主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中，以肝、肾中的浓度最高。几周后，从这些组织转移到骨骼，以不溶性磷酸铅形式沉积下来。人体内约9095的铅积存于骨骼中，只有少量铅在肝、脾等脏器中。骨中的铅一般较稳定，当食物中缺钙或有感染、外伤、饮酒、服用酸碱类药物而破坏了酸碱平衡时，它便由骨头之后转移到血液，引起铅中毒的症状。铅中毒的症状表现很广泛，如头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退、乏力、食欲不振、上腹胀满、暖气、恶心、腹泻、便秘、贫血、周围神经炎等；重症中毒者有明显的肝脏损害，会出现黄疸、肝脏肿大、肝功能异常等症状。由此可以看出汽车尾气的危害不可不谓之大。为了改善空气质量我国许多城市都禁止污染企业进入市区，对企业进行技术改造，减少废气、烟尘排放量。改善汽油以及柴油质量，减少铅含量，积极向无铅燃油过渡，安装汽车净化器等。图1.1 汽车尾气的危害1.3汽车尾气的主要污染物1.一氧化碳（CO）一氧化碳(CO)主要是燃料燃烧不完全的产物。一氧化碳(CO)是一种无色、无味但有剧烈毒性的气体。它不易与其他物质发生反应而成为大气中比较稳定的组成部分,能停留2-3年。当人们吸入过多的CO后,CO可与血液中的血红蛋白有较强的亲和力会妨碍血红蛋白的输送氧气的能力。当空气中的一氧化碳浓度超过一定时量人就会出现头痛、呕吐等中毒症状浓度再大时甚至可致人死亡。一氧化碳(CO)是汽车发动机排出有害成分中浓度最大的气体它引起的公害称为汽车尾气排放的第一大公害。2.碳氢化合物HC的产生仍是燃烧过程不完全造成的。HC是一种混合物成分非常复杂。当HC浓度较高时会使人出现头晕、恶心等中毒症状。特别是HC化合物中的烯，在大气上空和二氧化氮(NO2)混合在一起经过强烈的日光照射后起光化学反应产生高浓度臭氧、醛等烟雾状物质,对眼睛、呼吸器官(喉、眼、鼻等黏膜)及皮肤有强烈的刺激性可能致癌。而且它还使生态环境遭到破坏,严重影响农作物的生长,使农业减产,因此碳氢化合物(HC)它成为汽车尾气排放的第二公害。3.氮氧化合物（NOx）NOx是NO和NO2的总称,它是发动机在大负荷工作时高温高压燃气中少量氮被氧化成NO、NO2等氮氧化物。其中NO与血液中的血红蛋白的结合能力比CO还强,容易使人们中毒而死亡。NO2是一种褐色有强烈毒性的气体，刺激人的眼睛和呼吸道引起喘息、支气管炎及肺气肿等。同时NOx也是光化学烟雾的组成成分,成为汽车尾气排放的第三公害。4. 微粒 微粒（碳烟）是柴油机的主要有害排放物之一。由可溶性有机成分（SOF）和不可溶成分组成。柴油机排气中的微粒尺寸比较小，可长期悬浮在大气中，不仅降低大气的可见度，而且易于被人吸入肺部，同时微粒中的SOF成分具有致癌物。 碳烟是HC系列燃料的燃烧产物，所以其产生与HC系列燃料的燃烧状态直接有关。对预混合火焰，在燃料过多的浓混合气下，混合气接近火焰带时受到火焰的高温热辐射而热分解成碳烟。产生碳烟的另一个条件就是温度场。对预混合火焰，当温度在21002400K时碳烟生成量最大，火焰温度进一步升高时，碳烟生成量反而减少。在扩散火焰区内，产生碳烟的主要原因是缺氧。 柴油机的燃烧过程一般包括预混合燃烧和扩散燃烧。由于在柴油机燃烧室内混合气极不均匀，尽管总体上是富氧燃烧，但局部缺氧，特别是燃烧后半期随活塞的下移，缸内温度和压力降低，使燃烧过程不稳定，不能保证碳烟的充分氧化时间，最终导致碳烟的生成。