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摻醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)非常規(guī)有害排放物甲醛的分析

文檔作者：欒天文檔來(lái)源：海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年09月03日
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摻醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)非常規(guī)有害
排放物甲醛的分析
欒天
(海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(guó)有著廣泛的應(yīng)用前景。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的排放水平。甲醛是甲醇不完全燃燒的產(chǎn)
物，對(duì)人體健康和大氣環(huán)境均存在危害。因此，準(zhǔn)確槍測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒醇類燃料時(shí)尾氣中的甲醛含量，研究甲醛的生
成機(jī)理對(duì)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(dòng)機(jī)；醇類燃料；非常規(guī)排放物；甲醛
中圖分類號(hào)：TK09 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：100卜5523(2011)04一0040—03
、一年來(lái)，傳統(tǒng)的汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的一種主
要非常規(guī)有害排放物是甲醛，它對(duì)人體、動(dòng)物會(huì)造成不利的
影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)于甲醇汽油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī))排氣中的測(cè)量方法目前還沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)
準(zhǔn)。因此，研究摻醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的甲醛檢測(cè)分析方法
是必要的，這有助于準(zhǔn)確檢測(cè)摻醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的甲醛
含量，從而對(duì)甲醛排放進(jìn)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(guó)外于20世紀(jì)70年
代，德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)先后進(jìn)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(guó)就推出了甲醇汽
車，德國(guó)大眾汽車公司還在中國(guó)推出M100甲醇燃料示范
車。美國(guó)重點(diǎn)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(shì)。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(wú)法提高，不能獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。美、德、日、加等國(guó)早
在20世紀(jì)70年代就開始這項(xiàng)研究，但仍未從根本上解決這
幾大難題11】。
我國(guó)在甲醇燃料的研發(fā)起步較早。上世紀(jì)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(jìn)展Ill。隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的出
臺(tái)，甲醇燃料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前途光明。
1．2乙醇燃料
國(guó)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(guó)的亨利·福特設(shè)計(jì)并制造了世界上第一臺(tái)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(guó)、德國(guó)、法國(guó)、新西蘭等國(guó)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(jī)后，世
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
界各國(guó)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(guó)等國(guó)
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(chǎng)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(guó)市場(chǎng)上則是以1晰乙醇含量的
乙醇汽油為主日。
2000年以前．我國(guó)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(jī)構(gòu)對(duì)乙醇作為車用燃料進(jìn)行了一系列的研究。
其中．1985年云南省科委和云南交通科學(xué)研究所進(jìn)行了E60
乙醇汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架及整車試驗(yàn)；198扣1990年福建省交
通科學(xué)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(xué)研究所先后進(jìn)行了E20、E40、E60和E100乙醇汽油
應(yīng)用研究等Ⅷ。今后我國(guó)應(yīng)該大力研發(fā)以經(jīng)濟(jì)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(jī)理
甲醛的化學(xué)分子式為HcHo．分子量為3003。是一種無(wú)
色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。氣體相對(duì)密度1 067．液體相
對(duì)密度為o 815(一20℃)，溶點(diǎn)一92℃．沸點(diǎn)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(diǎn)為19℃。在室溫
時(shí)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?xì)淙剂喜糠盅趸漠a(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(qiáng)的刺激性。
甲醛具有生殖毒性，能降低免疫力。對(duì)動(dòng)物具有致畸、致
突、致癌作用。甲醛可通過(guò)飲食、呼吸或皮膚接觸等過(guò)程進(jìn)入
人體。國(guó)際癌癥研究協(xié)會(huì)已建議將甲醛作為可疑致癌物對(duì)
待。甲醛的急性毒性表現(xiàn)為對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道的強(qiáng)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(dǎo)致結(jié)
膜炎濞炎、咽炎等，濃度高時(shí)可發(fā)生喉痙攣、肺水腫、肺炎及
死亡H。
一般認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)排放物中甲醛的排放主要來(lái)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(duì)甲醛的
排放有一定的影響。排氣管道中氣體的流動(dòng)狀況比較復(fù)雜，
溫度范圍大約在1 500一800K之間，滯留時(shí)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(wàn)方數(shù)據(jù)
在溫度較低時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)極低．以至排氣成分沒(méi)有明
顯變化目。
3汽車尾氣中醛類排放檢測(cè)的現(xiàn)狀
當(dāng)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(guó)家環(huán)境保護(hù)總局對(duì)這些排
放物推薦的檢測(cè)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(xué)發(fā)光法，PM為濾紙過(guò)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(shí)和健康意識(shí)的增強(qiáng)，排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格．加強(qiáng)對(duì)
汽車尾氣中醛類的檢測(cè)和凈化已引起人們的高度關(guān)注。
目前美國(guó)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(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)的羰基化
合物的DNPH衍生物的單個(gè)或混合標(biāo)準(zhǔn)樣品。
國(guó)內(nèi)目前對(duì)汽車尾氣中醛、酮類污染物的檢測(cè)方法較
多．但多處于探討階段，沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)排放
中醛類物質(zhì)的檢測(cè)，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(xué)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(duì)所生成的DNPH衍生物溶液萃取后進(jìn)行氣相色譜或液相
色譜分析，從而測(cè)定大氣中或發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)燃用汽油、柴油和醇類燃料時(shí)。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(shì)。甲醇汽油、乙醇汽油的甲醛排放量
高于普通93號(hào)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(gè)先上升再下降的趨勢(shì)，節(jié)氣
門開度30％附近甲醛排放量最大。分析其原因，在小負(fù)荷時(shí)，
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)充入的混合氣數(shù)量較少。燃燒進(jìn)行得比較完
全，甲醛排放減少；大負(fù)荷甲醛排放量的下降主要是因?yàn)闇?
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(cè)
試方法、測(cè)試儀器設(shè)備及今后可能出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)體系、限值等
是一個(gè)急待研究的課題目。
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收稿日期：2011一05—24

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