乙醇汽油

2024-05-13

乙醇汽油（精选九篇）

乙醇汽油篇1

乙醇是一种来源非常广泛的可再生生物燃料,与汽油混合形成乙醇汽油用作汽油机替代燃料可以改善发动机性能,降低发动机排放[1,2]。发动机燃用相同化学能的乙醇燃料时,不仅能保持原功率和热效率,还可以降低发动机的HC、CO和NOx等常规排放物的排放量[1,2]。然而,发动机燃用乙醇汽油时除了会产生常规排放物之外,还会产生大量的非法规排放物乙醇[3],所以研究发动机燃用乙醇汽油时发动机的乙醇排放特性非常重要。

对于发动机燃用乙醇燃料的研究已经非常广泛[1],但现有文献中发动机燃用乙醇汽油的研究都只局限于某一固定混合比的乙醇汽油,并且只对发动机在某个、某些特定转速和负荷下的排放特性进行研究,研究系统性很差[3]。现有文献基本认为发动机燃烧乙醇汽油可以降低发动机的HC排放,但对于具体降低程度给出数据各不相同,同时也没有定量给出乙醇含量对于发动机HC排放的影响。即发动机HC排放中甲醇及其他汽油来源性HC各自的含量及它们随发动机负荷、转速和排气温度变化规律研究很少,需要进行更深入的研究。

在一台江铃汽车公司生产的JL368Q3 型三缸电控火花点火发动机上进行了发动机燃用不同掺混比的乙醇汽油时的排放试验。试验分析了排气中乙醇来源性和汽油来源性HC排放的含量,得出乙醇和汽油对于HC排放的贡献。

1 试验台架

试验发动机为江铃汽车公司生产的JL368Q3型发动机,其基本参数见表1。

试验用汽油为西安市市售商用标准汽油,其研究法辛烷值为93,乙醇选用纯度99.9%的分析纯乙醇。乙醇汽油中乙醇体积分数为10%、20%和85%,分别命名为E10、E20和E85。试验中无需添加任何助溶剂。由于高纯度乙醇很容易吸收空气中水分造成相分离,因而每次试验中均需重新配制燃料。

乙醇的低位发热量只有汽油的62%,发动机燃用乙醇汽油时尤其燃用E85燃料时发动机功率下降非常严重。发动机ECU自身可以通过调节喷油脉宽以调节供油量,保证缸内混合气始终在理论空燃比附近,所以燃用E10和E20燃料时发动机供油系统未经任何改造;当发动机燃用E85燃料时,靠喷油脉宽来调节供油量已经不能满足喷油量增大的需要,必须改变供油参数来恢复发动机功率。试验中将喷射压力由0.30MPa增大至0.45MPa,将原喷油器更换为适用于东风雪铁龙1.6L汽油机的喷油嘴。经上述改造,发动机的喷油量增大至原喷油器的1.75 倍,满足了发动机燃烧高比例乙醇汽油的需要。

2 试验方法

2.1 试验工况

发动机工况设置如图1 所示,这些转速和扭矩组成工况点矩阵。

2.2 排放物检测

试验中HC排放采用HORIBA MEXA-7100DEGR气体分析仪检测,乙醇采用日本岛津公司生产GC-2010气相色谱仪检测。气相色谱仪采用直接进样,选用Gs-OxyPLOT极性毛细柱(10 m×0.53 mm I.D.×10μm,安捷伦科技有限公司)和脉冲放电氦离子化检测器(Ar-PDHID,型号D4-I-SH-17R,VICI)。色谱条件:进样口的温度为150℃;柱温为90℃,保留1min后以20℃/min速率升温到180℃,保温0.5min;PDHID检测器温度为180℃,载气为纯氦气,流速为100cm/s(10.45mL/min);放电气为氦气掺混2%氩气,流量为30mL/min;尾吹为3mL/min;分流比为5∶1;六通阀进样为500μL;单次分析时间为6.0min。

试验中用材质为氟聚合物-乙烯-丙烯(FEP)的气体采样袋收集排气,检测时将其加热至80 ℃,以防止水、乙醇(C2H5OH)凝结,具体操作和可行性在文献[5]中已经描述。另外,为更准确地反映未燃HC排放特性,采样前使发动机在待测工况下稳定运行3min保证发动机稳态运行,所有废气的检测及采样均在三元催化转化器前进行,发动机排气温度选用K型热电偶测量并在排气口外1.0m处进行。

3 结果与讨论

3.1 可行性讨论

由化学反应动力学机理知,自由基C2H5O结合游离的H原子也会生成乙醇[6,7],但是缸内高温氧化会使作为中间产物的C2H5O很快被消耗,因此作为中间产物C2H5OH浓度非常低,很难检测到。因而发动机燃烧乙醇汽油过程中,排气中检测到的乙醇排放均可视作来源于燃料中的乙醇,形成这些乙醇可能的途径有壁面淬熄、狭隙效应、润滑油膜吸附与解吸和燃烧室沉积物的影响等。

发动机燃用不同体积分数乙醇汽油时,其乙醇的排放特性受发动机排气温度和转速共同影响,排气温度影响氧化消耗速率,转速不仅影响氧化速率还影响排气在高温区滞留时间。

3.2 低比乙醇汽油

C2H5OH排放率随发动机的转速和转矩的增大而减小,如图2所示。这主要是因为随着发动机转速和扭矩增大,排气温度(Tex)增加,氧化反应速率加快,虽然转速增加使排气在高温区域滞留时间变短,但排气温度对排气后氧化作用更大。

图3为发动机乙醇排放特性随排气温度的变化关系。由图3可见,乙醇的排放量随排气温度变化的关系逐渐趋于一条指数曲线,这条指数曲线如式(1)所示。

发展乙醇汽油产业篇2

发展乙醇汽油产业

乙醇在化工、医药、生物教学与科研以及日常生活中有多方面实用价值.一些国家按10%比例将乙醇与汽油混合制成的`E10汽油,可节约6%左右的石油.传统的甲基叔丁基醚增氧剂面临被淘汰,乙醇作为燃料汽油的增氧添加剂有非常重要的价值.

作者：罗明典作者单位：中国科学院微生物研究所刊名：精细与专用化学品英文刊名：FINE AND SPECIALTY CHEMICALS年，卷(期)：11(21)分类号：F4关键词：乙醇汽油增氧添加剂甲基叔丁基醚

乙醇汽油篇3

武昌火车站附近一家货运公司的大货车司机王光明对记者说了一件“麻烦的事情”，即武汉即将禁售普通汽油，代之以车用乙醇汽油。他说：“我常年跑武汉到恩施这条线，在武汉加了车用乙醇汽油，到了恩施(恩施不在乙醇汽油试点范围内)怎么办?再说，汽油中掺杂燃料乙醇，会不会对汽车的零部件造成腐蚀?这条路山高路陡，会不会造成动力不足?”其实，很多司机都对此心存疑虑。那么使用车用乙醇汽油，会不会出现王光明担心的那些情况呢?国家大规模地推广使用车用乙醇汽油是出于什么考虑?有哪些潜在的问题呢?

