版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、2007年中国内燃机学会油品与清洁燃料分会第一届学术年会论文 编号:070912 柴油硫含量对排放和排放控制技术的影响 刘泉山 董红霞 徐小红 周旭光 (中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃 兰州 730060) 本文简要介绍了国内外车用柴油标准中硫含量限值发展进程,综述了国内外研究硫含量对排放的影响,及柴油硫含量对排放控制技术DPF、氧化催化转化器和NOx催化剂的影响,为国内进行相关研究提供参考及借鉴。柴油; 硫; 排放; 排放控制技术 Effect of Sulfur Content in Diesel Fuel on Diesel Exhaust Emissions and Emissi
2、on Control Technologies Liu Quan-shan Dong Hong-xia Xu Xiao-hong Zhou Xu-guang (Petrochina Lubricant Company Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute 730060) Abstract: In this paper, the changes of sulfur content in diesel fuel of some countries and regions were introduced. The influences of sulfur
3、 content on diesel exhaust emissions were summarized. And the influences of diesel sulfur content on emission control technologies, such as diesel particulate filter, diesel oxidation catalysts and NOx catalysts, were analyzed. This may provide suggestion for domestic research on diesel exhaust emis
4、sion. Key words: diesel; sulfur; exhaust emission; emission control technology 1引言 随着经济的发展,汽车保有量强劲增长,与汽油机相比,现代柴油机具有高效率、低油耗、寿命长、使用可靠等特点。因此,柴油机作为主要动力的各种机动车辆日益增多。与此同时,柴油机排放所带来的环境污染也日益引起人们的关注。 柴油机有害排放物中,CO和HC比汽油机少得多,NOx的排放与汽油机相当,颗粒物的排放则较汽油机高许多。柴油机的排放与柴油中十六烷值、密度、粘度、芳烃含量、馏程和硫含量等有密切关系,其中硫含量直接影响柴油机的烟度与颗粒物排放
5、浓度,也影响柴油机排气催化净化器的净化效果。 本文分析了国内外车用柴油标准中对硫含量限值发展进程,综述了国内外关于柴油硫含量对排放和后处理技术影响的研究成果,为国内进行相关研究提供参考及借鉴。 2车用柴油标准硫含量限制变化 柴油中硫含量对排放影响很大,特别是对NOx和PM产生明显促进作用,并可使汽车尾气催化转化器催化剂中毒,因此硫含量在柴油中作为一项比较重要的指标进行限制。 由于各国经济发展水平、气候条件和环保要求不尽相同,因此柴油质量指标也存在差异。但在不断严格的环保要求趋势下,各国的柴油标准近年来都在不断改进,尤以美、欧、日最为突出1。从20世纪60年代到80年代,美国柴油标准一直比较稳定
6、,硫含量在0.22%0.3%之间波动。90年代初,EPA要求柴油硫含量从3000µg/g(平均值)降到500µg/g,从1993年10月1日起实施。继而美国柴油质量标准中硫含量直接从1993年的500µg/g降至2006年的15µg/g。20世纪90年代初,当美国引领世界汽油向着RFG汽油、向着更加清洁的汽油方向发展的时候,欧洲国家,尤其是北欧几个国家开始关注本国未来柴油的发展方向。欧盟EN590-2002标准中规定柴油硫含量不大于50µg/g,西欧等欧盟先进发达国家的柴油标准走在世界前列,例如瑞典、德国、英国等柴油通过税收优惠政策,在2005
7、年就已实施硫含量10µg/g的标准。为适应柴油低硫化发展的世界趋势,日本石油联盟早在1989年6月就提出柴油低硫化目标和炼油工业应该采用的相应措施,并分两步走。第一步1993年柴油硫含量降到2000µg/g,第二步从1995年起要求柴油硫含量降到500µg/g以下,2005年日本柴油标准中硫含量已经将到了50µg/g以下。我国长期以来没有专门的车用柴油品质标准,一直沿用轻柴油的品质标准,2002年起实施的国家轻柴油标准GB252-2000,将轻柴油等级分为优级品、一级品和合格品,其中硫含量要求不大于0.2%,大大高于发达国家车用柴油的标准。我国2003年
