2020年尾气后处理行业研究报告.docx
《2020年尾气后处理行业研究报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2020年尾气后处理行业研究报告.docx(21页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2020年尾气后处理行业研究报告1、 复盘:机动车国标更新提速改善空气质量,史上最严“国 六”已经到来1) 空气污染成为影响人类生命健康和经济损失的重大祸首之一,当前目标是在减少 CO、HC、PM 等污染物的同时,着重降低 NOx 的排放。2) 移动源尾气在氮氧化物、颗粒物、碳氢化合物等排放的分担率较高,成为治理空气 污染的关键。汽油车 CO 排放量超过汽车排放总量的 80%,HC 排放量超过 70%, 柴油车 NOx 排放量超过汽车排放总量的 80%,PM 排放量超过 90%,柴油货车的 防治成为未来控制大气污染的关键。3) “国三”及以前的柴油货车是目前 NOx、PM 颗粒物的“头号祸首”
2、,“国三”的淘 汰,及新标准“国六”的实施可以有效控制各类污染物,特别是 NOx。4) “国六”落实到位后将清退高排量的“国三”、“国四”车辆,同时“国六”是目前 最严格的排放措施,将有效降低机动车污染物排放。即去除高污染排放车辆,同时 保证新增车辆低污染。2、 测算:“国六”新标下,2020-2025 年尿素累计市场增量达千亿,后处理系统增量市场超四千亿2.1 尾气后处理产业链:后处理系统增长空间确定,车用尿素自带消费属性发动机尾气后处理按应用对象划分,可以分为柴油机后处理和汽油机后处理两大类。发 动机尾气后处理是当前国际上普遍应用的排放控制技术,其主要原理是在发动机排气系统上 加装净化装置
3、,通过化学或/和物理反应,例如催化转化、过滤捕集等,将有害污染物如一氧 化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物等转化为无害物质如二氧化碳、水、氮气等,从而降 低发动机有害排放,达到排放法规要求。发动机尾气后处理产品按应用对象划分,主要可以 分为柴油机后处理和汽油机后处理两大类。按构成划分,主要可分为尾气后处理系统(EGR、SCR、DOC、DPF、TWC、GPF 等) 和车用尿素。尾气处理系统中 EGR 可同时用于柴油车和汽油车,通过内循环降低 NOx 或 PM 颗粒物。SCR、DOC 和 DPF 主要用于柴油车,分别用于降低 NOx、CO 和 HC、PM 颗粒物等污染排放,TWC 和 GPF 主要
4、用于汽油车,TWC 可同时减少 NOx、CO、HC 等 污染物,GPF 用于颗粒物捕捉;车用尿素主要用于柴油车 SCR 系统,经催化剂催化后可以 与 NOx 发生还原反应,生成无污染的 N2。尾气后处理系统主要加装在新生产的国标车辆上, 其驱动因素为尾气排放政策严格程度和汽车产销量;车用尿素用于所有柴油车,不同国标的 用量比例不同,其驱动因素为尾气排放政策的严格程度和柴油车保有量的结构性变化。2.1.1 尾气后处理系统:“国六”排放路径下,需要各类处理系统集成应用汽油机:“国六”标准下,汽油机TWC 迎来升级,部分采取 TWC+GPF 方式。三元催 化剂/器(TWC)应用于汽油机尾气后处理,因
5、能同时对 HC、CO 和 NOx 进行处理而得名, 是非常有效且被广泛应用的汽油机尾气后处理技术。三元催化剂一般通过在蜂窝陶瓷载体或 金属载体的通道上,涂上多孔的活性氧化铝(-Al2O3)作为第二载体以增大内壁的比表面 积;在氧化铝涂层中还需添加各种稀土金属氧化物作为催化助剂,以及贵金属铂(Pt)、钯 (Pd)及铑(Rh)等活性催化物质。对三元催化剂进行封装以与汽车排气系统进行集成, 封装后的三元催化剂一般称为三元催化器。三元催化器(TWC)将汽油发动机排气中的主要 有害污染物如 HC、CO 和 NOx,转化成无害的 H2O、CO2 和 N2。汽油机为达到“国六” 阶段排放标准要求,除了 TW
