專利名稱：采用乙醇/柴油燃料摻合物與柴油機(jī)氧化催化劑的組合降低柴油發(fā)動機(jī)廢氣中顆粒物質(zhì) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少污染的方法，尤其涉及減少柴油發(fā)動機(jī)廢氣中污染物含量的方法。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)廢氣由許多不同的毒性化學(xué)物質(zhì)的混合物組成。柴油發(fā)動機(jī)依賴于在壓縮循環(huán)中產(chǎn)生的熱量來點(diǎn)火，這和汽油發(fā)動機(jī)中的電火花不同。由于所需的壓縮，所以柴油發(fā)動機(jī)比汽油發(fā)動機(jī)重、體積大。柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)采用的是精煉程度較低的燃料，每小時每馬力消耗的燃料更少。在柴油機(jī)廢氣中，最受關(guān)注的毒性化學(xué)物質(zhì)是氮氧化物(NOx，例如，一氧化氮、二氧化氮)、一氧化碳、二氧化硫、醛(主要是甲醛、乙醛和丙烯醛)、和各種烴顆粒以及未燃燒的烴。
就此而言，柴油發(fā)動機(jī)廢氣包含在燃燒過程中形成的、在環(huán)境溫度下為蒸汽或氣體的烴和在所述溫度下蒸汽壓低并因而凝結(jié)成含碳顆粒的烴(所謂的“可溶性有機(jī)部分”或者“SOF”)。柴油機(jī)廢氣還含有二氧化硫(SO2)形式的高含量硫。SO2氧化時轉(zhuǎn)變成SO3，隨后很容易和廢氣中的水結(jié)合形成硫酸。任何硫酸凝結(jié)物將增加廢氣中測量出的顆粒物質(zhì)含量，并且當(dāng)廢氣中具有烴，尤其是顆粒時，這種凝結(jié)物更容易出現(xiàn)。
目前有多種不同方法被用于減少柴油機(jī)廢氣的排放，包括改變發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、燃燒燃料的“清潔器”的設(shè)計(jì)、采用催化轉(zhuǎn)化器和柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)來減少一氧化碳、烴、NOx和顆粒物質(zhì)、采用排出氣體循環(huán)(EGR)、采用選擇性催化還原(SCR)、和采用顆粒過濾器。
但是，在為減少柴油機(jī)廢氣排放的努力中，當(dāng)試圖同時減少顆粒和NOx排放時出現(xiàn)了進(jìn)退兩難的情況，這是因?yàn)橐环矫鍺Ox的形成和另一方面剩余污染物的形成之間存在著相關(guān)性。例如，通過內(nèi)部措施比如EGR能夠降低NOx排放，而內(nèi)部措施進(jìn)而使發(fā)動機(jī)汽缸中的溫度降低。
但是，操作溫度越低，顆粒、未燃燒的烴和一氧化碳的排放越多。另外，柴油發(fā)動機(jī)的效率和有效性受到損害，因而燃料消耗和二氧化碳的排放都增加。但是，如果就效率和性能而言對發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃燒實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化，則會增加顆粒物質(zhì)和NOx的形成。
所以，需要有改進(jìn)的方法來減少和去除柴油發(fā)動機(jī)廢氣中的有毒排放物。

發(fā)明內(nèi)容
近年來，在減少柴油發(fā)動機(jī)的有毒廢氣排放方面已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步。例如，柴油機(jī)氧化催化劑被越來越多地用于減少所述廢氣中的一氧化碳、烴和顆粒物質(zhì)的可溶性有機(jī)部分。目前，表面活性劑穩(wěn)定添加劑方面的最新進(jìn)展使得乙醇可以和柴油燃料以透明、穩(wěn)定的溶液形式摻混。在燃燒時，乙醇/柴油燃料比基礎(chǔ)柴油產(chǎn)生的有毒廢氣少，更令人驚奇的是當(dāng)和柴油機(jī)氧化催化劑結(jié)合使用時，尤其是顆粒物質(zhì)顯著減少。柴油燃料中存在乙醇，令人意想不到地提高了連接到柴油發(fā)動機(jī)廢氣的柴油機(jī)氧化催化劑的有效性。
