CN103113942B - 减少柴油机炭烟及有害气体排放的添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少柴油机炭烟及有害气体排放的添加剂及其制备方法，所述添加剂包括溶质和溶剂，所述溶质为包括碳酸二甲酯和乙酸钙的混合物，所述溶剂为乙醇或包括乙醇的混合物。本案提供的可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂及其制备方法，相对于现有技术从不同角度改善燃烧柴油燃烧环境，打破了传统单一的提升手段的局限性，能够在保证助燃效率的同时降低成本；同时能够对尾气中有害成分的减排产生一定的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油发动机尾气污染物控制技术，尤其涉及一种可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂及其制备方法。
背景技术
随着柴油机的广泛使用，柴油机排放带来的污染问题不容忽视。不论是有害气体CO、CO2、NOX、HC，还是废气中的细颗粒物均会对大气、环境、人体等造成各种各样的破坏和弊端。
近年来国内外环保部门不断颁布新的机动车排放标准。有调查显示对我国113个重点城市的环境检测中，1/3以上没有达到国家Ⅱ级标准。在针对市中心的可吸入固体颗粒物、氮氧化物、挥发性有机物排放源研究中，机动车排放这一污染源所占比例分别为26%、66%、90%。目前新颁布的《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中对SO2/CO/NO2/O3/PM10/PM2.5等都列入控制项目。美国国家环境空气质量标准规定PM2.5日均质量浓度应小于65μg/m3。
目前国内外针对柴油机废气排放中的气体成分和固体颗粒物排放研究中，油类添加剂作为有效抑制排放、改善缸内燃烧环境、控制炭烟生成等许多方面有着良好的效果，但大部分添加剂只是针对单一方面效果进行改善。大部分研究成果表明某种添加剂在改善一个方面效果时对其它方面的影响并没有很大成效。因此，否能找到一种新的添加剂或者是对不同添加剂进行配比、混合使之能对柴油机排放问题中多个方面效果进行改善是发动机研究学者们共同关心的问题。
发明内容
发明目的：针对现在柴油机添加剂低效、功能单一、经济性差等一些问题，本发明提供一种减少柴油机炭烟及有害气体排放的添加剂及其制备方法，将具有单一功效的不同添加剂按一定质量配比加工、混合以达到高效、多方面解决柴油机排放污染，同时有效控制炭烟和有害气体排放。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂，包括溶质和溶剂，所述溶质为包括碳酸二甲酯和乙酸钙的混合物，所述溶剂为乙醇或包括乙醇的混合物。
优选的，所述溶质中，碳酸二甲酯和乙酸钙的质量比范围为30:70～90:10。
优选的，所述溶质与溶剂的质量比范围为1:20～1:40。
优选的，所述溶质为碳酸二甲酯和乙酸钙的混合物，所述溶剂为乙醇。
优选的，所述溶质与溶剂的质量比范围为1:20～1:40。
优选的，向柴油内添加所述添加剂时，所述添加剂与柴油的质量比范围为0.1:100～5:100。
一种可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）烘干碳酸二甲酯和乙酸钙粉末，使其含水率均小于0.1%；
（2）将烘干后的碳酸二甲酯和乙酸钙粉末搅拌均匀，其中碳酸二甲酯和乙酸钙粉末的质量比范围为30:70～90:10；
（3）将搅拌均匀的碳酸二甲酯和乙酸钙混合物与乙醇进行混合，其中碳酸二甲酯和乙酸钙混合物与乙醇的质量比范围为1:20～1:40；
（4）在30℃～90℃环境下搅拌碳酸二甲酯、乙酸钙和乙醇的混合物，注意防止挥发；
（5）过滤出混合物中的杂质，密封保存溶液。
有益效果：本发明提供的可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂及其制备方法，相对于现有技术具有如下特点和优势：1）相比采用单一碳酸二甲酯添加剂而言，首先经济上缩减成本，碳酸二甲酯价格远远高于乙酸钙的价格，在保证助燃效率的同时降低成本；其次，从改善燃烧效果而言，不仅碳酸二甲酯中提供的氧可以促进燃烧，并且Ca金属有机盐对燃烧也有促进作用，从不同角度改善燃烧柴油燃烧环境，打破了传统单一的提升手段的局限性；2）乙酸钙在柴油中的溶解性很低，但是却在乙醇中可溶，通过把乙酸钙和碳酸二甲酯溶解于乙醇中再添加到柴油中这一方法，达到把乙酸钙均匀的混合于柴油中这一目的；3）单一采用碳酸二甲酯或者乙酸钙作为添加剂时，虽然可部分降低炭烟生成，但是减排效果不是很明显，同时对烟气中的有害成分减排效果甚微，几乎没有变化；而在采用混合比例添加剂时对炭烟的减排更明显，并且对尾气中有害成分的减排也有一定的效果；4）由于碳酸二甲酯和乙酸钙对炭烟生成抑制机理不同，所以根据不同型号的柴油，以及柴油机工作工况的不同，选择不同的质量配比添加剂可有效提高经济性。
说明书附图
图1为使用不同添加剂排气烟度随功率变化的影响比较图；
图2为使用不同刚添加剂排气中NOX随功率变化的影响图；
图3为不同质量比混合添加剂对排烟烟度的影响图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作更进一步的说明。