6、C 以外,部分车辆该需要配备 GPF(Gasoline Particulate Filter, 汽油机颗粒捕集器)与 TWC 配合使用。柴油机:富养燃烧造成与汽油机不同的后处理模式,“国六”标准要求柴油机采取 DOC+DPF+SCR+ASC 模式。根据前文对柴油机和汽油机工作原理的介绍,柴油机需要在 富氧环境下工作,而汽油机 TWC 系统无法在富氧环境下工作,因此柴油机无法使用 TWC 系统。由于柴油机尾气中排放的 NOx 和 PM 在生成机理上存在此消彼长效应,一般是通过 柴油机机内净化(EGR)技术,控制柴油机尾气中 NOx 或 PM 的排放量,再通过加装柴油 机外尾气污染治理装备,如通过
7、内循环控制 PM 之后,使用选择性催化还原系统(SCR 系统),并且另外添加尿素减轻 NOx 的排放,或在内循环控制 NOx 排放后使用柴油机颗粒捕 集系统(DOC+DPF、DPF、DOC+POC)等,控制另一种污染物排放量。美国等地尿素价 格与柴油相当,更偏好第二种方式,而欧洲和我国尿素价格仅为柴油价格的 40%-60%左右, 出于经济性考虑更多采用第一种方式。而“国六”标准的到来,需要 DOC+DPF+SCR+ASC 互相配合,才能达到“国六”要求的排放标准。国六标准下柴油车的第二种技术路线是 DOC+DPF+Hi-SCR。该种技术路线相比 DOC+DPF+SCR+ASC 模式取消了 EG
8、R,用高效 SCR 予以替代,通过调节气门改善进气 量,使气缸进气充分,让燃油在气缸中高温富氧条件下充分燃烧,减少 PM 排放量,但会造 成尾气中含有更多的氮氧化物,此时就需要更高效的 Hi-SCR 与尾气进行还原反应,来使 PM 排放量达到国六标准。目前主流路线还是 DOC+DPF+SCR+ASC。EGR:“国六”标准下将广泛应用于汽油机、柴油机和天然气重卡。EGR(发动机废气 再循环)系统是发动机的废气机内净化装置,主要采取机内物理净化方式,通过将发动机废 气重新引入气缸循环燃烧,直接在发动机内降低氮氧化物浓度,其主要工作原理是根据发动 机的转速、负荷、温度、进气流量、排气流量等情况,通过
9、传感器将相关参数转化成电信号 传输给控制单元(ECU),ECU 控制执行器件适时打开,排气中的部分废气经 EGR 阀的调 配进入进气系统,并与新鲜混合气一起再次进入气缸参与燃烧,并降低燃烧温度。对于柴油 发动机而言,EGR 可以将含有大量 CO 2气体的发动机废气重新引入发动机气缸,使气缸中 混合气体燃烧温度降低,从而减少 NOx 的排放量;对于汽油发动机而言,通过废气再循环 可以稀释发动机中的氧浓度,有效降低低负荷区泵气损失,降低最高燃烧压力和温度,抑制 爆震,提高压缩比和比热容比,从而提高汽油发动机的燃油效率。“国六”实施后,EGR 在 柴油机中的渗透率将接近 100%,在汽油机中渗透率将
10、逐步提高。SCR:搭配车用尿素,专门处理 NOx,燃油经济性更好,为“国五”及之后标准的必备 路线。柴油机选择性催化还原器型产品(SCR)的主要功能是降低柴油机尾气中的 NOx 排 放,SCR 在我国自“国四”阶段开始批量应用,也是“国五”阶段柴油机后处理的主要技术 路线。SCR 系统主要由还原剂喷射系统、还原剂存储装置和输送管路、SCR 催化器以及各 种传感器组成,通过一套电子控制的喷射系统,根据柴油车的运行工况以及排放情况向柴油 机尾气管中喷射适量的还原剂,还原剂发生水解反应产生的 NH3与尾气中的 NOx 在 SCR 催 化器中发生系列还原反应,生成 N2和 H2O 排出。相对于其他技术
