Свойства топлив, используемых в автомобильных двигателях

*Н_н - теплота сгорания низшая (массовая).

Горючие газы, применяемые в настоящее время в качестве топлива, разделяются на два вида: природный газ и нефтяные газы. Высокое октановое число и хорошие экологические характеристики определили их преимущественное использование в двигателях с принудительным зажиганием.

Одним из наиболее популярных альтернативных видов топлива являются спирты. Это, прежде всего, метиловый (метанол) и этиловый (этанол) спирты. Наиболее перспективным считается метанол, производство которого возможно из любого сырья, содержащего углерод.

Наибольшее количество метанола в России производится из природного газа. Наиболее перспективным из эфиров по экономическим и экологическим показателям являются метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) и диметиловый эфир (ДМЭ). Первый используется как кислородсодержащий компонент, заменяющий в бензинах тетраэтилсвинец, повышающий их детонационную стойкость и уменьшающий выбросы сажи и моноксида углерода. Диметиловый эфир является простейшим эфиром, имеет формулу СН₃ОСН₃ и вырабатывается, в первую очередь, из природного газа.

Сегодня разработка автомобильных двигателей, работающих на окислении водорода кислородом, считается наиболее перспективным направлением. Однако водород в природе встречается, в основном, в связанном виде. Промышленно водород производится тремя способами: электролизом воды, конверсией метана при температуре 900 °С или пропусканием паров воды над раскаленным углем при температуре более 1000 °С - это весьма энергоемкие производства. При современных технологических возможностях производства водорода это топливо экономически неконкурентоспособно, в качестве топлива для автомобильных поршневых двигателей водород, несмотря на свои экологические достоинства, также неперспективен из-за малой плотности.

Существенно уменьшить выбросы отработавших газов автомобилей можно также за счет совершенствования автотранспортной инфраструктуры. К наиболее значимым мероприятиям в этой сфере следует отнести:

• выбор рационального парка автомобилей, их маршрутов и скоростного режима движения;

• совершенствование улично-дорожной сети в городах;

• совершенствование методов управления движением.

Принципиально снизить выбросы автотранспорта может

массовое использование электромобилей. По прогнозам специалистов, к 2030 г. почти половина автотранспорта будет представлена экологически чистыми электромобилями. На сегодня внедрение этого вида транспорта сдерживает его высокая стоимость, причем 70% цены электромобиля приходится на его батарею.

Защита гидросферы от стоков. При выборе схемы и технологического оборудования станций очистки необходимо знать расход сточных вод и концентрацию содержащихся в них примесей, а также допустимый состав сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Допустимый состав сточных вод рассчитывают с учетом Правил охраны поверхностных вод. Правила устанавливают нормы на ПДК веществ, состав и свойства воды водоемов.

Расчет допустимой концентрации примесей С_о в сточных водах, сбрасываемых в водоемы, проводят в зависимости от преобладающего вида примесей сточных вод и характеристик водоема. При преобладающем содержании взвешенных веществ их допустимая концентрация составляет

где С_В - концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м³; п - кратность разбавления сточных вод в воде водоема, характеризующая часть расхода воды водоема, участвующую в процессе перемешивания и разбавления сточных вод; ПДК - предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в воде водоема, кг/м³.

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохранилищ существенно отличаются от условий их смешения в реках и каналах. Допустимая концентрация примесей сточных вод в начальной зоне смешения в озерах уменьшается более существенно, и их полное перемешивание происходит на значительно больших расстояниях от места выпуска, чем в реках и каналах.

Способы и методы очистки сточных вод. Для очистки сточных вод применяют механические, химические, физико-химические и биологические методы. Выбор метода зависит от требований к качеству очищенных сточных вод, от места расположения предприятия и т.д.

В сооружениях для механической очистки сточных вод (рис. 3.29) сначала отделяются наиболее крупные загрязнения на решетках и ситах, устанавливаемых в голове очистных сооружений, а затем в песколовках, где из сточных вод выпадают взвеси с размером фракции, как правило, более 0,15—0,2 мм. Основное количество взвешенных веществ удаляется в отстойниках.

Рис.3.29. Схема механической очистки воды

Решетки устанавливают на очистных сооружениях обычно с прозорами 16-20 мм, хотя в последнее время появились решетки с меньшими прозорами, вплоть до 4 мм. Обычно решетки устанавливают под углом 60° к горизонту. К химическим методам очистки сточных вод чаще всего относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Эти методы применяют для удаления растворенных веществ перед подачей воды на биологическую очистку.

Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, нейтрализуют путем смешения кислых и щелочных стоков, добавлением реагентов, подаваемых в различных агрегатных состояниях. При этом количество добавляемого реагента определяется доведением рН сточных вод до значения 6,5-8,5.

Для проведения процесса окисления используют озон, что позволяет в ряде случаев успешно очищать сточные воды от фенола, нефтепродуктов, мышьяка и других токсичных веществ. Достаточно эффективно для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, цианидов использование хлора и веществ, содержащих активный хлор.