八部委两次联合下文

根据国家发改委、财政部、国家税务总局、公安部、国家工商总局、国家质监总局、国家环保总局等八部委联合下发的文件，从2005年4月1日起，安徽将加入河南和东北三省封闭推广车用乙醇汽油、禁止销售普通汽油行列。另外，湖北九个地市和山东七个地市、江苏五个地市、河北六个地市成为局部试点城市。到2005年底，上述各省、市辖区范围将基本实现车用乙醇汽油替代普通汽油。

记者赴“湖北省推广使用车用乙醇汽油办公室”采访时，该办公室的工作人员正在加班加点地落实《湖北省车用乙醇汽油推广使用工作方案》和《湖北省车用乙醇汽油推广使用工作实施细则》。办公桌上摆着电脑和各种各样的文件，电话铃声一阵接着一阵。该办公室的一位工作人员对记者说：“这是国家八部委第二次联合下文推广使用车用乙醇汽油，跟上一次相比，这一次规模更大。范围更广，几乎覆盖了所有的粮食大省。”

所谓车用乙醇汽油，通俗地讲，是用10％的燃料乙醇与90％的组分汽油调和而成的一种新型燃料。据了解，2001年上半年，我国就将河南的南阳、郑州、洛阳以及黑龙江的哈尔滨、肇东五个城市列入了车用乙醇汽油使用的试点城市。这一年的7月，国家八部委联合下文颁布《车用乙醇汽油使用试点方案》和《车用乙醇汽油使用试点工作实施细则》，由此，车用乙醇汽油在上述五个城市正式“粉墨登场”。2004年底，河南及东北三省又开始在全省范围内实施“封闭推广”计划。

我国何以如此大规模、大范围地推广使用车用乙醇汽油?中石化集团副总经理。中科院院士曹湘洪告诉记者：“2004年6月，一汽集团的专门试验表明，车用乙醇汽油的动力性能和油耗与普通汽油基本持平，但车用乙醇汽油中加入了10％的燃料乙醇，可以大大减少汽油的用量。因此，它的推广使用可以缓解我国石油短缺的局面。”

他还说：“我国是石油生产大国，也是石油消费大国。但是，随着经济的发展，石油产量增长已赶不上石油消费的快速增长，每年净进口石油量已占全国石油消费总量的37％以上，而绝大多数的石油都消耗在了车上。近几年，我国一直在寻找适合我国国情的车用替代燃料。于是，含有燃料乙醇，能够带动农业发展的车用乙醇汽油应运而生。”

另据称，目前我国的粮食出现了阶段性结构性过剩，一方面国家拿出400亿建库存粮，同时每年拿出100亿元作补贴，财政不堪重负。仅全国小麦第一大省河南，产量常年稳定在4000吨，每年就有500万吨左右的粮食转入库存。由于车用乙醇汽油中的燃料乙醇是用粮食提炼而成，这样，可以解决困扰，我国多年的陈化粮的问题。

最新公布的《燃料乙醇及车用乙醇汽油“十五”发展专项规划》显示，仅此次扩大试点车用乙醇汽油所需的燃料乙醇就达102万吨。为此，国家先后投资兴建了四家专业生产燃料乙醇的厂家，即黑龙江华润酒精有限公司、河南天冠集团、吉林燃料乙醇有限责任公司、安徽丰原生物化学股份有限公司。

河南天冠集团推广燃料乙醇办公室的业务员曹元浩还为记者算了一笔帐：每生产1吨燃料乙醇大约需3．5吨陈化粮。那么，102万吨燃料乙醇则可消化陈化粮357万吨。

另据权威部门验证，燃料乙醇具有自供氧性，可增加汽油的含氧量，使汽油燃烧更充分。使用含有10％燃料乙醇的车用乙醇汽油，可减少汽车尾气CO排放量30％以上、CH排放量10％，使汽车尾气中氮氧化物、酮类。苯系物等污染物浓度明显降低。同时，车用乙醇汽油在调配过程中加入了适量的防腐剂，不会对汽车的零配件产生腐蚀作用。

难免遭遇“阵痛”

按照规定，车用乙醇汽油由政府指定的销售公司按技术标准统一调配，然后运送到各个加油站，最后予以出售。这里面还涉及到调配中心的建立、加油站的“清洗改造”，以及车辆油箱的清洗。靠近宜黄高速公路黄石段的一座加油站的老板称：“本来这条路上的加油站就多，竞争非常激烈，如果只卖车用乙醇汽油，用户不接受就不好办了。听说，还要掏1000多元钱‘改造清洗’加油站，太不划算了。”

天发石油股份有限公司驻武汉办事处曾在湖北全省的试点城市做过一个调查，结果有3096的加油站不愿进行“清洗改造”、销售车用乙醇汽油，而不愿清洗油箱、购买这种汽油的司机更是达到60g6以上。

“我们也经历过这样的‘阵痛’，南阳、郑州、洛阳三市的试点工作展开后，郑州的许多司机都到辖区外的加油站排队加普通汽油．市内的试点网点几次降价都无济于事。后来，我们调整战略，采取，按计划实施，分步骤推进，的方式，推动起来就顺畅多了。”河南省推广使用车用乙醇汽油办公室宣传组的张女士说。据其介绍，该省调整战略后，其试点工作经历了试用(2001年6月～2002年6月)和使用(2002年6月～2003年6月)两个阶段。试用阶段，南阳、郑州、洛阳三市各选取了5个加油站，由党政机关和财政全供事业单位先行使用，以此积累经验。使用阶段，上述三市扩大使用对象，整个中心城区试点工作由此全面启动。到2004年5月20日前，南阳、郑州、洛阳均实现城乡一体化封闭运行。2004年12月，河南全省开始从使用普通汽油转向使用车用乙醇汽油。

辽宁省推广使用车用乙醇汽油办公室的一位负责人表示，该省“封闭推广”车用乙醇汽油最终得以实施，关键在于“有一套操作性强的规章制度”。该省除了组织制订了《辽宁省车用乙醇汽油推广使用工作方案》《辽宁省车用乙醇汽油推广使用实施细则》等制度外，省政府还专门下发了第174号令，规定除工业生产所需、军队特需和国家特种储备外，省内的加油站若购入和销售普通汽油将被视为非法，并由工商部门责令其改正，并处以5000元以上3万

元以下的罚款。“也许有人认为这是‘行政铁腕’手段，其实，这叫‘先结婚、后恋爱’。”这位负责人风趣地说。

中石油湖北省销售分公司推广使用车用乙醇汽油办公室主任简念秋称：“湖北也制订了一系列详尽的制度，并针对加油站、司机编印了一套有关车用乙醇汽油使用的通俗读本，届时会向社会发放。”

一项长期战略

在采访中，不断有业界人士指出：燃料乙醇的成本居高不下，会不会影响车用乙醇汽油的推广使用？我国将燃料乙醇作为替代能源，其原材料是否充足？

据了解，目前每生产一吨燃料乙醇的成本约为4000元，但是将其卖给石油公司，按文件要求，每吨的价格是国家发改委公布的同期型号汽油出厂价乘以0．9111，算下来不到3000多元。因此，国家不得不拿出大笔资金对厂家进行补贴。如试点期间，免征生产调配车用乙醇汽油用燃料乙醇5％的消费税，对生产调配车用乙醇汽油用燃料乙醇的增值税实行先征后返，对生产调配车用乙醇汽油用燃料乙醇所使用的陈化粮，享受陈化粮补贴政策；执行补贴政策后，燃料乙醇生产和燃料乙醇在调配、销售过程中发生的亏损，由国家按保本微利的原则给予补贴等等。

