柴油排放减少潜力及燃料要求

柴油品质直接影响所有柴油机的排放，与柴油机原来的排放有关。改良柴油品质可以立即减少在用柴油机的排放。

实现废气Ⅱ级的不同乘用车生产厂家检测大纲指出德国加油站的柴油和瑞典Ⅰ级柴油间排放减少百分率的潜力（图5.2-45）^[4]。

引人注目的是在微粒排放方面减少的潜力几乎可达50%。

图5.2-43 SCR催化转化器转换率随温度和NO/NO₂比的变化

图5.2-44 带废气后处理微粒过滤器和SCR催化转化器的总系统

在隶属于欧洲汽车油品纲要（Auto/Öl-Programm）的EPEFE规划^[5]中，系统地试验了各种柴油成分对现代柴油机排放性能的影响，技术数据见表5.2-6。

表5.2-6 EPEFE规划中的柴油

图5.2-45、图5.2-46展示了采用现代技术汽车（EUⅡ和改进的）的较大的减少排放的潜力。这种认识和结论支持了欧洲汽车设计师协会（ACEA-Associationdes Constructeurs Europ_- eens d’Automobiles）燃料章程^[6]的要求。章程中的最重要点是：

（1）十六烷值 十六烷值至少提升到58，十六烷指数至少提升到54。这是考虑到易着火性、冷起动和燃烧的要求。

图5.2-45 使用更好的柴油品质（瑞典Ⅰ级柴油和GTL柴油与德国加油站的柴油比较）排放减少百分率（1999年状况）

图5.2-46 使用EPEFE规划柴油时废气排放减少百分率

（2）密度　限制柴油密度的最大值和最小值对调节柴油机是重要的。密度直接影响废气排放。柴油密度必须保持在820～840kg/m³。

（3）芳香物质　多核的芳香碳氢化合物对柴油机微粒形成有很大影响。因此，多环芳香物质最大值要限制在重量的1%，整个的芳香物质最大值限制在重量的10%。

（4）硫　柴油中的硫促进微粒形成。使用低硫品质柴油可降低所有在用汽车的排放。硫还影响氧化催化转化器的起动性能：为达到完全有效的催化反应，需要较高的废气温度，即要延长冷起动阶段时间。但这会增加冷起动废气的排放^[7]。

（5）终沸点　终沸点表示高沸点碳氢化合物（主要是多环芳烃PAH’S）的含量。它很难燃烧，是形成微粒的主要原因。为此，应将燃料终沸点降到350℃。(www.xing528.com)

除了影响当前技术的这些效应外，绝对需要的是减少硫，以便能采用未来的废气后处理技术，如DeNO_x催化转化器。硫使NO_x储存催化转化器中毒（图5.2-41）。仅是在λ=1.0和高温（大于650℃）时还不能完全催化反应。为此，不但对催化转化器材料有高要求，而且要以高的控制费用和较高的柴油消耗和排放为代价。为此，要采用最大含硫量（质量分数）不超过10×10^-6的低硫柴油。这个要求已在德国和欧盟的其他一些国家实现。欧盟已决定，2005年起部分地区采用低硫柴油，至2009年完全使用低硫柴油。在全欧洲的快速突破是迫于形势的需要（图5.2-47）。

图5.2-47 使用不同柴油品质时微粒和NO_x排放

对未来燃料有4个基本要求（见5.9节）：

1）安全储存。

2）整个经济的承受能力。

3）考虑环境和气候保护要求。

4）高能量密度。

目前没有单一的能量载体，氢气也不能实现这些要求。

由此，只能按多元化燃料要求实现。在市场上同时提供柴油、汽油、甲醇、乙醇、天然气和其他一些燃料不是经济的方案，因为对这些燃料中的每一种燃料必须开发单独的动力装置。

多样化的初级能量和同时供汽车使用的各种能量载体，按可能性应集中在很少的品种上。

在未来几年，将不断使用CO₂排放低的天然气。天然气可以直接用于汽车动力装置上。当然，它有一些行驶距离短、需要较大的空间安装天然气罐（特别是气态天然气）和为实现严格的排放限值，如Euro 4需不断增加废气后处理费用的缺点，而不能期盼用天然气替代现今使用的燃料，只能作为有限的补充。

可以采用大家熟悉的、高技术验证过的方法，如Shell法馏出物合成（SMDS-Shell-Mittel-Destillat-Synthese）从天然气中制成二次能源载体（图5.2-48）^[22]。

图5.2-48 Shell法馏出物合成简图

图5.2-49 采用Euro4技术柴油机汽车上使用 合成燃料时废气排放减少百分率

在第一流程，利用蒸气改造将天然气转化成氢气与CO混合的合成气，再由合成气通过费托合成法（Fischer-Tropsch-Synthese，将H₂与CO合成的烃类）可以生产出不含硫、不含芳香物质的传统燃料，特别是高品质的柴油。称之为“液化气”（GTL-Gas-To-Liquid）工艺，在当前地球上的许多附带产生廉价天然气或石油伴生气地区的原油价格水平中是最经济的。合成燃料具有改进发动机燃烧过程的很大潜力。合成柴油的技术数据是吸引人的，首先是十六烷值高，没有芳香物质和硫。图5.2-49是采用Euro 4技术柴油机汽车上使用合成燃料时废气排放减少百分率。比较的基准值是当前的标准柴油。由图可见，合成燃料可以同时减少NO_x和微粒排放。如果在汽车上使用这种合成燃料校准匹配，则这些合成燃料可能促使汽车生产厂家进一步开发他们的低燃料消耗汽车，特别是柴油机汽车，并进一步改善排放^[23]。

在使用合成气的中间阶段，或在往后一段时间附加使用可再生的能源载体，如废木料、废麦秆（稻秆）、含能植物或生物垃圾。决定性的是最终产品质量与取得所用的初级能量无关。采用这个方案就可解决合成燃料的持久可用性和CO₂排放问题。CO₂排放在局部地区不是零，它成一个独立的循环。太阳提供了驱动CO₂的能量。中期目标是以生物为基础的太阳燃料，它是上述方案的延伸。太阳燃料在目前还不能经济地携带。这种方法的最大优点在于在目前这个阶段可保留目前的燃料基础设施。