技術(shù)報告托普索整體式SCR催化劑DNR系列以獨特的輕質(zhì)

1、 附件3技術(shù)報告托普索整體式SCR催化劑系列以獨特的輕質(zhì)纖維增強陶瓷為載體，以五氧化二釩作為活性成分，活性成分分散在載體表面以及載體壁內(nèi)的孔隙內(nèi)部，因此柴油機尾氣除直接接觸孔道內(nèi)的催化劑外還可以擴散到孔隙內(nèi)部與活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。與堇青石陶瓷載體涂覆式催化劑相比低溫活性明顯提高。加之以輕質(zhì)纖維增強陶瓷為載體催化劑整體重量減輕約30%，熱容較小，在城市應(yīng)用的實際路況中可以快速升溫達到催化劑工作溫度，保證低溫及瞬態(tài)工況下對尾氣中的NOx有較高的轉(zhuǎn)化效率。托普索催化劑工藝獨特，包括載體制備及活性成分上載的整套工藝技術(shù)，不可分割。因此不需要單獨采購載體，為載體和催化劑同時提供的一站式供應(yīng)商。托普索整

2、體式SCR催化劑比較符合日益嚴(yán)格的柴油機后處理排放要求，其產(chǎn)品可以配套相應(yīng)發(fā)動機達到國四，國五及國六排放標(biāo)準(zhǔn)。一、 技術(shù)開發(fā)背景（1500字內(nèi)）托普索公司總部位于歐洲丹麥，由哈德 ·托普索博士于1940年創(chuàng)立，并從那時起就一直致力于多相催化事業(yè)。目前提供化工及環(huán)保行業(yè)應(yīng)用的催化劑及工藝設(shè)計，主要包括合成氨、甲醇和其它石油化工產(chǎn)品、氣體轉(zhuǎn)化、石油精煉過程中使用的催化劑及工藝，同時也提供固定源發(fā)電和機動車污染物排放控制的催化劑及相關(guān)技術(shù)。歐洲2006年開始執(zhí)行歐排放法規(guī)，重型柴油發(fā)動機的后處理技術(shù)路線確定為SCR（選擇性催化還原）技術(shù)，托普索公司因為擁有固定源發(fā)電處理氮氧化物的SCR催化

3、劑產(chǎn)品，以此為基礎(chǔ)成功開發(fā)用于柴油機排放污染物控制用SCR催化劑系列，并于2006年開始配套斯堪尼亞卡車，累計減少了超過220萬噸的NOx排放，同時由于SCR技術(shù)具有更好地燃油經(jīng)濟性，2006年以來托普索催化劑為大氣減少了220萬噸的CO2排放量。在歐洲超過20萬臺重型柴油車使用托普索SCR催化劑。受益于中國機動車排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，尤其是年開始正式實施重型柴油車國四排放法規(guī)，以及年月京津冀地區(qū)實行京五重型柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)，到目前為止在中國超過5萬臺國四及國五重型柴油車使用托普索SCR催化劑。在北京有超過臺采用托普索催化劑技術(shù)的京四及京五排放標(biāo)準(zhǔn)的公交車已經(jīng)投入運營。圖1 托普索整體式SCR催化

4、劑外觀2012年隨著中丹合作的深入發(fā)展，托普索在中國的業(yè)務(wù)也開展得更為順利。9月夏季達沃斯論壇期間，天津濱海新區(qū)開發(fā)區(qū)（南港工業(yè)區(qū)）管委會與丹麥托普索公司在天津簽署了投資合作協(xié)議。托普索公司在天津南港工業(yè)區(qū)投資催化劑生產(chǎn)廠，項目總投資2億美元，一期工程主要生產(chǎn)柴油發(fā)動機尾氣脫硝催化劑。2015年已經(jīng)開始批量生產(chǎn)催化劑產(chǎn)品。2014年托普索與天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)簽署協(xié)議，在天津汽車催化劑工廠進行第二期投資，完成輕質(zhì)纖維增強陶瓷催化劑載體生產(chǎn)線。托普索SCR催化劑基于輕質(zhì)纖維增強型陶瓷結(jié)構(gòu)，并具有很高的孔隙密度，催化活性成分是吸附在二氧化鈦載體上的五氧化二釩，所有催化劑通道及孔隙內(nèi)部都分布活性材料，

