吳中興臺灣大學：生物產業機電工程學研究所徐正Hsu, ChengChengHsu2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/52869移動污染源一直是製造空氣污染的主要來源，而柴油引擎更是其大宗，本論文探討直接噴射柴油引擎在使用超級柴油與純生質柴油兩種燃料在各種操作條件下所排放廢氣，並對其加以收集、萃取、分析，以了解廢氣中多環芳香族碳氫化合物（PAHs）的種類和濃度。量測結果顯示在使用超級柴油全負載時柴油引擎在扭力最大時所排放之PAHs總重量濃度最高；結果也指出在低轉速時則以低苯環數PAHs為主；而在高轉速時，致突變性和致癌性之PAHs化合物排放量和毒性最強的BaP則有增多的趨勢。在排放個別PAHs成份中，其Phe濃度值明顯比其他成份高出很多；在其他成份中，通常以Nap、Pyr的濃度較高。 在改用生質柴油全負載時柴油引擎也在扭力最大時所排放之PAHs總重量濃度最高，而在各種類的比較上，結果指出在使用生質柴油後，致癌性化合物有明顯的減少，而揮發性化合物則減少較少。在排放個別PAHs成份中，其Nap濃度值明顯比其他成份高出很多；在其他成份中，通常以Phe、Pyr、BaP濃度較高。我們同時也發現致癌性化合物不論使用超級柴油或是生質柴油都會隨著轉速的提高，而呈現增加的趨勢。 而隨著馬力的增大、油耗的增加、排氣溫度的上升，則會致使致癌性化合物大量的生成。使用生質柴油後，可比使用超級柴油減少約30%~40%的PAHs總排放量，而致癌性PAHs則減少約30﹪~50﹪，這也印證生質柴油的確能有效的減低PAHs的排放。Nowadays mobile source was always the major cause of air pollution producing, diesel engine especially. In this work, a direct injection diesel engine using different fuels, low sulfur diesel and pure biodiesel, was operated under different conditions and the emission which contained different types and different concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) was collected, extracted and analyzed. The result showed that at the 100% throttle, the maximum PAHs emission diesel occurs when engine is operated at the maximum torque,and using the low sulfur diesel. It also showed that the majority of exhaust is low molecular weight PAHs when the engine was at low speed range operation.The exhaust of mutation and carcinogen PAHs compounds and the most toxic BaP have the trend of increasing on high rotating speed. Apparently the concentration of Phe was higher than other compounds in emission and Nap and Pyr were usually in the majority in the remained compounds. When biodiesel was used, the result revealed that maximum torque of diesel engine was operated at full load exhausted the maximum mass concentration of PAHs. The result showed that after biodiesel was used, the concentration of carcinogens would decrease obviously, and the amount of PAHs also decreased, but less than the former. Apparently the concentration of Nap in PAHs emission is higher than other compounds, but the major compositions in other components are Phe, Pyr and Bap. These result showed that whether low sulfur diesel or biodiesel were used, the increasing tendency of the concentration of carcinogen PAHs would increase with the engine speed. With the increasing horsepower, oil consumption and emission temperature would cause the gradual generation of carcinogens. After biodiesel was used, 30 to 40% decrease of the total PAHs emissions, and 30 to 50% decrease of carcinogens PAHs than these when the low sulfur diesel was used, this also indicates that PAHs emission can be effectively reduced by using biodiesel.目　　錄 目　　錄 ……………………………..………………………………………. V 圖 目 錄 VIIIIII 表 目 錄 XIX 第一章、 緒論 1 1-1 前言 1 第二章、 文獻探討 2 2-1 PAHS之介紹 2 2-1-1 PAHs之研究源起 2 2-1-2 PAHs化合物的生成 2 2-1-3 PAHs之特性 4 2-1-4 PAHs的來源 9 2-1-5 PAHs化合物粒徑分佈 12 2-2 PAHs化合物的危害性 14 2-3 生質柴油 15 2-3-1 生質柴油的製造 15 2-3-2 生質柴油的特性 16 2-4 柴油引擎的污染排放 16 第三章、 實驗方法 21 3-1 柴油引擎規格 21 3-2 實驗所使用柴油與生質柴油特性 23 3-3 PAHs的採樣及分析流程 24 3-3-1 PAHs的採樣 24 3-3-2 樣品後續的處理 25 3-4 PAHS濃度的定量與檢量線的製作 26 3-5 十六種多環芳香烴化合物標準品之氣相層析 28 第四章、 結果與討論 37 4-1 超級柴油16種化合物分佈情形 38 4-2 使用超級柴油為燃料油門全開轉速1000RPM 40 4-3 使用超級柴油為燃料油門全開轉速1250RPM 48 4-4 使用超級柴油為燃料油門全開轉速1500RPM 55 4-5 使用超級柴油為燃料油門全開轉速1750RPM 62 4-6 使用超級柴油為燃料油門全開轉速2000RPM 69 4-7 使用超級柴油為燃料油門全開轉速2200RPM 76 4-8 使用超級柴油為燃料油門全開轉速2400RPM 83 4-9 七種轉速所排放16種化合物的結果比較 90 4-9-1各轉速之低中高苯環化合物比較 