甲醇汽油車輛排放對(duì)空氣質(zhì)量影響研究

壽業(yè)濤，武濤

?

甲醇汽油車輛排放對(duì)空氣質(zhì)量影響研究

壽業(yè)濤，武濤

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710000）

為明確甲醇汽油車輛排放對(duì)空氣的影響，文章分析了甲醇汽油混合燃料汽車尾氣排放特性，進(jìn)一步探討了它對(duì)空氣質(zhì)量的作用。通過對(duì)城市中的真實(shí)交通狀況下甲醇汽油車輛的尾氣排放進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)比普通汽油排放結(jié)論做出說明。這些排放物增加會(huì)從負(fù)面影響到空氣質(zhì)量和行人健康。

甲醇汽油；排放特性；空氣質(zhì)量

1 研究背景及意義

我國(guó)在70年代初關(guān)于甲醇燃料汽車的研究工作開始?！傲濉逼陂g，國(guó)家組織進(jìn)行M15-M25甲醇燃料研究試驗(yàn)。從06年起至今，國(guó)內(nèi)外主要針對(duì)甲醇汽油理化特性、甲醇汽油使用特性及燃燒過程、不同摻混比例甲醇汽油車輛的排放特性、不同工況下甲醇汽油排放特性、甲醇汽車非常規(guī)污染排放、甲醇燃料添加劑、甲醇燃料車輛尾氣處理等方面進(jìn)行了試驗(yàn)和研究。

本篇文章就是在甲醇及其混合燃料理化特性的基礎(chǔ)上，通過分析甲醇汽油車輛尾氣標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)污染物的排放特性，討論甲醇汽油車輛排放對(duì)空氣質(zhì)量的影響并簡(jiǎn)述這種影響對(duì)行人健康產(chǎn)生的危害。希望能對(duì)甲醇汽油車輛的發(fā)展和未來是否推廣提供一些實(shí)質(zhì)性的依據(jù)。

2 甲醇汽油車輛排放特性研究

2.1 不同比例甲醇汽油的常規(guī)排放

圖1分別給出了低醇汽油M5、中型汽油M15和M30的常規(guī)排放情況。

隨著甲醇摻混比增大，碳?xì)渑欧烹S著而減小，隨著負(fù)荷的變化沒有明顯變化。因?yàn)榧状贾泻趿扛?，燃燒更為充分，使用催化劑前的碳?xì)浠衔锷闪吭絹碓叫！?/p>

隨著甲醇摻混比增大，負(fù)荷增加，溫度升高，氧氣濃度大，氮氧化合物排放增大，而全負(fù)荷有所下降是因?yàn)槿加图訚馑?。汽油、M5、M15和M30的氮氧化合物排放大致相近。

隨著甲醇摻混比增大，CO在不同甲醇摻混比下，排放基本一致，隨著負(fù)荷的變化也沒有明顯變化。

圖1 不同摻混比下常規(guī)排放物負(fù)荷特性對(duì)比

2.2 不同比例甲醇汽油的非常規(guī)排放

圖2顯示汽油、M15、M30在常溫下主要非常規(guī)污染物（醇醛酮、芳香烴和烯烴三大類）的平均排放水平。

隨著燃料中甲醇比例的增加，甲醇和甲醛排放成比例地增加，乙醛和丙酮排放基本保持不變。與汽油車輛相比，M30的甲醇排放高出310%，M15高出了120%。M30的甲醛排放高出30%，M15搞出了10%。這表明甲醇在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒不夠充分，在尾氣仍有大量未燃甲醇排放和甲醇不完全燃燒的中間產(chǎn)物甲醛排放。

苯和甲苯排放隨著燃料中甲醇比例的增加而略有降低，但是幅度不大。3種燃料的二甲苯排放相似。M30的苯排放是汽油的92.7%，而M15是汽油的96.2%。M30和M15的甲苯排放約為汽油的95.8%和97.1%。

烯烴排放與燃料中甲醇比例成反比，說明甲醇能促進(jìn)烯烴的氧化反應(yīng)減少烯烴排放。

圖2 不同摻混比下常規(guī)排放物負(fù)荷特性對(duì)比

3 空氣污染物及其前置體分析

造成光化學(xué)煙霧的一次污染物主要是氮氧化物和碳?xì)浠衔铩３粞鯘舛鹊淖兓瘎t在很大程度上反映了光化學(xué)煙霧的生成情況。

反應(yīng)公式如下：

由上式我們可以得出：臭氧的生成主要與二氧化氮濃度、氧氣濃度以及波長(zhǎng)小于430nm的光波有關(guān)。光波波長(zhǎng)小于430nm的主要為紫色光以及紫外線。