5、因此是整體式全活性催化劑。在發(fā)動機運行的整個溫度窗口內(nèi)可以提供非常高的NOx轉(zhuǎn)化效率。目數(shù)（260目）低于目前市場同類產(chǎn)品（300及400目），可以明顯降低發(fā)動機排放背壓，保證發(fā)動機動力性能。同時其整體式活性成分分布可以保證在低目數(shù)的情況下保持很高的催化性能，更加適合有低溫啟動要求的城市工況。尺寸靈活，直徑可以達到英寸，16升以下級別的發(fā)動機中只安裝一個DNXR催化劑模塊成為可能。也可以根據(jù)用戶的不同需求，在產(chǎn)品的后端附加NH3氧化催化劑（簡稱），以降低逃逸率。圖2 托普索整體式SCR催化劑波紋板結(jié)構(gòu)托普索催化劑基于釩基活性成分，與沸石基催化劑相比具有良好的耐硫特性，特別適用于目前國內(nèi)國四標(biāo)準(zhǔn)

6、的車用柴油，目前國四標(biāo)準(zhǔn)柴油的含硫量對催化活性沒有影響。同時托普索催化劑設(shè)計壽命為整車壽命，在整車使用周期內(nèi)不需要更換，可以維持優(yōu)異的轉(zhuǎn)化效果。二、 國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀車用催化劑目前在歐洲釩基催化劑約占30%。美國主要以堇青石載體的涂覆式沸石基催化劑為主。歐洲于3年開始執(zhí)行歐六標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過近兩年的市場檢驗，托普索系列釩基催化劑以其特有的優(yōu)異低溫活性及應(yīng)用成本優(yōu)勢，在歐洲的市場份額日益擴大。其極高的轉(zhuǎn)化效率可以使無（廢氣再循環(huán)）解決方案稱為可能。另外使用釩基催化劑可以采用混合再生策略，的顆粒物捕集凈化作用在相對低的溫度下連續(xù)進行，不需要用于主動再生的后處理系統(tǒng)的第七個燃油噴嘴，也不需要進行后處理系

7、統(tǒng)的燃油噴射，非常迎合歐洲和美國即將出臺的燃油消耗率標(biāo)準(zhǔn)要求。同時因為托普索釩基搭載斯堪尼亞歐六重型柴油車的應(yīng)用在歐六排放標(biāo)準(zhǔn)下的示范效應(yīng)，愈來愈多的用戶趨向于使用釩基催化劑，以此降低后處理系統(tǒng)成本及簡化后處理系統(tǒng)配置。三、研究開發(fā)試驗情況.基本原理催化反應(yīng)的基本原理為尿素在催化劑上分解釋放出氨氣，氨氣在催化劑表面發(fā)生化學(xué)吸附，吸附的氨氣與經(jīng)由催化劑活性中心與發(fā)生反應(yīng)，放出氮氣和水，達到去除的目的。其示意圖如下： 圖3 SCR反應(yīng)原理示意圖.工藝托普索系列催化劑工藝路線包括載體制備及催化劑活性成分上載整個步驟，不可分割。其采用特殊工藝制備輕質(zhì)纖維增強陶瓷載體，焙燒后形成以二氧化鈦為主要成分的載

8、體結(jié)構(gòu)。載體壁內(nèi)遍布由大孔，中孔及小孔構(gòu)成的復(fù)雜多孔隙結(jié)構(gòu)，催化劑活性成分上載后可以均勻分布在載體表面及孔隙內(nèi)部，對于尾氣的在催化劑內(nèi)部的擴散起著積極地促進作用。.試驗數(shù)據(jù)某發(fā)動機廠重型柴油發(fā)動機，原機排放約10g/kwh，后處理系統(tǒng)使用托普索整體式SCR催化劑進行歐六排放標(biāo)準(zhǔn)試驗，后處理布置圖如下：圖4 歐六項目后處理布置示意圖排放測試結(jié)果顯示，NOx的WHTC循環(huán)下綜合排放值約0.03g/kwh，遠低于歐六排放標(biāo)準(zhǔn)要求。實際應(yīng)用中更加可以調(diào)整尿素噴射降低后處理系統(tǒng)運營成本。圖5 歐六項目NOx排放結(jié)果同時，因為SCR催化劑后面附加ASC（氨氧化催化劑）控制氨逃逸。氨逃逸均值達到2ppm左右