控制碳烟的方法主要有两条基本途径：其一就是提高火焰温度，但这种方法与控制NOx排放量相矛盾；其二就是控制火焰领域内的混合气浓度，避免过浓状态。为此，对预混合火焰需要供给充分的氧气；而对扩散火焰，需要促进混合气的形成。因此，控制碳烟最基本的原理就是如何控制火焰领域内的混合气浓度。为此，需要组织燃烧室内的气流运动，促进紊流混合，同时促进喷雾的微粒化。具体措施有：提高喷射速率，或进行高压喷射，由此促进喷雾的微粒化，这有利于控制燃烧初期的局部混合气浓度和燃烧中后期的紊流扩散火焰，是改善混合气的有效方法；此外，改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动，特别是保证燃烧室内一定的涡流强度，是一种促进扩散燃烧和碳烟氧化的很有效的措施。除了上述主要有害污染物之外，汽车尾气污染物还要SO2、游离碳(黑烟)、四乙铅、臭味等物质。它们对人体呼吸系统、循环系统、神经系统都非常有害。第2章 我国汽车尾气的排放要求2.1我国汽车尾气污染控制排放标准根据中国的实际情况,从上世纪八十年代初期中国汽车尾气排放法规开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案。1983年中国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准,这一批标准的制定和实施,标志着中国汽车尾气法规从无到有,并逐步走向法制治理汽车尾气污染的道路;中国在1989年至1993年又相继颁布了轻型汽车排气污染物排放标准、车用汽油机排气污染物排放标准二个限值标准和轻型汽车排气污染物测量方法、车用汽油机排气污染物测量方法二个工况法测量方法标准,至此,中国已形成了一套较为完整的汽车尾气排放标准体系;北京市轻型汽车排气污染物排放标准的出台和实施,拉开了中国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲。2005年国家环保总局公布了五项机动车污染物排放新标准,新标准包括:轻型汽车污染物排放和IV号排放标准、两项重型汽车污染物排放限值、摩托车和轻便摩托车加速行驶噪声限值及测量方法。其中,轻型汽车排放标准自2007年7月1日起在全国实施, IV号标准于2010年7月1日起实施。目前，世界汽车排放标准并立，分为欧洲、美国、日本标准体系。欧洲标准测试要求相对而言比较宽泛，是发展中国家大都沿用的汽车尾气排放体系。并且，由于我国的轿车车型大多从欧洲引进生产技术，中国大体上采用欧洲标准体系。2.2我国尾气排放状况 从1994年到2003年的十年间，我国私人汽车总量增长了近6倍。1994年汽车保有量940万辆，私人汽车保有量205万辆；2003年民用汽车保有量约2400万辆，其中私人汽车保有量1200万辆。而今已达5000万辆，而北京私家车数量截止到2006年11月7日,北京市机动车辆已达282万辆,其中197万辆为小轿车,私家车数量为156万辆。汽车作为现代化交通工具，给予了人们的生产与生活带来十分方便的同时，可是它的尾气排放物，给大气环境造成严重污染。我国某城市对该市的机动车辆尾气污染程度作了如下初步调查：该市目前拥有机动车辆13万辆，并以年增率15%的速度增加。机动车年排放一氧化碳4.4万吨，相当于该市工业企业一氧化碳排放量的46倍。市区主要交通道路中心点一氧化碳超标2倍以上的达65%，在车流量高峰之际，有的监测点一氧化碳浓度高达每立方米70mg，超标6倍。在车流量比较集中的火车站，氮氧化合物测点平均值为每立方米0.059mg，超标准0.18倍。因此,汽车尾气污染日趋严重,现代城市大气污染主要来源于汽车尾气。