8、参考欧盟车用柴油品质标准EN590-1998,制定了国家标准车用柴油GB/T19147-2003,该标准将车用,特别是城市车用柴油和轻柴油进行了区分,设定了比一般轻柴油更高的品质要求,目标是与我国第二阶段汽车排放标准(相当于欧水平)适应。 一些国家与地区的车用柴油标准中规定的硫含量见表1。美、欧、日等国家车用柴油标准正向着无硫的方向发展(小于10µg/g),我国车用柴油标准中对硫的控制落后于欧洲、美、日等发达国家和香港地区,目前市场供给的车用柴油还是采用轻柴油标准,不能与我国2003年9月1日开始实施的柴油车第2阶段排放标准相适应。2 柴油硫含量对排放和排气后处理技术的影响 2.1柴
9、油硫含量对排放的影响 柴油中的硫98%在燃烧过程中转化为SO2,其余2%作为硫酸盐排放,SO2通过排气催化剂会转化为硫酸盐,最终成为PM的一部分。按照美国环境保护局的定义,柴油机排气PM包含以C为主的碳烟、未氧化或未完全氧化的HC、硫酸盐以及与硫酸盐结合的水和其他杂质3。因此降低柴油中的含硫量就相应地降低了PM排放量,也降低了排气烟度。 欧洲的汽车油料研究表明,柴油中硫的质量分数从500µg/g减少到30µg/g,将使得轻型车PM排放降低了7%,重型车PM排放降低了4%4。柴油硫含量在2003年轻型车上对PM和NOx排放的影响5见图1、图2。PM排放在EUDC循环阶段,NO
10、x排放在UDC、EUDC和NEDC循环阶段均随油品硫含量增加而增加。JCAP研究结果发现,减少柴油的硫含量,同时车辆使用DPF系统和高氧化性能的催化剂,可有效减少PM、NOx和CO及非常规排放6。为了测试燃料硫含量对排放的累积影响JCAP使用硫含量分别为10ppm、50ppm和100ppm的油品进行了30000km行车试验和发动机试验7,研究结果发现,随行驶里程的增加CO、NOx排放也增加,并且硫含量越大排放增加得越多。结果见图3。2.2 柴油硫含量对排气后处理技术的影响随着排放法规的日益严格,柴油机单靠燃烧改进等机内净化技术已很难满足排放法规的要求,排气后处理技术日益显示出重要作用。目前柴油
11、机中使用的排放控制技术主要有:废气再循环装置(EGR)、氧化催化转化器(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)、和NOx催化转化器等。先进的排放控制技术可有效减少柴油机排放,特别是PM和NOx排放,但柴油中的硫会使催化剂中毒,严重影响了排气后处理技术的效率。2.2.1 硫含量对柴鱼颗粒过滤器的影响目前,柴油颗粒过滤器是公认的最有效的后处理技术,常用的柴油颗粒过滤器有连续再生型柴油颗粒过滤器(CR-DPF)和催化型颗粒过滤器(CDPF)两种。柴油机排气中绝大部分是固体炭粒和吸附了可溶性有机成分的碳烟,使用颗粒过滤器可使排气中碳颗粒的过滤效果达到60%以上。 柴油中硫含量对DPF装置效率有很大影响。研
12、究发现8,当油品硫含量为3ppm时,柴油颗粒过滤器使得PM排放下降率为95%,而当柴油中硫含量增至30ppm后, PM排放下降率仅为70%左右。当柴油硫含量达到150ppm时,PM排放下降率为0,此时柴油颗粒过滤器已失效。当燃油硫含量大于150ppm时,使用DPF装置后PM排放甚至远大于发动机直接排放。硫含量对DPF装置影响见表2。 DPFF装置中配备有金属催化剂,可有效减少固体物质及氧化SOF,也可将废气中的SO2氧化为硫酸盐,随油品中硫含量的增加,硫酸盐组分增加,导致PM增加。 同时DPF装置可使HC排放下降70%80%,使CO排放下降90%99%,并且柴油颗粒过滤器对THC、CO排放的降
13、低率与油品硫含量无关。 2.2.2 硫含量对氧化催化转化器的影响氧化催化转化器(DOC)主要用于消除排气中的可燃气体和可溶性有机组分,它可将排放物中的CO、HC、芳烃类和醛类排放物氧化为CO2和水,有效减少有害物排放。在重型柴油机上燃用含硫量为0.01%的燃油,使用氧化催化转化器可使HC排放减少60%70%,PM减少27%54%。但由于氧化催化剂可将SO2氧化为SO3,生成硫酸或硫酸盐,额外增加PM排放量,所以加装氧化催化转化器的柴油机应燃用含硫量低的燃油。 国外研究发现9,在稳态工况下,当排气温度较高时,经过氧化催化剂后PM排放高于发动机排放PM(图4),主要是由于氧化催化剂将SO2氧化为S
