柴油機尾氣

柴油機尾氣是指柴油發動機燃燒柴油後噴出的尾氣，尾氣中含有上百種不同的化合物，這種氣體排放物不僅氣味怪異，而且令人頭昏、噁心，影響人的身體健康。世界衛生組織專家認定柴油發動機尾氣與石棉、砒霜等物質一樣，具有高度致癌性。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，柴油發動機排氣在一類致癌物清單中。

基本介紹

• 中文名：柴油機尾氣
• 外文名：exhaust gas from diesel engine
• 來源：柴油發動機
• 氣味：怪異
• 危害：致癌
• 主要污染物：一氧化碳、碳氫化合物等
• 化合物種類：上百種

簡介

柴油機主要排放物為PM(顆粒狀物質)和NOx，而CO和HC排放較低。控制柴油機尾氣排放主要是控制顆粒物質PM和NO生成，降低PM和NOx的直接排放。柴油機與同等功率的汽油機相比，微粒和NOx是排放中兩種最主要的污染物。目前，世界各國都在致力於減少柴油機顆粒排放的技術研究，並且已經取得了實質性的進展。由於柴油機排氣微粒與NOx的生成機理不同，因此減少微粒的同時又增加了NOx的排放，同時微粒的減少又使得催化劑中毒得以有效的扼制，從而使採用機外催化技術淨化NOx成為可能。

柴油機NOx排放的危害。柴油機排出的NOx中，NO約占90%，NO2隻是其中很少的一部分。NO無色無味、毒性不大，但高濃度時能導致神經中樞的癱瘓和痙攣，而且NO排入大氣後會逐漸被氧化為NO2。NO2是一種有刺激性氣味、毒性很強(毒性大約是NO的5倍)的紅棕色氣體，可對人的呼吸道及肺造成損害，嚴重時能引起肺氣腫。當濃度高達100×10-6體積濃度以上時，會隨時導致生命危險。NOx和HC在太陽光作用下會生成光化學煙霧，NOx還會增加周圍臭氧的濃度，而臭氧則會破壞植物的生長。此外，NOx還對各種纖維、橡膠、塑膠、電子材料等具有不良影響。

組成

柴油機尾氣污染物主要包括：一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等）。

柴油機尾氣具有複雜的化學組成，並且隨著發動機的工況變化，尾氣的組成也顯著不同，其排放的污染物中含有碳煙顆粒物（PM）、烴類（HC）、CO和NOx等。因為尾氣中O₂含量較高，故 HC和CO排放量較少，一般只有汽油機的1/10：NOx排放量與汽油機大致處於同一數量級；而PM的排放量約為汽油機的幾十倍。因此，降低NOx和PM排放是柴油機車尾氣催化淨化的主要課題。此外，柴油機排氣中還含有 H₂O，O₂，N₂，少量SO₂和大量的CO₂等氣體。

危害

許多人在日常生活和工作中都會或多或少接觸到來自機動車、火車、輪船和發電機等多種渠道的柴油發動機尾氣。柴油機排放物具有很大的危害性。

二氧化碳的危害

WD615型柴油機所用柴油是一種複雜的碳氫化合物，當它與空氣混合燃燒時排出物主要是二氧化碳和水蒸氣。以前我們並不把完全燃燒時排出的二氧化碳當成一種污染物，但是近年來隨著石油、煤炭等的大量使用造成二氧化碳在大氣中所占的比例明顯上升而且每年都在繼續增加使全球溫度逐步提高，造成明顯的溫室效應，所以柴油機排放的二氧化碳也成為我們要控制的對象。要想控制柴油機排放二氧化碳就要提高其燃燒效率、熱效率和機械效率，減少做單位功所排出的二氧化碳。

水蒸氣的危害

柴油燃燒所產生的水蒸氣自身我們不認為它是一種污染物，因為大氣中本來就含有大量水蒸氣。但它遇到碳化物或硫化物時，仍有可能產生有害的酸性物質。

一氧化碳的危害

柴油機燃燒過程的時間很短，可燃混合氣在燃燒室內混合不可能均勻，所以燃料燃燒就可能不完全，燃料在燃燒區停留時間不足以完全燃燒生成二氧化碳而生成一氧化碳，排氣中就會有不完全燃燒產生的一氧化碳甚至未燃燒的燃料。負荷過大時也會產生很多一氧化碳，一氧化碳可以與人體內輸送氧氣的血紅蛋白結合使人窒息。

氮氧化物的危害

燃燒室內溫度很高，空氣中的氮會在高溫下氧化生成各種氮氧化物而污染大氣。柴油機排放的氮氧化物大都是一氧化氮，只有少量二氧化氮。一氧化氮為無色氣體，在空氣中正常濃度下不會有直接毒性。但是濃度過高時會引起中樞神經的障礙，影響肺的功能。一氧化氮在空氣中氧化很緩慢，但是有紫外線照射時會迅速轉化成二氧化氮。二氧化氮是褐色氣體，有刺激性氣味，進入人體後會與水分結合生成硝酸，導致咳嗽、氣喘等病症。二氧化氮也是形成光化學煙霧的原因。

