载有或非载有三元催化转换器的使用混合性燃料车辆的常规和特殊的碳氢化合物排放

1、载有或非载有三元催化转换器的使用混合性燃料车辆的常规和特殊的碳氢化合物排放摘要：使用汽油和乙醇汽油混合燃料的车辆而排放的常规污染物（一氧化碳，碳氢化合物，一氧化氮）以及特殊污染（挥发性的有机合成物和羟基化合物），在瞬态循环及稳态模式下进行了研究。使用两种燃料的车辆安装有三元催化转换器的功能也得已研究。研究结果表明在同等模式下使用乙醇汽油的车辆排放的氮氧化合物及乙醛比使用汽油的车辆多。在物种的最大反应增量和有机气体排放的础上，臭氧对汽车尾气的特殊反应性得以评估。关键词：常规排放，挥发性邮寄合成物，羟基类化合物，三元催化转换器近年来，人们对全球运输系统中生物燃料的重要作用的关注普遍提升。2000年

2、四月份中国开始普及使用乙醇汽油，并且在在2001年的四月份使乙醇汽油（10%的乙醇和90%的汽油的混合物）的使用合法化。尽管人们对使用乙醇汽油的污染气体排放及可能对发动机造成的影响有所研究，但是更多的注意力应该放到使用这种燃料排放的非常规气体上，比如：苯和乙醛。这些污染物可以影响臭氧的组成并对环境和人类的健康带来重大危害。在中国人们对使用乙醇汽油的车辆所排放的挥发性有机合成物以及含有羟基的化合物，特别是这些污染物对臭氧组成的研究相对较少。为了更好的理解把乙醇加入汽油的影响，本文测试的是安装有三元催化转换器的内燃机的排放气体。除了常规的排放气体，女口：总碳氢化合物，氮氧化合物，以及一氧化碳之外，

3、本文还对装有或没有三元转换器的车辆排放的重要的碳氧化合物如苯，乙醛，和甲苯等气体进行了测量。并用物种的最大反应增量的机制对这些气体对臭氧的特殊反应活性进行了评估。1试验方法1.1测试燃料本研究使用了两种燃料，一种是93#号汽油，被用作作为参照物，另一种是乙醇汽油混合物，含有10%的乙醇并且符合GB183512011国豕规疋。1.2测试车辆和程序被测试的车辆注入混合燃料，都带有四气缸，每个1.6L使用两种燃料并且装有典型的三元催化转换器。被测试的车辆被放置到底盘测功机上，根据转速进行测量，测试结果如图一显示平均转速为33.58Km/h。此外，使用三种模式分别是60Km/h，90Km/h，120K

4、m/h的速度运行该车辆300s而对结果进行分析。21|21|4011in十上IZOlnDHOMS2O图片一测试类型一的工作循环1.3术语和定义世界卫生组织把VOCs定义为有机化合物，它的沸点范围是从50C100C到240C260C。完全挥发性的有机化合物（TVOCs）被定义为挥发性有机化合物的总和，被制成样本涂到吸附剂上，然后再和正己烷和十六烷分离,并用质朴检测器进行检测，依据ISO标准对他们在色谱图玻璃片上对甲苯等价物的反应的覆盖率进行分析研究。羟基化合物被定义为低分子乙醛和酮类化合物，其中包括甲醛,乙醛，丙烯醛，丙酮，苯甲醛，甲基乙烷基酮，正丁醛，正稀醛，异丁烯醛，戊醛，丙醛，甲苯甲醛，环

5、乙酮等。特殊反应活性指的是尾气排放物中每毫克NMOG中臭氧的含量，可以按照以下方式测量：1、特殊的NMOG以mg/km为单位进行分析和测量，用物种的最大增量对每一种NMOG行测试。2、每千米排放的臭氧总量是车辆排放的NMOG在第一步中的结3、特殊反应活性讲用NMOG的总排放量以第二步的测试结果进行评估。1.4气体样本及分析方法车辆排放的尾气用CVS装置用环境空气过滤器进行稀释，这样就反应了尾气离开排气管时的自然浓度和尾气的冷却度，并消除了制成样本过程中的水的浓缩问题。样本的图解如图二。本研究用了两种样本，一种用的是泰德拉气体采样袋收集的气体，另一种是为了整个循环而直接装入取样试管的气体。装入袋