11、路线,采用 SCR 后处理 技术路线,对发动机的燃油经济性较好,NO2 排放比例低,对尾气中 NOx 的清除效率高, 并且对柴油中的硫含量耐受度较高(硫元素过高会造成 EGR 净化效果降低)。DOC:EGR 之后的第一道尾气氧化工序,用于处理 CO、HC 和部分 PM 颗粒物。柴油 机氧化催化器(DOC)的主要功能是将柴油发动机尾气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物 (HC)以及颗粒物排放(PM)中的可溶性有机成分(SOF)与氧气在贵金属的催化作用下 发生化学反应转化为水和二氧化碳。柴油机氧化催化器(DOC)的强氧化性可同时将部分一 氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)。柴油机氧化催化器(DO
12、C)一般是通过在蜂窝陶瓷 载体或金属载体的渠管壁上涂上多孔的活性氧化铝(-Al2O3)作为第二载体,以增大内壁 的比表面积,在氧化铝涂层中还需添加各种稀土金属氧化物作为催化助剂,以及以铂(Pt) 为主的贵金属等活性催化物质制作而成。DPF:颗粒物杀手,分为主动再生式和被动再生式。柴油机颗粒捕集器型产品(DPF) 的主要作用是通过颗粒物沉降和吸附的原理大幅降低柴油机尾气中的颗粒物排放。通过堵塞 通道等手段,减缓排气速度,逼迫发动机尾气流经通道壁,从而使大多数颗粒物因吸附或沉积而被捕集下来。被捕集下来的颗粒物通过高温燃烧清除或在催化剂的作用下被氧化清除, 使得捕集器可以循环往复地使用,这种使 DP
13、F 恢复转化效率的过程称为“DPF 再生”。DPF按照尾气流通方式可以分为部分流式颗粒捕集器(FT-DPF,也称 POC)和壁流式颗粒捕集 器(WF-DPF)。通常情况下,部分流式颗粒捕集器过滤效率可以达到 40%80%,而壁流 式颗粒捕集器的过滤效率可达到 90%以上。按照再生方式,DPF 还可以分为主动再生式和 被动再生式。ASC:“国六”新增系统,捕捉 SCR 逸出的氨气。ASC 是氨气捕捉器的缩写,一般安 在排气装置的最末端,也就是 SCR 装置后面。由于在 SCR 中对 NOx 的还原借助于车用尿 素产生的氨气,而部分未反应完全的氨气可能将泄漏至大气中,造成新的污染。ASC 即通过
14、催化氧化作用降低排气中未参与尾气催化而泄露出的氨气(NH3),是对 SCR 系统的补充。“国五”及之前标准对氨气(NH3)排放没有具体要求,“国六”标准则对其有了限值,所以 ASC 属于“国六”标准下催生的新型装置。后处理系统产业链:中游涂覆体现各系统竞争实力。后处理系统的上游原材料包括催化 器(蜂窝陶瓷、氧化铝、稀土金属、沸石、钒基、贵金属、衬垫和管材钢板等)、电子元器 件(NOx 传感器、压力传感器、温度传感器、单片机、控制芯片、加热水阀、线束等)、尿 素箱(用于 SCR)、喷射系统(用于 SCR)和法兰等,属于尾气处理系统产业链上游。原材 料经中游厂商催化剂涂覆和封装后,进入下游内燃机、
15、机动车、非道路移动机械和船舶厂商, 进行整体集成。产业链中游涂覆环节主要将各类催化剂、催化助剂和涂层加在载体内,此环 节考验各厂商竞争实力,一般采用固定蜂窝陶瓷作为催化剂的基本载体,将多孔的活性氧化 铝涂抹在载体上作为涂层,用于增加催化剂的催化面积;在涂层上添加贵金属或其他化学物 质作为催化剂;在涂层上加入稀土金属氧化物作为催化助剂,部分尾气后处理产品无需添加 助剂即可实现净化效果。后处理系统成长确定性强。由于后处理系统单车价值量稳定,且结合国外经验及国内以 往经验,在机动车整体产销稳定情况下,环保政策带来的国标切换可为后处理系统带来稳定 的增量市场,此块市场成长确定性强。2.1.2 车用尿素
