随着我国社会经济的快速发展，机动车尾气污染已成为我国空气污染的主要来源，其中氮氧化合物颗粒（NO_X）对光化学烟雾和酸雨的形成起了很大的助推作用，因此它的危害性不容小觑^[1]。柴油车是我国重型载重汽车应用的重要形式，其将柴油作为动力来源，实现了汽车油耗和动力的优化^[2]，目前保有量仅占5%的重型柴油车的氮氧化合物排放量占尾气总排放量的74%。为了降低NO_X的排放，柴油机选择性催化还原（SCR）技术应用而生。

　　选择性催化还原（SCR）技术因其具有高效率、高选择性、高经济性及耐硫等优点成为柴油机排放升级的主要技术^[3]。柴油机氧化还原剂——车用尿素水溶液（以下简称车用尿素），作为柴油机选择性催化还原（SCR）技术必不可少的产品，在尾气净化中起到关键作用。本文简述了柴油机选择性催化还原（SCR）技术以及车用尿素的关键指标。

一、 柴油机选择性催化还原（SCR）技术原理及化学反应

　　SCR系统是一种处理柴油机排放物的装置，主要由尿素溶液罐、尿素溶液泵、催化转化器、传感器以及附属控制元件组成。它是将尿素溶液罐中的车用尿素通过尿素溶液泵喷射到排气管中，车用尿素在高温下分解为氨气和二氧化碳，氨气在催化剂的作用下，与NO_X发生还原反应，将NO_X还原为无害的氮气和水，从而减少NO_X排放。其示意图如图1所示。

1、 氨气的生成

　　当车用尿素被喷射入排气管时，在催化转化器作用下，车用尿素溶液首先蒸发析出尿素颗粒：CO（NH₂）₂，随后发生热解反应，生成等摩尔的氨气和异氰酸：

　　化学方程式（3）和（4）是选择性催化还原（SCR）系统的主要化学反应，即将车用尿素溶液高温分解得到的NH₃在催化器中与尾气中的NO和NO₂发生反应生成氮气和水。汽车尾气中的NO约占氮氧化物总含量的85%～95%，因此在以上催化还原反应中，式（3）为主要的反应，但式（4）的反应优先级比式（3）高，故废气中的NO₂和一部分NO能够通过式（4）被快速消除。经过式（3）和（4）的反应，大部分的NO_X被转化为无害的N₂和H₂O排入空气中。

　　由上述反应可知，车用尿素的产品质量是影响选择性催化还原（SCR）系统效率的关键。据文献数据，2015年全国车用尿素溶液抽查合格率为60%，主要不合格项目是尿素含量和杂质含量；2016年的二、四季度全国车用尿素溶液抽查合格率分别为 79.7%、86.7%，到2021年全国车用尿素溶液抽查合格率为87.2%，2022年全国车用尿素溶液抽查合格率为88.2%，主要不合格项目依旧是尿素含量和杂质含量。可以看出，随着车用尿素的产业升级、市场监管的力度加强，产品质量不断提升，但是依然需要各方共同监督。

二、 车用尿素的关键指标

　　下面根据GB 29518《柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液(AUS 32)》国标的要求简要分析车用尿素的关键指标。

1、 尿素含量

　　尿素含量为衡量车用尿素水溶液中有效氮氧化物还原剂含量的重要指标，GB 29518中规定尿素含量为31.8%～33.2%^[5]。尿素含量的多少直接影响尾气中氮氧化物颗粒的转化效率，因此，经过多年的生产经验和实验验证，当尿素含量为32.5%时，车用尿素溶液与汽车尾气中氮氧化物反应的最完全。

　　尿素含量过低，无法对氮氧化物颗粒起到有效的催化还原作用，但尿素含量也不是越多越好，尿素含量过高会导致反应不完全的尿素进入环境中，造成人为的环境污染，因此尿素与尾气中的氮氧化物充分反应转化成水和氮气再排入大气中是最佳选择^[6]。

2、 密度（20℃）

　　车用尿素组成简单，只有尿素和水。在某一特定温度下，车用尿素的密度与尿素含量具有一定相关性，尿素含量越大，密度也越大。故密度（20℃）是车用尿素的一个重要指标，GB 29518中规定密度为（1087.0～1093.0）kg/m³，进行该项目的检测可在一定程度上反映出产品中尿素含量。

3、 折光率

　　在某一特定温度下，折光率与尿素含量具有一定的相关性，尿素含量越大，折光率也越大。GB 29518中规定折光率为1.3814～1.3843，进行折光率的检测可在一定程度上反映出产品中尿素含量。

