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掺醇燃料发动机非常规有害排放物甲醛的分析

文档作者：栾天文档来源：海南大学机电工程学院		点击数：	更新时间： 2024年09月03日
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掺醇燃料发动机非常规有害
排放物甲醛的分析
栾天
(海南大学机电工程学院，海南儋州571737)
摘要：随着石油资源的日益减少，醇类燃料作为汽车的代用燃料，在我国有着广泛的应用前景。发动机采用醇
类清洁燃料代替传统汽油、柴油虽然降低了传统发动机常规排放污染物的含量，但它们的非常规排放污染物(甲
醛、乙醛、甲醇、乙醇、1，3一丁二烯、苯等)的排放浓度往往高于传统发动机的排放水平。甲醛是甲醇不完全燃烧的产
物，对人体健康和大气环境均存在危害。因此，准确枪测发动机掺烧醇类燃料时尾气中的甲醛含量，研究甲醛的生
成机理对控制甲醛排放、推广醇类燃料是十分必要的。
关键词：发动机；醇类燃料；非常规排放物；甲醛
中图分类号：TK09 文献标志码：A 文章编号：100卜5523(2011)04一0040—03
、一年来，传统的汽油、柴油发动机日益面临着石油近蒺霎黧焉鬈篙纂
料．是理想的石油替代产品。但是掺醇燃料发动机的一种主
要非常规有害排放物是甲醛，它对人体、动物会造成不利的
影响。国内外对于甲醇汽油燃料发动机的排放特性，尤其是
甲醛排放的研究少之又少。由于甲醛的不稳定性等因素，在
汽车(内燃机)排气中的测量方法目前还没有相应的国家标
准。因此，研究掺醇燃料发动机排气中的甲醛检测分析方法
是必要的，这有助于准确检测掺醇燃料发动机尾气中的甲醛
含量，从而对甲醛排放进行有效控制。
1醇类燃料的研究现状和应用前景
1．1甲醇燃料
甲醇汽油是甲醇燃料的主要形式。国外于20世纪70年
代，德国、美国、日本等国先后进行甲醇燃料及甲醇汽车配套
技术的研究开发。在70一80年代期间，德国就推出了甲醇汽
车，德国大众汽车公司还在中国推出M100甲醇燃料示范
车。美国重点开发M85、M100专用甲醇燃料汽车。
中高浓度的甲醇汽油混合燃料(甲醇含量在15％～85％
之间)是今后甲醇燃料的发展趋势。但是由于受甲醇理化特
性的限制，甲醇一汽油混合燃料仍然普遍存在着材料相溶
性、毒性、金属腐蚀性等世界性的技术难题，使甲醇的掺合比
例无法提高，不能获得更多的经济效益。美、德、日、加等国早
在20世纪70年代就开始这项研究，但仍未从根本上解决这
几大难题11】。
我国在甲醇燃料的研发起步较早。上世纪70年代初期
就有大专院校、科研部门和汽车制造企业开始了甲醇燃料汽
车的研究工作，并取得了一定进展Ill。随着国家产业政策的出
台，甲醇燃料的产业发展前途光明。
1．2乙醇燃料
国外，车用乙醇汽油的生产和使用技术已经十分成熟。
19()8年，美国的亨利·福特设计并制造了世界上第一台以乙
醇为燃料的汽车。20年代初巴西开始在汽车中燃用乙醇汽油
混合燃料。30年代，美国、德国、法国、新西兰等国也开始了乙
醇汽油混合燃料的应用。70年代第二次世界石油危机后，世
万方数据
界各国从寻找替代燃料的目的出发，纷纷开展一系列掺醇汽
油、纯乙醇代替车用汽油的研究工作，其间，巴西、美国等国
家曾先后推广使用了含10％、22％、85％等不同比例乙醇的车
用燃料。目前，巴西市场上汽油只有两种，即躺乙醇含量的
乙醇汽油和纯乙醇燃料；美国市场上则是以1晰乙醇含量的
乙醇汽油为主日。
2000年以前．我国开展乙醇燃料的研究及应用工作并不
多。“八五”期间．在交通部能源管理办公室的支持下，交通部
属有关科研机构对乙醇作为车用燃料进行了一系列的研究。
其中．1985年云南省科委和云南交通科学研究所进行了E60
乙醇汽油的发动机台架及整车试验；198扣1990年福建省交
通科学技术研究所开展了E20乙醇汽油的应用研究；交通部
公路科学研究所先后进行了E20、E40、E60和E100乙醇汽油
