O антидымные препараты

По количественному содержанию и степени отрица­тельного воздействия на человека, животный и расти­тельный мир на первом месте стоят газообразные выбро­сы мобильной техники: тракторов, самоходных машин, комбайнов, автомобилей. В глобальном масштабе авто­тракторным парком в мире выбрасывается в атмосферу 20—27 млн т оксида углерода, 2,0—2,5 млн т углеводоро­дов, 6—9 млн т оксидов азота, 200—230 млн т оксида угле­рода, а также до 100 тыс. т сажи. В Российской Федера­ции только дизелями тракторов и комбайнов выбрасыва­ется свыше 5 млн т вредных веществ в год.

На величину выбросов вредных веществ с отработав­шими газами большое влияние оказывает техническое состояние двигателя. Например, в дизелях любая неис­правность элементов системы топливоподачи повышает дымность отработавших газов, а выработка моторесурса двигателя увеличивает выброс токсичных веществ. Так, из-за износа деталей цилиндропоршневой группы дым­ность может увеличиться в два раза.

Наиболее опасны для человека, животного и расти­тельного мира сажа, бензапирен, оксиды азота, альдеги­ды, оксид углерода и углеводороды.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

I. Вещества чрезвычайно опасные.

II. Вещества высокоопасные

Вещества умеренноопасные.

Вещества малоопасные.

Из веществ, содержащихся в отработавших газах, к классу опасности I принадлежит бензапирен. Он опасен даже при малой концентрации, поскольку обладает свой­ством накапливаться в организме до критических кон­центраций.

Для каждого компонента отработавших газов сущест­вуют предельно допустимые концентрации (ПДК), опре­деляемые из принципа полного отсутствия их воздейст­вия на человека. ПДК основных токсичных компонентов отработавших газов и их классы опасности представлены в табл. 32.

Таблица 32

Предельно-допустимые концентрации основных токсичных выбросов с отработавшими газами дизеля

 

Компонент	Класс опасности	ПДК, мг/м3
в воздухе рабочей зоны	средне­суточная в атмосфере населенных пунктов	максимальная разовая
Сажа	III	3,5	0,05	0,15
СО	IV	20,0	3,0	5,0
NOx (пересчет на О2)	II	2,0	0,04	0,085
СН (пересчет на С)	II-IV	-	1,5	5,0
Акролеин	II	0,7	0,03	0,03
Формальдегид	III	0,5	0,035	0,035
Диоксид серы (SO*)	III	10,0	0,05	0,5
Бензапирен	I	1,5x10-5	1,0x10-6	-

Наличие токсичных компонентов отработавших газов в салоне легкового автомобиля либо кабине грузовика или трактора приводит к кислородному голоданию орга­низма и особенно вредно воздействует на центральную нервную систему человека

Одно из первых мест в общем уровне токсичности за­нимает сажа, так как, во-первых, ее выбросы значитель­ны (определяют повышенную дымность) и достигают по массе 1% от расхода топлива; во-вторых, она выступает в роли накопителя полиядерных ароматических углево­дородов (ПАУ). Наличие сажи в отработавших газах при­водит к появлению неприятных ощущений при дыхании, загрязненности воздуха и ухудшению видимости. Частицы сажи высокодисперсны (диаметр — 50— 180нм, масса — не более 10~10 мг), поэтому они долго остаются в воздухе, проникают через дыхательные пути в легкие и пищевод человека. Подсчеты показывают, что частицы сажи разме­ром до 150 нм могут находиться в воздухе во взвешенном состоянии около восьми суток. Если относительно крупные частицы сажи размером 2000—10000 нм (2—Юмкм) легко выводятся из организма, то мелкие, размером 50—200 нм, задерживаются в легких и вызывают аллергию.

Высокое содержание сажи (от 20 до 90%) в отработав­ших газах — обычное явление для многих устаревших дизельных двигателей. Частицы сажи, вызванные непол­ным процессом сгорания, формируются в так называе­мой газовой стадии. При этом частицы размером менее 50 нм образуются из серы, входящей в состав дизельного топлива.

Бензапирен относится к группе полициклических ароматических углеводородов, отличающихся высокой канцерогенностью, — среди них он наиболее опасен. Данное вещество в 3 млн раз токсичнее диоксида углеро­да и в 40 тыс. раз — оксидов азота.