因此，在本發(fā)明的一個方面，提供了減少柴油發(fā)動機(jī)廢氣的顆粒物質(zhì)含量的方法。一般而言，本發(fā)明的方法包括采用乙醇/柴油燃料摻合物作為燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)柴油發(fā)動機(jī)；使來自乙醇/柴油燃料摻合物燃燒的廢氣和柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)接觸，和單獨(dú)燃燒柴油燃料產(chǎn)生的柴油發(fā)動機(jī)廢氣的顆粒物質(zhì)含量相比，接觸時間足以使顆粒物質(zhì)含量減少至少25％，優(yōu)選至少30％，更優(yōu)選至少40％。
具體實(shí)施例方式
盡管由于環(huán)境方面的考慮使得甲基叔丁基醚(MTBE)正被逐步淘汰而加入乙醇作為氧飽和物(oxygenate)來改善短鏈汽油的燃燒卻正在走向高潮，但是，將乙醇和柴油燃料摻合只是最近才具有可行性。乙醇具有極性，在長鏈烴燃料比如柴油(diesel)中不溶解。但是，如同下面詳細(xì)描述的那樣，現(xiàn)在通過采用表面活性劑在分子水平上穩(wěn)定乙醇和柴油燃料，能夠制備乙醇和柴油燃料的透明摻合物，其中所述表面活性劑比如非離子物質(zhì)的摻合物，包括烷氧化脂肪酸和/或鏈烷醇酰胺，如同PCT公開WO 98/17745和WO 02/088280所述，兩者在此全文引入作為參考。所述燃料摻合物在減少煙塵、顆粒物質(zhì)的煙灰含量、以及來自柴油燃料燃燒的其它毒性廢氣例如氮氧化物和一氧化碳方面，得益于乙醇的貢獻(xiàn)。
但是，到目前為止，還沒有對如下內(nèi)容的報(bào)導(dǎo)含乙醇的柴油燃料和DOC對燃燒產(chǎn)物的顆粒物質(zhì)含量的組合影響，或者乙醇在改善DOC減少顆粒物質(zhì)(PM)的能力方面的影響，即兩個獨(dú)立的“首次測試狀況”——(a)乙醇和DOC一起(排氣管排放)和(b)乙醇在改善DOC性能方面的影響(將排氣管排放和發(fā)動機(jī)排放進(jìn)行比較)。
發(fā)明方法根據(jù)本發(fā)明，令人意想不到地發(fā)現(xiàn)乙醇/柴油燃料摻合物和柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)的組合使用通過協(xié)同作用減少了柴油發(fā)動機(jī)廢氣中的顆粒物質(zhì)(PM)。具體而言，令人意想不到地發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在乙醇時，柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)在減少顆粒物質(zhì)方面的有效性得到了令人意想不到的改善。在優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法減少了顆粒物質(zhì)，同時還減少了NOx排放。
因此，在本發(fā)明的一個方面，提供了減少柴油發(fā)動機(jī)廢氣中顆粒物質(zhì)含量的方法。一般而言，本發(fā)明的方法包括采用乙醇/柴油燃料摻合物作為燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)柴油發(fā)動機(jī)；和使來自乙醇/柴油燃料摻合物燃燒的廢氣和柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)接觸，和單獨(dú)燃燒柴油燃料產(chǎn)生的柴油發(fā)動機(jī)廢氣的顆粒物質(zhì)含量相比，接觸時間足以使顆粒物質(zhì)含量減少至少25％，優(yōu)選至少30％，更優(yōu)選至少40％。
具體而言，當(dāng)采用基礎(chǔ)柴油燃料時，常用的DOC使柴油發(fā)動機(jī)廢氣中的PM的減少量低于25％。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)柴油燃料中存在7體積％乙醇時，和基于單獨(dú)使用DOC以及單獨(dú)使用氧飽和物燃料組合物的期望值相比，DOC可以將PM減少更多。就此而言，當(dāng)DOC和乙醇/燃料混合物組合使用時，可以令人意想不到地發(fā)現(xiàn)在減少PM方面的協(xié)同作用。而且，NOx以及其它污染物的整體含量也減少。
