典型工况条件下油品对机动车排放PM2.5 浓度及成分变化影响规律研究

Recently, air pollution of fine particles (PM2.5) caused by dust-haze in large areas of China has already gained much international attention, and vehicle emission is a significant source of PM2.5. Fuel quality (mainly diesel) is one of important influencing factors on vehicle emission, but due to the complex combination of fuel attributes, PM2.5 compositions, and many other influencing factors, it is a little difficult to quantitative analysis the relationship between fuel quality and PM2.5 emission from vehicles. In this research, at first, other influencing factors (driving conditions, emission control systems etc.) will be integrated on the basis of our well qualified equipments and technology. Secondly, many experiments will be conducted to obtain data of mass concentrations and components of PM2.5 (including gaseous organic matters) based on different kinds of diesel attributes. Finally, some principal component analysis and factor analysis will be introduced to research the quantitative or semi-quantitative relationship between diesel attributes and PM2.5 emission, and correlation analysis will be used to analyze the relationship of acceleration or restraint among metal elements, carbons and organic species (particulate and gasous) on the basis of diesel attributes.

近年来，灰霾引发的大气细颗粒物（即PM2.5）浓度问题引起国内外极度关注，而机动车排放是PM2.5的重要来源。油品质量是影响机动车排放PM2.5的一个重要因素，但由于油品属性指标和颗粒物成分的多样性以及影响机动车排放因素的复杂性，全面、切实地分析油品质量对机动车排放PM2.5的影响情况仍然是当前研究的一个难点。本申请将立足自身设备基础和技术力量，首先对影响机动车排放PM2.5的其它因素（运行工况、排放控制设备等）进行统一化，在此基础上通过系统设计实验获取不同柴油属性（本研究主要针对柴油）时PM2.5（包括气态有机物）排放的质量浓度与成分数据。对获得的结果数据，我们将尝试引入主成分分析、因子分析等方法寻求柴油主要属性参数对PM2.5排放的定量或半定量影响关系；利用关联分析等手段探索PM2.5中金属元素、碳组分和有机物（包括气态）等不同成分随柴油属性的变化规律以及不同成分之间促进或抑制的关系。

近年来，灰霾引发的大气细颗粒物（即PM2.5）浓度问题引起国内外极度关注，而机动车排放是PM2.5的重要来源。.本项目着重探讨油品质量对机动车排放PM2.5的影响，在获得大量排放测试和分析数据的基础上，主要进行了如下工作：1)分析了机动车排放PM2.5中的离子、元素、碳和多环芳烃等主要成分以及机动车排放挥发性有机物（VOCs）的排放因子，获得了相关数据，尤其是建立了一个柴油车排放颗粒物元素成分关系数据库，并在此基础上分析了一些重要成分间（元素和多环芳烃）的相互变化情况；2）按照发动机排放阶段、油品种类、后处理装置和运行工况4种因素的不同，对24组测试数据应用多元线性回归分析方法探讨了4种因素对PM2.5排放因子的影响力大小排序，表明油品种类是影响PM2.5排放因子的更重要因素；3）基于测试数据针对运行工况、油品参数对PM2.5排放因子的影响进行了偏最小二乘回归分析，结果显示11个因素对PM2.5排放因子的影响力大小顺序为：运行工况 > 磨痕直径 > 初馏点 > 多环芳烃含量 ≈ 硫含量 ≈ 十六烷值 > 密度 > 50%馏出温度 > 95%馏出温度 > 脂肪酸甲酯含量 > 90%馏出温度。.重要结果如下：本研究测试的机动车排放PM2.5 排放因子均值为(21.9±24.5) mg·kWh-1，在各成分质量占比中，碳组分是主要成分，占比为76.4~95.6%； SO42-占比0.8-2.8%，NO3-占比2.1-5.8%；10种主要元素的占比约为：Ca（0.83%）、Si（0.70%）、Fe（0.63%）、Na（0.37%）、Mg（0.21%）、Zn（0.21%）、K（0.15%）、Al（0.15%）、Cu（0.02%）、Ni（0.01%）；PAHs组分占比不到0.1%。PM2.5的多环芳烃中的芘和荧蒽和元素成分中的Fe有显著正相关性(r≥0.84, p<0.05)，但和Mg, Al, Si有显著负相关性(r≤-0.81, p<0.05)。.本研究利用所获得的丰富测试数据探求了柴油主要属性参数以及发动机排放标准、工况、后处理装置等因素对PM2.5排放的半定量影响关系，并分析了PM2.5一些重要成分间（元素和多环芳烃）的相互变化情况；研究成果有助于对机动车PM2.5排放的细致认识，并为控制和减少PM2.5排放提供重要参考。