《柴油中多环芳烃含量对颗粒物排放的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柴油中多环芳烃含量对颗粒物排放的影响（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、柴油中多环芳烃含量对颗粒物排放的影响柴油中多环芳烃含量对颗粒物排放的影响柴油对排放的主要影响因素主要有硫含量,多环芳烃含量和蒸气压.本文主要研究 r多环芳烃含量对柴油颗粒物排放的影响.EnvironmentalProtectionSafetu柴油中多环芳烃含量对颗粒物排放的影响口沈言谨试验条件试验用柴油试验采用了含有不同烷烃和多环芳烃含量以及不同密度的 BPA1 和ShellA2 共 2 种柴油,其性质见表 1.表中总多环芳烃含量由下列方法测得:用 B0NDELUTE 微型硅胶柱对大约 50mg 的柴油进行分离.用大运动粘度(40C)/mm?s十六烷值烷烃含量,%(m/m)多环芳烃含量,%(m
2、/m)多环芳烃含量,%(v/v)3.575583.721421_283_2251.373.8324.0329.55EnvironmentalProtectionSafetg约 20mL 戊烷溶剂收集烷烃馏分,接着用 20mL 苯溶剂收集多环芳烃馏分.戊烷收集液和苯收集液分别用氮气吹干后称重.多环芳烃含量可通过下面公式进行计算:多环芳烃体积%=0.4358d-32.67log10(KV40+0.7)一 321.6式中:柴油在 15时的密度;KV柴油在 40oc 时的运动粘度;一般公认多环芳烃含量与传统的规格指标有关,如与柴油化学组成有关的密度,粘度和十六烷值.BP 研究中心对 52 种不同原油类
3、型和不同炼厂的柴油进行了密度,粘度和馏分特性的分析,用计算机回归计算找出与总多环芳烃含量有关的方程.其结果发现,公式中只有密度和粘度的对数两部分,而十六烷值并未在上述公式中.表 1 中 A2 的多环芳烃含量不论是试验值还是公式计算值,其结果都比 A1 高.发动机和操作条件本研究所采用的发动机是PERKINS4.236 直喷柴油机.通过移走 3 个活塞以及相应的连杆,摇杆臂和推杆,将此发动机改为单缸式发动机进行研究.这样可以保证消除由于同一台发动机不同汽缸之间如喷嘴,汽缸磨损,蒸气的泄漏以及润滑油的泄漏等因素的影响,保证空燃比测量的准确性,并且消除汽缸与汽缸之间的差异对排放的影响.原四缸运转所用
4、的 50mm 标准排气管改为 25mm 直径的排气管,它是与四缸运转所用的50mm 标准排气等值的.发动机工况为:在 1200r/min,扭矩 18N?m 时的最小功率为 2kW;在 1500r/min,扭矩 25N?m 时的四分之一功率为 4kW;在 1800r/min,扭矩 42N?m 时的功率为 8kW;在2200r/min,扭矩 51N?m 时的功率为 11.75kW:直至 2400r/min,扭矩48N?m 时的最大功率为 12.06kW.样品是在位于尾气管口至排气管1.2m 处用玻璃纤维滤纸在温度低于52时采集.所采集的颗粒排放物有些是可看见的黑烟,其余是看不见的.在温度高于 26
