Экологические свойства бензинов

Вредное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду проявляется в следующих направлениях:

1. Токсичность топлив, т.е. токсическое воздействие топлив на людей, контактирующих с топливами.

2. Токсичность продуктов сгорания топлив.

3. Пожаро– и взрывоопасность топлив.

Токсичность топлив.

Токсичность характеризуется величиной ПДК, которая для неэтилированного бензина составляет 300 мг/м³ в воздухе. Токсичность топлив обусловлена их химическим и фракционным составом. Алканы действуют на нервную систему как наркотики, токсичность изо–алканов ниже, чем углеводородов нормального строения. Цикланы более токсичны, чем алифатические углеводороды. Токсичность смеси углеводородов выше токсичности отдельных её компонентов. Пары бензина, чаще всего попадают в организм человека через органы дыхания с воздухом. Этот путь отравления наиболее опасен, так как пары легко проходят через альвеолы лёгких и всасываются в кровь. При этом они сразу вовлекаются в круг кровообращения, минуя печень, которая играет важную роль в задержке и обезвреживании токсичных веществ. Топлива могут также проникать в организм и через неповреждённую кожу, так как углеводороды растворяются в жирах и жироподобных веществах, покрывающих кожу.

Токсичность продуктов сгорания топлив.

Токсичные вещества, выделяемые при работе автомобильных двигателей, являются одной из главных причин загрязнения атмосферы городов. В отработавших газах автомобильных двигателей содержатся следующие виды загрязняющих веществ:

–оксид углерода СО (угарный газ)

–оксиды азота NO_x

–суммарные углеводороды

–твёрдые частицы (сажа)

–альдегиды

–оксиды серы

Оксид углерода СО является продуктом неполного окисления углерода. Образование СО происходит, главным образом, при горении обогащенных смесей, то есть в условиях недостатка кислорода. Улучшение всех свойств топлив, влияющих на процесс их испарения и качество смесеобразования, повышает полноту сгорания и снижает содержание СО в отработавших газах.

Оксиды азота NO_x включают следующие вещества: NO, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. Токсичность диоксида азота NO₂, в 10 раз выше токсичности СО. Образование оксидов азота непосредственно с реакциями горения топлив не связано. Оно идёт за счёт цепных реакций атомов и радикалов, выделяющихся при диссоциации молекул азота и кислорода воздуха при высоких температурах в пламени. Непосредственно в зоне пламени образуется только NO. В дальнейшем при наличии свободного кислорода в камере сгорания, выпускном тракте или атмосфере происходит образование высших оксидов азота.

Суммарные углеводороды, содержащиеся в продуктах сгорания, подразделяются на две группы. Одну из них составляют несгоревшие углеводороды топлива. Основной причиной их присутствия в ОГ является торможение процессов окисления топлива. Среди этих углеводородов содержатся более токсичные (ароматические и олефины) и менее токсичные (алканы и нафтеновые). Вторую группу составляют углеводороды, образовавшиеся в процессе сгорания. Среди них следует выделить полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), многие из которых обладают канцерогенными свойствами. Наибольшую опасность срели них представляет бенз(а)пирен С₂₀Н₁₂ (БП). Концентрация ПАУ в отработавших газах невелика, но, попадая в лёгкие человека, они могут накапливаться в организме и вызывать появление злокачественных опухолей.

Твёрдые частицы (сажа) – твёрдый углеродистый продукт сложной структуры, образуется в камере сгорания при недостатке кислорода. Присутствие твёрдых частиц в ОГ приводит к загрязнению воздуха, уменьшению его прозрачности. Кроме того, на поверхности частиц сажи могут адсорбироваться полициклические ароматические углеводороды.

Альдегиды образуются, когда топливо сгорает при низких температурах или смесь очень бедная, а также из–за окисления тонкого слоя масла на стенке цилиндра. При сгорании топлива при высоких температурах альдегиды исчезают. Альдегиды действуют на нервную систему, дыхательные пути и раздражают слизистые оболочки носа и глаз.

Оксиды серы образуются при работе двигателя на сернистом топливе. Для уменьшения содержания серы в топливах проводится гидроочистка базовых нефтепродуктов.

Борьба с дымностью и токсичностью отработавших газов ДВС является важной проблемой, которая решается как за счет повышения качества топлив, так и за счет совершенствования конструкции двигателей.

Уменьшение загрязнения атмосферы отработавшими газами достигается в результате следующих мер:

1. Совершенствование двигателя внутреннего сгорания.

2. Повышение качества автомобильных топлив в соответствии с экологическим нормами Евро (III, IV).

3. Установка нейтрализаторов. Наибольшее приме-нение получили каталитические нейтрализаторы, в которых катализаторами являются редкоземельные элементы (платина, палладий). Они позволяют существенно снизить порог энергии, при котором начинаются окислительно-восстановительные реакции. В мировой практике широкое применение находят нейтрализаторы тройного действия, которые уменьшают содержание в отработавших газах СО, NO_x и суммарных углеводородов.

В Европе экологические нормы токсичности были введены в 1988 году (Евро 0). Борьба за экологию привела к отказу от карбюратора, так как он плохо совместим с электроникой и каталитическими нейтрализаторами. Каталитические нейтрализаторы появились одновременно с внедрением Евро I. С введением более жестких норм Евро II появился датчик кислорода (лямбда-зонд). Нормы Евро III значительно уменьшили содержание в отработавших газах оксидов азота. Для достижения Евро III была предложена рециркуляция отработавших газов, чтобы снизить температуру в цилиндрах. Нормы Евро IV введены с 1 января 2005 г., они ещё боле ужесточили требования к выбросам на переходных и пусковых режимах. Нормы Евро V планируется ввести с 1 января 2010 г, эти нормы ужесточают требования к выбросам твердых частиц по сравнению с Евро IV. В настоящее время в Европе ведутся работы над разработкой экологических норм Евро VI.