[发明专利]采用乙醇/柴油燃料掺合物与柴油机氧化催化剂的组合降低柴油发动机废气中颗粒物质排放的方法

说明书

技术领域

本发明涉及减少污染的方法，尤其涉及减少柴油发动机废气中污染物含量的方法。

背景技术

柴油机废气由许多不同的毒性化学物质的混合物组成。柴油发动机依赖于在压缩循环中产生的热量来点火，这和汽油发动机中的电火花不同。由于所需的压缩，所以柴油发动机比汽油发动机重、体积大。柴油发动机的运转采用的是精炼程度较低的燃料，每小时每马力消耗的燃料更少。在柴油机废气中，最受关注的毒性化学物质是氮氧化物(NO_x，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)、和各种烃颗粒以及未燃烧的烃。

就此而言，柴油发动机废气包含在燃烧过程中形成的、在环境温度下为蒸汽或气体的烃和在所述温度下蒸汽压低并因而凝结成含碳颗粒的烃(所谓的“可溶性有机部分”或者“SOF”)。柴油机废气还含有二氧化硫(SO₂)形式的高含量硫。SO₂氧化时转变成SO₃，随后很容易和废气中的水结合形成硫酸。任何硫酸凝结物将增加废气中测量出的颗粒物质含量，并且当废气中具有烃，尤其是颗粒时，这种凝结物更容易出现。

目前有多种不同方法被用于减少柴油机废气的排放，包括改变发动机的设计和运转参数、燃烧燃料的“清洁器”的设计、采用催化转化器和柴油机氧化催化剂(DOC)来减少一氧化碳、烃、NO_x和颗粒物质、采用排出气体循环(EGR)、采用选择性催化还原(SCR)、和采用颗粒过滤器。

但是，在为减少柴油机废气排放的努力中，当试图同时减少颗粒和NO_x排放时出现了进退两难的情况，这是因为一方面NO_x的形成和另一方面剩余污染物的形成之间存在着相关性。例如，通过内部措施比如EGR能够降低NO_x排放，而内部措施进而使发动机汽缸中的温度降低。

但是，操作温度越低，颗粒、未燃烧的烃和一氧化碳的排放越多。另外，柴油发动机的效率和有效性受到损害，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对发动机内的燃烧实现了最优化，则会增加颗粒物质和NO_x的形成。

所以，需要有改进的方法来减少和去除柴油发动机废气中的有毒排放物。

发明内容

近年来，在减少柴油发动机的有毒废气排放方面已经有了相当的进步。例如，柴油机氧化催化剂被越来越多地用于减少所述废气中的一氧化碳、烃和颗粒物质的可溶性有机部分。目前，表面活性剂稳定添加剂方面的最新进展使得乙醇可以和柴油燃料以透明、稳定的溶液形式掺混。在燃烧时，乙醇/柴油燃料比基础柴油产生的有毒废气少，更令人惊奇的是当和柴油机氧化催化剂结合使用时，尤其是颗粒物质显著减少。柴油燃料中存在乙醇，令人意想不到地提高了连接到柴油发动机废气的柴油机氧化催化剂的有效性。

因此，在本发明的一个方面，提供了减少柴油发动机废气的颗粒物质含量的方法。一般而言，本发明的方法包括采用乙醇/柴油燃料掺合物作为燃料来运转柴油发动机；使来自乙醇/柴油燃料掺合物燃烧的废气和柴油机氧化催化剂(DOC)接触，和单独燃烧柴油燃料产生的柴油发动机废气的颗粒物质含量相比，接触时间足以使颗粒物质含量减少至少25％，优选至少30％，更优选至少40％。

具体实施方式

尽管由于环境方面的考虑使得甲基叔丁基醚(MTBE)正被逐步淘汰而加入乙醇作为氧饱和物(oxygenate)来改善短链汽油的燃烧却正在走向高潮，但是，将乙醇和柴油燃料掺合只是最近才具有可行性。乙醇具有极性，在长链烃燃料比如柴油(diesel)中不溶解。但是，如同下面详细描述的那样，现在通过采用表面活性剂在分子水平上稳定乙醇和柴油燃料，能够制备乙醇和柴油燃料的透明掺合物，其中所述表面活性剂比如非离子物质的掺合物，包括烷氧化脂肪酸和/或链烷醇酰胺，如同PCT公开WO 98/17745和WO 02/088280所述，两者在此全文引入作为参考。所述燃料掺合物在减少烟尘、颗粒物质的烟灰含量、以及来自柴油燃料燃烧的其它毒性废气例如氮氧化物和一氧化碳方面，得益于乙醇的贡献。

但是，到目前为止，还没有对如下内容的报导：含乙醇的柴油燃料和DOC对燃烧产物的颗粒物质含量的组合影响，或者乙醇在改善DOC减少颗粒物质(PM)的能力方面的影响，即两个独立的“首次测试状况”——(a)乙醇和DOC一起(排气管排放)和(b)乙醇在改善DOC性能方面的影响(将排气管排放和发动机排放进行比较)。

发明方法