5、0oc 时,颗粒主要是由极小的球型元素碳聚集而成.但在温度低于 260时,这些球型元素碳就不断地被冷却下来的物质所覆盖.这些物质主要是高分子量有机化合物,未燃烧的烃类,一些二氧化硫,硫酸盐和多环芳烃.对排放的影响颗粒物排放2 种柴油在 5 种不同操作条件下每单位燃烧的柴油所产生的颗粒物排放的结果见图 1,用 BOSCH 烟度单位测量的排放的烟度情况见图 2.从图 1 和图 2 可以看出,多环芳烃含量较高的 A2 柴油在大部分的发动机工况下,燃烧每单位柴油所排放的颗粒物和烟度较 A1 高,这表明柴油的性质影响颗粒物的生成.含有较高多环芳烃含量的柴油产生较多的颗粒物,此实验结果与国外研究者的实验数
6、据一致.一般来说,多环芳烃柴油产生颗粒物的机理与烷烃柴油产生颗粒物的机理假设是不同的.根据震动管研究,国外有研究者认为,在颗粒物形成过程中有 2 种机理在起作用:当温度低于 1527时,多环芳烃化合物凝聚成石蜡形结构,形成颗粒物;在较高温度时,多环芳烃化合物分裂为小碎片,然后聚合,迅速形成大的缺少氢的分子,最后成核形成颗粒物.相关研究发现,其凝聚形成颗粒物的速度比分裂一聚合形成颗粒物的速度快得多,而烷烃柴油产生颗粒物的途径只是通过分裂一聚合.因此,多环芳烃柴油产生颗粒物比烷烃柴油产生颗粒物要快得多.上述机理在 20 世纪 80 年代被证实.国外研究者对含多环芳烃含量较高的柴油进行了研究,建立了
7、更为复杂且有关联的机理.他们认为,单环芳烃化合物可能通过进行初级的分裂反应产生颗粒排放物,而双环多环芳烃化合物则是通过凝聚反应产生.颗粒物多环芳烃的排放通过使用气相色谱法与质谱法(GC/MS)对 2 种柴油的色谱苯馏出物的多环芳烃含量进行了分析,其结果见表 2.由表 2 可以看出,柴油多环芳烃的主要组分为奈,芴,菲和它们的烷基取代物,浓度在 1001000mg/kg或更高.通过对排放颗粒物进行 SOXHLET萃取,然后连续使用气相色谱法与质谱法(GC/MS)对排放颗粒物中的多环芳烃进行定量分析,结果发现,柴油中具有相似浓度的多环芳烃的存活率大致是相同的.此现象说明颗粒物中的多环芳烃主要来源于未
8、燃烧燃料中的多环芳烃.试验还发现,不同发动机工况所对应的不同排放温度条件下,2 种柴油中菲和烷基菲的存活率是不同的.令人感兴趣地注意到:菲的存活率随着排放温度的增加而增加,而甲基菲的存活率随着排放温度的增加而下降.这被认为在高温度下甲基菲热裂解为菲.国外有研究者在分析柴油多环芳烃馏分时发现,烷基多环芳烃占主要成分.他们又对排放萃取物进行了分析,发现烷基多环芳烃的比例发生了变化,使得多环芳烃含量比它们相应的烷基多环芳烃含量多了至少 2 倍.结论(1)柴油的性质影响颗粒物的生成.多环芳烃含量较高的柴油产生更多的颗粒物排放.(2)颗粒物排放和颗粒物中多环芳烃的排放与发动机操作条件有关.(3)本文认为
9、颗粒物多环芳烃中的烷基取代物的热裂解形成了多环芳烃,这是由随着尾气温度增加,甲基菲存活率减少,菲存活率增加这一实验现象说明的.(4)相似多环芳烃浓度的柴油具有相似的多环芳烃排放,这说明颗粒物中的多环芳烃主要来自未完全燃烧柴油中的多环芳烃.工00蛊啡654321OEnvironmGntalProtGctionSafGtg4681O功率/kW图 1 不同发动机工况下颗粒物排放/g?kg12O64681O12O6功率/kW图 2 不同发动机操作条件下黑烟的排放燃油 A1燃油 A2一燃油 A1一燃油 A2】2 一甲基奈1 一甲基奈总双甲基奈总三甲基奈苊芴总甲基芴总双甲基芴菲总甲基菲总双甲基菲蒽芘类烃总四环芳烃总多环芳烃110819911688917410444425580806731316150815382611415529347(2.9%)169817458735113596294148330121326832427931431495f31%)5432O