90 4-9-2各轉速之揮發性與致癌性PAHS比較 92 4-10 生質柴油16種化合物分佈情形 93 4-11 使用生質柴油為燃料油門全開轉速1000RPM 95 4-12 使用生質柴油為燃料油門全開轉速1250RPM 103 4-13 使用生質柴油為燃料油門全開轉速1500RPM 110 4-14 使用生質柴油為燃料油門全開轉速1750RPM 117 4-15 使用生質柴油為燃料油門全開轉速2000RPM 124 4-16 使用生質柴油為燃料油門全開轉速2200RPM 131 4-17 使用生質柴油為燃料油門全開轉速2400RPM 138 4-18 生質柴油七種轉速所排放16種化合物的結果比較 145 4-18-1各轉速之低中高苯環化合物比較 145 4-18-2各轉速之揮發性與致癌物化合物比較 147 4-18-3生質柴油16種化合物在各轉速之增減比較 166 4-19 兩種燃料比較 148 4-20 引擎性能 152 第五章、 結論 157 參考文獻 161 圖 目 錄 圖 3.1實驗流程圖 22 圖 3.4 採樣設備圖 27 圖 3.5A 16種PAH化合物標準品氣相層析圖 31 圖 3.5B NAP檢量線 32 圖 3.5C ACPY檢量線 32 圖 3.5D ACP檢量線 32 圖 3.5E FLU檢量線 33 圖 3.5F PHE檢量線 33 圖 3.5G ANT檢量線 33 圖 3.5H FL檢量線 34 圖 3.5I PYR檢量線 34 圖 3.5J BAA檢量線 34 圖 3.5K CHR檢量線 35 圖 3.5L BBFL，BKFL檢量線 35 圖 3.5M BAP檢量線 35 圖 3.5N IND檢量線 36 圖 3.5O DBA檢量線 36 圖 3.5P BGHIP檢量線 36 圖 4-2A引擎在轉速1000RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 44 圖 4-2B引擎在轉速1000RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度44 圖 4-2C引擎在轉速1000RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 45 圖 4-2D引擎在轉速1000RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 45 圖 4-2E 引擎在轉速1000RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 46 圖 4-2F 引擎在轉速1000RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 46 圖 4-2G引擎在轉速1000RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 47 圖 4-2H引擎在轉速1000RPM時所排放的BAP與總量之比較 47 圖 4-3A引擎在轉速1250RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 51 圖 4-3B引擎在轉速1250RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度51 圖 4-3C引擎在轉速1250RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 52 圖 4-3D引擎在轉速1250RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 52 圖 4-3E引擎在轉速1250RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 53 圖 4-3F引擎在轉速1250RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 53 圖 4-3G引擎在轉速1250RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 54 圖 4-3H引擎在轉速1250RPM時所排放的BAP與總量之比較 54 圖 4-4A 引擎在轉速1500RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 58 圖 4-4B 引擎在轉速1500RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 58 圖 4-4C 引擎在轉速1500RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 59 圖 4-4D引擎在轉速1500RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 59 圖 4-4E引擎在轉速1500RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 60 圖 4-4F引擎在轉速1500RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 60 圖 4-4G引擎在轉速1500RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 61 圖 4-4H引擎在轉速1500RPM時所排放的BAP與總量之比較 61 圖 4-5A引擎在轉速1750RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 65 圖 4-5B引擎在轉速1750RPM所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 65 圖 4-5C引擎在轉速1750RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 66 圖 4-5D引擎在轉速1750RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 66 圖 4-5E引擎在轉速1750RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 67 圖 4-5F引擎在轉速1750RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 67 圖 4-5G引擎在轉速1750RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 68 圖 4-5H引擎在轉速1750RPM時所排放的BAP與總量之比較 68 圖 4-6A引擎在轉速2000RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 72 圖 4-6B 引擎在轉速2000RPM所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 72 圖 4-6C 引擎在轉速2000RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 73 圖 4-6D引擎在轉速2000RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 73 圖 4-6E 引擎在轉速2000RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 74 圖 4-6F 引擎在轉速2000RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 74 圖 