Проблема загрязнения окружающей среды канцеро­генными ПАУ становится бедствием уже не только круп­ных промышленных городов. Повышенное содержание бензапирена наблюдается повсеместно, причем отмечено сезонное колебание концентрации бензапирена в почве сельскохозяйственных полей. Опасность подобного за­грязнения заключается в возможности проникновения бензапирена в возделываемые культуры, а затем — в ор­ганизм человека. Наибольшее количество бензапирена найдено в пробах кочанной капусты (15,6—24 мкг/кг), наименьшее — в пробах помидоров (0,22 мкг/кг). В хлеб­ном зерне его содержание — от 0,68 до 1,44 мкг/кг.

Среди вредных соединений отработавших газов дизе­лей оксиды азота (NOX) являются одними из наиболее токсичных выбросов после бензапирена. Оксиды азота в 75 раз токсичнее диоксида углерода.

Оксиды азота раздражающе действуют на слизистую оболочку глаз, носа, остаются в легких в виде азотной и азотистой кислот, образующихся в результате взаимодей­ствия с влагой верхних дыхательных путей. Опасность воздействия оксидов азота на организм заключается в том, что отравление проявляется не сразу, причем каких-либо нейтрализующих средств нет.

Важность мероприятий, направленных на уменьшение содержания оксидов азота в отработавших газах двига­телей, объясняется как отрицательным влиянием на здо­ровье людей, так и тем, что оксиды азота являются при­чиной образования смога, выпадения кислотных дождей.

Диоксид углерода — один из основных нормируемых параметров, так как он составляет значительный объем токсичных соединений, входящих в отработавшие газы дизелей. Попадая в организм человека вместе с вдыхае­мым воздухом, оксид углерода снижает функцию кисло­родного питания, выполняемую кровью. Он вытесняет кислород из крови и образует карбоксигемоглобин — стой­кое соединение с гемоглобином. Вступая в реакцию с ге­моглобином крови, оксид углерода блокирует снабжение организма кислородом. В результате у человека наступает удушье, нарушаются функции центральной нервной сис­темы, возможна потеря сознания.

Наибольшей опасности отравления диоксидом угле­рода подвергаются люди, находящиеся рядом с работаю­щим двигателем в закрытых, плохо проветриваемых по­мещениях. Опасно также находиться в салоне или кабине транспортного средства с негерметичной системой вы­пуска отработавших газов. Из огромного количества углеводородных соединений различных классов наиболее активную роль в образова­нии смога играют олефины. Вступая в реакцию с оксида­ми азота под воздействием солнечного облучения, они образуют озон и другие фотооксиданты — биологически активные вещества, вызывающие раздражение глаз, гор­ла, носа, заболевания этих органов, а также наносящие ущерб растительному и животному миру.

Заметного снижения выбросов вредных веществ транс­портными средствами в России можно ожидать лишь по мере поступления на отечественный рынок дизельной техники, соответствующей требованиям Еиго-3 (табл. 33) Нормы выбросов токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей, г/кВт • ч

Таблица 33

Норма	Дата введения в Евросоюзе	Твердые частицы	NOX	СХНУ	СО
Euro-1		0,612 (менее 115 л.с.), 0,36 (более 115 л.с.)	8,0	1,1	4,5
Euro-2	Октябрь 1996	0,25 (октябрь 1996), 0,15 (октябрь 1998)	7,0 (октябрь 1998)	1,1	4,0
Euro-3*	Октябрь 2000	0,10/0,13**	5,0	0,66***	2,1
Euro-4	Октябрь 2005	0,02	3,5	0,46***	1,5
Euro-5	Октябрь 2008	0,02	2,0	0,25*'*	1,5

* В России — с 1 января 2008 года. ** Для двигателей рабочим объемом менее 0,75 л и максимальным числом

оборотов свыше 3000 мин~1. *** Неметановые углеводороды.

Антидымные препараты автохимии выпускаются как для применения в качестве присадок к топливу, так и в ви­де добавок к моторным маслам. В целом препараты этого класса предназначены для уменьшения дымности отрабо­тавших газов, повышения компрессии, а также снижения угара масла и шумности работы двигателя (табл. 34) Характеристики антидымных присадок

 