全国推广使用车用乙醇汽油领导小组一位负责人说，国家通过补贴的办法来鼓励燃料乙醇的生产，正是为了提高车用乙醇汽油市场竞争能力。在发展车用乙醇汽油已经成熟的西方国家，最初也是通过政府补贴的办法来鼓励生产和消费的，只是在人们接受了以后的价格才高于汽油的。从长远看，推广车用乙醇汽油最大的受益者最终是国家。

我国是农业大国，为生产车用乙醇汽油提供了先决条件。目前，我国的燃料乙醇的生产，暂时定位以消耗陈化粮为主，今后将考虑甘蔗、玉米、小麦或薯类等其他粮食商品作原料。

经统计，全国汽油年消耗量约3600万吨，如果加入10％燃料乙醇，将其全部变为车用乙醇汽油，则可消耗粮食1000多万吨，使农民增加100亿元的收入。

广西农业科学院院长李杨瑞透露说：“国家有关部门最近要求广西、广东两省区着手研发车用甘蔗燃料乙醇。我国目前已经能够用玉米、陈化粮生产车用燃料乙醇，但采用甘蔗生产车用燃料乙醇还是一片空白。若技术攻关成功，成本控制得当，我国采用甘蔗生产燃料乙醇，将会有很好的发展前景。”

据称，1975年巴西就成功地用甘蔗为原料开发出了燃料乙醇，且燃料乙醇的比例占车用乙醇汽油的20％以上。眼下，该国使用车用乙醇汽油的汽车达1550万辆。另外，湖北省汽车工业协会一位专家呼吁：我国应加强燃料乙醇对在用车的适应性研究，加强燃料乙醇在高温或高寒、高湿地区的应用试验研究。国内汽车工业应尽快把握这一商机，加快对车用乙醇汽油的研发步伐。这不仅是应对世界汽车工业激烈竞争的需要，更是推广车用乙醇汽油的一个重要方面。

乙醇汽油车辆排放试验研究篇4

关键词：汽车,乙醇汽油,排放

乙醇是基本的有机化工原料之一, 自上世纪70年代美国、巴西等国家开始将乙醇用作车用燃料以来, 乙醇燃料的应用技术已日趋成熟。目前, 在我国推广使用车用乙醇汽油具有重要的战略意义:它可以缓解国内石油紧缺的矛盾;可以有效解决玉米等粮食的转化, 促进农业生产良性循环, 更有利于环境的改善等。国家对乙醇汽油的推广使用工作也相当重视, 国家计委会同国务院有关部门、单位和试点地区在乙醇汽油的推广使用上作了大量细致的工作, 并已取得了阶段性进展。因此, 乙醇汽油汽车在我国的普及应用已指日可待, 且其市场前景广阔。

本文结合国内外乙醇燃料的研究及使用情况, 进行了无铅汽油和E10乙醇汽油排放对比试验, 并对其结果进行了分析和讨论。

(一) 乙醇的理化性质

表1为几种燃料的主要理化性质的对比。其中, 影响发动机性能的主要有以下几个方面。

1. 化学成分及燃烧产物:

由于乙醇属含氧燃料, 其理论空燃比比汽油低, H/C值相对于汽、柴油较高, 所以醇燃料燃烧的产物中水较多而二氧化碳较少, 致使醇燃料发动机排气中含水量较高, 废气的露点温度较之汽油机的有所提高。

2. 热值:

醇燃料含氧, 热值比石油燃料低, 而醇燃料的理论空燃比也比石油燃料的低, 在理论空燃比下, 单位质量的醇燃料—空气混合气的热值与石油燃料混合气的热值基本一样。由于发动机功率与混合气热值有关, 因此, 发动机在燃用醇燃料时将供油量进行适当调整后将不会影响发动机的功率。

3. 辛烷值:

辛烷值是衡量奥托循环发动机燃料抗爆性能好坏的重要指标, 辛烷值愈高, 燃料的抗爆性就愈好。从表1中可明显地看出, 醇类燃料的辛烷值比石油燃料的高, 因此醇类物质既可作为良好的汽油机代用燃料, 也常用作提高汽油抗爆性的添加剂。

(二) E10乙醇汽油在整车上的排放试验研究

通过以上分析我们了解到乙醇汽油与无铅汽油存在一定的差别。为了深入了解乙醇汽油对现有车辆排放的特点, 选取一款国产轿车, 进行了E10乙醇汽油和无铅汽油的对比试验。试验内容为常规污染物排放对比。试验用油选用标号为93#无铅汽油和柳州E93#乙醇汽油, 试验用车参数如表2。

1. 整车排放性能对比试验

试验是在同一台车上进行的。分别燃烧93#无铅汽油及E10乙醇汽油, 按照GB18352.3—2004进行转鼓试验, 针对两种燃料, 分别进行3次试验, 取其中两组接近数据的平均值作为最终结果, 如表3。

从试验结果比较可以看出, 燃用E10乙醇汽油HC和CO的排放有明显改善, 分别下降了22.5%和29.4%, 而NOx却增加了9.1%。

从理论上分析, 乙醇分子比汽油分子小, 易于扩散, 与空气中的氧气能较好的混合, 而且乙醇分子本身就包含一个氧原子, 使燃料燃烧更加充分, 降低了尾气中HC和CO的排放。而NOx的产生需要两方面的条件, 高温和富氧。由于乙醇分子本身就含氧, 再加上空气中的氧, 容易在气缸中形成局部富氧区, 所以NOx的排放量有所增加。

2. 冷启动阶段排放分析

图1~图4分别给出了两种燃料启动阶段HC、CO、NOx、CH4四种污染物排放量的对比。从图中明显看出, 启动阶段E10乙醇汽油的四种排放污染物均高于汽油。对比表3整车污染物排放试验结果, 启动阶段排放恶化。

由表1可以看出乙醇的气化潜热明显要比汽油大得多, 越是汽油的2.7倍, 乙醇气化时吸收的热量比汽油大得多。这会引起发动机进气温度降低。

其次, 乙醇的比热容比汽油的大因此乙醇的加入使内燃机压缩终点温度降低, 影响发动机的冷启动。

另外, 乙醇的最小点火能量大于汽油, 则乙醇比汽油更难于点燃, 这就增加了乙醇汽油发动机冷启动的难度。

由以上分析得出, 由于乙醇物化性质的影响, 在启动阶段发动机运行不稳定, 出现排放恶化现象。

(三) 结论

在不改变整车结构的条件下, 直接使用相同标号的E10乙醇汽油:

1. 整车试验排放有较明显的改善, 其中HC和CO的排放量有明显的降低, 但是NOx略有增加。

2. 启动阶段排放有所增加。

由于试验只针对一辆车, 所得结果的代表性仍需大量试验证实。

参考文献

[1]杜志良.车用乙醇汽油试验研究[J].汽车科技, 2003, (1) .

