甲醇_汽油混合燃料发动机非常规排放成分测量方(2)

58 内燃机学报第24卷第1期

非常高的辛烷值,适用于点燃式汽油机。已有的研究成果表明,汽油机燃用甲醇或甲醇/汽油的混合燃料,发动机的动力性和经济性改善,尾气中的CO、HC和NOx排放降低,但排气中含有较多的甲醇、甲醛等非法规有害排放物;当使用排气后处理器可以大大降低其排放浓度,该部分研究结果见表1

[1-2]

能用来测量尾气中的未燃醇、醛等有害气体排放。气相色谱仪是一种被化学微量分析广泛应用的检测设备,通过对标本样品的校核,利用相应的色谱柱和FID或TCD检测器可以测量多种低浓度的有害排放物,如:甲醇、甲醛、乙醇、乙醛、NO、CO等。

本文试验研究使用岛津(香港)公司的GC 2010气相色谱仪,甲醇标准样品以氮气作为平衡气,其他标准样品由分析纯溶液稀释得到。检测过程在GC 2010色谱工作站控制下进行。系统采用FID检测器,PEG 20M色谱柱,直接无分流进样方式,单次进样量为500 L,载气为氮气,氢气流量为47mL/min,空气流量为400mL/min,FID温度为210 ,进样口温度为180 ,填充柱温度为120 保持12min。

。

表1 甲醇发动机的非常规气体排放Tab.1 Non regulatedpollutantsfrommethanol/

gasolineSIengine

M95

M95

M100

汽油

汽油

(催化前)(催化后)(催化后)(催化前)(催化后)

甲醇/(g/km)甲醛/(mg/km)PAH/(mg/km)

3.401106

1.30203

0.256~30

20~4030~170

23

1 气相色谱检测原理

甲醇本身有一定的毒性,甲醛的危害更大。世界卫生组织曾明确规定甲醇和甲醛是严重危害人们身体健康的化学物质。根据动物实验结果推至人在接触39.3~65.5g/m的甲醇蒸气30~60min是危险的。甲醛具有强烈的致癌和促癌作用,大量文献记载,甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。当空气中甲醛的浓度达到0.06~0.07mg/m3时,会发生轻微气喘;达到0.1mg/m3时,就有异味和不适感;达到0.5mg/m3时,可刺激眼睛,引起流泪;达到0.6mg/m3,可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时,可引起恶心呕吐,咳嗽胸闷,气喘甚至肺水肿;达到230mg/m甲醛最高浓度为0.08mg/m(0.06 10)。

国内虽然对于甲醇/汽油混合燃料发动机的燃烧特性也开展过一定的研究,但对其排放特性尤其是非法规甲醇、甲醛排放的研究尚未见报道。又由于甲醛等的不稳定性等因素,在汽车(内燃机)排气中的测量方法也无相应的国家标准,因此非常有必要开展甲醇/汽油混合燃料发动机排气中的醇、醛检测分析方法的研究,开展发动机排放特性的研究,以建立相应的测试方法,掌握排放规律,并研究和提出控制方案。

在使用甲醇作为石油替代燃料时,可以继续使用一般的仪器设备测量发动机的排放,但却不

发动机排气经直接采样从样气注入口注入仪器,与从载气入口进入仪器的氮气混合后流入装有填充剂的色谱柱中。由于样气的不同组分对色谱柱中的填充剂的亲和力不同,在载气的推动下被分离。亲和力弱的组分,很难被滞留在填充剂中,首先流出色谱柱;反之,亲和力强的组分流出的较晚。在色谱柱的出口装有FID检测器,不同亲和力的物质在不同时间流出色谱柱,形成色谱峰,色谱记录仪记录检测器输出的这些色谱峰信号[3-5]。

3

-6

3

3

气相色谱仪(GC)是利用各种分子不同的吸附、分离和交换能力对混合气中的不同成分进行分离并用相应监测器进行检测的仪器,其工作原理示意图如图1所示。

时,会立即致人死亡。在室内环境下,我国允许的

图1 GC工作示意图Fig.1 GCworkingsketchmap