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摘 要：随着我国环保要求逐渐趋严，柴油机尾气处理标准随之提高，并从汽车领域延伸至船舶、发电、非道路机械等细分领域。在汽车国六排放标准率先出台后，非道路移动第四阶段的排放标准也已正式发布，但行业内暂无标准实施后尾气处理液新增消耗量的相关研究成果，相关企业在制定经营策略尚无参考依据。本文通过分析非道路机械保有量、尾气排放量与尾气处理液消耗量关系，测算标准实施后2年的尾气处理液市场规模，为行业发展、企业经营提供数据支持。
关键词：尾气处理液 尿素 市场预测 非道路机械
随着汽车行业率先实施国六排放标准，生态环境部在2020年底发布了《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求（发布稿）》，文件要求自2022年12月1日起，所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合第四阶段排放标准要求，涉及范围包括挖掘机、拖拉机、联合收割机等工程农业机械。为达到最新排放标准，SCR技术将成为相关产品降低排放的主要技术路线，SCR技术所需的尾气处理液（尿素溶液）市场需求量将迎来新一轮增长。但目前行业内暂无相关研究成果，本文采用了时间序列法对历年非道路机械保有量、氮氧化物排放量进行分析预测，结合柴油机尾气处理原理，研究标准实施后2年的新增非道路机械用尾气处理液消耗量，具有行业指导意义。
1 SCR技术原理及尾气处理液概述
SCR技术是柴油机尾气后处理系统的重要组成，主要用来降低氮氧化物（NOX）排放量。在SCR技术中，一般以尿素溶液作为NH3的来源，因此尿素溶液也被称为“尾气处理液”。在实际应用中，尾气处理液储存于储罐中，通过泵喷向温度为300-500℃的柴油机尾气，尿素溶液气化后分解产生NH3，与尾气中的NOX在SCR催化反应器中反应，转化为N2和H2O。在230-500℃范围内，NOX的转化效率在40%-85%之间。尾气处理液是SCR技术中不可或缺的消耗品，其使用情况直接决定了SCR系统是否可完全发挥作用。以国五标准的重型柴油汽车为例，如果SCR系统失效，NOX排放量可达正常排放量的6至7倍[1]。
2 非道路柴油移动机械污染物排放标准与政策环境
为践行绿水青山就是金山银山的环保理念，近年来我国发布了大量环境保护政策，传统燃油汽车备受关注外，工程和农业使用的非道路机械也已经成为重点关注领域。《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中明确要求，开展非道路移动机械摸底调查，推进排放不达标工程机械、港作机械清洁化改造和淘汰。2020年12月28日，生态环境部批准《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求（发布稿）》正式要求，自2022年12月1日起，所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合第四阶段标准要求。
3 尾气处理液市场发展现状
目前尾气处理液广泛应用于汽车、船舶、发电厂等大气污染较为严重的领域。在全球范围内，截止2018年尾气处理液市场规模达1367.7亿美元（约1987.7万吨），年复合增长率为8.4%，预计到2024年可达到2219.0亿美元（约3225.0万吨）[2]。2018年，我国尾气处理液消耗量为262.2万吨，约占全球消耗量的五分之一。非道路工程机械的国四排放标准将于2022年12月1日正式执行，目前在用的工程、农业机械均为国三及以下产品，尚未应用SCR技术，暂无尾气处理液需求[3]。
4 非道路移动机械保有量及大气污染物排放量
根据生态环境部统计口径，非道路移动源主要包括工程机械、农业机械、小型通用机械、船舶、飞机、铁路机车等，本文重点研究排放污染占比较高，560kW以下的工程和农业机械。
4.1 非道路移动机械保有量
4.1.1 工程机械保有量
工程机械共分为挖掘机、推土机、装载机、叉车、压路机、摊铺机、平地机七大类。工程机械销量与工业、基建以及全国整体经济发展情况关系密切，从历年工程机械保有量数据来看，总量处于稳步上升阶段，综合考虑产品淘汰、更新等因素，工程机械年销量增长率在10%以上。
4.1.2 农业机械保有量
农业机械可分为大中型拖拉机、小型拖拉机、联合收割机、渔船和其他农用机械等五大类。其中，由于统计口径变化，中大型拖拉机2018年相较2017年数据变化较大;其他农用机械类由于种类繁杂且数量较小，本文不做具体研究。
4.2 非道路移动源大气污染物排放量
4.2.1 工程机械尾气排放量
SCR技术以及尾气处理液主要减少氮氧化物的排放，结合2019年保有量数据，可以计算单台机械尾气排放量。
4.2.2 农业机械尾气排放量
农业机械可分为大中型拖拉机、小型拖拉机、联合收割机、渔船和其他农用机械等五大类。
5 非道路机械尾气处理液市场规模预测