4-6G引擎在轉速2000RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 75 圖 4-6H引擎在轉速2000RPM時所排放的BAP與總量之比較 75 圖 4-7A 引擎在轉速2200RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 79 圖 4-7B 引擎在轉速2200RPM所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 79 圖 4-7C 引擎在轉速2200RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 80 圖 4-7D 引擎在轉速2200RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 80 圖 4-7E 引擎在轉速2200RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 81 圖 4-7F 引擎在轉速2200RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 81 圖 4-7G引擎在轉速2200RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 82 圖 4-7H引擎在轉速2200RPM時所排放的BAP與總量之比較 82 圖 4-8A引擎在轉速2400RPM時所排放各種PAH化合物的平均濃度 86 圖 4-8B 引擎在轉速2400RPM所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 86 圖 4-8C 引擎在轉速2400RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度 87 圖 4-8D 引擎在轉速2400RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度 87 圖 4-8E 引擎在轉速2400RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度 88 圖 4-8F 引擎在轉速2400RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度 88 圖 4-8G引擎在轉速2400RPM時所排放致癌物PAHS的平均濃度 89 圖 4-8H引擎在轉速2400RPM時所排放的BAP與總量之比較 89 圖 4-11A引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放各種PAH的平均濃度……………………………………………………………………………….99 圖 4-11B引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 99 圖 4-11C引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度…………… 100 圖 4-11D引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度………... 100 圖 4-11E引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度………..…………………………………………………………………….101 圖 4-11F引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度…………. 101 圖 4-11G引擎使用生質柴油於轉速1000RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度…………………………………………………………………………...102 圖 4-11H引擎使用生質柴油於轉速1000rpm時所排放的BaP與總量之比較…..………………………………………………………………….………102 圖 4-12A引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放各種PAH的平均濃度……………………………...…………………………...………………….106 圖 4-12B引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 106 圖 4-12C引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度……………….. 107 圖 4-12D引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度……………. 107 圖 4-12E引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度……………. 108 圖 4-12F引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度………….. 108 圖 4-12G引擎使用生質柴油於轉速1250RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度…………. 109 圖 4-12H引擎使用生質柴油於轉速1250rpm時所排放的BaP與總量之比較……………………………………………………….………..……………109 圖 4-13A引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放各種PAH的平均濃度……………………. 113 圖 4-13B引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 113 圖 4-13C引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度…………….. 114 圖 4-13D引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度…………… 114 圖 4-13E引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度……………. 115 圖 4-13F引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度…………. 115 圖 4-13G引擎使用生質柴油於轉速1500RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度……………. 116 圖 4-13H引擎使用生質柴油於轉速1500rpm時所排放的BaP與總量之比較………………………………………………………….…..………………116 圖 4-14A引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放各種PAH的平均濃度………………… 120 圖 4-14B引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 120 圖 4-14C引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度……………… 121 圖 4-14D引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度………………… 121 圖 4-14E引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度………….. 