碳氫化合物的危害

燃料燃燒不充分或未燃燒就產生了碳氫化合物，如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、有機酸等。現在還未發現烷烴對人體的直接危害。烯烴略帶甜味，有麻醉作用且對黏膜有刺激作用，烯烴與氮氧化物是形成光化學煙霧的罪魁禍首。芳香烴有香味，但也有很強的毒性，苯的濃度高了會引起白血病，損失肝臟和中樞神經系統。醛類是刺激性物質且有毒，柴油機排出的醛類主要有甲醛、乙醛和丙烯醛，它們都刺激喉、支氣管和眼黏膜，對血液也有傷害。但是柴油機過量空氣係數較大所以排放的碳氫化合物較少。

硫化物的危害

柴油中含有的硫燃燒後變成二氧化硫或三氧化硫排出，二氧化硫是一種無色氣體在空氣中會慢慢轉化成三氧化硫，它與水結合會生成亞硫酸，對人的口鼻黏膜有強烈的刺激性。雖然以上所說硫化物的危害很大但柴油機排放的硫化物對環境造成的污染作用較小。

含碳顆粒的危害

柴油機所排放的微粒主要成分是碳，它可以深入人的肺部損傷肺內各種通道的自淨作用，從而使其他化合物發揮致癌作用。這些炭粒上還吸附有很多有機物質包括多環芳烴有不同程度的誘變和致癌作用。

以上介紹的污染物除了對人體有嚴重危害外還會對環境造成很大污染，例如影響大氣能見度、植物的生長、建築物壽命及外觀等。柴油機使用較多的城市中其排放的微粒可使市內光線發生折射，天空變暗。二氧化硫等會形成酸雨使水體酸化，森林被破壞。

柴油機尾氣最主要的危害是形成光化學煙霧。2012年6月12日，世衛組織下屬國際癌症研究機構在一份聲明中說，經過一周獨立評估，決定把柴油機尾氣從2A組移至1組。2A組物質意味著可能對人體有致癌性，而1組物質代表與癌症有明確關聯。也就是說，柴油機尾氣與石棉、砒霜、芥子氣、烈酒和菸草具有程度相近的致癌性。

國際癌症研究機構說，“引人注意”的科學證據促使專家組一致通過“升級”柴油機尾氣的決定。專家們表示，隨著科學研究的進一步深入，已經有足夠的證據證明，柴油發動機排出的尾氣是導致人們罹患肺癌的一個原因。另外，還有一些證據顯示，吸入柴油發動機尾氣也與罹患膀胱癌存在著一定的關聯性。有關結論在針對礦工、鐵路工人、火車和卡車司機等高風險人群進行的專項調查中得到了驗證。

尾氣排放處理

柴油機尾氣污染物催化淨化原理、方法和技術的研究是當今世界環境催化領域的熱門和難點課題之一。隨著環保法規的日趨嚴格，柴油機尾氣污染物對環境的污染和對人體健康的危害越來越受到人們的重視。

柴油機尾氣排放的控制應該從燃油品質、內燃機技術和尾氣後處理技術等方面同時著手，配套使用，協調發展。對於燃油品質，國外採用低硫或無硫的清潔柴油，降低柴油機尾氣的排放，同時有利於催化後處理技術的使用。由於NOx和PM在生成機理上存在“trade-off”（此消彼長）的關係，通過機內改良技術努力減少其一，必然導致另一污染物的增加，因而機內改良技術是不能將NOx和PM同時消除的。只有將燃油品質、機內改良和後處理技術有機結合，才能使柴油機尾氣排放滿足日益嚴格的排放法規。

目前柴油機尾氣排放後處理關鍵技術主要有以下7種：（1）氧化催化轉化器（OCC），主要用於氧化除去!" 中的可溶有機成分（SOF）和烴類；（2）微粒捕集器（DPF）及其再生技術，用於過濾去除碳煙等顆粒狀物質；（3）氮氧化物淨化技術，主要有選擇催化還原（SCR）和氮氧化物貯存還原（NSR）兩種方法；（4）PM，HC，CO和NOx同時淨化的四效催化技術，這些後處理技術分別針對某一種或幾種污染物的催化處理技術，是解決柴油機尾氣排放污染問題的重要手段之一。

解決危害建議

柴油發動機排出的尾氣屬於致癌物質，建議世界各國制定更加嚴格的標準，大力限制柴油發動機尾氣的排放量，努力減小其危害程度。

國際癌症研究機構將柴油發動機尾氣的致癌危害等級由1988年劃歸的“可能致癌”類別提升到“確定致癌”類別。

國際癌症研究機構表示，希望本次的重新分類能夠為各國政府和其他決策者提供借鑑，推動其在科學的基礎上制定更加合理的標準，加強對柴油發動機尾氣排放的限制，並促使製造商進行技術革新，以便降低柴油發電機尾氣對人類的危害。

國際癌症研究機構的主要任務是開展和推動對癌症病因的研究，也進行世界範圍內的癌症流行病學調查和研究工作。該機構劃定的致癌危害等級共分為4個類別，第一類是確定對人類致癌，第二類是很可能或可能對人類致癌，第三類是缺乏足夠的證據來判斷是否對人類致癌，第四類是很可能不對人類致癌。涉及的因素包括化學品、混合物、輻射、物理和生物製劑等。