碳?xì)浠衔铮℉C）被-OH、O和O3氧化，產(chǎn)生醛、酮、醇、酸等產(chǎn)物以及中間產(chǎn)物RO2-、HO2-、RC-O（酰基）等重要的自由基。過氧自由基引起NO向NO2轉(zhuǎn)化，并導(dǎo)致O3和PAN等氧化劑的生成（自由基傳遞形成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物，使自由基消除而終止反應(yīng)）。由于反應(yīng)使NO快速氧化成NO2，從而加速NO2光解，使二次產(chǎn)物O3凈增。同時(shí)RO2-（如丙烯與O3反應(yīng)生成的雙自由基CH3C-HOO-）與O2和NO2相繼反應(yīng)產(chǎn)生過氧乙酰硝酸酯（PAN）類物質(zhì)。

可以認(rèn)為上述反應(yīng)為簡(jiǎn)化后的光化學(xué)煙霧形成的基本反應(yīng)。

4 甲醇汽油車輛排放的影響以及控制汽車尾氣的技術(shù)措施

4.1 甲醇汽油車輛排放的影響

甲醇進(jìn)入人體后對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)可產(chǎn)生永久性損害,嚴(yán)重時(shí)可致命。其代謝產(chǎn)物甲酸是無色、具有強(qiáng)烈氣味的刺激性氣體,長(zhǎng)期吸入少量甲酸,能引起慢性中毒,出現(xiàn)黏膜充血、皮膚刺激癥等。甲醛對(duì)人體健康的毒性主要表現(xiàn)在刺激、過敏、對(duì)嗅覺的損害以及對(duì)肝、肺和免疫功能的損害等。

醛酮類化合物(carbonyl一氧化碳mpounds)作為大氣中一類重要易揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，對(duì)大氣中二次有機(jī)氣溶膠的形成具有一定貢獻(xiàn)，對(duì)人體健康具有直接負(fù)面影響。

4.2 控制汽車尾氣的技術(shù)措施

（1）革新燃油類型，對(duì)甲醇等新型燃料推廣。

（2）優(yōu)化汽車進(jìn)氣裝置，提高混合氣燃燒率，減少常規(guī)排放；

（3）使用三效催化劑進(jìn)行排氣處理，去除尾氣中有害物質(zhì)。

[1] 王真.不同比例甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與排放特性試驗(yàn)研究.清華大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2010.5.

[2] 邱兆文.李亞林.鄧艷寧.乙醇柴油車輛排放對(duì)空氣質(zhì)量影響分析.長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院.寧波工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院.

[3] 龔豪.淺談汽車尾氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響.長(zhǎng)沙理工大學(xué)資源與環(huán)境2013.12.

[4] Liu Shenghua. Eddy R C. Hu Tiegang et al Study of Spark Ignition Engine Fueled with Methanol/Gasoline Fuel Blends[J].Applied Ther -mal Engineering,2007, 27 (11):1904-1910.

[5] 張凡,王建昕.甲醇汽油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放特性研究.清華大學(xué)動(dòng)力工程及工程熱物理 2010.4.

[6] 汪文瑞,土坤.土小榮等.甲醇對(duì)甲醇汽油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)碳?xì)渑欧咆暙I(xiàn)率的定量研究.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào).2014.3.

Research on the Influence of Methanol Gasoline Vehicle Emissions on Air Quality

Shou Yetao, Wu Tao

( Chang 'an University Automobile School, Shaanxi Xi'an 710 000 )

In order to clarify the influence of methanol-gasoline vehicle emissions on air, this paper analyzes the emission characteristics of conventional and unconventional pollutants in methanol-gasoline blended fuel, and discusses its effect methods and influence on air quality. The tail gas emissions of methanol-gasoline vehicles are tested against the actual traffic conditions in the city, and the conclusions are compared with the conclusions of ordinary gasoline emissions. These increases in emissions will have a negative impact on air quality and pedestrian health.

Methanol gasoline; Emission characteristics; Air quality

U473.9

B

1671-7988(2018)16-83-02

B

1671-7988(2018)16-83-02

CLC NO.: U473.9

壽業(yè)濤，長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，在讀研究生。武濤，長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，在讀研究生。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.030