非道路移动机械达到国四排放标准的技术路线与汽车基本一致，需要SCR、EGR、DPF等技术共同实现。综合分析国四机械产品保有量（Hk，单位：台）、不同机械氮氧化物单位排放量（Ek，单位：吨）及排放结构（NO：NO2=3：1）、每吨NO还原反应所需NH3（ρ1=0.378，單位：吨）、每吨NO2还原反应所需NH3（ρ2=0.493，单位：吨）、SCR系统效率（e=90%）、尿素与纯氨转化比例（p=1.76：1）、尿素溶液浓度（c=32.5%），尿素溶液理论消耗量（A）算法如下[4][5]：
5.1 工程及农业机械总保有量预测
预计到2024年，工程及农业机械总保有量达到3546.1万辆。由于国四排放标准的实施，国三及以下排放标准的工程及农业机械保有量将下降至3051.2万辆。
5.1.1 国四工程农业机械尾气处理液市场规模预测
预计到2024年，国四排放标准工程和农业机械保有量共计494.9万台，尾气处理液市场规模共计107.9万吨。
6 结论
根据国家政策和标准要求，通过分析非道路机械保有量、尾气排放量与尾气处理液消耗量关系，预计2024年非道路工程和农业机械尾气处理液的纯增量市场规模将达到百万吨以上。未来随着国四排放标准的工程机械保有量逐年增加，尾气处理液的需求也将随之提升。
参考文献：
[1]Andreas Wiartalla，刘景宝.机车和船舶发动机未来的排放要求（上）-面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴[J].国外内燃机车，2012年第1期.
[2]Market research future.Global Diesel Exhaust Fluid （AdBlue） Market Research Report： Information by Technology [Selective Catalytic Reduction （SCR）， Lean NOx Trap （LNT）， Exhaust Gas Recirculation （EGR）， Diesel Oxidation Catalyst and others]and Region （Asia-Pacific， Europe， North America， Latin America and the Middle East & Africa）[R].出版地.出版者，2020.
[3]司康.我国中重型柴油机主要生产企业排放达标控制策略对比分析[J].世界交通.2011年第22期.
[4]莫春兰，莫益涛，陈俊红，龙华林，邱崇桓，江明儒.柴油机SCR系统尿素的热分解过程研究[J].燃烧科学与技术.2021，27（1）：16-22.
[5]刘文彬，刘屹，韦伟，王再兴，余国成，王磊，宋志良.重型柴油机SCR转化效率影响因素研究[J].内燃机与配件.2020，（16）.
关键词：尾气处理液 尿素 市场预测 非道路机械
随着汽车行业率先实施国六排放标准，生态环境部在2020年底发布了《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求（发布稿）》，文件要求自2022年12月1日起，所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合第四阶段排放标准要求，涉及范围包括挖掘机、拖拉机、联合收割机等工程农业机械。为达到最新排放标准，SCR技术将成为相关产品降低排放的主要技术路线，SCR技术所需的尾气处理液（尿素溶液）市场需求量将迎来新一轮增长。但目前行业内暂无相关研究成果，本文采用了时间序列法对历年非道路机械保有量、氮氧化物排放量进行分析预测，结合柴油机尾气处理原理，研究标准实施后2年的新增非道路机械用尾气处理液消耗量，具有行业指导意义。
1 SCR技术原理及尾气处理液概述
SCR技术是柴油机尾气后处理系统的重要组成，主要用来降低氮氧化物（NOX）排放量。在SCR技术中，一般以尿素溶液作为NH3的来源，因此尿素溶液也被称为“尾气处理液”。在实际应用中，尾气处理液储存于储罐中，通过泵喷向温度为300-500℃的柴油机尾气，尿素溶液气化后分解产生NH3，与尾气中的NOX在SCR催化反应器中反应，转化为N2和H2O。在230-500℃范围内，NOX的转化效率在40%-85%之间。尾气处理液是SCR技术中不可或缺的消耗品，其使用情况直接决定了SCR系统是否可完全发挥作用。以国五标准的重型柴油汽车为例，如果SCR系统失效，NOX排放量可达正常排放量的6至7倍[1]。
2 非道路柴油移动机械污染物排放标准与政策环境
为践行绿水青山就是金山银山的环保理念，近年来我国发布了大量环境保护政策，传统燃油汽车备受关注外，工程和农业使用的非道路机械也已经成为重点关注领域。《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中明确要求，开展非道路移动机械摸底调查，推进排放不达标工程机械、港作机械清洁化改造和淘汰。2020年12月28日，生态环境部批准《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求（发布稿）》正式要求，自2022年12月1日起，所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合第四阶段标准要求。