应用研究等Ⅷ。今后我国应该大力研发以经济农作物为主要
原料的燃料乙醇技术，降低成本，使燃料乙醇技术能够广泛
推广使用。
2甲隧的基本性能与生成机理
甲醛的化学分子式为HcHo．分子量为3003。是一种无
色、有强烈刺激性气味的气体。气体相对密度1 067．液体相
对密度为o 815(一20℃)，溶点一92℃．沸点一19 5℃，易溶于
水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。
其40％的水溶液称为福尔马林．此溶液沸点为19℃。在室温
时极易挥发，随着温度的上升挥发速度加快。
醛类存在于碳氢燃料部分氧化的产物中．主要包括甲醛
(HcHo)，乙醛(cH，cHo)，丙醛(c：H5cHo)．丙烯醛
(c2H3cHo)，丁醛(c封，cHo)等。其中主要是甲醛及丙烯醛，
使排气产生臭味和具有较强的刺激性。
甲醛具有生殖毒性，能降低免疫力。对动物具有致畸、致
突、致癌作用。甲醛可通过饮食、呼吸或皮肤接触等过程进入
人体。国际癌症研究协会已建议将甲醛作为可疑致癌物对
待。甲醛的急性毒性表现为对皮肤、眼睛和呼吸道的强烈刺
激作用及中枢神经系统的麻醉作用。低浓度的甲醛可导致结
膜炎濞炎、咽炎等，浓度高时可发生喉痉挛、肺水肿、肺炎及
死亡H。
一般认为，发动机排放物中甲醛的排放主要来自气缸和
排气系统中未燃Hc的部分氧化。其中，排气管道对甲醛的
排放有一定的影响。排气管道中气体的流动状况比较复杂，
温度范围大约在1 500一800K之间，滞留时间约几毫秒。在
较高温度下。Hc和cH20可能完全氧化生成co和co：；
万方数据
在温度较低时，化学反应速率会极低．以至排气成分没有明
显变化目。
3汽车尾气中醛类排放检测的现状
当前汽车尾气排放法规中所控制的有害排放物主要为
co、Hc、Nox和PM这四类。国家环境保护总局对这些排
放物推荐的检测方法分别为：Hc采用氢火焰离子法。co采
用非分光红外线法，Nox为化学发光法，PM为滤纸过滤称
重法。随着人们生活水平的提高，替代燃料使用量的增加。人
们环保意识和健康意识的增强，排放标准日趋严格．加强对
汽车尾气中醛类的检测和净化已引起人们的高度关注。
目前美国环保局将高效液相色谱法作为分析甲醛及其
它羰基化合物的标准方法。商业上有专门涂布好二硝基苯肼
(DNPH)的硅胶管和c18柱，而且有20多种常见的羰基化
合物的DNPH衍生物的单个或混合标准样品。
国内目前对汽车尾气中醛、酮类污染物的检测方法较
多．但多处于探讨阶段，没有形成统一标准。对于内燃机排放
中醛类物质的检测，目前大多数的分析方法都是利用醛、酮
化合物与2，4一二硝基苯胼(DNPH)在酸性介质中发生具有
高度特异性化学反应的性质．利用2。4一二硝基苯肼∞NP蛐
与醛、酮类化合物反应生成稳定的衍生物2，4一二硝基苯腙。
对所生成的DNPH衍生物溶液萃取后进行气相色谱或液相
色谱分析，从而测定大气中或发动机排放物中的醛、酮污染
物的含量H。
4汽车尾气中醛类排放的分析及结论
发动机燃用汽油、柴油和醇类燃料时。排气中都存在甲
醛污染物。且随着燃料中甲醇或者乙醇含量的增加，甲醛排
放总体也呈增加的趋势。甲醇汽油、乙醇汽油的甲醛排放量
高于普通93号汽油。而且，同一转速下，随着节气门开度的
增加，甲醛排放量总体上呈一个先上升再下降的趋势，节气
门开度30％附近甲醛排放量最大。分析其原因，在小负荷时，
发动机气缸内充入的混合气数量较少。燃烧进行得比较完
全，甲醛排放减少；大负荷甲醛排放量的下降主要是因为温
度的上升，高温是不利于甲醛的生成。甲醛排放控制技术、测
试方法、测试仪器设备及今后可能出现的标准体系、限值等
是一个急待研究的课题目。
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收稿日期：2011一05—24

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