122 圖 4-14F引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度………………… 122 圖 4-14G引擎使用生質柴油於轉速1750RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度…………… 123 圖 4-14H引擎使用生質柴油於轉速1750rpm時所排放的BaP與總量之比較……………………………………………………………..………………123 圖 4-15A引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放各種PAH的平均濃度………………… 127 圖 4-15B引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 127 圖 4-15C引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度……………… 128 圖 4-15D引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度………… 128 圖 4-15E引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度…………... 129 圖 4-15F引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度………… 129 圖 4-15G引擎使用生質柴油於轉速2000RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度…………….. 130 圖 4-15H引擎使用生質柴油於轉速2000rpm時所排放的BaP與總量之比較……………………………………………………….……………………..130 圖 4-16A引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放各種PAH的平均濃度……………….. 134 圖 4-16B引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 134 圖 4-16C引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度……………. 135 圖 4-16D引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度………….. 135 圖 4-16E引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度…………… 136 圖 4-16F引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度…………. 136 圖 4-16G引擎使用生質柴油於轉速2200RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度…………. 137 圖 4-16H引擎使用生質柴油於轉速2200rpm時所排放的BaP與總量之比較……………………………………………………….……………………..137 圖 4-17A引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放各種PAH的平均濃度………………… 141 圖 4-17B引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放低、中、高苯環PAHS的平均濃度 141 圖 4-17C引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放低苯環PAH的平均濃度………………… 142 圖 4-17D引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放中苯環PAH的平均濃度………... 142 圖 4-17E引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放高苯環PAH的平均濃度……….............. 143 圖 4-17F引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放揮發性PAHS的平均濃度…………. 143 圖 4-17G引擎使用生質柴油於轉速2400RPM時所排放致癌性PAHS的平均濃度…………. 144 圖 4-17H引擎使用生質柴油於轉速2400rpm時所排放的BaP與總量之比較……………………………………………………………….………….….144 圖 4-19A低苯環數PAH比較 149 圖 4-19B中苯環數PAH比較 149 圖 4-19C高苯環數PAH比較 150 圖 4-19D揮發性PAH比較 150 圖 4-19E致癌性PAH比較 151 圖 4-19F BaP 之比較………………………………………………………..151 圖 4.20A柴油引擎使用超級柴油運轉之扭力與轉速關係圖 153 圖 4.20B柴油引擎使用超級柴油運轉之馬力與轉速關係圖 153 圖 4.20C柴油引擎使用超級柴油運轉之油耗與轉速關係圖 154 圖 4.20D柴油引擎使用超級柴油運轉之排氣溫度與轉速關係圖 154 圖 4.20E柴油引擎使用生質柴油運轉之扭力與轉速關係圖 155 圖 4.20F柴油引擎使用生質柴油運轉之馬力與轉速關係圖 155 圖 4.20G柴油引擎使用生質柴油運轉之油耗與轉速關係圖 156 圖 4.20H柴油引擎使用生質柴油運轉之排氣溫度與轉速關係圖 156 表 目 錄 表 2.1 21種PAHS的分子量、化學式、結構式 6 表 2.2 PAHS的特性及親電性 8 表 3.1 日製YANMAR TF90-HF單缸野馬直接噴射柴油引擎各參數 23 表 3.2 燃料特性表 23 表 4.1 超級柴油內PAH化合物成分表 39 表4.2 引擎在轉速1000rpm所排放各種PAHs的平均濃度………………43 表 4.3 引擎在轉速1250RPM所排放各種PAHS的平均濃度 50 表 4.4 引擎在轉速1500RPM所排放各種PAHS的平均濃度 57 表 4.5 引擎在轉速1750RPM所排放各種PAHS的平均濃度 64 表 4.6 引擎在轉速2000RPM所排放各種PAHS的平均濃度 71 表 4.7 引擎在轉速2200RPM所排放各種PAHS的平均濃度 78 表 4.8 引擎在轉速2400RPM所排放各種PAHS的平均濃度 85 表 4.9 生質柴油內PAH化合物成分表 94 表 4.10 引擎使用生質柴油於轉速1000RPM所排放各種PAHS的平均濃度……………………………………………...................................................98 表 4.11引擎使用生質柴油於轉速1250RPM所排放各種PAHS的平均濃度…………………………………………………………………………….105 表 4.12引擎使用生質柴油於轉速1500RPM所排放各種PAHS的平均濃度 112 表 4.13引擎使用生質柴油於轉速1000RPM所排放各種PAHS的平均濃度 119 表 4.14引擎使用生質柴油於轉速1000RPM所排放各種PAHS的平均濃度 126 表 4.15引擎使用生質柴油於轉速1000RPM所排放各種PAHS的平均濃度 133 表 4.16引擎使用生質柴油於轉速1000RPM所排放各種PAHS的平均濃度 1401195674 bytesapplication/pdfen-US柴油引擎超級柴油生質柴油PAHsDiesel enginelow sulfur dieselbiodieselthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/52869/1/ntu-94-R91631012-1.pdf