對其它氧飽和物的評價結(jié)果表明，其效果比本發(fā)明方法中利用乙醇所觀察的效果差，從表面上看乙醇對DOC性能的影響比現(xiàn)有技術(shù)的大。SAE 1999-01-3595，Potentiality of Oxygenated SyntheticFuel and Refromulated Fuel on Emissions from a Modern DI DieselEngine。通過引用表明，以前對燃料氧飽和物的研究，例如對Diglyme(二甘醇二甲醚-C6H14O3)與柴油燃料的10％摻合物的研究，和基礎(chǔ)柴油燃料相比煙灰減少11％。SAE 1999-01-1137，Effects of DGMand Oxidation Catalyst on Diesel Exhaust Emissions。Diglyme的含氧量(35.8％)比乙醇(34.8％)的略高。本文所用的“煙灰”是指顆粒物質(zhì)(PM)的干燥部分，煙灰含量的變化和PM變化相關(guān)。
乙醇/燃料混合物采用和柴油燃料摻混的燃料級乙醇為整個燃料摻合物賦予了理想的燃燒性質(zhì)；比如燃料穩(wěn)定性提高、煙霧和顆粒物質(zhì)減少、CO和NOx排放下降、抗爆性改善、和/或防凍性提高。但是，乙醇和柴油燃料組合使用也有以前就存在的問題，其中乙醇/柴油燃料混合物容易分成兩個不同的相，尤其在水存在時，這樣導(dǎo)致最終混合物用作可燃燃料時不穩(wěn)定。但是，得到改進(jìn)的燃料添加劑的最新進(jìn)展使得乙醇(包括含水乙醇)可以令人滿意地和常規(guī)柴油燃料摻混，而不會形成兩個相。
因此，在本發(fā)明的一個方面，提供了含有柴油燃料、乙醇氧飽和物和燃料添加劑的燃料摻合物。該燃料摻合物可以任選的包含其它的化學(xué)添加劑，比如十六烷改進(jìn)劑、有機(jī)溶劑、防凍劑等。而且，該燃料摻合物可以或者不可以包含水。優(yōu)選的燃料摻合物包括在WO98/17745和WO 02/088280中描述的那些，在此全文引入作為參考。
燃料添加劑的存在確保燃料摻合物形成相容的、穩(wěn)定的、均勻的組合物，并同時形成單層；其結(jié)果導(dǎo)致燃燒得更好、更充分，減少了污染，提高了每加侖英里數(shù)。不受理論的限制，乙醇/柴油燃料摻合物能夠在裝料溫度較低的條件下更精確的燃燒，從而減少醛過酸和過氧化物反應(yīng)形成的鐵的甲酸鹽，而鐵的甲酸鹽正常情況下源于發(fā)動機(jī)老化。
本發(fā)明的燃料摻合物即使在水存在下也形成穩(wěn)定、透明、均勻的組合物。所以，根據(jù)本發(fā)明的另一特征，提供了乙醇/柴油燃料摻合物，其任選地包括一定量的水，和其中所述燃料摻合物是基本穩(wěn)定、基本透明、和基本均勻的組合物。
確定燃料摻合物是否基本穩(wěn)定、基本透明和基本均勻，是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員掌握的知識。但是，燃料摻合物什么時候基本穩(wěn)定、基本透明和基本均勻的衡量方法涉及確定燃料摻合物是否處于或者接近其濁點(diǎn)。在這個方面，燃料摻合物的導(dǎo)電率可以用作濁點(diǎn)標(biāo)志。例如，水的電導(dǎo)率為100mS.cm-1，醇例如乙醇的導(dǎo)電率為20-30mS.cm-1。燃料比如汽油或柴油，是非極性的，導(dǎo)電率基本為零。相反，燃料的非均勻混合物，比如汽油或柴油，任選的包括醇比如乙醇，具有較高的電導(dǎo)率讀數(shù)，當(dāng)達(dá)到均勻時電導(dǎo)率下降，當(dāng)組合物成為透明均勻溶液時電導(dǎo)率達(dá)到最小值。
電導(dǎo)率可以在各種溫度測量，優(yōu)選基本為環(huán)境溫度，尤其是25.1℃。下面給出的電導(dǎo)率值通常涉及在25.1℃測量的值。另外，由于已知電導(dǎo)率可以隨著溫度變化而變化，所以在不同溫度測量的任何電導(dǎo)率值應(yīng)該經(jīng)過校準(zhǔn)，就像在25.1℃測量的那樣。
1、柴油燃料被摻混以形成本發(fā)明乙醇/柴油燃料摻合物的柴油量可以是大約60％v/v-大約95％v/v，基于燃料消耗量的總體積。在本發(fā)明的乙醇/柴油燃料摻合物中可用的柴油可以包含石油柴油、生物柴油、中餾燃料或其組合，比例為99∶1-1∶99體積/體積之間的任何比。
本發(fā)明的燃料摻合物的石油柴油通常可以得自石油的蒸餾液，其效率可以通過十六烷數(shù)測量。用于本發(fā)明的合適柴油通常的十六烷數(shù)為35-60，優(yōu)選是40-50。