16、:“国六”驱动车用尿素成为卡车司机必备消费品,单车用量 与普及率全面升级 车用尿素(AdBlue):纯度决定 NOx 排放控制情况。车用尿素是指尿素浓度为 32.5% 且溶剂为超纯水的尿素水溶液。尿素原料为工业提纯而来,当浓度低于 28%时一般就会造成 NOx 超标排放,而 32.5%的浓度下车用尿素溶液结晶点最低(初始结晶点11),可以保证 NOx 排放有效控制与结晶点的平衡,实际使用中在-20时会完全上冻,因此在我国东北等 地售卖的车用尿素技术含量较高,需要通过加入改性剂降低溶液凝固点。由于 SCR 催化剂 载体极易发生金属离子中毒从而失去催化效果,因此车用尿素中的超纯水必须使用电子行业
17、一级超纯水(电阻率18M/cm)。除超纯水中金属离子的控制,还要控制车用尿素中不溶物、 醛、缩二脲、磷酸盐的含量,低质量尿素可造成尿素喷嘴和排气管堵塞。“国五”柴油货车尿素普及率约 70%,预计“国六”尿素在重卡中将全面普及。由于 SCR 从 2014 年“国四”实施后开始应用于柴油重卡,车用尿素市场自 2014 年开始成长, 但“国四”车辆没有涉及对柴油重卡尿素用量不达标的驾驶性能限制。根据我们草根调研, “国四”车辆司机反馈,由于监管落实不到位、处罚较轻,后期很多“国四”司机不会主动 添加尿素。“国五”车在尿素余量过低或质量过差情况下,会有 10%-20%左右的扭矩限制, 造成加速等动力不
18、足,开车“没劲”,车龄较长的“老司机”驾驶时会有明显感受,同时出 于对新车爱护、物流公司集中为“国五”司机采购等因素影响,尿素在“国五”司机中约有 70%左右的普及率。“国六”单车尿素用量油耗占比 8%以上,超“国五”用量近三倍。从用量上看,“国五” 重卡司机普遍反应在“国五”排放标准下,每百公里加注尿素 1.5-2 公斤,考虑到重卡司机 每百公里油耗 35-40L 左右(考虑空车和满载两种情况之后的平均数),则单车尿素用量占柴 油消耗的比例大约为 4%-5%,与四川美丰(中石化系统内公司,车用尿素主要销往西南地 区)年报披露的 3%-5%相匹配。根据前文“国五”SCR 路径占比,“国五”阶段
19、轻卡大约有 70%左右配备 SCR,即需要添加车用尿素。“国六”标准下,尿素单车用量大约在 8%以上, 考虑约有 30%的“国五”司机不会添加车用尿素,以及“国五”轻卡 SCR 排放路径 70%的 渗透率,则实际“国六”单车尿素消耗量接近“国五”阶段三倍左右。车用尿素成为卡车司机必备消费品,“国六”阶段重卡司机年消费尿素约 8400 元。目前 中档车用尿素售价在 30 元/10 公斤左右,卡车司机每年行驶里程约 10 万公里,以重卡、中 卡、轻卡司机每百公里油耗 35L、25L、10L 为测算依据,结合上文“国六”标准下车用尿 素单车油耗占比约 8%,则重卡、中卡、轻卡司机每年在车用尿素上的花
20、费约 8400 元、6000 元、2400 元左右。车用尿素将成为卡车司机必备消费品,且具有高消耗性。2.2 尾气处理系统:“国六”标准下迎来全面升级,2020-25 合计 增量市场超四千亿2.2.1 汽油机:TWC 升级+新装 GPF+EGR 渗透率提高,“国六”阶段年均新 增 330 亿市场汽油机“国六”尾气处理系统单车价值量增加 1000-3100 元,提升幅度达 100%-310%。通过对艾可蓝、凯龙高科、隆盛科技等上市公司披露的单价及卡车司机论坛中相关信息梳理, 我们大概得出汽车尾气后处理系统的单价变化,其中新国标下,汽油机 TWC 系统添加的处 理系统不像柴油机多,需要涂覆更多催化
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2020 年尾 处理 行业 研究 报告
限制150内