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摻醇燃料發(fā)動機非常規(guī)有害排放物甲醛的分析

文檔作者：欒天文檔來源：海南大學機電工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月03日
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摻醇燃料發(fā)動機非常規(guī)有害
排放物甲醛的分析
欒天
(海南大學機電工程學院，海南儋州571737)
摘要：隨著石油資源的日益減少，醇類燃料作為汽車的代用燃料，在我國有著廣泛的應(yīng)用前景。發(fā)動機采用醇
類清潔燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽油、柴油雖然降低了傳統(tǒng)發(fā)動機常規(guī)排放污染物的含量，但它們的非常規(guī)排放污染物(甲
醛、乙醛、甲醇、乙醇、1，3一丁二烯、苯等)的排放濃度往往高于傳統(tǒng)發(fā)動機的排放水平。甲醛是甲醇不完全燃燒的產(chǎn)
物，對人體健康和大氣環(huán)境均存在危害。因此，準確槍測發(fā)動機摻燒醇類燃料時尾氣中的甲醛含量，研究甲醛的生
成機理對控制甲醛排放、推廣醇類燃料是十分必要的。
關(guān)鍵詞：發(fā)動機；醇類燃料；非常規(guī)排放物；甲醛
中圖分類號：TK09 文獻標志碼：A 文章編號：100卜5523(2011)04一0040—03
、一年來，傳統(tǒng)的汽油、柴油發(fā)動機日益面臨著石油近蒺霎黧焉鬈篙纂
料．是理想的石油替代產(chǎn)品。但是摻醇燃料發(fā)動機的一種主
要非常規(guī)有害排放物是甲醛，它對人體、動物會造成不利的
影響。國內(nèi)外對于甲醇汽油燃料發(fā)動機的排放特性，尤其是
甲醛排放的研究少之又少。由于甲醛的不穩(wěn)定性等因素，在
汽車(內(nèi)燃機)排氣中的測量方法目前還沒有相應(yīng)的國家標
準。因此，研究摻醇燃料發(fā)動機排氣中的甲醛檢測分析方法
是必要的，這有助于準確檢測摻醇燃料發(fā)動機尾氣中的甲醛
含量，從而對甲醛排放進行有效控制。
1醇類燃料的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景
1．1甲醇燃料
甲醇汽油是甲醇燃料的主要形式。國外于20世紀70年
代，德國、美國、日本等國先后進行甲醇燃料及甲醇汽車配套
技術(shù)的研究開發(fā)。在70一80年代期間，德國就推出了甲醇汽
車，德國大眾汽車公司還在中國推出M100甲醇燃料示范
車。美國重點開發(fā)M85、M100專用甲醇燃料汽車。
中高濃度的甲醇汽油混合燃料(甲醇含量在15％～85％
之間)是今后甲醇燃料的發(fā)展趨勢。但是由于受甲醇理化特
性的限制，甲醇一汽油混合燃料仍然普遍存在著材料相溶
性、毒性、金屬腐蝕性等世界性的技術(shù)難題，使甲醇的摻合比
例無法提高，不能獲得更多的經(jīng)濟效益。美、德、日、加等國早
在20世紀70年代就開始這項研究，但仍未從根本上解決這
幾大難題11】。
我國在甲醇燃料的研發(fā)起步較早。上世紀70年代初期
就有大專院校、科研部門和汽車制造企業(yè)開始了甲醇燃料汽
車的研究工作，并取得了一定進展Ill。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的出
臺，甲醇燃料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前途光明。
1．2乙醇燃料
國外，車用乙醇汽油的生產(chǎn)和使用技術(shù)已經(jīng)十分成熟。
19()8年，美國的亨利·福特設(shè)計并制造了世界上第一臺以乙
醇為燃料的汽車。20年代初巴西開始在汽車中燃用乙醇汽油
混合燃料。30年代，美國、德國、法國、新西蘭等國也開始了乙
醇汽油混合燃料的應(yīng)用。70年代第二次世界石油危機后，世
萬方數(shù)據(jù)
界各國從尋找替代燃料的目的出發(fā)，紛紛開展一系列摻醇汽
油、純乙醇代替車用汽油的研究工作，其間，巴西、美國等國
家曾先后推廣使用了含10％、22％、85％等不同比例乙醇的車
用燃料。目前，巴西市場上汽油只有兩種，即躺乙醇含量的
乙醇汽油和純乙醇燃料；美國市場上則是以1晰乙醇含量的
乙醇汽油為主日。
2000年以前．我國開展乙醇燃料的研究及應(yīng)用工作并不
多?！鞍宋濉逼陂g．在交通部能源管理辦公室的支持下，交通部
屬有關(guān)科研機構(gòu)對乙醇作為車用燃料進行了一系列的研究。
其中．1985年云南省科委和云南交通科學研究所進行了E60