9、，遠低于歐六排放標(biāo)準(zhǔn)要求的10ppm。如下圖。圖6 歐六項目氨逃逸循環(huán)測試結(jié)果四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)按照每臺重型柴油車排放降低效果分析，采用托普索整體式SCR催化劑，國四重型柴油車每臺可以降低NOx排放70%，國五重型柴油車每臺可以降低NOx排放85%。目前配套整車使用的主要是國四及國五排放標(biāo)準(zhǔn)用車，應(yīng)對國六標(biāo)準(zhǔn)每臺車的NOx去除效果更是可以達到97%，對大氣環(huán)境的貢獻效果顯著。五、國內(nèi)外技術(shù)比較國內(nèi)催化劑技術(shù)集中在以堇青石為載體的涂覆式上載技術(shù)。相比國外同類工藝的催化劑，國內(nèi)催化劑受限于國內(nèi)生產(chǎn)的堇青石載體，其尺寸公差范圍較大，生產(chǎn)一致性水平低。催化劑基礎(chǔ)材料受限于國內(nèi)基礎(chǔ)材料的開發(fā)，基礎(chǔ)材料

10、耐久性能普遍低于國外催化劑基礎(chǔ)材料。同時涂覆過程中活性成分上載量的控制是另一個技術(shù)難點。綜合反映在催化劑的性能上表現(xiàn)為轉(zhuǎn)化效率一致性差，耐久性能不好，產(chǎn)品尺寸公差大。六、關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點整體式催化劑托普索整體式催化劑由托普索獨家開發(fā)并批量生產(chǎn)，包含涂覆與載體生產(chǎn)線，載體內(nèi)部遍布孔隙結(jié)構(gòu)，催化劑活性物質(zhì)涂覆在載體表面及壁內(nèi)孔隙內(nèi)部，因而區(qū)別于傳統(tǒng)的堇青石載體涂覆式催化劑，形成整體式催化劑DNXR系列。低溫活性優(yōu)異基于整體式結(jié)構(gòu)特點，催化劑質(zhì)量非常輕，低于同類涂覆式催化劑重量約30%，同時低目數(shù)（260目）的設(shè)計便于尾氣在孔道內(nèi)部擴散與活性成分廣泛接觸發(fā)生催化反應(yīng)。基于以上特點，托普索整體式催化劑

11、在城市低溫工況下性能表現(xiàn)優(yōu)異尺寸靈活托普索整體式催化劑因為載體由卷繞而成，尺寸靈活，直徑最大可以達到17英寸，長度按照客戶需要，單塊催化劑長度可以達到21英寸，大大提高了封裝催化劑的效率。耐久性能優(yōu)異托普索整體式催化劑DNXR系列按照整車壽命設(shè)計，在整個重型柴油車使用中不需要更換，同時釩基活性中心的設(shè)計適用于國內(nèi)燃油目前的含硫情況，不會象沸石基催化劑那樣因為硫中毒降低轉(zhuǎn)化效率。也不需要進行高溫下的硫再生。低成本催化劑活性活性物質(zhì)以及基礎(chǔ)載體材料均采用普通金屬氧化物，同時載體自產(chǎn)解決了涂覆式催化劑依賴進口載體的問題。2015年開始在天津進行本地化生產(chǎn)，成本優(yōu)勢明顯。七、應(yīng)用推廣情況及前景分析目前為止，托普索系列催化劑在中國國四，國五排放標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油車上已經(jīng)批量應(yīng)用，用于國六的開發(fā)項目測試已經(jīng)完成。隨著國內(nèi)機動車排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步升級，托普索催化劑的市場份額逐步擴大，尤其是年開始國內(nèi)