Снижение выбросов вредных веществ автомобиля в автомосферу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТарГУ им.М.Х.Дулати, г.Тараз.

Снижение выбросов вредных веществ автомобиля в автомосферу

Сауытов О.А., Тулеков Е.Д., Кара Г.С.

Казахстан интегрируется в мировую транспортную систему, с 2015 году введут в эксплуатации автомагистраль Западная Европа - Западный Китай. Развития автомобилизации предопределено объективной потребностью общества в территориально - пространственном перемещении грузов и пассажиров «от двери до двери». Область применения автомобиля повсеместно расширяется. В настоящее время в Республике Казахстана количество автомобиля около 4 млн., из них 0,4 млн. грузовых автомобилей. Большинство тоннажные грузовые автомобили имеют дизельные двигателей. Предполагается, что к 2030 году их количество будет более 5 млн. автомобилей. Однако экологическая опасность автомобиля все больше осложняет «сосуществованием» его с окружающей средой. Возникает настоятельная потребность в развитии управляемой автомобилизации с учетом качественного состояния биосферы.

Загрязнение атмосферного воздуха, связанное с работой агрегатов автомобиля, имеет три основных источника в виде систем: пуск двигателя; смазка и вентиляция картера; питание топливом. Наибольшая количество вредных веществ, выделяемых двигателем автомобиля, приходится доля отработавших газов, в составе которых содержатся более 200 различных на химических соединений [1], в том числе опасных для здоровья человека и вредных для окружающей среды. Содержание опасных веществ в отработавших газах автомобилей в значительной мере зависит от режима работы и объем литража двигателя, его технического состояния, рода применяемого топлива, присадок к нему и др. Ввиду такого многообразия и сложности идентификации, отдельных соединении к рассмотрению обычно принимаются компоненты или их группы, составляющие основную часть отработавшими газами (табл. 1).

Отрицательное воздействие сажи на окружающую среду и здоровье человека достаточно хорошо изучено [1].

Таблица 1.Средний состав отработавших газов двигателей автомобилей

Примечание. В состав выбросов входят также сажа (у бензиновых двигателей до 0,04, у дизельных - 0,01 … 2 г/м³) и бенз()пирен (у бензиновых до 0…25, у дизельных до 0…10 мкг/м³).

В настоящее время существуют разные стандарты, разработанные для США, Европы и Японии, представляющие собой регионы с наиболее жестким нормированием выбросов. Эти стандарты постоянно совершенствуют, а нормы становятся все более жесткими. При этом сформировалась четкая тенденция приближения к европейским стандартов, к стандартам США, а наши стандарты стали уже сейчас во многом идентичны Правила № 83.03 ЕЭК ОНН, предусматривают пять типов испытаний.

В табл. 2 приведены европейские нормы на выбросы токсичных веществ и дымности отработавших газов согласно Правилам ЕЭК ООН № 49 и ЕSC/ELR, OCT 37.234-81, а также (справочное) фактические выбросы автомобилей КамАЗ и МАЗ согласно приведенным замерам (табл. 2).

Таблица 2. Выброс загрязняющих веществ дизельными двигателями

Особо острый вопрос об эмиссии сажи с отработавшими газами дизелей стоит в местах с ограниченными проветриванием (например в горной местности). В настоящее время традиционными методами нейтрализации отработавших газов дизельных двигателей является установка жидкостных и каталитических нейтрализаторов.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов заключается в пропускании отработавших газов в слой жидкости, чаще всего воды [2]. При этом газы поглощаются или химически связываются с молекулами воды, а часть твердых частиц, в том числе и сажа, выпадает в осадок. Для повышения эффективности могут применяться водные растворы таких веществ как сульфат натрия с добавкой гидрохинона, карбонат натрия, гидрооксид калия и др. Химические реактивы, добавляемые в поглотительный раствор, повышают реальную эффективность очистки по саже 40 % достигает жидкостные нейтрализаторы.

После жидкостного нейтрализатора резко снижается раздражающий запах, и температура отработавших газов на выходе из жидкостного нейтрализатора не превышает 70-75С, что очень важно при эксплуатации дизельных автомобилей в местах с ограниченным воздухообменом (туннели и складские помещения).

Исследования, проведенные на дизельных оборудованиях и в лабораторных условиях, позволили выявить некоторые закономерности при протекании процессов в водной среде нейтрализатора.

При работе двигателя в жидкостном нейтрализаторе происходит процесс насыщения водной среды с кислотообразующими компонентами отработавших газов (SO₂, SO₃, CO₂, N₂O₃, N₂O₅, органические кислоты), который описывается следующими химическими реакциями:

оксиды серы, входящие в состав отработавших газов, взаимодействуют с водой, образуя сильные кислоты:

SO₂ + H₂O = H₂ SO₃

сернистая кислота - неустойчивое соединение, быстро окисляясь с кислородом воздуха, превращается в серную:

2H₂SO₃ + O₂ = 2H₂SO₄

оксид серы (IV), окисляясь к кислородом воздуха, превращается в оксид серы (VI):

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

оксид серы (VI), взаимодействуя с водой, образует сильную серную кислоту, диссоциирующую в водном растворе на ионы водорода и кислотного остатка:

SO₃ + Н₂O = Н₂SO₄

H₂SO₄ 2H⁺ + SO₄ ^2-

оксид азота (II), входящий в состав отработавших газов, легко окисляется с кислородом воздуха, образуя оксид азота (IV):

2NO + O₂ 2NO₂

При растворении в воде оксида азота (IV) образуются сильные кислоты - азотная и азотистая:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

В результате прохождения вышеперечисленных реакций происходит насыщение поглотительного раствора, и кислотность резко повышается. Для уменьшения кислотности и увеличения поглотительной способности возможно использование электролиза образовавшегося раствора, питание которого обеспечит энергетическая установка на машине.

Образующиеся в жидкостном нейтрализаторе раствора легко поддается обезвреживанию и может быть утилизирован в централизованном порядке.

В целом, жидкостные нейтрализаторы позволяют эффективно улавливать токсичные компоненты и твердых фильтрах. Эффективность нейтрализатора типа ”газлифт” по альдегидам достигает 85 %, сернистым соединениям - до 100 %, окислам азота - 10-15 %, сажа до 40 %.

В основу работы каталитических нейтрализаторов положен принцип беспламенного окисления продуктов неполного сгорания топлива на поверхности катализатора. Как показывает практика, использование каталитических нейтрализаторов обеспечивает очистку отработавших газов дизеля по окиси углерода на 95-100 %, углеводородом 60-70 %, альдегидам 60-78 %. Однако эффективность по саже составляет только 10-15 %. Кроме того сажа, имея мелкодисперсную структуру, забивает поры каталитических блоков, изолирует катализатор от потока газа и, тем самым, резко ухудшает работу всего нейтрализатора. Таким образом, каталитические нейтрализаторы не решают проблему сажи выделения.

Нейтрализатор хорошо вписывается в конструкцию дизельных автомобилей и не вызывает особых трудностей при его монтаже и обслуживании. сгорание топливо двигатель автомобиль

Литература

1. Иванов В.Н., Сторчевус В.К. Экология и автомобилизация. - Киев: Будивэльнык, 1990. - 128 с.

2. Жуков Г.И., Плясовских З.В. Жидкостные нейтрализаторы отработавших газов// Горный журнал. -1990. № 12

Размещено на Allbest.ru