一、前言

    随着我国汽车产量和保有量的逐年增加，对燃油量的需求也相应增大，但汽车尾气也给环境带来严重污染。为了缓解石油资源的短缺和改善环境，我国现在已经开始大力扩大乙醇汽油的使用示范。乙醇是汽油的一种很好的代用燃料，其辛烷值比汽油高，着火燃烧浓度极限范围比汽油宽很多。因乙醇分子中含氧，当汽油中添加一定比例的乙醇后，不仅能部分替代汽油，还可以改善燃烧状况，降低有害物的排放。E10是在汽油中加入10%乙醇的混合燃料，可使辛烷值提高3%，氧含量增加3.5%，能大大改善汽油的使用性能，使燃烧更彻底，并且不污染环境^[1]。

    本文采用气相色谱-质谱分析方法，对不同温度下乙醇汽油的蒸发排放物及汽油的蒸发排放物进行了检测分析。通过蒸发成分的对比分析，从而进一步了解了汽油车在使用乙醇汽油时的蒸发排放情况。目前，在国内鲜有文献介绍这方面情况。

    二、试验设备与方法

    （一）试验仪器

    试验使用的主要仪器包括CATARC自主开发的蒸发排放测试密闭室以及Finnigan公司生产的GC8000TOP-VOYAGER型气相色谱-质谱联机。

    （二）GC/MS分析条件

    1．色谱条件

    使用DB-5型石英毛细管色谱柱（30m×0.32mmi.d.×0.25μm），其升温程序：初始温度为3.5℃，恒温5 min，然后以5℃/min的速率升至100℃，恒温10min。汽化室温度及接口温度均为250℃，载气为氦气，使用1mL/min的恒流方式，进样量为100μL。

    2．质谱条件

    电子轰击离子源EI，电子能量70eV，检测电压为350V；质量扫描范围为20～500u，标准质谱图库NIST。

    （三）试验用燃油

    试验用两种燃油的理化特性测试结果见表1。

   

    由表1可知，两种油品的蒸汽压相差较小，尤其是乙醇汽油比标准要求的74kPa低很多，主要原因是炼油企业在调配燃料时有意将组分油的蒸汽压调低，从而达到加人乙醇后其蒸汽压与普通汽油相近的水平。

    （四）蒸发排放物收集

    根据GB 183.52.2—2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅱ）》中蒸发排放昼间呼吸测试的过程，制定了利用油箱将燃料温度加热到30℃和3.5℃的方法，见表2。升温过程中，油箱的所有出口均密封，将油箱上的蒸发管与炭罐连接，当燃料达到规定温度时，拆下炭罐并将1L的采气袋连到油箱的蒸发管上进行采气。对E10实施30℃和3.5℃两个温度的蒸发排放试验。为了同汽油作对比，对93#汽油进行30℃和35℃的蒸发排放试验。乙醇汽油52℃温度下的蒸汽收集是将乙醇汽油加人52℃的恒温密闭容器内，1.5min后，采用1L的采气袋收集密闭容器内的蒸发排放物。

   

    （五）测定方法

    用GC/MS联机对总离子流色谱图进行分析和处理，用质谱图库检索确定蒸发排放物化学组成，使用峰面积归法计算各个化学成分的相对含量。

    三、试验结果与讨论

    利用GC/MS联机对93#汽油在30℃时的蒸发排放物与E10在30℃、3.5℃、52℃三种温度下的蒸发排放物进行检测分析。E10在52℃时的蒸发排放物的总离子流图见图1，图1中的各峰值即是不同的HC物质的色谱峰。用GC/MS联机自动检索进行色谱峰的定性，通过NIST标准质谱图库、气相色谱及质谱的相关文献^[2]，综合各方面对色谱峰定性，共确定27种化学成分。不同温度下蒸发排放物中已确定的化学成分及其在整个蒸发排放物中的相对含量见表3。

   

    

    从表3可看出，E10在3种温度下的化合物相对百分含量分别为97.05%、96.66%和97.1%，主要为碳数小于7的烷烃和烯烃，以及含有少量乙醇和苯的同系物，其中烷烃约为61%～77%，烯烃类约为18%～30%。图2为表3中两种燃油在30℃条件下的蒸发排放物主要种类的比较，这些种类占总排放物的80%~90%。另外从图2也可以看出，排放物中的n-丁烷和甲基-丁烷占主导地位，而乙醇成分远远少于燃料中的含量。由于乙醇汽油在52℃时的气体样本是在全封闭的容器内对乙醇汽油加热得到的，因此这个样本中的乙醇含量代表了该乙醇汽油在最苛刻试验条件下的最大挥发量（2.18%）。

   

    另外从表3中还可发现，对于E10，随蒸发温度的升高，其主要排放物2-甲基-丙烯、丁烷、顺2-丁烯、反2-丁烯、2-甲基-丁烷、戊烷、顺2-己烯、2-甲基戊烷等的相对含量都有所增加，但30℃时E10蒸发排放物中的丁烷含量偏高。

    通过对93#汽油和E10混合燃料蒸发排放物的比较可知，在化合物组成上，除在E10中发现有乙醇外，其余的蒸发排放组分基本没有差异。

    图3为不同温度下燃料的蒸发排放物的总峰面积比较（同样的进样量）。从图3可看出，随蒸发温度的升高，E10的蒸发排放物的排放相对含量相应增加，对环境的污染程度相对加重，其中E10在52℃时的蒸发排放物为30℃时的3倍，这也是汽油车蒸发排放的基本规律。

   

    通过图3可看出，在30℃和35℃两种温度下，E10的总蒸发物的峰面积都小于汽油的总蒸发物的峰面积。亦即在这两种温度下，乙醇汽油的HC蒸发总量要小于汽油的HC蒸发总量。为了验证两种燃油蒸发量的关系，进行了密闭室内的油箱蒸发试验，即在1h内使油温从18℃线性升至35℃，并在35℃下保持1h，试验结果见表4。

   

    表4的结果表明，不论是单次对比结果还是两次试验的均值，都证实了在这样的试验条件下汽油的蒸发量比乙醇汽油的要高。由于试验过程的影响因素很多，因此第一次和第二次对比试验的结果有一定的离散性，但通过表4和图3可以证明，如果两种燃油的蒸汽压相当，乙醇汽油HC的蒸发排放在质量上一定不会比汽油重。

    四、结论

    1．乙醇汽油与普通汽油一样，其蒸发排放物中主要为碳原子数为3-7的烷烃和烯烃；

    2．乙醇汽油蒸发排放物中乙醇的含量远远少于燃料中乙醇的含量；

    3．乙醇汽油的蒸发排放物的绝对含量随蒸发温度的升高相应增加，其中52℃时的排放物为30℃的近3倍；

    4．严格控制了蒸汽压后，乙醇汽油与汽油在蒸发特性上没有显著差异，而在蒸发HC的总质量上，乙醇汽油还要比汽油的少。

    参考文献

    1．崔淑华等儿种汽车代用燃料的发展现状及趋势，黑龙江交通科技，2004，121（3）：53～54

    2．章虎等9.3号汽油样品组分的GC-MS分析分析测试学报，2003，22（5）：56～59