6、子的气体通过转换器作为研究常规气体一氧化碳，碳氢化合物和一氧化氮的样本。3.4-1AIU图片二采样系统图解使用泰德拉气体采样袋和DNPH对碳氢化合物类气体进行抽样检测。取样后的气体被运往实验室在分析研究前储存在-10C实验室温度7C的恒温箱中。采样袋中的气体用热吸附器进行预浓缩，用GC体系进行分离，再用质谱分析器进行分析。为了保护环境，对这些气体进行分析研究的实验材料均来自中日环保中心。使用5或6中符合标准的浓缩剂绘制成校准曲线。通过标准混合物和用图书馆中的NISTO05大量色谱进行对比，用这些色谱峰值的滞留时间对碳氢化合物进行分析研究。羟基化合物使用含有硅胶的DNPH制作成样本。所有的制作成

7、的样本均用使用UV机制通过高流动性的色谱进行研究。2实验结果和讨论2.1常规排放气体在GB18352.32005规定的瞬时循环体系中常规排放的污染气体得以测量。对常规排放气体的测量表明装有三元催化转换器并使用乙醇汽油的车和使用汽油的车子相比，碳氢化合物和一氧化碳的排放量各自降低3.72%和20.39%。不过，氮氧化合物的排放量却增加了17.67%。对于没有安装三元催化转换器的车子来说，碳氢化合物，一氧化碳，和氮氧化合物的排放量分别降低6.21%，12.64%，1.09。三元催化转换器对使用乙醇汽油车子排放碳氢化合物，一氧化碳，和氮氧化合物气体的有效率分别为63.84%，49.16%，70.32

8、%。相比来说使用汽油的车子的则为64.77%，44.21%，75.05%。结果如图三所示。图片三常规污染排放物2.2羟基化合物的排放瞬态模式表一显示了在瞬态循环模式下使用汽油和乙醇汽油的车子的羟基化合物的排放结果。结果显示使用乙醇汽油的车子的总羟基化合物的排放量高于单单使用汽油的车子。两种车子排放的羟基化合物主要是甲醛和乙醛。它们各自占有以汽油为燃料车辆的26.76%，和58.07%而占以乙醇为燃料车子的77.45%和74.68%。以汽油为燃料的车子使用三元催化转换器具有更有效的结果，对甲醛，乙醛，异丁烯醛的有效率范围达到25.71%91.96%。相比之下，装有转换器对使用乙醇汽油的车子的作用

9、效果更好，范围在74.07%100%。在此次瞬态循环中使用乙醇汽油车子的乙醛排放量分别比装有或不装转换器使用汽油的车子高出254.92%和565.81%。表一瞬态模式下使用汽油和乙醇汽油的车子的羟基化合物排放结果污染物汽油燃料汽车乙醇燃料汽车有TWC无TWC有TWC无TWC甲醛0.775.560.604.48乙醛2.343.1515.5811.18丙烯醛1.431.643.621.59丙醛0.291.290.351.35丁烯醛0.21000过氧化酮0.22000丙烯醛0.273.3602.37丁醛000.220苯甲醛0.13000戊醛0.1200.040甲基苯甲醛0.21000环已酮4.300

10、0正已醛1.3300.480全部羟基11.6215.0020.8920.97222稳态模式表二列出了羟基化合物的排放量。结果表明装有转换器并且使用汽油的车子排放羟基化合物的量随着车速的增大而减少。在此模式下，甲醛和乙醛是使用汽油的车子排放的主要羟基化合物，它们分别占37.70%65.38%。三元催化转化器的功率随着车速的提高而增加，当车速是60km/h，90km/h，120km/h是有效率为35.60%，40.46%，66.70%。三元催化转换器对使用汽油的车子所排放的甲醛和乙醛的具有显著作用。这些气体的有效率为33.33%100%。表二汽油机车在稳态模式下的羟基化合物排放污染物60Krn/h

11、90Km/h120Km/h无TWC有TWC无TWC有TWC无TWC有TWC甲醛8.290.857.690.477.050.33乙醛5.347.093.485.686.143.87丙烯醛2.313.551.633.173.481.16丙醛2.870.311.980.212.050.27过氧化00.280000丙烯醛0.300.200.4206.90丁醛5.71000.1500.09苯甲醛00.240000戊醛4.8600.2600.480甲基苯00000.660环已酮08.540000正已醛3.0201.520.3100.19全部羟32.721.616.789.9926.768.91表三列出了使

12、用乙醇汽油的车子的羟基化合物气体的排放结果，同样表明甲醛和乙醛是该种车子排放的主要的羟基化合物，分别占50.03%79.02%。三元催化转换器对单独的羟基含有物具有重要的作用，然而有一个趋势是转换器的功能随着车速的增加而增加。在所有的稳态模式下甲醛，乙醛的排放量都很高。和使用汽油的车子相比，有一点可以明确的观测到就是使用乙醇汽油的车子排放的羟基化合物的种类少，但同时排放的气体的总量增加。只一点可以归咎于使用乙醇汽油燃料的车子排放的乙醛增多，和用汽油燃料的车子比增加17.92%274.72%.表三EIO汽车在稳态模式下得羟基化合物排放污染物60Km/h90Km/h120Km/h污染物无TWC有T

