生物柴油非常規(guī)污染物形成機理的理論分析與試驗研究.pdf

1、生物柴油作為柴油機的替代燃料，得到了越來越廣泛的應用。柴油機燃燒生物柴油除了產生NOx、CO、HC、PM等常規(guī)污染物外，還會產生羰基類、單環(huán)芳香烴、多環(huán)芳香烴、金屬粒子等非常規(guī)排放污染物。這些非常規(guī)排放污染物進一步發(fā)生氧化、聚合等反應會產生其他污染物。論文圍繞非常規(guī)污染物的測量方法、排放規(guī)律、形成過程和控制策略等方面，采用色譜分析、電鏡掃描、臺架試驗、數值模擬等方法，測量了生物柴油各種非常規(guī)污染物的排放規(guī)律，從化學反應動力學角度，對羰基

2、類、芳香烴類污染物的形成過程進行了數值模擬，提出了降低非常規(guī)污染物的方法。
　　 根據羰基類、芳香烴類物質的理化性質特點，提出了采用衍生化法結合高效液相色譜技術，對羰基類物質進行樣品采集、前處理和分離的測量方法。針對芳香烴物質，提出了運用活性炭吸附管和氣相色譜一質譜技術對芳香烴物質進行定性定量分析的方法。并對采樣效率、洗脫效率、檢出限、相對標準偏差、回收率等精度指標進行了理論分析，實現(xiàn)了柴油機羰基類、芳香烴類物質的快速、準確測定

3、，為柴油機非常規(guī)污染物研究提供了有效的測量方法。
　　 在186 FA單缸柴油機上，采用生物柴油/柴油調合油進行柴油機臺架試驗，全面考察了不同調合比例、不同工況時羰基類、芳香烴類物質的排放規(guī)律，分析了生物柴油燃料組分、理化性質、燃燒過程等因素對羰基物生成的影響，以及芳香烴類物質的形成過程。通過試驗研究得到了柴油機的單環(huán)芳香烴排放有苯、甲苯、乙苯和二甲苯，苯的排放濃度隨著生物柴油調合比例的增加而降低的變化規(guī)律，與柴油相比，生物柴油

4、的多環(huán)芳香烴排放下降了31％，其中顆粒相四環(huán)芳香烴下降了35.4％，氣相四環(huán)芳香烴下降了55.4％。摻混生物柴油有助于降低柴油機的芳香烴排放。
　　 采集了柴油機不同運行時間的潤滑油樣本，提出采用掃描電子顯微鏡、X射線能譜的方法，分析生物柴油/柴油混合燃料燃燒顆粒物的形貌及粒徑分布特征，探討了金屬粒子的來源以及對顆粒總質量的影響，總結了柴油機排氣微粒和潤滑油中金屬粒子種類和數量的變化規(guī)律。研究表明，隨著柴油機運行時間的延長，潤滑

5、油中顆粒物的直徑增加，粘結性增強，金屬元素的種類和數量均增加。生物柴油燃燒顆粒物的粒徑呈近似正態(tài)分布，隨著生物柴油調合比例的提高，顆粒物的團聚程度提高，排列趨于緊密，平均粒徑減小。
　　 通過分析烷烴、烯烴、芳烴等小分子燃料的芳香烴形成過程，確定了生物柴油燃燒過程中羰基類、芳香烴類物質的關鍵生成反應，結合生物柴油和柴油的分子結構特點，建立了生物柴油燃燒化學反應動力學仿真模型并進行了仿真。結果表明，仿真模型能夠再現(xiàn)生物柴油的燃燒化

6、學反應過程，可以重現(xiàn)詳細燃燒過程和預測燃燒中間產物的的生成濃度。
　　 根據柴油機燃燒過程的特點，運用激波管、層流預混火焰反應器模型，提出了從化學反應動力學角度，采用反應生成率和敏感性分析方法，考察了生物柴油羰基類、芳香烴類物質形成過程的影響因素。提出了空氣預處理、燃料預處理方法降低羰基類物質，采用氫氣、一氧化碳、甲烷進行燃料預處理，促進燃燒中間產物甲醛的再次氧化分解。確定了生物柴油第一個苯環(huán)是通過C3H3聚合反應和C4H5與乙