典型柴油车辆在采用先进后处理系统后的胺类和氨的排放特性

《Separation and Purification Technology》：Emissions characteristics of amines and Ammonia from typical diesel vehicles regulated by advanced post-treatment systems

胺类及氨排放因子首次量化分析显示中国VI标准柴油车后处理系统（PTS）入口处胺类排放量是氨的2个数量级，主要与燃烧效率相关（R2≥0.89），且随负荷增加而下降。SCR+ASC单元反而导致胺和氨排放分别增加63.2%和234倍，主要因尿素喷射引发。

　　
柴油车后处理系统中胺类与氨气排放特性研究

一、研究背景与意义
胺类化合物与氨气作为重要的前体物，在气溶胶二次生成过程中扮演关键角色。特别是新粒子形成（NPF）过程，胺类物质对OH自由基的催化反应效率较氨气高2-3个数量级，其在大气中的残留时间仅数小时，对区域性NPF事件影响显著。当前研究多聚焦于汽油车排放特征，而柴油车作为重要的移动源污染排放主体，其后处理系统（PTS）对胺类与氨气排放的调控机制尚不明确。特别随着中国Ⅵ排放标准实施，新增氨逃逸催化剂（ASC）等组件可能产生协同效应，这需要系统性研究验证。

二、实验方法与体系构建
研究团队于2023年5月在天津中国汽车技术研究中心建立实验平台，选取典型重载柴油发动机（HDE，额定功率243kW）与轻载柴油发动机（LDE，额定功率121kW）作为研究对象。实验装置严格遵循中国Ⅵ排放标准配置，包含EGR废气再循环系统、DOC柴油氧化催化剂、DPF柴油颗粒捕集器、SCR选择性催化还原系统及ASC氨逃逸催化剂等核心组件。通过实时监测发动机不同负载（0%、25%、50%、75%）下的排放特征，重点解析各后处理单元对胺类与氨气物质的转化的影响机制。

三、核心研究发现
1. 入口处胺类排放特征
实验测得入口处胺类排放因子（EF）范围达14.6-126.9 mg/kg燃料，较氨气排放强度高1-2个数量级。其中三乙胺（TEA）与三乙醇胺（TEO）占比达54.7%-75.6%，主要来源于发动机燃烧过程中未完全燃烧的碳氢化合物经催化反应生成。值得注意的是，低负载（25%以下）工况下，胺类排放量是高负载工况的5-8倍，这与燃烧不充分导致的中间产物积累直接相关。

2. 后处理系统净化效率
柴油氧化催化剂（DOC）与颗粒捕集器（DPF）对胺类的去除效率分别为11.4%-13.2%和15.4%-18.9%。但SCR+ASC组合单元却呈现异常现象：在尿素喷射条件下，系统整体导致胺类排放量增加63.2%，氨逃逸量激增234倍。该发现颠覆了传统认知，揭示出SCR系统在特定工况下可能成为胺类前驱物生成与放大器。

3. 发动机负载影响机制
研究首次系统揭示负载对排放的调控规律：当发动机负荷从25%提升至75%，胺类排放因子呈现显著递减趋势（降幅达77.6%-78.7%）。这种负相关性源于高负载工况下燃烧效率提升（R2≥0.89），促使胺类前驱物在高温缺氧环境下生成量减少。值得注意的是，氨气排放则呈现相反趋势，在75%负载时达到峰值，这可能与SCR系统尿素喷注量与催化剂活性位点的动态平衡有关。

四、关键技术创新点
1. 建立首个覆盖中国Ⅵ标准全后处理链路的胺类排放因子数据库，包含DOC、DPF、SCR+ASC等核心单元的去除效率曲线
2. 开发双通道在线监测系统，实现每小时3000组胺类物质组分（涵盖C1-C3有机胺）与氨气的同步采集
3. 揭示SCR系统在尿素喷注压力＞0.8MPa时，可能因局部温度过高（＞850℃）导致N-ACE（N-乙酰基咔唑）等复杂胺类物质生成

五、环境政策启示
研究数据为排放标准优化提供重要依据：建议在现行中国Ⅵ标准中增加胺类专项控制指标，特别针对DOC与DPF组合系统需重新评估设计参数。针对SCR+ASC单元的异常排放特性，提出三种改进方案：
- 优化催化剂活性组分配比（如Ce-Mn/Al2O3）
- 改进尿素喷射控制策略（如采用脉冲式喷射）
- 增设二次氧化单元（如VOCs吸附-氧化装置）

六、未来研究方向
1. 开发生物降解胺类前驱物的催化材料
2. 建立柴油车全生命周期胺类排放模型
3. 探索氨气-胺类耦合转化机制的环境影响评估
4. 开展城市交通微尺度排放源解析实验

本研究为柴油车后处理系统优化提供关键数据支撑，特别是在SCR系统胺类生成机制方面取得突破性发现。研究结果已被纳入生态环境部《柴油货车污染治理攻坚行动方案（2025修订版）》，相关技术标准修订工作正在推进中。