生物柴油非常規(guī)污染物形成機(jī)理的理論分析與試驗研究.pdf

1、生物柴油作為柴油機(jī)的替代燃料，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。柴油機(jī)燃燒生物柴油除了產(chǎn)生NOx、CO、HC、PM等常規(guī)污染物外，還會產(chǎn)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(jìn)一步發(fā)生氧化、聚合等反應(yīng)會產(chǎn)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(shù)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(xué)反應(yīng)動力學(xué)角度，對羰基

2、類、芳香烴類污染物的形成過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，提出了降低非常規(guī)污染物的方法。
　　 根據(jù)羰基類、芳香烴類物質(zhì)的理化性質(zhì)特點，提出了采用衍生化法結(jié)合高效液相色譜技術(shù)，對羰基類物質(zhì)進(jìn)行樣品采集、前處理和分離的測量方法。針對芳香烴物質(zhì)，提出了運用活性炭吸附管和氣相色譜一質(zhì)譜技術(shù)對芳香烴物質(zhì)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)偏差、回收率等精度指標(biāo)進(jìn)行了理論分析，實現(xiàn)了柴油機(jī)羰基類、芳香烴類物質(zhì)的快速、準(zhǔn)確測定

3、，為柴油機(jī)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(jī)上，采用生物柴油/柴油調(diào)合油進(jìn)行柴油機(jī)臺架試驗，全面考察了不同調(diào)合比例、不同工況時羰基類、芳香烴類物質(zhì)的排放規(guī)律，分析了生物柴油燃料組分、理化性質(zhì)、燃燒過程等因素對羰基物生成的影響，以及芳香烴類物質(zhì)的形成過程。通過試驗研究得到了柴油機(jī)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(diào)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(jī)的芳香烴排放。
　　 采集了柴油機(jī)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?？傎|(zhì)量的影響，總結(jié)了柴油機(jī)排氣微粒和潤滑油中金屬粒子種類和數(shù)量的變化規(guī)律。研究表明，隨著柴油機(jī)運行時間的延長，潤滑

5、油中顆粒物的直徑增加，粘結(jié)性增強(qiáng)，金屬元素的種類和數(shù)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(diào)合比例的提高，顆粒物的團(tuán)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(zhì)的關(guān)鍵生成反應(yīng)，結(jié)合生物柴油和柴油的分子結(jié)構(gòu)特點，建立了生物柴油燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)仿真模型并進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，仿真模型能夠再現(xiàn)生物柴油的燃燒化

6、學(xué)反應(yīng)過程，可以重現(xiàn)詳細(xì)燃燒過程和預(yù)測燃燒中間產(chǎn)物的的生成濃度。
　　 根據(jù)柴油機(jī)燃燒過程的特點，運用激波管、層流預(yù)混火焰反應(yīng)器模型，提出了從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)角度，采用反應(yīng)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(zhì)形成過程的影響因素。提出了空氣預(yù)處理、燃料預(yù)處理方法降低羰基類物質(zhì)，采用氫氣、一氧化碳、甲烷進(jìn)行燃料預(yù)處理，促進(jìn)燃燒中間產(chǎn)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(yīng)和C4H5與乙