　　尿素含量、密度（20℃）和折光率三者具有相关性，如在车用尿素中添加其他成分会影响三者的相关性，检验检测机构可通过对比这三项指标的数据来对样品的性质做初步判断。

4、 杂质含量

　　（1）碱度

　　车用尿素性质不稳定，在光照、高温、酸碱环境中容易水解产生氨，低温环境下则会发生结晶。对车用尿素的碱度进行检测可反映出车用尿素中尿素含量的情况，如果碱度太高，尿素可能已部分分解，或使用的原料尿素纯度不够。本指标可体现产品的稳定状况，GB 29518中规定车用尿素的碱度不大于0.2%，一般产品放置越久，碱度会有所增加。

　　（2）缩二脲

　　缩二脲源自尿素的生产过程，若储存不当，也可能造成车用尿素中缩二脲含量的增加。另外缩二脲会在SCR系统中进一步缩合转化为三聚氰酸，三聚氰酸可附着在喷管、喷头上造成堵塞，也会导致催化剂三元催化失活。因此缩二脲含量是重要的杂质控制指标，GB 29518中规定车用尿素的缩二脲不大于0.3%。

　　（3）醛类

　　车用尿素的甲醛杂质进入SCR系统后易附着在系统的输送泵、输液管、喷头和喷嘴处而造成堵塞，应严格控制其含量，故GB 29518中规定车用尿素的醛类不大于5mg/kg。

　　（4）不溶物

　　车用尿素采用高纯尿素和超纯水配制而成，其不溶物含量极低，但在生产过程中，无法避免配制容器和管路中夹带不溶物杂质。不溶物含量过高会存在堵塞输液管道、喷嘴、喷头和孔道的风险，因此GB 29518中规定车用尿素的不溶物不大于20mg/kg。

　　（5）磷酸盐

　　长期使用磷酸盐过量的车用尿素会导致SCR系统中毒失活，降低SCR系统的催化效率。

　　（6）10种金属离子（钙、铁、铜、锌、铬、镍、铝、镁、钠、钾）

　　车用尿素中的金属离子（钙、铁、铜、锌、铬、镍、镁、钠、钾、铝）会对SCR系统的催化剂产生毒害作用，为避免降低SCR系统对氮氧化物的转化效率，应严格控制金属离子的含量，GB 29518中规定车用尿素中钙、铁、铝、镁、钾、钠含量不大于5mg/kg，其余4种金属离子含量不大于2mg/kg。

5、 一致性确认

　　使用傅里叶红外光谱仪对车用尿素进行定性确认，通过谱图的特征对比来确定该产品是否为车用尿素。但该方法存在局限性，即无法确定车用尿素中各指标的含量，只能做定性判断，无法进行定量检测。

三、 建议

　　消费者在购买车用尿素时应注意以下几点：

1、 一般正规加油站均有售卖桶装车用尿素或装有车用尿素罐，可选择信誉良好的、标识信息齐全（经营许可证号、危险化学品经营许可证、进货单等）的加油站购买。切莫贪图便宜去私人零售点、移动尿素罐购买非法渠道的车用尿素；

2、 购买车用尿素时，选择包装完好、商家标称标识信息齐全（生产许可证号、厂名、厂址、净含量、生产日期及保质期等）的产品，根据GB 29518-2013 柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液(AUS 32)标准要求，尽量选择包装上有体现AUS 32和GB 29518的产品，并且要在保质期内；

3、 消费者一定要树立起保护环境人人有责的观念，柴油车车主一定要使用并及时增补车用尿素，切勿因贪图便宜而购买劣质的车用尿素，发现售卖问题产品应及时告知监管部门。

　　参考文献：

　　[1]   Miao Yong,Lea-Der Chen，He Yongsheng，et al. Study of SCR cold-start by energy method [J]. Chemical Engineering Journal,2009,155(1-2):260-265

　　[2]   王志江.车用尿素溶液及其应用[J].化工管理,2020(32):101-102

[3]   中国行业研究网.SCR将是未来国内柴油机排放升级主要技术方向 [EB/OL].http://www.chinairn.com/news/2013 1106/160042729.html, 2013-11-06

[4]   焦运景,纪丽伟,纪晓静.柴油机选择性催化还原（Urea- SCR）技术研究进展[J].小型内燃机与车辆技术,2015(44):75-78

[5]   GB 29518-2013 柴油发动机氮氧化物还原剂尿素水溶液( AUS 32)[S]．

[6]   段卫宇.柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液（AUS 32）的检验要点解析[J].中国石油与化工标准与质量.2021(10):63-64