3 尾气处理液市场发展现状
目前尾气处理液广泛应用于汽车、船舶、发电厂等大气污染较为严重的领域。在全球范围内，截止2018年尾气处理液市场规模达1367.7亿美元（约1987.7万吨），年复合增长率为8.4%，预计到2024年可达到2219.0亿美元（约3225.0万吨）[2]。2018年，我国尾气处理液消耗量为262.2万吨，约占全球消耗量的五分之一。非道路工程机械的国四排放标准将于2022年12月1日正式执行，目前在用的工程、农业机械均为国三及以下产品，尚未应用SCR技术，暂无尾气处理液需求[3]。
4 非道路移动机械保有量及大气污染物排放量
根据生态环境部统计口径，非道路移动源主要包括工程机械、农业机械、小型通用机械、船舶、飞机、铁路机车等，本文重点研究排放污染占比较高，560kW以下的工程和农业机械。
4.1 非道路移动机械保有量
4.1.1 工程机械保有量
工程机械共分为挖掘机、推土机、装载机、叉车、压路机、摊铺机、平地机七大类。工程机械销量与工业、基建以及全国整体经济发展情况关系密切，从历年工程机械保有量数据来看，总量处于稳步上升阶段，综合考虑产品淘汰、更新等因素，工程机械年销量增长率在10%以上。
4.1.2 农业机械保有量
农业机械可分为大中型拖拉机、小型拖拉机、联合收割机、渔船和其他农用机械等五大类。其中，由于统计口径变化，中大型拖拉机2018年相较2017年数据变化较大;其他农用机械类由于种类繁杂且数量较小，本文不做具体研究。
4.2 非道路移动源大气污染物排放量
4.2.1 工程机械尾气排放量
SCR技术以及尾气处理液主要减少氮氧化物的排放，结合2019年保有量数据，可以计算单台机械尾气排放量。
4.2.2 农业机械尾气排放量
农业机械可分为大中型拖拉机、小型拖拉机、联合收割机、渔船和其他农用机械等五大类。
5 非道路机械尾气处理液市场规模预测
非道路移动机械达到国四排放标准的技术路线与汽车基本一致，需要SCR、EGR、DPF等技术共同实现。综合分析国四机械产品保有量（Hk，单位：台）、不同机械氮氧化物单位排放量（Ek，单位：吨）及排放结构（NO：NO2=3：1）、每吨NO还原反应所需NH3（ρ1=0.378，單位：吨）、每吨NO2还原反应所需NH3（ρ2=0.493，单位：吨）、SCR系统效率（e=90%）、尿素与纯氨转化比例（p=1.76：1）、尿素溶液浓度（c=32.5%），尿素溶液理论消耗量（A）算法如下[4][5]：
5.1 工程及农业机械总保有量预测
预计到2024年，工程及农业机械总保有量达到3546.1万辆。由于国四排放标准的实施，国三及以下排放标准的工程及农业机械保有量将下降至3051.2万辆。
5.1.1 国四工程农业机械尾气处理液市场规模预测
预计到2024年，国四排放标准工程和农业机械保有量共计494.9万台，尾气处理液市场规模共计107.9万吨。
6 结论
根据国家政策和标准要求，通过分析非道路机械保有量、尾气排放量与尾气处理液消耗量关系，预计2024年非道路工程和农业机械尾气处理液的纯增量市场规模将达到百万吨以上。未来随着国四排放标准的工程机械保有量逐年增加，尾气处理液的需求也将随之提升。
参考文献：
[1]Andreas Wiartalla，刘景宝.机车和船舶发动机未来的排放要求（上）-面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴[J].国外内燃机车，2012年第1期.
[2]Market research future.Global Diesel Exhaust Fluid （AdBlue） Market Research Report： Information by Technology [Selective Catalytic Reduction （SCR）， Lean NOx Trap （LNT）， Exhaust Gas Recirculation （EGR）， Diesel Oxidation Catalyst and others]and Region （Asia-Pacific， Europe， North America， Latin America and the Middle East & Africa）[R].出版地.出版者，2020.
[3]司康.我国中重型柴油机主要生产企业排放达标控制策略对比分析[J].世界交通.2011年第22期.
[4]莫春兰，莫益涛，陈俊红，龙华林，邱崇桓，江明儒.柴油机SCR系统尿素的热分解过程研究[J].燃烧科学与技术.2021，27（1）：16-22.
[5]刘文彬，刘屹，韦伟，王再兴，余国成，王磊，宋志良.重型柴油机SCR转化效率影响因素研究[J].内燃机与配件.2020，（16）.