乙醇汽油的發(fā)動機臺架及整車試驗；198扣1990年福建省交
通科學技術(shù)研究所開展了E20乙醇汽油的應(yīng)用研究；交通部
公路科學研究所先后進行了E20、E40、E60和E100乙醇汽油
應(yīng)用研究等Ⅷ。今后我國應(yīng)該大力研發(fā)以經(jīng)濟農(nóng)作物為主要
原料的燃料乙醇技術(shù)，降低成本，使燃料乙醇技術(shù)能夠廣泛
推廣使用。
2甲隧的基本性能與生成機理
甲醛的化學分子式為HcHo．分子量為3003。是一種無
色、有強烈刺激性氣味的氣體。氣體相對密度1 067．液體相
對密度為o 815(一20℃)，溶點一92℃．沸點一19 5℃，易溶于
水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。
其40％的水溶液稱為福爾馬林．此溶液沸點為19℃。在室溫
時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升揮發(fā)速度加快。
醛類存在于碳氫燃料部分氧化的產(chǎn)物中．主要包括甲醛
(HcHo)，乙醛(cH，cHo)，丙醛(c：H5cHo)．丙烯醛
(c2H3cHo)，丁醛(c封，cHo)等。其中主要是甲醛及丙烯醛，
使排氣產(chǎn)生臭味和具有較強的刺激性。
甲醛具有生殖毒性，能降低免疫力。對動物具有致畸、致
突、致癌作用。甲醛可通過飲食、呼吸或皮膚接觸等過程進入
人體。國際癌癥研究協(xié)會已建議將甲醛作為可疑致癌物對
待。甲醛的急性毒性表現(xiàn)為對皮膚、眼睛和呼吸道的強烈刺
激作用及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用。低濃度的甲醛可導致結(jié)
膜炎濞炎、咽炎等，濃度高時可發(fā)生喉痙攣、肺水腫、肺炎及
死亡H。
一般認為，發(fā)動機排放物中甲醛的排放主要來自氣缸和
排氣系統(tǒng)中未燃Hc的部分氧化。其中，排氣管道對甲醛的
排放有一定的影響。排氣管道中氣體的流動狀況比較復雜，
溫度范圍大約在1 500一800K之間，滯留時間約幾毫秒。在
較高溫度下。Hc和cH20可能完全氧化生成co和co：；
萬方數(shù)據(jù)
在溫度較低時，化學反應(yīng)速率會極低．以至排氣成分沒有明
顯變化目。
3汽車尾氣中醛類排放檢測的現(xiàn)狀
當前汽車尾氣排放法規(guī)中所控制的有害排放物主要為
co、Hc、Nox和PM這四類。國家環(huán)境保護總局對這些排
放物推薦的檢測方法分別為：Hc采用氫火焰離子法。co采
用非分光紅外線法，Nox為化學發(fā)光法，PM為濾紙過濾稱
重法。隨著人們生活水平的提高，替代燃料使用量的增加。人
們環(huán)保意識和健康意識的增強，排放標準日趨嚴格．加強對
汽車尾氣中醛類的檢測和凈化已引起人們的高度關(guān)注。
目前美國環(huán)保局將高效液相色譜法作為分析甲醛及其
它羰基化合物的標準方法。商業(yè)上有專門涂布好二硝基苯肼
(DNPH)的硅膠管和c18柱，而且有20多種常見的羰基化
合物的DNPH衍生物的單個或混合標準樣品。
國內(nèi)目前對汽車尾氣中醛、酮類污染物的檢測方法較
多．但多處于探討階段，沒有形成統(tǒng)一標準。對于內(nèi)燃機排放
中醛類物質(zhì)的檢測，目前大多數(shù)的分析方法都是利用醛、酮
化合物與2，4一二硝基苯胼(DNPH)在酸性介質(zhì)中發(fā)生具有
高度特異性化學反應(yīng)的性質(zhì)．利用2。4一二硝基苯肼∞NP蛐
與醛、酮類化合物反應(yīng)生成穩(wěn)定的衍生物2，4一二硝基苯腙。
對所生成的DNPH衍生物溶液萃取后進行氣相色譜或液相
色譜分析，從而測定大氣中或發(fā)動機排放物中的醛、酮污染
物的含量H。
4汽車尾氣中醛類排放的分析及結(jié)論
發(fā)動機燃用汽油、柴油和醇類燃料時。排氣中都存在甲
醛污染物。且隨著燃料中甲醇或者乙醇含量的增加，甲醛排
放總體也呈增加的趨勢。甲醇汽油、乙醇汽油的甲醛排放量
高于普通93號汽油。而且，同一轉(zhuǎn)速下，隨著節(jié)氣門開度的
增加，甲醛排放量總體上呈一個先上升再下降的趨勢，節(jié)氣
門開度30％附近甲醛排放量最大。分析其原因，在小負荷時，
發(fā)動機氣缸內(nèi)充入的混合氣數(shù)量較少。燃燒進行得比較完
全，甲醛排放減少；大負荷甲醛排放量的下降主要是因為溫
度的上升，高溫是不利于甲醛的生成。甲醛排放控制技術(shù)、測
試方法、測試儀器設(shè)備及今后可能出現(xiàn)的標準體系、限值等
是一個急待研究的課題目。
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