有资料表明，我国各大中型城市汽车尾气排放物造成空气污染占到50%左右，且对在用车检测结果来看，尾气排放不合格的车辆占被检测车的5060%。那么汽车尾气排放物中这些有害物质是如何形成，又有何危害呢? 2.3我国汽车污染现状 汽车已成为城市大气污染中最重要的污染源，而且其贡献率远远超过其他污染源。与工业污染排放相比较，汽车尾气污染排放的人体吸入比例更高。 随着我国汽车保有量的迅速增长，汽车污染也日趋严重。早在“九五”期间，对几个重点城市汽车污染的调查就显示，汽车已成为城市大气中最重要的污染源，而且其贡献率远远超过其他污染源(如表2.3)。城市名称CONOxHC保有量排放量（万吨/年）分担率（%）排放量（万吨/年）分担率（%）排放量（万吨/年）分担率（%）汽车天津67.748320.315512.588143.4083长春8.3721.3125.41.2775.516.0231哈尔滨5.2686.11.2224.11.482.819.8西安29.2398.69.4169.7-15乌鲁木齐10.0588.732.0748.5-11.8成都8.5897.960.7057.02-表2.3 我国重要城市的污染调查表研究结果还表明，汽车的浓度分担率高于排放分担率。由于汽车是近地面排放，在街道环境中不易扩散，易造成道路沿线的污染，直接形成较高污染物浓度的大气污染。而工业污染源排放一般为高空排放，在高空中易于扩散稀释。与工业污染排放相比较，汽车尾气污染排放的人体吸入比例更高。 根据北京2003年的相关数据，计算得到汽车排放中一氧化碳、氮氧化物、一次可吸入颗粒物的人体吸入比例。一氧化碳的人体吸入比例(106)为106，氮氧化物的人体吸入比例(106)为35.5，一次可吸入颗粒物的人体吸入比例(106)为81.5。进一步的研究表明，汽车尾气排放污染物的人体吸入比例大约是相应电厂污染物人体吸入比例的10倍。 有关近几年汽车污染现状的研究结果尚未公布，但从飞速增长的汽车保有量即可断定:情况要比前些年更加严重。2.4油品对汽车尾气的影响业内人士指出，油品质量对于汽车尾气排放效果的影响相当明显。车辆在使用过程中，如果车与油不相配，会造成因油损车的情况。如果使用相应的低品质燃油，排放同样达不到新标准要求。要使汽车达到更严格的尾气排放标准，不仅要求汽车生产厂家提高整车生产技术，还需油品供应商提高相应的燃油质量。国家环保总局机动车排污监控中心汤大钢主任表示，在全国市场提供质量稳定的燃油产品是实施更高排放标准的先决条件。如果汽油中的硫、锰、铁等杂质含量过高，可能损害三元催化器和氧传感器，降低对污染物的催化效果；若汽油饱和蒸气压较高，也会带来挥发性污染。新油品标准的制定体现了车厂和油厂的利益之争。从技术层面讲，石油企业完全具备生产欧标准燃油的能力，但标准迟迟不出使得石油企业有了坐观其变的最好借口；对汽车生产厂家而言，“喝不到好油”也成为汽车排放降不下来的很好托辞，一位合资汽车生产厂家负责人告诉记者，他们的产品在国外能够达到严格的欧排放标准，为适应国内油品质量不稳定的状况，只好自降标准，局部采用以往的技术通过目前的欧排放标准就行了。对此，汤大钢主任解释说：同样是欧标准，油品质量高，对于汽车自身控污能力的要求就低；油品质量差，对于汽车自身控污能力的要求就高。在企业最看重的效益面前，提高油品质量和提高汽车的控污能力都需要投入研发资金和增加生产成本，汽车厂家和石油企业在此问题上的博弈其实早在我国执行欧I标准时就已开始了。