[2]高海洋.乙醇汽油车辆性能试验研究[J]汽车科技, 2008, (1) .

[3]黄荣化.中国内燃机学会2005年学术年会暨APC2005年联合学术年会论文集[C].武汉:华中科技大学出版社, 2005, 285-288.

[4]许沧栗, 杜德兴.汽油机燃用乙醇和含水乙醇与汽油的混合燃料的试验研究[J].内燃机工程, 2005, (4) :253-257.

乙醇汽油篇5

推广使用车用乙醇汽油,一是可以缓解石油资源短缺,我国现在已经成为世界第二大石油进口国.二是可以改善大气环境质量,乙醇汽油是一种清洁型环保燃料.

作者：邵丽华作者单位：刊名：环境经济英文刊名：ENVIRONMENTAL ECONOMY 年，卷(期)：2004 “”(2) 分类号：关键词：

★ 节能措施

★ 项目节能措施简述

乙醇汽油混合燃料的排放特性研究篇6

1 实验装置和实验方案

实验用汽油机为本田2.4型发动机,表1列出了它的主要参数。排放分析仪是深圳元征科技股份有限公司生产的VEA-501型五组分排放分析仪,该设备是利用不分光红外线吸收原理(NDIR)来测量排气中的CO和HC的浓度,采用化学发光原理对NOx的浓度进行检测。

为了使发动机具有乙醇汽油与汽油的随意切换性能,选用低浓度的乙醇汽油(乙醇的体积分数为2.5%,5%,10%和15%)进行研究,分别用E2.5,E5,E10,E15表示,其中乙醇为工业乙醇,纯度在99.7%以上。实验中未对发动机进行任何调整,各系统也未进行优化,以利于乙醇汽油混合燃料的推广使用。实验主要在如下的两种工况下进行:

a.部分负荷工况。在适当转速下进行,发动机转速恒定,从小负荷20 N·m开始,逐渐开大节气门,每次多加载20 N·m直至100 N·m进行测量。转速分别固定在1 800 r/min和2 600 r/min,在每个测量点,待发动机运转60 s后开始测量。

b.全负荷工况。在适当转速下进行,节气门保持全开,并且发动机转速不变。测量点为1 200,1 800,2 400,3 000,3 600 r/min,在每个测量点,待发动机运转60 s后开始测量。

2 乙醇汽油混合燃料的排放特性

在两种实验工况下,对不同比例的乙醇汽油混合燃料的排放特性进行了研究,各种排放物均在催化器前测量。

图1和图2分别是发动机在两种不同转速下CO的排放曲线。从图上可以看出:

a.在一定转速下,随着负荷的加大,五种燃料CO的排放曲线开始时缓慢变化,而后出现上升趋势,最终达到最大值。

这是由于电控发动机在中小负荷工况时是实行闭环控制的,根据装在排气管上的氧传感器的反馈信号控制过量空气系数基本保持在1.0左右,此时汽油机用经济混合气工作,基本上可以保证燃料完全燃烧;另一方面,随着掺烧乙醇比例的增大,电控系统使发动机进气量自动减小,以维持过量空气系数保持在1.0左右。因此,在中小负荷工况,各种燃料的CO排放变化都不大,趋势比较平稳。而在大负荷工况时,电喷汽油机为了输出较大的功率将会增加喷油量以形成浓混合气,导致过量空气系数小于1.0,这就使得CO的排放开始上升。

b.燃用93#汽油的排放始终最高,四种混合燃料的排放效果均优于燃用93#汽油,并且随着掺烧乙醇的增加,CO排放有明显改善,其中使用E15的最大降低幅度为8.3%。

这是因为乙醇汽油燃料自携氧要比空气中的氧更有助于完全燃烧,或者说原子氧要比分子氧更容易参加化学反应,加之混合燃料中乙醇的C/H小于汽油,汽化潜热大于汽油,有利于混合气的完全燃烧。乙醇化学结构中的羟基OH使其燃烧反应特点与汽油中的各种烃类的有所不同,其燃烧速度和火焰传播速度高于汽油,这也是掺烧乙醇后CO排放得以改善的另一个原因[2,3]。

图3是全负荷工况时燃用五种燃料的CO排放曲线。从图上可以看出,燃用93#汽油,E2.5,E5,E10,E15的CO排放的变化趋势都是开始较为平稳,后来很快上升;同时,随着乙醇比例的不断增加,CO的排放依次明显降低,改善效果可达28%左右。

这是由于电控喷油发动机的空燃比控制策略来决定的,在发动机达到某一转速或者负荷时,就要增大喷油量,以形成功率混合气,而高转速段混合气的形成时间较短,不能够完全燃烧,所以在高转速段CO的排放均有所上升。同样也是由于乙醇汽油富氧特性的作用,使得乙醇汽油的排放仍然低于93#汽油。

图4和图5分别是发动机在两种不同转速下HC的排放曲线。从图上可以看出,燃用93#汽油和E2.5,E5,E10,E15时HC排放曲线的变化趋势保持一致,E2.5,E5,E10和E15的排放效果均优于燃用93#汽油时的排放,并且随着掺烧乙醇比重的不断增加,HC的排放依次降低。

这是因为在闭环控制区域内,ECU的控制策略使过量空气系数保持在1.0到1.05之间,五种燃料基本上都可以充分燃烧。然而由于乙醇的含氧特性,当乙醇加入后,混合燃料的含氧量获得提高,也使燃烧得以改善,燃料含氧降低了中小负荷时因为混合气过稀引起的HC淬熄排放,也降低了高负荷时因为混合气过浓导致的HC不完全燃烧排放,从而降低了未燃HC的排放量。由此可知,即使在不缺氧的闭环区域,乙醇的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃烧。这也表明燃料自携氧对降低HC效果要优于空气中的氧气[4]。

图6是全负荷时燃用五种燃料的HC排放结果曲线。从图上可以看出,随着发动机转速的提高,HC的排放逐渐降低;并且掺醇率越高,未燃HC的排放就越低。

这是由于节气门保持全开时,随着转速的提高,燃烧速度得以提高,一定程度上降低了因火焰在到达壁面前由于膨胀使缸内气体温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄的可能性,所以HC排放得以降低。同时,HC在排气系统中的氧化一般要求排放系统仍有富氧和较高的温度,而发动机在全负荷工况运行时也使得排气温度获得提高,一定程度上为HC在排气系统中的氧化创造了条件[5]。另外,乙醇汽油含氧,其含碳量比汽油低,加上燃烧最高温度较低,又集中在定容区内燃烧,后燃的现象较少,也使排气中HC减少,掺醇比例越大,HC排放改善越明显。