Препарат	Фирма-производитель, страна	Назначение
Антидымные присадки к дизтопливу
Diesel Smoke Free (торговая марка Fenom)	НПФ «Лаборатория триботехнологии», Россия	Снижение дымности отра­ботавших газов, нагарооб-разования и закоксован-ности колец
Diesel Russ Stop	Liqui Moly GmbH, Германия	Снижение дымности отра­ботавших газов за счет более полного сгорания топлива, дожигания сажи, препят­ствие пригоранию игл фор­сунок
Clean Burn	Wynn's Belgium n.v., Бельгия	Снижение образования чер­ного дыма и сажи при рабо­те дизельного двигателя
Diesel Anti-Smoke (торго­вая марка Xenum Tecno Chemicals)	SWFs.a./n.v., Бельгия	Снижение дымности и обра­зования копоти, улучшение сгорания дизельного топлива
Антидымные присадки к моторному маслу
Smoke No More	JetGo Auto Products Inc., США	Улучшение циркуляции масла, снижение нагрева двигателя, предотвращение нагара
Motor Medir	Hi-Gear Products Inc., США	Снижение дымности выхло­па, стабилизация вязкости масла, снижение угара масла и шумности, повы­шение компрессии
Smoke Stop	Abro Ind. Inc., США	Защита от прорыва газов че­рез уплотнения, увеличение вязкости, снижение угара масла
Antifumee Preventif	Energie 3000, Франция	Снижение дымности, рас-коксовывание поршневых колец, улучшение герметич­ности камеры сгорания

Продолжение табл. 34

 

Препарат	Фирма-производитель, страна	Назначение
Stop Smoke	Wynn's Belgium n.v., Бельгия	Снижение дымности отра­ботавших газов при пере­грузках бензиновых и дизель­ных двигателей

Топливные препараты выполняют функции, харак­терные для различных очистителей топливных систем двигателя: улучшение процесса сгорания топлива, очист­ку отложений в топливной системе и снижение нагарооб-разования.

Масляные присадки направлены на раскоксовывание поршневых колец и камеры сгорания двигателя, стабили­зацию вязкости моторного масла, образование защитных антифрикционных слоев, повышающих компрессию в дви­гателе.

Использование в дизельных видах топлива в качестве антидымных присадок соединений, содержащих ионы — комплексообразователи кобальта, церия, титана, железа, меди, никеля в концентрации 0,2%, позволяет снизить содержание сажи в отработавших газах с 3,24 до 2,2 г/кг (на 38%). Эти соединения уменьшают также содержание оксидов азота с 29,6 до 16—24 г/кг. Значительному сниже­нию эмиссии частиц сажи с отработавшими газами спо­собствует введение в дизельное топливо соединений меди, никеля и церия в концентрации 0,025—0,180 г/л вместе с жидкими углеводородами в количестве 0,8—13 мл/л. Имеются предложения использовать бифункциональную присадку к топливу, которая уменьшает коррозию и сни­жает сажеобразование в отработавших газах. Она содер­жит соли железа, марганца, меди с алифатическими суль-фокислотами С12—С3о, а также соли кальция и бария с алифатическими и ароматическими кислотами.

Таким образом, наиболее распространенный и эффек­тивный способ снижения концентрации твердых частиц в отработавших газах, образующихся при работе дизельных двигателей, — использование композиционных анти­дымных присадок, содержащих ионы марганца и меди с карбоновыми и дикарбоновыми кислотами.

Антидымная добавка к дизельному топливу снижает дымообразование путем выжигания сажи и продуктов химического недожога в камере сгорания до окончания сгорания основной массы топлива и начала процесса расширения рабочей смеси. Она способствует снижению эмиссии дыма с отработавшими газами дизеля и умень­шению загрязнения окружающей среды канцерогенными полициклическими ароматическими углеводородами; сни­жению образования нагара в камере сгорания и закоксо-вывания поршневых колец; сокращению расхода топли­ва; предотвращению коррозии деталей топливной аппа­ратуры.

Среди металлсодержащих присадок к топливу, обла­дающих противодымным эффектом, главное место при­надлежит солям органических кислот. С повышением со­держания металла, то есть зольности, растет эффектив­ность антидымных присадок к топливу.

Действие металлсодержащих присадок основано на том, что в процессе сгорания топлива происходит интен­сивная ионизация металлов. При этом ионы металлов как в ламинарном, так и в диффузионном пламени снижают скорость зародышеобразования частиц сажи и ее коагу­ляции. В результате либо уменьшается количество обра­зовавшейся сажи, либо значительно снижается размер частиц, что способствует более полному их выгоранию. Этот механизм наиболее характерен для металлов первой группы (щелочных металлов) Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, но проявляется и при использовании таких пластичных металлов, как медь, свинец, олово, никель.

Один из путей уменьшения вредных выбросов в отра­ботавших газах автомобиля — введение в дизельное топ­ливо наноразмерных частиц оксида церия. Соответст­вующая технология (Fuel Borne Nanocatalyst) разработана английской фирмой Oxonica при Оксфордском университете.