实际上，令众多汽车及石油企业心存疑虑的还有一个原因，即由于北京的第三阶段用油品质标准是一个完全的地方标准，他们担心的是这一标准能否得到有关部门的有力支持并在全国范围内实施。某汽车公司老总指出，我国油品质量地域差异性较大，北京等大城市的燃油质量肯定优于中小城市及乡村，油品质量对于欧标准的影响不能忽略。截止目前，北京油品市场上只有98号汽油的排放水平达到了欧标准，但是这种油价格不仅高，而且只在少数加油站供应。汽车尾气无时无刻不在直接或间接地危害着人类的正常生活及健康，必须予以高度重视。目前，汽车尾气控制和治理已成为世界重要课题，发达国家由于汽车总体技术较为先进，汽车尾气控制技术也较为先进，已经取得了重要进展，现在正向超低污染排放和零排放迈进，而我国在这方面起步较晚，许多控制技术处于探索和试用阶段，但我们正努力与国际接轨。第3章 我国汽车尾气污染控制对策3.1机内燃烧控制汽车尾气的控制有机内控制与机外净化两种形式。机内控制是通过改变发动机设计、制造工艺等手段来减少有害物质的生成。废气再循环（EGR）就是常见的一种机内净化形式。其设计思想就是从发动机排气中，引回部分废气与新鲜空气共同进入发动机汽缸内参与燃烧，既能降低汽缸内的燃烧温度，又可有效控制高温富氧条件下NOx的生成，从而大大降低发动机废气中NOx含量。2005年年底，中国重汽技术发展中心组织中国重汽重庆燃油喷射系统公司，历时一年半间，在国内率先成功完成了自主知识产权的采用电控直列泵燃油喷射系统和冷却的电控EGR（废气再循环）技术的、满足排放要求的国柴油发动机。这也是目前国内唯一采用EGR技术的国柴油发动机。EGR技术，即废气再循环技术(Exhaust Gas Recycle)是针对有害气体(NOx)设置的排气净化装置。它将一部分排气循进气管与新鲜空气混合后进入汽缸燃烧,以增加混合气的热容量,降低燃烧时的最高温度,抑制NOx的生成。EGR发动机控制电脑即ECU根据发动机的转速、负荷(节气门开度)、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOx是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量。在中国国三排放阶段的实施中，EGR发动机占有了一定的地位，但是由于此类发动机出现的种种问题。使许多专业研发机构对EGR发动机的排放上产生了怀疑，“假国三”这顶帽子抠到了EGR发动机上。除了EGR发动机以外，还有许多机内控制技术，但从整体上来说机内控制虽有一定的净化效率，但它只能减少有害气体的生成，而不能除去已经生成的有害气体。3.2净化催化剂的应用目前治理汽车尾气排放最主要手段和最有效的方式之一就是三元净化器加电喷系统，能削减9O%以上有害排放物。治理汽车排气污染是一个系统工程，需要多种技术多种手段的综合利用。从一开始就考虑将机动车设计为低排放等的源头削减技术无疑是控制污染的最佳捷径，但是现阶段就以石油为燃料的内燃机车而言，机内控制排放在降低排放物的同时会影响发动机的其它性能，而且无法做到从根本上解决现有的污染物排放问题。因此，在机内控制的基础上，辅之以末端治理为目的的机外控制措施，主要指催化净化措施，可以将机动车污染控制在极小的范围内。采用净化催化剂装置净化汽车尾气的装置是一中机外净化技术。机外净化是将尾气排出气缸进入大气之前，利用转化装置将其转化成无害气体。机外净化包括选择代用燃料、曲轴箱强制通风、二次空气喷射、在排气尾管安装加热反应器、在排气尾管设置点火源以及安装催化转化器。机外净化中最为有效的是利用催化转化器，可以将已产生的有害气体再转化为无害气体，它是减少汽车尾气污染最简单而有效的方法。