柴油的90％分值蒸餾溫度(90％point distillationtemperature)優(yōu)選是大約295℃-大約390℃，在一個實(shí)施方案中是大約330℃-大約350℃。這些燃料的粘度在40℃通常是大約1-大約24厘沲。柴油可以被劃分為No.1-D、2-D或者4-D級中的任一等級，如同ASTM D975所規(guī)定的那樣(或者等價的加拿大或者歐洲標(biāo)準(zhǔn)，例如EN590-1999)。在一個實(shí)施方案中，柴油是超低硫柴油(ULSD)，硫最大含量為50ppm，95％蒸餾溫度小于大約345℃。在另一實(shí)施方案中，柴油的硫含量高達(dá)越0.05重量％，由ASTM D2622-87(或者等價的加拿大或者歐洲標(biāo)準(zhǔn)，例如，EN590-1999)規(guī)定的測試方法確定。在另一實(shí)施方案中，柴油是無氯或者低氯柴油，特征在于氯含量不超過大約10ppm。
優(yōu)選的，當(dāng)本發(fā)明的燃料是生物柴油和石油柴油的摻合物時，它可以含有多達(dá)50體積％的生物柴油，例如1-50體積％，優(yōu)選5-30體積％，更優(yōu)選10-20體積％。
2、乙醇乙醇氧飽和物的量可以根據(jù)燃料本質(zhì)及其它而變化，但可以是大約1-大約25體積％，優(yōu)選大約1-大約10體積％，更優(yōu)選大約7體積％。
乙醇可以由化石燃料制備，或者通過發(fā)酵谷物或者其它生物物質(zhì)的糖來制備。所以，適用于本發(fā)明燃料摻合物的乙醇可以是源自淀粉基糖類的酵母或者細(xì)菌發(fā)酵的燃料級乙醇。所述淀粉基糖類可以從玉米、甘蔗、木薯和糖甜菜中提取。
可替換地，燃料級乙醇可以由特殊生物材料的已知稀酸和/或濃酸和/或酶的水解來制備，所述生物材料比如來自工業(yè)來源，包括城市固體垃圾的纖維素部分、廢紙、紙泥、鋸末。也可以從農(nóng)業(yè)殘料中收集生物材料，包括例如米糠和造紙場的淤泥。
適用于本發(fā)明的合適燃料級乙醇可以不含水或者僅僅含有雜質(zhì)水平的水?？商鎿Q地，用于本發(fā)明的合適燃料級乙醇可以含有更大量的水，例如直到大約5％w/w(含水乙醇)。
3、燃料添加劑燃料組合物中的添加劑濃度可以根據(jù)燃料本質(zhì)及其它而變化，但是，該濃度可以非常低，通常大約0.5∶1000-50∶1000體積/體積，優(yōu)選1∶1000-50∶1000體積/體積，優(yōu)選1∶100-5∶100體積/體積。
本發(fā)明的燃料添加劑可以是能獲得基本穩(wěn)定、基本透明、基本均勻的乙醇/柴油摻合物的任何燃料添加劑。本發(fā)明優(yōu)選的燃料添加劑是非離子表面活性劑，優(yōu)選是表面活性劑的摻合物。本發(fā)明的優(yōu)選特征是該表面活性劑可以根據(jù)其本質(zhì)以及濃度進(jìn)行選擇，使得在使用中該添加劑(以及存在的任何水或者其它非燃料液體)可以在溶于所述燃料。為此，便利的做法是考慮表面活性劑的親水性-親脂性的平衡(HLB)，該平衡值可以根據(jù)如下表達(dá)式計(jì)算。
所述值取決于親水鏈，通常是乙氧化物鏈的長度。鏈的長度由于由更大的溶解能力，所以提高了溶解程度。本發(fā)明具有將任何液體燃料的HLB要求統(tǒng)一的能力，而這種能力進(jìn)而使得一個劑量可用于從C5碳鏈以上的任何燃料。
因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，提供了包含油酸鏈烷醇酰胺和烷氧基化油酸的燃料添加劑。油酸烷氧化物和油酸鏈烷醇酰胺的比可以變化，但優(yōu)選是大約99∶1-大約1∶99體積/體積，更優(yōu)選是大約3∶1-大約1∶1體積/體積，還更優(yōu)選是大約1∶1體積/體積。
燃料添加劑的油酸鏈烷醇酰胺優(yōu)選可以是乙醇酰胺，更優(yōu)選是二乙醇酰胺。特別優(yōu)選的是二乙醇酰胺，尤其是超二乙醇酰胺。
油酸乙氧化物可以源自各種原料，在世界范圍內(nèi)易得。但是，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，可以通過源自動物脂肪(例如牛脂或者植物油，比如大豆等)的酸的乙氧化或者酯化來制備油酸乙氧化物。因此，油酸前體可以占主要地位，例如大約65-70％體積/體積油酸，但也可以含有亞油酸，例如大約10-12％體積/體積，也可以含有少量的硬脂酸、棕櫚酸和/或肉豆蔻酸。