Методы физико-химической обработки сточных вод обычно включают флотацию, адсорбцию, ионный обмен и др. Схема процесса пневматической флотации показана на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Схема пневматической флотационной очистки сточных вод:

1 - сточная вода; 2 - пенный продукт; 3 - очищенная вода; 4 - воздух

В последние годы флотация широко используется для очистки вод от ПАВ. Применение пневматических флото-машин наиболее распространено при флотации тонкозернистых пульп и оборотных жидкостей. Аэрация жидкостей в этом случае осуществляется путем пропускания воздуха или какого-либо газа через различные пористые элементы, например керамику, пористую резину.

Наряду с флотацией для очистки сточных вод используют адсорбционную технологию с использованием в качестве адсорбента чаще всего активированных углей. Это позволяет получать остаточные концентрации основных ингредиентов ниже нормативных значений. Например, концентрация нефтепродуктов в очищенной воде после адсорбционной очистки не превышает в большинстве случаев 0,05 мг/л, что соответствует ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.

Наиболее широко распространенным способом очистки сточных вод является биологический, который известен уже более 100 лет. В биологической очистке использованы особенности микроорганизмов. При такой очистке сточные воды, после механической и, возможно, физико-химической очистки, смешивают с активным илом. Смешение осуществляют в специальных сооружениях - аэротенках, представляющих собой открытые емкости достаточно большого объема с расположенными в них аэраторами барботажного, механического, струйного или другого типа. В результате достаточно длительного (в течение 10-36 ч) контактирования микроорганизмов с водой в условиях аэрации воздухом происходит биоразложение органических примесей, не удаленных на предыдущих стадиях очистки.

Сооружения биологической очистки в естественных условиях подразделяют на поля фильтрации и биологические пруды. На полях фильтрации сточная вода проходит через слой почвы, содержащий в большом количестве аэробные бактерии, получающие кислород из воздуха. В процессе фильтрации через слой почвы органические загрязнения сточных вод задерживаются в нем. При этом образуется биологическая пленка с большим количеством микроорганизмов различных видов. Задержанные на биопленке органические вещества аэробными микроорганизмами доводятся до минеральных соединений. Эти процессы наиболее интенсивно происходят в почве на глубине приблизительно 0,1-0,4 м. В результате биохимических процессов углерод органических веществ превращается в углекислоту, а азот аммонийных солей превращается в нитраты и нитриты.

В искусственных условиях применяют аэротенки, а также биофильтры. На рис. 3.31 изображен трехкоридорный аэротенк, где очищаемая вода с активным илом «змейкой» движется по коридорам аэротенка со скоростью, которая выбирается из расчета времени пребывания сточных вод в аэротенке, т.е. примерно 6-30 ч, в зависимости от требуемой степени очистки.

Очистка поверхностных сточных вод. Для исключения загрязнения почв и грунтов и подземного водоносного горизонта на территории промышленных предприятий, в том числе предприятий энергетики (ТЭЦ, ГРЭС и т.д.) и транспорта (автотранспортные подразделения, мойки автомобилей и др.), должны быть в обязательном порядке сооружены локальные очистные установки поверхностных сточных вод. Такие установки, как правило, включают приемную решетку, песколовку, отстойники, флотатор, фильтры доочистки. Эффективность работы локальных очистных сооружений поверхностных сточных вод во многом зависит от технического уровня устройств, с помощью которых происходит извлечение нефтепродуктов. В настоящее время разработан комбинированный флотатор усовершенствованной конструкции, позволяющий извлечь до 95% содержащихся в воде нефтепродуктов. Очищенная сточная вода с содержанием нефтепродуктов не более 0,05 мг/л может быть сброшена на рельеф или в расположенный рядом водоем.

Рис. 3.31. Схема трехкоридорного аэротенка

Защита земель и почв от загрязнения. Защита почв от загрязнения имеет специфические особенности, а именно:

• основные источники загрязнения почвы – осаждение выбросов промышленных предприятий и средств транспорта, а также загрязнения от мест ликвидации и захоронения
промышленных и бытовых отходов;

• в почве происходит накопление веществ, поскольку она является малоподвижной средой и миграция загрязнений в почве происходит гораздо медленнее, чем атмосфере
и гидросфере;

• влияние загрязнения почвы на человека проявляется косвенно через качество сельскохозяйственной продукции, а влияние на фауну и флору - непосредственное;

• характер и степень влияния загрязнения почв на человека и биосферу изучены много хуже, чем влияние загрязнений атмосферы и гидросферы.

Защита почвы достигается за счет снижения процессов седиментации веществ из атмосферы и рационального использования удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве.

Внесение удобрений компенсирует изъятие растениями из почвы фосфора, калия и других веществ. Однако вместе с удобрениями в почву вносятся тяжелые металлы и соединения, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним относятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром и др. Выведение этих примесей из удобрений - трудоемкий и дорогой процесс. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

Для защиты земель используют сбор отходов и их последующую утилизацию или организованное захоронение. Правовые основы обращения с отходами определяются Федеральным законом от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», который устанавливает две цели:

1) предотвращение вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду;

2) вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.

Сейчас технически возможно использовать две трети образующихся отходов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в четыре раза меньше, чем первичного. Эколого-экономический эффект использования вторичного сырья на примере трех видов продукции представлен в табл. 3.7.

Таблица 3.7

⇐ Назад