一种可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂，包括溶质和溶剂，所述溶质为碳酸二甲酯和乙酸钙的混合物，所述溶剂为乙醇；所述溶质中，碳酸二甲酯和乙酸钙的质量比范围为30:70～90:10；所述溶质与溶剂的质量比范围为1:20～1:40。
具体向柴油内添加上述添加剂时，所述添加剂与柴油的质量比范围为0.1:100～5:100。
一种制备上述添加剂的方法，包括如下步骤：
（1）烘干碳酸二甲酯和乙酸钙粉末，使其含水率均小于0.1%；
（2）将烘干后的碳酸二甲酯和乙酸钙粉末搅拌均匀，其中碳酸二甲酯和乙酸钙粉末的质量比范围为30:70～90:10；
（3）将搅拌均匀的碳酸二甲酯和乙酸钙混合物与乙醇进行混合，其中碳酸二甲酯和乙酸钙混合物与乙醇的质量比范围为1:20～1:40；
（4）在30℃～90℃环境下搅拌碳酸二甲酯、乙酸钙和乙醇的混合物；
（5）过滤出混合物中的杂质，密封保存溶液。
实施例1
以50:50的质量比均匀混合的碳酸二甲酯和乙酸钙粉末（含水率小于0.1%）为例，将混合后的粉末溶解与乙醇，配置溶质与溶剂质量比为1:30的溶液；将配制好的溶液加入到0#柴油中并混合均匀（二甲酯和乙酸钙混合物质量与柴油质量比范围在0.1%～1%之间为宜）。依据国家环保总局机动车污染监控中心颁布的《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》GB-3894-2005规定，对燃油中加入混合成分添加剂的柴油机进行测量与分析。表1和表2是0#柴油和添加剂的物化特性。
表1 碳酸二甲酯和柴油的物化特性
| 物化特性 | DMC（碳酸二甲酯） | 柴油 |
| 分子式 | C3H6O3 | C10-C21 |
| 分子量 | 90.1 | 190-220 |
| 辛烷值 | 35-36 | 40-55 |
| 低热值（MJ/kg） | 15.78 | 42.5 |
| 密度(kg/m3) | 1079 | 840 |
| 粘度（mm2/s） | 0.625 | 4.4 |
| 表面张力(N/m) | 0.0319 | 0.031 |
| 汽化热（kJ/kg） | 369 | 250-290 |
| 理论空燃比 | 3.5 | 14.6 |
| 沸点（℃） | 90.3 | 180-360 |
| 自燃点（℃） | 220 | 250 |
| 碳/氢/氧（％） | 40/6.7/53.3 | 86/14/0 |
表2 乙酸钙的主要物化特性
| 分子式 | 分子量 | 溶解性 | 熔点 | 硫酸盐含量 | 铅含量 |
| C4H6CaO4 | 158.17 | 易溶于水 | 160℃ | ≤0.1% | ≤0.001% |
柴油机排放烟道中，通过采样口引出一股气流进入烟度仪和烟气分析仪，分别测得烟气中的炭烟黑度和气体浓度。采用单一的乙酸钙、碳酸二甲酯和本案的混合添加剂，对某一固定转速、不同负荷工况下发动机的排气烟度进行比较，结果如图1所示，可以看出在采用混合添加剂后烟度明显减小，并且比单一使用这两种添加剂的效果都好。
同时烟气分析仪测量数据表明，使用本案的混合添加剂后，NOX排放浓度也均比单一添加剂效果略好，如图2所示。
实施例2
在质量比范围30:70～90:10内，调整碳酸二甲酯和乙酸钙含量，在质量比范围1:20～1:40内，调整碳酸二甲酯和乙酸钙混合物和乙醇含量如下表：
表3 具体实施例配比表
| 序号 | DMC（碳酸二甲酯） | 乙酸钙 | 乙醇 |
| 1 | 30 | 70 | 2000 |
| 2 | 40 | 60 | 3000 |
| 3 | 50 | 50 | 4000 |
| 4 | 60 | 40 | 3000 |
| 5 | 70 | 30 | 2000 |
对上述不同序号的实施例进行如实施例1相同实验和检测，获得的实验数据与比较如图3所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂，其特征在于：包括溶质和溶剂，所述溶质为包括碳酸二甲酯和乙酸钙的混合物，所述溶剂为乙醇；
所述溶质中，碳酸二甲酯和乙酸钙的质量比范围为30:70～90:10；
所述溶质与溶剂的质量比范围为1:20～1:40。
2.根据权利要求1所述的可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂，其特征在于：所述溶质为碳酸二甲酯和乙酸钙的混合物，所述溶剂为乙醇。
3.根据权利要求1或2所述的可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂，其特征在于：向柴油内添加所述添加剂时，所述添加剂与柴油的质量比范围为0.1:100～5:100。
4.根据权利要求1、2、3所述的可以减少柴油机废气有害成分排放及炭烟排放的添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)烘干碳酸二甲酯和乙酸钙粉末，使其含水率均小于0.1％；
(2)将烘干后的碳酸二甲酯和乙酸钙粉末搅拌均匀，其中碳酸二甲酯和乙酸钙粉末的质量比范围为30:70～90:10；
(3)将搅拌均匀的碳酸二甲酯和乙酸钙混合物与乙醇进行混合，其中碳酸二甲酯和乙酸钙混合物与乙醇的质量比范围为1:20～1:40；
(4)在30℃～90℃环境下搅拌碳酸二甲酯、乙酸钙和乙醇的混合物；
(5)过滤出混合物中的杂质，密封保存溶液。
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