燃料添加劑的烷氧化物優(yōu)選可以是乙氧化物、丙氧化物、或其混合物。選擇乙氧化的程度以使油酸二乙醇酰胺在摻合物中的性能最優(yōu)化，所述乙氧化程度可以是大約0.5-20，更優(yōu)選是大約0.5-大約10，還更優(yōu)選是大約1-大約3。在此范圍內(nèi)的合適產(chǎn)物是例如通過在1摩爾油酸中加入1摩爾氧化乙烯得到的產(chǎn)物。
在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的燃料添加劑特征在于燃料添加劑基本不含醇，尤其是乙氧化的醇。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的燃料添加劑可以任選地含有氮化合物。氮化合物優(yōu)選可以選自氨、肼、烷基肼、二烷基肼、脲、乙醇胺、單烷基乙醇胺、和二烷基乙醇胺，其中烷基獨(dú)立選自甲基、以及、正丙基或者異丙基。特別優(yōu)選脲。氮化合物可以是無水化合物或者含水化合物，例如，水溶液，可以是多達(dá)約5％重量/重量的水溶液。
4、任選的燃料摻合物組分在一個實(shí)施方案中，燃料摻合物可以被制備成除了痕量水雜質(zhì)以外基本無水的組合物。術(shù)語痕量水雜質(zhì)一般是指0.1％重量/重量或以下的水。但是，本發(fā)明的燃料摻合物可以任選的含有多達(dá)約5％體積/體積的水，基于燃料摻合物的總體積。
本發(fā)明的燃料摻合物也可以任選地含有大約0.1％體積/體積-大約10％體積/體積的十六烷促進(jìn)劑。當(dāng)本發(fā)明的燃料摻合物中含有十六烷促進(jìn)劑時，該促進(jìn)劑可以以本發(fā)明燃料添加劑的部分加入，或者可以單獨(dú)加入。
合適的十六烷促進(jìn)劑可以選自2-乙基己基硝酸酯、叔丁基過氧化物、二甘醇甲醚、環(huán)己醇和其混合物。在混合物中的十六烷促進(jìn)劑的量通常隨著具體柴油的十六烷值和該具體燃料摻合物中的乙醇量的變化而變化。一般而言，柴油十六烷值越低，則十六烷促進(jìn)劑的量越高。類似地，由于乙醇通常充當(dāng)十六烷抑制劑，所以溶液中乙醇濃度越高，則該摻合物中可能需要越多的十六烷促進(jìn)劑。
另外，本發(fā)明的燃料添加劑或者燃料組合物也可以任選的包含小于大約5％體積/體積，優(yōu)選小于大約1％體積/體積量的破乳劑。
柴油機(jī)氧化催化劑可用于本發(fā)明方法的柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)可以是本領(lǐng)域公知的任何DOC。一般而言，DOC包括分散在耐火金屬氧化物上的鉑族金屬。舉例而言，本發(fā)明的DOC可以包括整體式催化劑元件，該催化劑元件具有陶瓷或者金屬的流通通道，所述通道涂覆有提高活性的細(xì)粒金屬氧化物比如氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、沸石或其混合物的分散涂層，作為另外的催化活性成分的載體。所述催化活性成分可以以摻雜有釩的或者和氧化的釩化合物接觸的鉑、鈀、銠和/或銥的形式存在。
可替換地，DOC可以包括含有大表面積氧化鈰、沸石和任選的大表面積氧化鋁的混合物的催化材料。催化材料任選的可以攜帶在其上分布的低加載量的鉑催化金屬、或者在其上分布的鈀催化金屬?？商鎿Q地，或者另外，沸石可以用催化部分摻雜，例如，用離子或者中性的含金屬物質(zhì)進(jìn)行離子交換或者浸漬，所述中性的含金屬物質(zhì)選自下列的一種或多種氫、鉑、銠、鈀、釕、鋨、銥、銅、鐵、鎳、鉻和釩，優(yōu)選地，選自鉑和鐵的一種或兩種。
用于本發(fā)明DOC的優(yōu)選沸石材料包括例如β沸石或者選自Y沸石、pentasil(例如，ZSM-5)、絲光沸石和其混合物的沸石。
柴油發(fā)動機(jī)根據(jù)本發(fā)明可以操作的柴油發(fā)動機(jī)包括用于移動(包括船舶)和靜止動力設(shè)備的所有壓縮-點(diǎn)火型發(fā)動機(jī)。這些發(fā)動機(jī)包括每循環(huán)兩沖程型和每循環(huán)四沖程型柴油發(fā)動機(jī)。柴油發(fā)動機(jī)包括重型柴油發(fā)動機(jī)。包括公路發(fā)動機(jī)和非公路發(fā)動機(jī)，包括新發(fā)動機(jī)和使用狀態(tài)的發(fā)動機(jī)?？捎玫牟裼桶l(fā)動機(jī)包括在汽車、卡車、客車、火車頭等種使用的那些。所述包括市區(qū)客車和各種卡車。