图7和图8分别是发动机在两种不同转速下NOx的排放曲线。从图上可以看出:

a.发动机燃用五种燃料时,随着负荷的增加,NOx的排放都是先升高后降低。混合燃料中E15降幅最大,出现在2 600 r/min转速的工况,约为28.5%。

这是由于发动机在小负荷时,缸内温度比较低,不利于NOx的生成;到了中等负荷时,混合气浓度变化不大,但是缸内温度已经上升了,所以排放有所增加;而发动机在大负荷时,供给的混合气较浓,氧不足,即使此时缸内温度较高,NOx的生成也因缺氧被抑制。

b.E2.5,E5,E10,E15的排放均高于燃用93#汽油时的排放,并且随着掺烧乙醇比重的增加,NOx的排放依次增加。

这是由于乙醇含氧,可使缸内燃烧温度变高、速度变快,燃烧放热也比较集中,使NOx的排放得以增加,虽然乙醇的热值低,汽化潜热约为汽油的2.9倍,有使进气温度降低,火焰传播速度减慢,缸内最高温度降低的趋势,可能会使NOx有所降低,但其影响不够大,于是两者因素共同作用后的结果是E2.5,E5,E10,E15这四种混合燃料NOx的排放比93#汽油高。

图9是全负荷时五种燃料的NOx排放曲线。从图上可以看出,节气门全开时,随着转速的提高,NOx的排放先升高后降低最终又升高,并且四种混合燃料的排放始终低于93#汽油。这些都是由于燃料的含氧量、燃烧峰值温度以及混合气浓度不同等诸多因素综合在一起形成的[6]。

综合比较可知,在两种实验工况下,燃用四种乙醇汽油后可以显著降低CO和HC的排放,但同时会引起个别工况下NOx排放的增加。可见,发动机燃用四种乙醇汽油后排放特性的变化不仅与掺醇量有关,而且与发动机的空燃比控制策略以及发动机的运行工况有密切关系。

3 结论

a.在未作任何改动的前提下,发动机燃用四种乙醇汽油混合燃料(E2.5,E5,E10,E15)后的运行状况良好,未有异响或是噪声出现。

b.在两种实验工况下,CO和HC的排放均有明显改善。

c.部分负荷工况下,NOx的排放有所恶化。

d.排放特性的变化不仅与乙醇的含量有关,而且也与电喷发动机的空燃比控制策略有关。

参考文献

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乙醇汽油篇7

车用乙醇汽油是指在不含MTBE (甲基叔丁基醚) 、含氧添加剂的专用汽油组分油中, 按体积比加入一定比例 (我国目前暂定为10%) 的变性燃料乙醇混配而成的新一代清洁环保车用燃料。目前, 我国在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5个省及河北、山东、江苏、湖北、广西等省的部分地区已成功开展了车用E10无水变性乙醇汽油的试点工作。运行结果表明, 生物乙醇汽油作为一种新型生物燃料, 在试点区域内的环境得到改善, 推广使用车用乙醇汽油无论从技术、管理、经济上都是可行的, 符合我国国情。

2 高原地区推广乙醇汽油的意义

随着经济的发展, 高原地区车辆保有量在快速增长, 车用燃料也在大幅度增加, 如果高原地区车辆燃用乙醇汽油, 那么本地区车辆尾气排放将会大大改善, 并且会带动部分农副产品的开发和利用, 提高农副产品的附加值。因此, 发展燃料乙醇对促进高原地区经济建设可持续发展和环保治理具有广泛的战略意义。

3 车用乙醇汽油的特性及优势

3.1 车用乙醇汽油的特性

燃料乙醇与汽油基本物化性质相比 (见下表) , 车用乙醇汽油有如下特性:

(1) 辛烷值高, 抗爆性好。乙醇可使汽油辛烷值增加, 含乙醇10%可使93号汽油辛烷值提高0.1～2.2, 可使90号汽油辛烷值提高1.3～3.0。

(2) 乙醇含氧量34.7%。在汽油中含10%的乙醇, 含氧量质量分数能达到3.5%。

(3) 蒸汽压:乙醇蒸汽压20℃及40℃分别为5.66kPa及18kPa, 汽油中掺入5%～10%乙醇 (V) 时蒸汽压最大达58.4kPa, 蒸汽压比普通汽油高。

(4) 乙醇的热值是常规车用汽油的60.9%, 据有关资料报道, 若汽车发动机不作任何改动就使用含乙醇10%的混合汽油, 发动机的油耗会增加5%。

(5) 乙醇的汽化潜热大, 理论空燃比下的蒸发温度大于常规汽油。

3.2 车用乙醇汽油的优势及存在的问题分析

乙醇汽油中的乙醇既是一种能源, 又是一种优良的汽油品质改良剂和绿色增氧剂, 由于含氧量增加了3.5%, 使原普通汽油中不能燃烧的部分完全燃烧, 使燃烧更充分、更彻底, 从而使油耗相应减少, 与热值低引起的因素相抵, 使总体油耗持平或略有降低, 同时可减少和消除汽车尾气烟雾的形成, 有效地降低汽车有害尾气排放总量33%以上, 有利于环境保护, 使用乙醇汽油后, 车辆尾气排放达标;由于乙醇汽油的燃烧特性, 能有效地预防和消除火花塞、燃烧室、气门、排气管、消声器等部位积炭的形成, 避免了因积炭的形成而引起的故障, 延长部件的使用寿命;乙醇汽油中的乙醇是一种性能优良的有机溶剂, 能有效地消除油箱及油路系统中杂质的沉淀和凝结, 有良好的油路疏通作用, 减少为清洁疏通油路而产生的维护费用;乙醇汽油有降低稀释机油的作用, 可延长发动机机油的使用时间, 减少更换次数;乙醇汽油具有抗爆性优良的特点, 减少工况噪声, 降低汽车噪声对城市环境的影响。

在经济性方面, 国家规定乙醇汽油必须与同标号的普通汽油“同升同价”, 2004年6月, 一汽集团专门做过试验, 试验表明车用乙醇汽油的动力性能和油耗与普通汽油基本持平。至于对铜产生腐蚀问题, 已在车用乙醇的生产中加入了相应的添加剂加以解决。因此, 对于汽车用户来讲使用乙醇汽油和使用普通汽油在经济方面无多大区别。

4 高原地区使用乙醇汽油的可行性分析

4.1 高原环境对内燃机性能的影响

由于高原地区气象环境的特殊性, 工作在高原地区的内燃机面临着一个共同的问题, 即由于高原海拔高、大气压力低、空气中的氧含量较平原地区有所下降, 进入气缸内的空气质量较差 (一般情况下, 海拔每升高1000米, 充气量减少10%) , 使得气缸内进气终点的压力低于设计标准, 致使压缩终点压力及温度达不到应有的水平, 引起内燃机启动困难, 小负荷时工作不稳定, 大负荷时排烟变成浓黑色, 最大功率大幅度下降, 油耗上升、排放恶化。海拔越高, 空气越稀薄。因此, 内燃机的性能随海拔的升高而恶化就越明显。

实验表明:对于非增压柴油机, 海拔每升高1000米, 功率扭矩下降9%～12%, 油耗上升6%～10%, 对于TJ376QE汽油机, 使用CNG后, 海拔每升高1000米, 功率下降了5%～10%, 扭矩下降了8%～13%。这是由于缸内充气量减少、散热性能下降、热负荷增加、燃烧不充分等原因导致高原环境对发动机动力性能的影响。

