甲醇柴油混合燃料理化性质及羰基污染物排放特性的研究

摘要

甲醇柴油混合燃料虽然可降低常规污染物的排放，但其羰基类污染物(醛、酮)的排放却往往高于燃用传统柴油的排放水平，对环境及人类的身体健康产生有害影响。因此，建立系统的醇类燃料汽车羰基污染物检测方法、开展对甲醇柴油混合燃料羰基污染物排放特性的研究显得尤为重要。本文通过优选合适的添加剂，配制了四种不同体积掺烧比的甲醇柴油混合燃料，并对其油品特性及对发动机性能的影响进行研究。结合衍生化样品前处理方法和高效液相色谱(HPLC)分析技术，对尾气中的13种醛酮进行了定性定量分析，研究了甲醇添加比例及发动机转速、负荷对羰基污染物排放特性的影响规律。研究结果表明： 1)采用高碳醇和有机硝酸酯作为助溶剂与着火促进剂可提高柴油和甲醇的互溶稳定性及混合燃料的着火特性。对燃料理化性质的测试证明，本试验所制备的混合燃料，除闪点外其余主要理化指标均满足国家车用柴油使用标准。 2)衍生化法测定醛酮污染物具有选择性强的优点，固体吸附柱的采样效率高达93％以上。利用HPLC定性定量分析醛酮衍生物，线性范围为0.0021-13.333μg/mL，最低检出限为0.6～2.7ng/mL，平行样相对标准偏差为0.1～1.07％，平均回收率为87.5～118.04％。 3)柴油机台架实验结果表明：在不改变原机结构参数的条件下，发动机的功率随甲醇掺烧比例的增加而降低，燃用混合燃料后燃油消耗率有所上升，能量消耗率在小负荷时，与纯柴油相差较大，在中大负荷时相当。通过分析甲醇掺烧比例、发动机转速及负荷对羰基类污染物排放特性的影响发现，不论燃用纯柴油还是甲醇柴油混合燃料，羰基类污染物中甲醛和乙醛的含量最多。与纯柴油相比，甲醛最大比排放量为93.6mg/(kW·h)，是其最大比排放量的1.1倍；乙醛的最大比排放量为159.3mg/(kW·h)，是其2.1倍；丙酮的生成则和混合燃料的掺烧比例有很大关系，掺烧比例越大燃烧过程中越易生成丙酮。具有强毒性的丙烯醛则受转速影响较大，一般在高转速下含量较高。其它高碳数羰基化合物排放浓度相对较低，规律变化不明显。尾气中总羰基污染物的比排放量随负荷的增加而降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2甲醇燃料在柴油机上的应用与发展

1.2.1甲醇在柴油机上应用的优缺点

1.2.2甲醇柴油在柴油机上的应用方式

1.2.3甲醇燃料的国内外研究现状

1.3羰基污染物的毒性及分析方法

1.3.1羰基污染物的物理化学性质及生物毒性

1.3.2羰基化合物的采集与检测方法

1.4柴油机羰基化合物排放特性的研究现状

1.5本文研究内容及意义

第二章甲醇柴油混合燃料理化性质及其对发动机性能的影响

2.1甲醇柴油混合燃料的制备

2.1.1甲醇柴油混合燃料制备存在的问题

2.1.2甲醇柴油混合燃料的配制

2.2甲醇柴油理化混合燃料理化性质分析

2.3甲醇柴油混合燃料对发动机性能的影响

2.3.1发动机及测试设备

2.3.2甲醇柴油混合燃料对发动机动力性能的影响

2.3.3甲醇柴油混合燃料对发动机经济性能的影响

2.4本章小结

第三章羰基污染物的采集及分离、检测方法分析

3.1羰基污染物样品的采集及前处理

3.1.1方法原理

3.1.2样品的采集与保存

3.1.3样品的前处理

3.1.4质量控制与质量保证(QA/QC)

3.2羰基污染物的分离、检测方法分析

3.2.1材料与方法

3.2.2方法与讨论

3.3本章小结

第四章甲醇柴油混合燃料羰基污染物排放特性的研究

4.1试验方法

4.2柴油机燃用纯柴油羰基类污染物的排放特性

4.3甲醇柴油混合燃料羰基污染物的排放特性

4.3.1燃用M5羰基污染物的排放特性

4.3.2燃用M8羰基污染物的排放特性

4.3.3燃用M10羰基污染物的排放特性

4.3.4燃用M13羰基污染物的排放特性

4.4不同掺烧比例甲醇柴油混合燃料对羰基污染物的影响

4.5本章小结

第五章全文总结和工作展望

5.1全文总结

5.2今后工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