生物质燃料与催化剂后处理体系结合净化柴油机尾气排放研究

来源 :中国科学院生态环境研究中心 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jo0909
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随着石油资源供应的紧张和对CO2减排的重视,生物质替代燃料在全球范围内受到关注。乙醇是一种原料来源广泛,价格便宜且含氧量高的生物质可再生燃料,乙醇汽油已经推广用于汽油发动机。柴油掺混乙醇可得到乙醇柴油(E-diesel),该含氧燃料用于柴油发动机可以降低柴油机颗粒物(PM)排放,因此,乙醇柴油具有保护环境和替代化石能源的双重意义。但乙醇与柴油理化性质相差很大,互溶性差,混合燃料在温度较低和有微量水存在的情况下出现分层,难以满足发动机燃料起码的稳定、均一的要求。我们开发了乙醇柴油助溶剂,提高了乙醇柴油混合燃料的互溶性,使其具有一定的耐水性。在柴油机台架上对乙醇掺混比例为10%和30%的乙醇柴油混合燃料的排放情况进行了考察,并考察了着火改进剂对乙醇柴油排放的影响。结果显示,与使用普通柴油相比,乙醇柴油混合燃料大大降低了柴油机烟度排放,最大降低幅度达90%;降低了NOx排放;在有着火改进剂的情况下降低了碳氢(HC)和CO排放。   生物柴油是一种重要的生物质柴油机替代燃料。生物柴油与柴油的主要燃料性质相近,可以直接或以掺混的方式用于柴油机。生物柴油同时也可以作为乙醇与柴油混合时的乳化剂。我们将一定比例的生物柴油、乙醇混合,作为含氧添加成分与柴油混合,并将这种混合燃料称为生物乙醇柴油(BE-diesel)。生物乙醇柴油在燃料性质上优于单纯的生物柴油或乙醇与柴油的混合燃料。乙醇和生物柴油的性质决定了它们作为柴油机燃料具有很强的互补性。乙醇的低凝固点有利于改善生物柴油的低温流动性;生物柴油的十六烷值比柴油的高,在一定的乙醇添加比例范围内,混合燃料无需再添加着火改进剂来提高十六烷值。在两台柴油发动机台架上对生物乙醇柴油的排放特性和发动机特性考察的结果显示,生物乙醇柴油对发动机动力性能和经济性能影响不大,却大大降低了柴油机PM排放,最大降低幅度57%;但略微增加了NOx排放。对生物乙醇柴油排放尾气中的13种主要羰基化合物测定的结果表明,其尾气中的主要羰基化合物种类与使用柴油时的排放相似,以甲醛、乙醛、丙醛和丙酮为主。随测试工况的不同,生物乙醇柴油排放尾气中的总羰基化合物浓度对于柴油增加1~22%不等。台架实验的结果表明,生物乙醇柴油可以直接用于现行柴油机。   Ag/Al2O3-乙醇还原剂组合体系对选择性催化还原NOx有很高的转化效率。但是在净化NOx的同时,会同时产生大量的CO。我们成功开发了氧化催化剂Cu/TiO2催化剂,可以很好的去除净化NOx过程中产生的CO和残留HC。   在上述研究的基础上,我们将生物乙醇柴油与配有后置氧化催化剂的Ag/Al2O3-乙醇还原剂组合后处理体系结合,在柴油发动机台架上考察了对污染排放的削减情况。欧Ⅲ十三工况加权平均结果证明,二者的结合达到了在无颗粒物过滤器情况下同时降低PM和NOx的效果,削减率分别为40%和72%。同时,考察不同氧化催化剂组合对PM组分的影响发现,氧化催化剂对PM排放的影响实际上是对PM中硫酸盐组分和可溶性有机成分(SOF)影响的综合结果。含有贵金属催化剂的氧化催化剂组合在大幅度降低PM中SOF的同时大量增加了硫酸盐成分,导致PM净结果显示为增加。Cu/TiO2催化剂大幅度降低PM中的SOF,只少量增加硫酸盐,而最终使PM减少。
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