實(shí)施例現(xiàn)在將參考所附實(shí)施例舉例說明本發(fā)明，但不是對本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1制備乙醇/柴油摻合物通過將燃料添加劑和乙醇/柴油混合物混合制備本發(fā)明示例的乙醇/柴油摻合物。具體而言，通過摻合組分，即比例為1∶1的油酸二乙醇酰胺和乙氧化的油酸，制備燃料添加劑組合物。隨后，將該燃料添加劑組合物的1％加入到7.7％乙醇/92.3％柴油摻合物中，獲得穩(wěn)定的、光學(xué)透明的、穩(wěn)定的微乳化燃料摻合物，其中所述92.3％柴油摻合物中含有例如合格的柴油US No.1柴油，即含有0.1％十六烷改進(jìn)劑的10％芳族柴油。
實(shí)施例2-DOC和乙醇/柴油摻合物的組合可以如下驗(yàn)證本發(fā)明的方法在減少柴油機(jī)廢氣中PM方面的令人意想不到的改進(jìn)。CFR Title 40第86部分附錄I中描述的US EPA EngineDynamometer Schedule for Heavy-Duty Diesel Engines可用作基礎(chǔ)的測試順序。在一個冷循環(huán)及隨后的四個熱啟動瞬時測試循環(huán)中測定受控的排放量，其中每個循環(huán)之間被所需的20分鐘保溫時間分隔開。在測試的三個熱啟動階段，獲得了13工況測試的排放特征性測量結(jié)果。
示例性的乙醇/柴油摻合物包括加拿大1號和2號柴油機(jī)基礎(chǔ)燃料，以及每一種和7.0％乙醇及1％穩(wěn)定添加劑的摻合物。柴油機(jī)氧化催化劑包括AZ29型催化劑，得到了US EPA Voluntary DieselRetrofit項(xiàng)目的認(rèn)證。該催化劑具有在分子篩上加載的鉑，所述分子篩含有雙重催化系統(tǒng)(washcoat)。
排放收集裝置采用恒定體積的采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得可以測量發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間排放的氣態(tài)和顆粒物質(zhì)的真質(zhì)量。這種采樣分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循CFR Title 40第86.1310-90的協(xié)議。用于CO、CO2、NOx和THC的連續(xù)采樣分析系統(tǒng)遵循CFR Title 40第86.1310-90部分和第86.1339-90(3)部分的規(guī)定。
采用CFR Title 40第86.1339-90部分描述的方法獲得顆粒物質(zhì)排放速率。
發(fā)動機(jī)可以是2000年型Navistar DT466 S/N，具體特征如下

從下表可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用基礎(chǔ)柴油#1和#2時，DOC分別減少8.5％和24.3％的PM。但是，當(dāng)兩種柴油中存在7體積％的乙醇時，DOC分別減少39.4％和46.0％的PM。就此而言，可以發(fā)現(xiàn)在減少PM方面的協(xié)同作用。例如，采用DOC和標(biāo)準(zhǔn)柴油#1以大約0.006g/hp-hr的量減少PM，而采用乙醇/柴油#1在不使用DOC時以大約0.002g/hp-hr的量減少PM?；谒鼋Y(jié)果，從加和性上考慮，預(yù)計(jì)會以大約0.008g/hp-hr的量減少PM，或者PM減少11.27％。但是，發(fā)現(xiàn)DOC和乙醇/柴油#1混合物的組合使用通過協(xié)同作用以大約0.028g/hp-hr的量減少PM，或者PM減少39.43％。而且，NOx以及其它污染物的總含量都下降了。
標(biāo)準(zhǔn)污染物和CO2的平均熱啟動排放速率總結(jié)

本文引用的所有標(biāo)準(zhǔn)、出版物和專利申請?jiān)诖硕纪ㄟ^引用而結(jié)合進(jìn)來，就好像對每個單個標(biāo)準(zhǔn)、出版物或者專利申請都具體單獨(dú)聲明通過引用而結(jié)合一樣。