4.2 高原环境下使用乙醇汽油后发动机性能变化分析

不论使用何种燃料, 在高原环境下发动机功率和扭矩均有不同程度的下降, 这是高原环境的气象条件决定的, 是不可避免的, 但从发动机性能变化的机理而言主要是因大气压力下降、空气密度减小和含氧量降低造成的。而乙醇汽油只是在普通汽油中加入了10%的变性燃料乙醇, 高原环境对其影响与普通汽油、柴油及天然气相类似, 功率下降程度也与其他燃料相近, 但由于乙醇汽油的含氧量比普通汽油有所增加, 在高原缺氧情况下其燃烧性能比普通汽油会好一些;其辛烷值高, 抗爆性好;乙醇汽油蒸发潜热增大, 会使使用乙醇汽油车辆低温启动和低温运行性能恶化。

根据云南省在海拔1920 米的条件下, 用E10 含水乙醇/汽油混合燃料和纯汽油的对比试验表明:①燃用乙醇汽油对发动机的动力性无负面影响;②燃用乙醇汽油后, 能量的利用率高, 经济性优于纯汽油;③燃用乙醇汽油后, 相对于原机CH和CO的怠速排放分别降低了36.7% 和12.8%。因此, 在高原环境下使用乙醇汽油与使用普通汽油相比对汽车动力性无多大影响, 经济性有所提高, 排放明显改善。由于无水乙醇易于吸水, 车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后, 容易发生液相分离, 影响使用, 车用无水乙醇汽油的储运周期只有30天左右, 不适宜远距离运输, 若推广使用, 首先要解决无水乙醇在当地的生产或考虑采用加助溶剂的含水乙醇 (其储运周期达3个月左右) 。

5 结论

如果能够保障车用乙醇的供应, 在高原地区使用乙醇汽油是可行的, 特别适合在海拔4000米以下的地区使用。

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乙醇汽油篇8

为缓解石油燃料紧缺及汽车尾气排放污染等问题,各种清洁可再生代用燃料的应用被提上日程。乙醇来源广泛,属于可再生燃料,其辛烷值比汽油高,且能与汽油较好地互溶,是点燃式内燃机优异的代用燃料。乙醇与汽油掺混用作汽车燃料不仅可以减少石油用量,而且能够提高燃料含氧量和辛烷值,改善燃烧,并在一定程度上改善CO及氮氧化物排放[1,2]。

目前我国主要采用汽油机直接燃用低比例乙醇汽油的方式,2000年起车用乙醇汽油的试点已在全国多个省市展开。美国、巴西等国家也将乙醇汽油应用于小型轿车上,并取得了良好的效果。然而,实践结果表明:汽油机燃烧乙醇汽油时,部分非常规排放物显著增加[3]。本文通过发动机台架试验,在一台MR479q汽油发动机上使用不同掺混比例的乙醇汽油燃料,并采用AVL傅里叶变换红外光谱多组分分析仪SESAM-FTIR对不同工况下的非常规排放进行了测量,同时也对常规三效催化器对主要非常规排放物的转化效果进行了分析,得到了汽油机燃用乙醇汽油混合燃料时的非常规排放特性。

1 试验方法

在一台MR479q多点进气道电控喷射汽油机上进行乙醇汽油混合燃料试验。发动机排气管安装有ETAS-LA4空燃比测量仪和排气温度传感器;在三效催化器前后分别安设排放采样点,采用AVL傅里叶变换红外光谱多组分分析仪SESAM-FTIR测量发动机排气中各污染物的浓度。FTIR能对尾气中氮氧化物、醇类、醛类、碳氢等多种成分的排放量进行同时测量。该仪器通过检测非常规排放物红外吸收图谱,并与存储在软件中的标准图谱进行比对,再通过软件进行差值计算,得出当前工况下的各排放物的浓度。用标准气检测时,该仪器的测量误差小于0.3%,且其采样频率可达2Hz,具有精度高和响应快等特点。

试验在不对原有汽油机进行改造的情况下,燃烧不同掺混比例的乙醇汽油,用FTIR检测并研究不同非常规排放物的变化情况。汽油采用杭州市售的93#汽油,乙醇采用国药集团生产的无水乙醇,其乙醇纯度大于99.5%。试验过程中,使用不同掺混比例的乙醇汽油(E0、E10、E20、E30、E50和E70)作为发动机燃料,其中E代表乙醇,数字代表其体积分数,如E30代表乙醇体积分数为30%的乙醇汽油燃料。试验过程中,取不同的转速、负荷点进行稳态工况测量,并通过数据采集系统记录各工况下催化器前后各排放物含量、排气空燃比等信息。

2 试验结果及分析

对试验结果进行分析,发现发动机燃用乙醇汽油混合燃料时,产生的主要非常规排放包括:有害碳氢排放物,如芳香族碳氢和戊烷;醛类排放,如乙醛和甲醛;未燃乙醇。虽然还检测到其他排放物如1-3丁二烯、二氧化硫等,但浓度均较低(小于50×10-6),因此本文中未对其进行深入分析。

2.1 有害碳氢排放物

汽油成分复杂,主要由C4~C12的烷烃、烯烃和芳香烃组成,国内的汽油中还含有一定量的硫化物。在汽油机燃烧过程中,由于壁面淬熄、狭隙效应及燃烧室沉积物等因素的影响,会有大量的未燃或者未完全燃烧的碳氢随排气排出。排气中碳氢包括了种类繁多的化合物,对人类健康有不同程度的危害。甲烷(CH4)在这方面是惰性的,而CH4占总碳氢中很大一部分,因此通常用“非甲烷碳氢化合物”(nonmethane hydrocarbon,NMHC)这一指标来描述有害的碳氢排放。尽管汽油机燃烧乙醇汽油混合燃料时,碳氢排放会有所减少,但NMHC的浓度始终维持在一个较高的水平,其中芳香烃、乙烯和戊烷的排放量最多。

2.1.1 芳香烃排放特性

芳香烃对人体的危害主要体现在它的致癌性。发动机燃烧过程中的芳香烃主要来自于汽油燃料中的未燃芳香烃,在高温条件下,也有一部分芳香烃是通过C1和C2的裂解和氧化、苯环形成及多环结构形成这一过程[4,5,6]形成的。图1为发动机燃用E50燃料时,芳香烃排放物随转速及负荷的变化规律。

从图1中可以看出,随着发动机转速的提升,芳香烃排放总体呈下降趋势,原因是低转速时燃烧温度较低,而芳香烃的裂解需要较高的温度[7],因此低转速下排气中有较多的未燃芳香烃。随着转速升高,燃烧温度较高,燃料中芳香烃的脱氢热裂解作用加剧,因此其排放逐渐下降。从图1中还能看出,在相同转速下,发动机负荷的变化对芳香烃排放影响较小。

图2为外特性工况下,不同掺醇比例燃料的芳香烃排放规律。

从图2中可以看出,与图1结果相比,E50燃料的芳香烃排放较高,原因是在外特性工况下,发动机为了获取更大的动力性使混合气加浓(当量比为0.8~0.9),从而导致未燃芳香烃浓度的升高。另外,从图2中还可以看出,随着乙醇比例的升高,芳香烃排放逐渐减少。这是由于燃料中乙醇组分的加入,使得其中芳香烃所占的比例减少,而排放中的芳香烃主要来自于燃料中的未燃芳香烃,因此掺醇会降低芳香烃的排放。