14、O3,使得硫酸盐排放增加,硫含量越高影响越明显。 催化剂经250hours老化后,柴油硫含量较低时,催化剂老化对PM排放影响较小,而当硫含量大于150ppm时,老化后PM排放远大于新鲜催化剂及发动机排放。2.2.3 硫含量对NOx催化转化器的影响柴油机排气中NOx比汽油机低,但由于柴油机排气中含有大量O2使得机外NOx控制变得非常困难,因此柴油机NOx净化处理成为最近十多年学术界和汽车制造业的研究热点。目前对降低柴油机NOx排放的研究主要集中在稀燃NOx催化剂和NOx吸附转化器。NOx吸附催化剂的工作效率与排气温度密切相关,在排气温度300500时,NOx吸附催化剂可减少NOx排放80%90%
15、。催化剂转化效率依赖于发动机/NOx吸收系统的稀燃富燃的精确控制。柴油中的硫含量影响NOx转化效率,(图5)NOx转化效率随催化剂使用时间而下降,并且硫含量越高,NOx转化效率下降越多。3 结论 柴油中硫含量对PM排放影响最大,在燃油燃烧中,其中硫最终会生成硫酸及硫酸盐附着在碳烟颗粒上,约占PM排放的13%22%。另一方面硫含量对DPF、NOx净化装置等排放控制装置的影响极大,硫使得后处理技术效率下降,并且越来越多的车辆上安装了氧化催化器,它会对SO2进一步氧化,从而增加颗粒物排放,也相应削减了氧化催化器的作用。 参考文献: 1国外清洁燃料的现状和发展趋势课题组. 国外清洁燃料的现状和发展趋势
16、M.中国石油兰州润滑油研究开发中心,2003,5-72彭美春,张效刚,江宇红等. 柴油S含量与净化装置对柴油机排放的影响J.车用发动机,2005(2):38-40 3李 勤.现代内燃机排气污染物的测量与控制M.北京:机械工业出版社,1998. 4 郝吉明,傅立新.城市机动车排放污染控制M.中国环境科学出版社,2001. 5 Piotr Bielaczyc,Miloslaw Kozak ,Jerzy Merkisz.Effect of Fuel Properties on Exhaust Emissions from the Latest Light-Duty DI Diesel EngineJ
17、.SAE 2003-01-1882:1-8 6 K. Oyama , T. Kakegawa . Japan Clean Air Program Step I Study of Diesel Vehicle and Fuel Influence on EmissionsJSAE 2000-01-1973:1821-1847 7 Koji Oyama, Toshiaki Kakegawa . Evaluation of Diesel Exhaust Emission of Advanced Emission Control Technologies using various Diesel Fu
18、els, and Sulfur Effect on Performance after Mileage Accumulation-JCAP Diesel WG(fuel) Report for Step II studyJSAE 2003-01-1907:1727-1744 8 Cho Y. Liang, Kirby J. Baumgard, Robert A. Gorse, etc. Effect of Diesel Fuel Sulfur Level on Performance of a Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter and a Catalyzed Particulate FilterJSAE 2000-01-1876
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 七大方言语音的特点
- 《常见猪病及其防治》课件
- 幼儿园课件垃圾分类
- 湖南省长沙市雨花区2024-2025学年高一上学期期末考试政治试题(含答案)
- 《面向世界的眼光》课件
- 饮用水源地水质监测及风险防控能力项目可行性研究报告写作模板-申批备案
- 2025年全球市场及大类资产展望:从特朗普交易到基本面拐点
- 单位管理制度收录大全人力资源管理篇
- 中国隐形眼镜及护理液行业投资潜力分析及行业发展趋势报告
- 《营销经理飚升》课件
- 《旅游消费者行为学》-课程教学大纲
- YY/T 1117-2024石膏绷带
- 《企业人力资源管理师》课件-2.1人员招聘的程序与信息发布
- 【魔镜洞察】2024药食同源保健品滋补品行业分析报告
- 2024年人教版初一语文(上册)期末试卷及答案(各版本)
- 《弘扬教育家精神》专题课件
- 职业中专对口升学复习语文基础知识-5-辨析并修改病句36张讲解
- 新能源汽车ISO9001:2015认证产品一致性控制程序
- 中药附子课件
- DL-T5434-2021电力建设工程监理规范
- GB/T 44038-2024车辆倒车提示音要求及试验方法
评论
0/150
提交评论