雖然上面已經(jīng)詳細(xì)描述了一些實(shí)施方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚地知道，對這些實(shí)施方案可以進(jìn)行許多修改而不會偏離其教導(dǎo)。所有這些修改被包括在本發(fā)明的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.減少柴油發(fā)動機(jī)廢氣中顆粒物質(zhì)含量的方法，所述方法包括運(yùn)轉(zhuǎn)采用乙醇/柴油燃料摻合物作為燃料的柴油發(fā)動機(jī)；和將源自所述乙醇/柴油燃料摻合物燃燒的廢氣和柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)接觸一定時間，和源自柴油燃料單獨(dú)燃燒的柴油發(fā)動機(jī)廢氣的顆粒物質(zhì)含量相比，所述接觸時間足以使顆粒物質(zhì)含量減少至少25％。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述乙醇/柴油燃料摻合物的基礎(chǔ)柴油燃料包括燃料添加劑、乙醇和柴油燃料。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述燃料添加劑包括油酸鏈烷醇酰胺和烷氧基化油酸。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述乙醇/柴油燃料摻合物的基礎(chǔ)柴油燃料的濃度是大約80體積％-大約98體積％。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述乙醇/柴油燃料摻合物的乙醇的濃度是大約2體積％-大約20體積％。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述乙醇/柴油燃料摻合物的乙醇是燃料級乙醇，任選來自石油化學(xué)來源或者農(nóng)業(yè)來源。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述乙醇/柴油燃料摻合物是用非離子表面活性劑摻合物穩(wěn)定的、透明的、均勻溶液或者微乳液。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述表面活性劑穩(wěn)定劑在燃料摻合物中的濃度是所述燃料摻合物的大約0.1體積％-3體積％。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述DOC包含在分子篩上加載的鉑金屬。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述廢氣和所述柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)接觸一定時間，和源自柴油燃料單獨(dú)燃燒的柴油發(fā)動機(jī)廢氣的顆粒物質(zhì)含量相比，所述接觸時間足以使顆粒物質(zhì)含量減少至少40％。
全文摘要
近年來在減少柴油發(fā)動機(jī)毒性廢氣排放上已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步。例如，柴油機(jī)氧化催化劑被越來越多地用于減少所述廢氣中的一氧化碳、烴和顆粒物質(zhì)的可溶性有機(jī)部分。目前，表面活性劑穩(wěn)定添加劑方面的最新進(jìn)展使得乙醇可以和柴油燃料以透明、穩(wěn)定的溶液形式摻混。在燃燒時，乙醇/柴油燃料比基礎(chǔ)柴油燃料產(chǎn)生的有毒廢氣少，更令人驚奇的是當(dāng)和柴油機(jī)氧化催化劑結(jié)合使用時，尤其是顆粒物質(zhì)顯著減少。柴油燃料中存在乙醇，令人意想不到地提高了連接到柴油發(fā)動機(jī)廢氣的柴油機(jī)氧化催化劑的有效性。
文檔編號B01J8/00GK101052456SQ200580012256
公開日2007年10月10日 申請日期2005年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者艾倫·羅伯特·森普爾·雷, 羅伯特·萊斯利·哈利 申請人:O2柴油公司