基于三元催化器对空燃比的敏感性,本文中选取了部分负荷工况点(保证当量比为1)来研究常规三效催化器对各非常规排放物的转化效果。图3为2 000r/min、节气门开度70%时,三元催化器对芳香烃排放的转化效果。

从图3可以看出,燃用不同掺醇比例的燃料时,催化器芳香烃排放的浓度都低于10×10-6,其转化效率在93%以上。由此可以认为,发动机燃用掺醇汽油时,常规三效催化器对芳香烃排放有着较好的转化效果。

2.1.2 戊烷排放特性

戊烷健康危害主要表现为可引起眼与呼吸道黏膜轻度刺激症状和麻醉状态,甚至意识丧失。本文中讨论的戊烷排放为正戊烷和异戊烷排放的总和。FTIR的检测结果表明,戊烷排放中,正戊烷占大部分,而异戊烷所占的比例为10%~30%。发动机缸内过程中,戊烷主要来自于汽油燃料中的未燃烷烃,也有一部分是多碳碳链分子裂解氧化的产物,因此其排放特性与芳香烃有相似性。

如图4所示,当发动机燃用E50燃料时,随着发动机转速的提升,戊烷排放总体呈下降趋势,并且在相同转速下,发动机负荷的变化对戊烷排放影响不大。长链烷烃的氧化主要受发动机缸内燃烧温度影响,低转速时燃烧温度相对较低,烷烃的氧化分解过程相对缓慢,因此戊烷排放量较高;另一方面,相同转速下,燃烧温度变化不大,因此排气中戊烷浓度也相对稳定。

图5为不同掺醇比例燃料的外特性戊烷排放。从图5可以看出,随着乙醇比例的升高,戊烷排放明显降低。

图6为2 000r/min、节气门开度70%时,常规三效催化器对戊烷排放的转化效果。从图6可以看出,虽然经过催化器之后,戊烷的浓度都低于50×10-6,但对于不同掺醇比例的燃料,其转化率在60%左右,转化效果较差。

2.1.3 乙烯排放特性

乙烯具有较强的麻醉作用,长期接触可引起头昏、乏力等。乙烯是主要的汽油燃烧氧化过程中间产物。

如图7所示,当燃用E50燃料时,随发动机转速升高,乙烯排放逐渐升高,但是当转速高于2 800r/min时,其排放浓度会下降;在同一转速下,负荷变化对其影响较小。这主要是因为,在燃烧过程中,乙烯主要是高碳链分子氧化的产物,转速越高,缸内燃烧温度越高,高碳链分子的氧化裂解过程越剧烈,因此乙烯排放理应升高。但是,由于排放采样点设置在发动机排气管上(距离发动机排气道约1m),且高转速时发动机排气温度也迅速升高(转速2 800r/min时排气温度为961~999K,3 200r/min时排气温度为988~1 010K),因此排气管内的化学反应过程对最终的乙烯排放也有一定的影响。此时排气管内高温条件,使得缸内燃烧产生的乙烯更容易被氧化,从而使得高转速下,乙烯的排放反而有所降低。

图8为外特性工况下乙烯的排放特性。

从图8可以看出,掺入乙醇后,发动机的乙烯排放有所降低。同时,由于外特性工况下混合气加浓(当量比为0.8~0.9),排气中残余氧气较少,乙烯在排气管中的氧化过程被减弱,因此对于同种燃料,乙烯排放随发动机转速上升而升高。

图9为2 000r/min、节气门开度70%工况下(当量比为1),催化器对乙烯的转化效果。

从图9可以看出,常规三效催化器对乙烯的转化效率在40%~60%之间,效果并不理想。同时,从图9还能发现,部分负荷工况下,乙醇比例的增加对乙烯排放的影响不大。

2.2 醛类排放特性

汽油机燃用乙醇汽油的一大问题就是醛类排放的显著升高。研究表明:甲醛会引起人类的鼻咽癌、鼻腔癌和鼻窦癌,并可引发白血病。而长期吸入乙醛,会导致贫血、谵妄、视听幻觉、智力丧失和精神障碍等[8]。

图10为在外特性工况下,醛类的排放特性。

从图10可以看出,当乙醇的比例升高时,甲醛和乙醛的排放量明显升高。汽油机燃用乙醇汽油燃料时,甲醛排放主要在未燃碳氢后氧化过程中生成[9],由于乙醇比碳氢更容易氧化[10],在相同的排气管温度和气体流速条件下,它有更充分的时间氧化生成甲醛。而乙醛可以直接由乙醇脱氢生成,因此乙醛排放随乙醇比例升高而升高[11]。然而,发动机转速对排放的影响显得没有规律性,原因是醛类排放是乙醇燃烧的中间产物,受燃烧过程影响显著,而燃烧过程与缸内物质浓度分布、缸内流动过程等关系密切。燃料燃烧时,乙醇氧化生成醛类,醛类氧化消耗,碳氢氧化生成醛类,醛类再次氧化消耗,以上几个过程相互影响,相互作用,导致最终的醛类排放没有很强的规律性。

常规三效催化器对醛类排放的转化效果十分显著。如图11和图12所示,2 000r/min时对于不同当量比和不同乙醇比例的燃料,催化器对甲醛排放的转化率都在90%以上,转化后甲醛浓度低于5×10-6。催化器对乙醛的转化率都在80%以上,转化后其浓度低于10×10-6。

2.3 未燃乙醇排放特性

研究[12]表明:汽油燃烧可以产生乙醇,然而在本次试验中,当发动机燃用纯汽油燃料时检测到乙醇排放基本为零。由此可以认为,排放中的乙醇主要来自于燃料中的未燃乙醇。如图13所示,在外特性工况下,乙醇排放随掺醇比例的升高而显著增加,E70燃料的未燃乙醇排放约为E10燃料的8.5倍。

图14为发动机燃用E50燃料时,发动机转速及负荷对未燃乙醇排放的影响。

从图14可以看出,随着发动机转速的上升,缸内温度升高,乙醇被氧化的速率加快,所以乙醇排放随转速的增加而降低。在同一转速下,随着负荷的增加,缸内温度逐渐升高,乙醇被氧化的速率加快,由于高负荷下排气温度较高,有利于乙醇的在排气过程中的后氧化,此时乙醇排放量有所下降。综合以上两种作用,随着负荷的增加,乙醇排放的变化不大。

催化转化后,乙醇排放大幅下降。图15为2 000r/min、节气门开度70%时,催化器对未燃乙醇的转化效果。

从图15可以看出,掺醇比例较高时,催化器的转化率能够保持在90%以上,转化后的乙醇排放低于10×10-6。而对于E10燃料,由于其原始排放也较低,转化率虽然较低,但经过催化器后,未燃乙醇的排放能够保持在5×10-6以下。

