Нейтрализация ненормируемых токсичных компонентов отработавших газов дизелей

Введение. В перечне веществ, содержащихся в отработавших газах (ОГ) дизелей, выделяются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), включая бенз-α-пирен (БаП) и альдегиды (RСНO). Удельная токсичность этих соединений на несколько порядков превосходит токсичность нормируемых современными экологическими стандартами выбросов СО, НС, NO_x и дисперсных частиц. Из-за сложности анализа реальная токсикологическая опасность БаП и RCOH и методы борьбы с ними остаются недостаточно изученными.

Цель исследования – разработать метод анализа БаП и RCOH в ОГ дизелей и предложить методы их обезвреживания.

Методология и методы. В статье представлены результаты разработок аналитических средств оценки выбросов БаП и RСНO с ОГ некоторых отечественных дизелей. Применительно к анализу ПАУ в ОГ дизелей доработана операция пробоподготовки для определения по методу Шпольского, а для анализа RСНO предложена оригинальная методика раздельного и суммарного контроля с использованием 2,4-динитрофенилгидразина.

Результаты и научная новизна. Используя эти аналитические методы определены раздельные и интегральные (Правило ООН № 49) выбросы БаП и RCНO с ОГ широко распространённых в Российской Федерации дизелей Д-120, ММЗ-245.9 и ЯМЗ-236А. Исследования показали, что по токсикологическому эффекту выбросы БаП и RCНO сопоставимы с выбросами NO_x, в связи с чем необходима их нейтрализация. Для решения этой задачи предложено использовать технологию каталитической нейтрализации БаП и RCНO на алюмоплатиновых и алюмопалладиевых металлоблочных катализаторах.

Практическая значимость. Проведённый комплекс исследований показал, что при обработке ОГ на таких катализаторах интегральный выброс БаП и альдегидов снижается более, чем на 80%. Результаты работы подтверждены путём каталитической нейтрализации этих соединений в ОГ дизелей, работающих на традиционных дизельных топливах и конвертированных для работы на диметилэфире.

1. Вершков Л.В., Грошев В.Л., Гаврилов В.В., Бурцева Н.Н. Временная методика определения предотвращённого экологического ущерба. – М., 1999. – 173 с.

2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338.03, Минздрав России. – М., 2003. – 330 с.

3. Шабад Л.М., Смирнов Г.А., Хесина А.Я. Определение канцерогенных полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах автомобильных двигателей / Сборник «Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств», ч. II. – Харьков, 1977. – С. 390–397.

4. Альтман Л.В., Брызгалова Н.И., Масленковский Л.Г., Жегалин О.И., Хитрово С.С. Определение полициклических ароматических углеводородов в отработавших газах дизелей / Труды всесоюзной научной конференции «Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств», ч. I. – Харьков, 1977. – С. 3–13.

5. Хесин А.И., Скудатин М.Е., Ушмодин В.Н. Канцерогенная опасность автомобильных шин // Национальная безопасность и геополитика России. – 2003. № 10-11 (51-52). – С. 51–52.

6. Кутенёв В.Ф., Семенихин А.Н., Смирнов Г.А., Топунов В.Н. К вопросу об эффекте конструкции двигателя на эмиссию бенз-а-пирена с отработавшими газами // Международный сборник научных работ ВЗМИ. – М., 1980. – С. 28–35.

7. Смирнов Г.А., Филипосянц Т.Р., Кратко А.П. Исследования бенз(а)пирена и основных токсичных компонентов в отработавших газах дизельных двигателей / Труды всесоюзной научной конференции «Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств», ч. II. – Харьков, 1977. – С. 313–331.

8. Ассад М.С., Грушевский В.В., Пенязыков О.Г., Тарасенко И.Н. Выбросы полициклических ароматических углеводородов в продуктах сгорания автомобильных бензиновых двигателей // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2018. – Т. 62, № 3. – С. 341–346.

9. Анисимов М.Ю. Исследование процессов образования бенз(а)пирена в камерах сгорания авиационных ГТД: автореферат дисс. ... канд. техн. наук. – Самара, 1991. – 16 с.: ил.

10. Орлов М.Ю. Исследование влияние химсостава топлива на образование и выброс бенз(а)пирена при сжигании углеводородных топлив в камерах сгорания ГТД: автореферат дисс. … канд. техн. наук. – Самара, 1994. – 24 с.: ил.

11. Маслеева О.В., Курагина Т.И., Пачурин Г.В. Повышение экологичности окружающей среды за счёт применения мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2010 12(1-9):2302-2305.

12. Шкаликова В.П. Некоторые эксплуатационные характеристики работы двигателей на топливах с добавками спирта // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. – 2004. – № 2 (9). – С. 5–7.

13. Марков В.А., Гайворонский А.И., Девянин С.Н., Пономарёв Е.Г. Рапсовое масло как альтернативное топливо для дизеля // Автомобильная промышленность. – 2006. – № 2. – С. 1–3.

14. Zarante P.H.B., Sodré J.R. Comparison of aldehyde emissions simulation with FTIR measurements in the exhaust of a spark ignition engine fueled by ethanol // Heat Mass Transfer 54, 2079–2087 (2018). https://doi.org/10.1007/s00231-018-2295-5.

15. Лернер М.О., Хесина А.Я., Гончаров В.В., Бакалейник А.М., Арамян П.А. Влияние группового состава топлива и антидетонаторов на концентрацию окиси углерода и бенз(а)пирена в отработавших газах ДВС / Труды всесоюзной научной конференции «Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств», ч. II. – Харьков, 1977. – С. 78–92.

16. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для поршневых двигателей. – М.: Химия, 1982. С. 190–200.

17. Панчишный В.И. Каталитическое обезвреживание отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / Сборник «Проблемы кинетики и катализа. Глубокое каталитическое окисление углеводородов». – М.: Наука, 1981. – Т. 18. – С. 145–168.

18. Dykyj J., Svoboda J., Wilhoit R.C., Frenkel M., Hall K.R. Vapor Pressure and Antoine Coefficients for Hydrocarbons and Sulfur, Selenium, Tellurium, and Halogen Containing Organic Compounds, vol. IV/20A. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1999. – 773 p.

19. Панчишный В.И., Альтман Л.В., Масленковский Л.Г. Определение альдегидов в выхлопе методом газовой хроматографии / Сборник «Системы и средства снижения токсичности отработавших газов дизелей». – М.: ЦНИИТЭИ Тракторосельхозмаш, 1980. Вып. № 4. – С. 6–9.