Жуманов М.А., Дарибаев К.Б.

Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет им.К.И.Сатпаева, Казахстан

Способы снижения токсичности вредных веществ дизельного двигателя

В настоящее время ДВС является одним из интенсивных источников загрязнения атмосферы в зоне активной производственной деятельности человека. Отработавшие газы ДВС имеют большое количество компонентов. Величина выбросов вредных веществ зависит от многих факторов, таких, например, как конструктивные параметры, процессы подготовки и сгорания смеси, режим работы двигателя, его техническое состояние и др.

На основании данных о среднем статистическом составе смеси для отдельных видов двигателей и соответствующих им величин выброса токсичных веществ на 1 кг израсходованного топлива, зная расход отдельных топлив, можно определить суммарную эмиссию.

Количество токсичных компонентов, выделяемых при сгорании 1 кг топлива, мг приведено в таблице 1 [1,2] .

Таблица 1

Токсичный компонент	Вид топлива
	Бензин	Дизельное топливо
Окись углерода Углеводород Окись азота Ангидрид серной кислоты Альдегиды Сажа Свинец	465,59 23,28 15,83 1,86 0,93 1,00 0,50	20,81 4,16 18,01 7,8 0,78 5,00 0,00
Всего	508,99	51,65

Основными составляющими токсичного выхлопа дизельного двигателя внутреннего сгорания являются[3,4]:

Окись углерода (СО). В обычных условиях окись углерода это газ, без запаха и цвета. Окись углерода легче воздуха и легко распространяется в атмосфере. Под действием окиси углерода наступает кислородное голодание, сказывающееся, прежде всего, на центральной нервной системе. При остром отравлении окисью углерода у человека наступает резкая слабость, шум в ушах, головокружение и головная боль, появляется боль в области сердца, тошнота и иногда рвота. Концентрация в воздухе окиси углерода 0,20-0,25% через 0,5 часа приводит к обморочному состоянию.

Оксиды азота ( ). В отработавших газах ДВС присутствуют два вида окислов азота: оксид азота (NO)- бесцветный газ и двуокись азота ( ) – газ красновато-бурого цвета с характерным запахом. По действию на организм человека оксиды азота практически в 10 раз опаснее окиси углерода. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа и рта.

Углеводороды (). Углеводороды токсичны, под действием солнечного света дополнительно вступают в реакцию с оксидами азота (), образую озон () и перекиси (N). Последние вызывают раздражение глаз, горла, носа, губят растения.

Канцерогенные вещества. К числу канцерогенных веществах в ОГ следует отнести бенз/а/пиран () . Исследования показывают, что для возникновения злокачественных опухолей необходим непосредственный контакт канцерогенного вещества с живой тканью. В ОГ переносчиком канцерогенных веществ могут являться частицы сажы.

Сажа () – мелкая пыль, засоряет дыхательные пути, раздражает их и может явиться причиной хронических заболеваний. Главная опасность сажи заключается в том, что на ее поверхности адсорбируют токсичные и канцерогенные вещества, являясь их носителем.

Нормы токсичности отработавших газов дизелей приведены в таблице 2

Таблица 2

Токсичные вещества, г/(квт.ч)	Евро 0 1990 г	Евро 1 1993 г	Евро 2 1996 г	Евро 3 2000 г	Евро 4 2005 г	Евро 5 2006 г
СО СН	11,2 2,4 14,4	4,5 1,1 8,0	4,0 1,1 7,0	2,1 0,66 5,0	1,5 0,46 3,5	1,5 0,46 2,6
Частицы	-	0,36	0,15	0,10	0,02	0,02

Нейтрализация токсичных веществ ОГ дизельного двигателя может быть осуществлена при помощи нейтрализаторов, основанных на различных принципах действия.

Более перспективны каталитические нейтрализаторы. Они служат для дожигания (окисления) продуктов неполного сгорания () и разложения оксидов азота (). Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения ОГ через слой носителя с нанесенным на него катализатором (платина, палладий), причем скорость реакции сгорания зависит также от температуры носителя. Однако, в процессе эксплуатации эффективность такого нейтрализатора снижается из-за отложения сажи и смол на поверхности дорогостоящего нейтрализатора, а это сокращает срок службы каталитического нейтрализатора.

Наиболее эффективным способом очистки ОГ является 2-х ступенчатая комбинированная система очистки: каталитической и жидкостной.

Очистка жидкостным нейтрализатором включает следующие основные процессы: улавливание мелкодисперсных частиц, адсорбцию, конденсацию и фильтрацию. Способ жидкостной нейтрализации заключается в пропускании ОГ через слой воды или через химического раствора. Водорастворимые компоненты ОГ- альдегиды, окислы серы, высшие окислы азота при этом нейтрализуются, сажевые и другие дисперсные частицы улавливаются жидкостью, ослабляется интенсивность запаха ОГ. В жидкостных нейтрализаторах ОГ охлаждаются до температуры 40- С. Кроме того, при таких температурах бенз/а/пирен переходит в твердое состояние и эффективно улавливается. Для повышения эффективности нейтрализации применяют растворы химических реактивов.

Наиболее эффективными являются водные растворы сульфата натрия для предохранения от преждевременного окисления основных химреагентов. Во многих случаях применяют техническую воду, обеспечив возможность частой ее смены в нейтрализаторе.

Список литературы:

1. Тришкин И.Б., Олейник Д.О., Максименко О.О. Жидкостные нейтрализаторы (Теория. Конструкции. Расчеты) – ФГБОУ ВПО РГАТУ, Рязань, 2013.-130 с.

2. Беспамятов Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г.П. Беспамятов, Ю.А. Кротов, -Л: Химия.-528 с.

3. Варшавский И.Л. Состояние работ по уменьшению токсичности автомобилей. Сборник трудов ЛАНЭ / И.Л.Варшавский – М.: Знание, 1969.- с.7-23

4. Жегалин О.И., Снижение токсичности автомобильных двигателей / О.И. Жегалин , П.Д. Лукачев – М.: Транспорт, 1985. 120 с.