3 结论

(1)汽油机燃用乙醇汽油混合燃料时,主要的非常规排放包括:有害碳氢排放物,如芳香族碳氢、戊烷和乙烯;醛类排放,如乙醛和甲醛;未燃乙醇。

(2)随着燃料中乙醇比例的增加,芳香烃和戊烷排放量明显降低,燃用E70燃料时,芳香烃和戊烷排放量分别比纯汽油降低约50%和约60%;未燃乙醇排放随乙醇比例的增加显著上升,E70燃料的未燃乙醇排放约为E10燃料的8.5倍;醛类的排放虽然都不高,但乙醇成分的加入会使其浓度升高,E70燃料的甲醛、乙醛排放都能达到80×10-6以上;乙烯排放随乙醇比例的增加而略微减少,部分负荷工况时乙醇比例对其排放影响不大。

(3)常规三效催化器对芳香烃、甲醛、乙醛及未燃乙醇的转化效果显著,对于不同乙醇比例的燃料,转化率均在85%以上;对戊烷的转化率约为60%;对乙烯的转化率仅为40%~60%。

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乙醇汽油篇9

车用乙醇汽油是由变性燃料乙醇和组分汽油按一定比例混配形成的一种新型汽车燃料, 乙醇汽油的应用可以较好地缓解用户对石油燃料的需求。乙醇具有辛烷值高、燃烧低污染等优点, 目前常被作为汽油的调和组分混配成乙醇汽油, 但汽油中的杂质含量必须满足GB 18351-2010中的要求;另外, 为减少尾气对环境的影响和满足法规 (GWKB 1.1-2011) 要求, 许多国家强制规定车用汽油无铅化, 为此必须控制抗爆剂 (有机锰化合物、有机铁化合物) 的添加量。可见准确测定车用乙醇汽油中铁、锰、铅的含量具有特别重要的意义。

电感耦合等离子体原子发射光谱法 (ICPAES) 是一种广泛使用的分析技术, 已有标准方法 (GB/T 17476-1998、SH/T 0715-2002和SH/T 07492004) 将其用于润滑油、原油和残渣燃料油中金属元素的分析。但是常温条件下将ICP-AES用于乙醇汽油中金属元素的分析时, 经常出现检测器熄火或者ICP不能点火的问题。本试验将乙醇汽油在4℃时恒温后直接进样就可以稳定测得目标化合物的含量, 解决了上述问题;测定过程简单、快速, 所得结果的重复性和稳定性均优于火焰原子吸收光谱法 (AAS) 。

2 试验部分

2.1 仪器与试剂

a.Perkin Elmer Optima 4300V电感耦合等离子体原子发射光谱仪

b.稀释剂:超纯航空煤油。

c.美国Accu Standard公司铁、锰、铅标准溶液:铁、锰、铅元素浓度分别为10 mg/g、30 mg/g、50 mg/g和100 mg/g的油品标准样品。

d.标准工作溶液:分别称取5.000 g上述c溶液置于细口塑料瓶中, 分别加入45.000 g超纯航空煤油, 配制成质量浓度为1 mg/g、3 mg/g、5 mg/g、10 mg/g的标准工作溶液。

e.样品溶液:称取5.000 g乙醇汽油样品置于细口塑料瓶中, 加入45.000 g超纯航空煤油后作为样品溶液。

2.2仪器工作条件

仪器选择工作条件见表1, 测定元素推荐波长见表2。

2.3 试验方法

a启动电感耦合等离子体发射光谱仪, 按照仪器操作手册及仪器使用规程调整好仪器工作条件和测定波长, 点火, 检查仪器是否正常工作。

b航空煤油通过雾化器吸入雾室, 保持等离子体火焰持续稳定10 min。

c选择有代表性的待测元素检测线, 依次泵入空白溶液、标准工作溶液和样品溶液, 按仪器工作条件测得汽油样品中铁、锰、铅的含量。当乙醇汽油中铁、锰、铅元素的浓度超出曲线上限时, 可以添加适量的超纯航空煤油稀释后进行测定。

3 结果与讨论

3.1 分析谱线的选择

由于光谱中出现了许多分子谱带, 因此ICPAES系统中产生了很深的光谱背景, 影响金属元素的分析。对乙醇汽油样品进行分析, 检测其中存在的元素及其大概含量, 查询仪器配套的光谱系统数据库, 找出检测铁、锰、铅3种元素时不受其它元素干扰或干扰小的谱线。最后确定238.204 nm、257.610 nm、224.668 nm的谱线分别作为铁、锰、铅元素的分析谱线。

3.2 乙醇汽油稀释体积对ICP点火的影响

选择合适的稀释剂是有机直接进样法的关键。从溶剂的溶解性能、等离子体的稳定性、溶剂的化学毒性对操作人员的影响等方面考虑, 选择了航空煤油作为稀释剂。称取5.000 g乙醇汽油样品置于细口塑料瓶中, 分别用超纯航空煤油稀释10倍、15倍、20倍以及25倍后于常温条件下进样, 检测ICP是否能点着火, 结果见表3。车用乙醇汽油中的乙醇含量一般为8%~12% (v/v) , 换算成质量浓度后的含量都<12%。由表3可知, 常温条件下乙醇汽油中乙醇含量在<0.8%的条件下ICP才能稳定点火, 进行正常的含量测定。

3.3 乙醇汽油温度对ICP点火的影响

乙醇汽油中含有乙醇, 在常温下直接进样检测其中的铁、锰、铅元素, 等离子体炬容易熄火, 因此不能用直接进样法进行测定。称取5.000 g乙醇汽油样品置于细口塑料瓶中, 加入45.000 g超纯航空煤油, 于不同的温度下恒温后检测ICP是否能点着火, 结果见表4。根据表4结果, 确定4℃为乙醇汽油进样前的恒温温度。

3.4 乙醇含量的对ICP点火影响

称取5.000 g乙醇汽油样品置于细口塑料瓶中, 加入45.000 g超纯航空煤油, 加入不同体积的乙醇后检测ICP是否能点着火, 结果见表5。

由3.2、3.3以及3.4中表3~表5的结果看出:常温条件下, 乙醇汽油用稀释剂稀释倍数<10倍时不能直接进样进行测定, 因为会造成等离子体炬熄火, 但是增大稀释体积会使检出限增高, 不利于低含量元素的测定。而4℃条件下, 乙醇汽油用稀释剂稀释10倍后就能进行稳定的测定, 等离子体炬能保持稳定的点火状态。因此, 试验中确定4℃条件下将乙醇汽油用超纯航空煤油稀释10倍为试验条件。

3.5 标准曲线及线性范围

按照2.3试验方法, 以超纯航空煤油为空白溶液, 依次测定标准溶液中的元素分析线信号强度。以浓度为横坐标、以分析物信号强度为纵坐标绘制标准曲线, 各元素测定范围、线性回归方程及相关系数见表6。

3.6 样品测定

按照2.3试验方法, 对试样中待测元素进行测定, 计算机由标准曲线自动得出试样溶液中被测元素浓度。当乙醇汽油中铁、锰、铅元素的浓度超出曲线上限时, 可以添加适量的超纯航空煤油稀释后进行测定。

4 结论

试验表明, 用ICP-AES直接进样法测定车用乙醇汽油样品中铁、锰、铅的含量, 方法简单、快速, 尤其解决了乙醇汽油常温条件下出现的ICP不能点火或者熄火的问题, 适用于车用乙醇汽油的快速检测。

参考文献

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