13、WC无TWC有TWC无TWC有TWC甲醛7.630.855.680.053.830.33乙醛20.0123.037.477.197.247.47丙烯醛4.314.931.826.421.514.70丙醛1.540.520.790.350.360.25丙烯醛8.503.5304.100丁醛00.3500.2000.15正已醛00.540全部羟基2.3挥发性化合物瞬态循环模式在瞬态循环模式下表四结果表明，对使用汽油和乙醇汽油的车来说，排放的挥发性化合物来说主要是烷类和芳香族化合物。以汽油为燃料的车子装有或不装催化转换器所排放的烷化合物分别是36.62%，30.80%。芳香族化合物分别占48.33%

14、和，3.32%。同时，烷类化合物占以乙醇为燃料车子排放挥发性气体的41.73%，29.16%。而芳香族类排放物分别占45.74%，52.80%。无论使用那种燃料，三元催化转换器都对烷类和芳香族气体的排放产生重要的影响。三元催化转换器对使用乙醇和汽油为燃料的车子的有效率分别为51.06%，17.82%，而对芳香族化合物的有效率分别为40.82%,21.26%。然而三元催化转换器对单独使用汽油或乙醇为燃料的车子的影响还尚未明确。表四EIO和汽油机汽车在瞬态模式下挥发性化合物的排放污染物汽油燃料汽车乙醇燃料汽车有TWC无TWC有TWC有TWC全部烷烃6.566.7110.4110.08正壬烷0.53

15、0.551.252.27正己烷0.170.160.340.19癸烷0.150.190.410.16环己烷，甲基0.520.380.460.34全部链烷烃0.921.882.262.752-戊烯，4-甲基0.160.290.300.562-戊烯，3-甲基0.050.160.160.211R-a-蒎烯0.080.090.340.10全部芳香烃7.1912.1513.7417.45苯0.811.091.261.49甲基1.872.753.554.58乙苯0.360.580.730.66P,m-二甲苯0.520.800.950.87o-二甲苯0.400.640.730.63其它1.052.272.02

16、2.45TVOC15.7223.0128.4332.73稳态循环模式稳态循环模式下的测试结果和瞬态循环模式下的结果相同，无论对使用哪种燃料的车子来说，烷类和芳香族化合物是了挥发性气体的主要组成物。对使用汽油的车子来说烷类排放物占10.00%42.40%，使用乙醇的车子的比例是27.47%51.31%,而芳香族化合物占有量为36.52%48.93%。三元催化转换器在两种模式下对烷类和芳香类化合物产生了重要影响。对使用乙醇燃料的车子来说三元催化转化器的对烷类排放物的有效率为20.26%59.13%。在车速为60km/h时，三元转换器对以汽油为燃料的车子的烷类气体排放量的影响很小，即使在车站高速行驶

17、时对其产生的影响很大。三元催化转换器对烷类气体的排放产生了重要影响(37.18%84.51%),除了一个例外，对汽油燃料的车子在车速60km/h时有效率仅为14.00%。2.4特殊反应活性卡特博士在臭氧组成机制的基础上测试了气体模型，并建议把物种的最大反应增量作为臭氧组成的重要指标。他提出使用汽油的替代燃料如甲醇等会减少臭氧的排放量。本研究详细的为大家呈现乙醇汽油对特殊气体的排放和臭氧的组成的影响。1992年1月份，加利福尼亚空气能源协会发布了物种的最大反应增量这一标准，本研究正式依据此标准进行评估的。表五表明带有催化转换器使用乙醇燃料的车子的特殊反应活性比使用汽油燃料的车子的高。但是如果没有

18、装有转换器的话，这一结果正好是相反的。表五EIO和汽油机车的特殊反应活性模式模式汽油燃料汽车乙醇燃料汽车有TWC无TWC有TWC无TWC60Km/h4.374.785.414.92905.565.344.945.201205.785.494.814.98瞬态循环3.424.834.845.81平均值4.780.955.110.315.000.245.070.143结论常规气体排放物的结果显示，装有转换器使用乙醇燃料的车子和使用汽油的相比，碳氢化合物和一氧化碳的排放量分别降低3.72%，20.39%,尽管氮氧化物的排放量增加了17.67%。对没有安装催化转换器的车辆来说，碳氢化合物，一氧化碳，氮氧化物的排放量分别降低了6.21%，12.64%，1.09%。在瞬态循环模式下，使用乙醇汽油的车子的羟基化合物的排放量比使用汽油的车子的高，尤其是乙醛的排放量装有或不安装转换器比常规的高254.92%565.81%。三元转换器对甲