Введение к работе
Актуальность проблемы. Автомобильный транспорт вносит определяющий вклад в загрязнения воздуха городов и будущее автомобиля в значительной степени определяется возможностями повышения его приспособленности к окружающей среде по токсичным выбросам с отработавшими газами.
Возможные пути снижения влияния автомобильного транспорта на содержание токсичных веществ в воздухе многообразны: совершенствование конструкции двигателя и автомобиля, совершенствование дорог и организации автомобильного движения, градостроительные мероприятия, улучшение качества топлив. Все эти пути, используемые в мировой практике, весьма капиталоемки и требуют значительных затрат времени.
Термодинамический анализ показывает, что при достижении химического равновесия отработавшие газы автомобиля должны содержать (при бессернистом топливе) только диоксид углерода, воду и азот. Содержание в них углерода, углеводородов, оксидов углерода и азота обусловлено кинетическими причинами. Следовательно, содержание этих веществ в отработавших газах может быть снижено в результате или дополнительной их обработки, обеспечивающей завершение соответствующих реакций, или ускорением реакций горения, проходящих в двигателе.
На основе первой из этих возможностей получили распространение каталитические нейтрализаторы на основе платины, которые обеспечивают протекание гетерогенных каталитических реакций в отработавших газах двигателей, приводящих к снижению их токсичности. Большие расходы платины и невозможность использования нейтрализаторов при применении бензина, содержащего свинец, ограничивают для многих стран, включая нашу, их применение. Вторым возможным путем снижения токсичности отработавших газов является гомогенный катализ реакций в двигателе, обеспечивающий приближение состава отработавших газов к равновесному. Этот вариант может быть осуществлен введением в топливо растворимой в нем присадки, продукты разложения которой в пламени обеспечивают ускорение реакций, обуславливающих снижение -выбросов токсичных веществ с отработавшими газами. Однако, научные исследования этого направления недостаточны. Поэтому научное обоснование разработки и организации применения такой при-
садки, позволяющей снизить токсичность отработавших газов автомобилей, весьма актуально. Работа выполнялась в соответствии с Межрегиональной научно-технической программой "Изучение и использование гидроминеральных и топливно-энергетических ресурсов районов освоения Тюменской области" Государственного комитета по высшему образованию.
Цель работы. Улучшение приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами путем применения присадки к топливу.
Научная новизна. Разработан новый показатель - коэффициент приспособленности автомобиля к окружающей среде по токсичности отработавших газов. На основе аналитических исследований установлена теоретическая возможность повышения приспособленности автомобиля к окружающей среде с помощью присадки. Путем комплексного анализа имеющихся данных по каталитическим свойствам веществ (скрининга) обоснован выбор конкретной присадки. Разработана многофункциональная присадка к топливу, присутствие которой в топливе в микроконцентрациях существенно снижает токсичность отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей, положительно влияя также и на другие свойства топлива (моющие, антикоррозионные, антинагарные и антиобледенительные). Экспериментально установлены оптимальные концентрации разработанной присадки.
Практическая ценность. Разработанный показатель приспособленности позволяет оценивать автомобиль по соответствию его действующим нормам на выбросы токсичных веществ независимо от величины этих норм; сравнивать различные автомобили по их приспособленности к окружающей среде по токсичности отработавших газов независимо от норм предельно-допустимых выбросов (ПДВ); сравнивать различные топлива при использовании их на данном автомобиле по величине токсичных выбросов автомобиля; создать систему налогообложения автотранспорта, стимулирующую снижение выбросов токсичных веществ автомобилями. Предложен практический способ повышения приспособленности автомобиля к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами путем введения в топливо разработанной присадки в оптимальных концентрациях 1 мг№/кг бензина и 3 MrNi/кг дизельного топлива.
Присадка внедрена для улучшения качества бензина АОЗТ "Стерх" (г.Тюмень), облагораживается бензин в количестве порядка 40000-50000 т/год.
Апробация работы. Отдельные разделы диссертации были доложены на: Всероссийской научно-технической конференции по проблемам нефтегазового комплекса России (Уфа, 1995), на международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1996), на международном конгрессе "Экология больших городов" (Москва, 1996), на международной конференции (Тюмень, 1996), на международной конференции "Urban Transport and the Environment" (Барселона, 1996), на международной научно-технической конференции "Экология автотранспортного комплекса" (Москва, 1996), на конференции "Экологическая защита городов" (Москва, 1996).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ и получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.
Объем и структура диссертации: работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, приложения и списка литературы, включающего 129 наименований, изложена на 115 страницах, содержит 39 таблиц, 12 рисунков.