例如“三元催化剂”就可以同时净化HC、CO和NOx三种有害气体。汽车使用催化转化装置最早在70年代中期从美国开始应用，日本、欧洲等发达国家也分别在80年代中期90年代初开始使用催化转化装置。随着电子控制燃油喷射发动机的开发,以及排放标准对大气中NOx限量的逐渐严格,从上世纪70年代末开始,国外深入开展了NOx的还原技术和三效催化剂的研究。迄今为止,三效催化剂已经成为控制汽车尾气污染物的主要手段。3.2.1汽车尾气净化催化剂的主要类型根据催化活性物质的不同将汽车尾气净化催化剂分为贵金属型、稀土金属型以及其他过渡金属型。其中最后一种类型催化剂的应用研究还不很成熟。1.贵金属催化剂上世纪80年代,美国首先推出了含Pt、Rh、Pd的贵金属三效催化剂。随着技术的发展,以堇青石蜂窝陶瓷为载体、活性氧化铝为涂层的贵金属三效催化剂已发展成熟。到90年代,贵金属三效催化剂的功能涉及面更广,还能解决汽车冷启动时的污染控制。但该类催化剂必须使用无铅汽油,并要求实现发动机的闭环控制,精确控制空燃比在理论值的14.71附近。2.稀土金属型催化剂稀土型催化剂可承受一定范围内的空燃比波动，具有较好的耐久性、热稳定性和一定的抗铅中毒能力。国内对稀土催化剂的研究很多,改进并推出了许多新型的催化剂, 取得的成绩很显著。但稀土氧化物活性比贵金属低, 催化净化效果不及贵金属起活温度高, 在汽车冷起动时,不能立即起到净化作用, 对NOx净化效果相对较差。不过稀土催化剂价格便宜, 我国稀土资源丰富, 储量约占世界70%,将其与贵金属合用制成的三元催化转化器用于控制汽车排气污染效果十分良好, 因此较适合我国国情开发。3.其他催化剂金属离子交换分子筛催化剂,如金属-ZMS-5分子筛催化剂也可用于汽车尾气净化。该催化剂中的金属可以是Cu、Fe、In、Ag等,研究表明,这类催化剂对汽车尾气中的CO、HC和NOx均有较好的净化作用,尤其是微量贵金属改性的Cu-ZMS-5分子筛催化剂,对CO的净化能力大幅提高,同时具有的高转化率操作窗口也大大扩宽,在汽车尾气净化方面,具有潜在的应用前景。另外,以Co、Mn等为过渡金属的复合催化剂研究也有很多报道。最近,都雪静等还开展了以半导体TiO2为汽车尾气净化催化剂的应用研究。总体而言,这类催化剂的性能和催化效果不如贵金属催化剂,材料的纳米化是提高这类催化剂性能的有效途径之一。3.2.2我国目前催化技术的解决策略2O世纪9O年代中后期，我国开始对汽车排放实施控制，颁布了新的汽车排放法规，规定新车必须安装净化器。当时市场上国产催化净化器产品，无论是稀土金属氧化物净化器还是稀土贵金属复合氧化物净化器，或是稀土过渡金属和贵金属复合氧化物净化器，因技术含量偏低，实际的使用效果很差。这些净化器寿命极短，经短时间装车运行后，净化效果普遍降低，汽车安装后，只在短时间内达标，或根本不能达标。就催化剂而言,应解决的问题:1.开发新型高效催化剂研究,来减少或替代贵金属的使用,以降低成本；2.进一步提高催化剂的抗中毒能力,延长其使用寿命；3.提高催化剂的低温活性,减少汽车在冷启动时的废气排放量；4.研制性能优异的金属 或其它载体和可行的载体成型方法,以提高催化剂的性能。3.3开发新能源汽车开发新一代车用能源动力系统，发展新能源汽车。重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车，逐步过渡到采用生物燃料的混合动力和可充电的混合动力；进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气/氢气内燃机