Для предотвращения попадания в атмосферу углеводородов с картерными газами используют

Обновлено: 26.01.2025

2. Запустить насос системы палубного водяного затвора

2. Помещение, не предназначенное для продолжительной работы персонала

3. Помещение, имеющие недостаточные по размеру отверстия для свободного входа или выхода персонала

2. мойке грузовых танков водой

3. свободном падении груза в танк

4. погрузке светлых нефтепродуктов

5. мойке грузовых танков сырой нефтью

5. Дизельное топливо

2. Электродуговой разряд

2. Замеры и отбор проб должны производиться заземленными инструментами не ранее чем через 30 минут после окончания поступления груза в танк

2. концентрация кислорода в газовой смеси должна составлять не менее 11 % от объёма

3. концентрация углеводородов в газовой смеси должна находиться в пределах воспламеняемости

2. самоподдерживающие танки, которые не испытывают нагрузок со стороны корпуса судна

3. танки, которые не являются частью корпуса судна и не участвуют в обеспечении прочности корпуса

2. Не более 80% от конструктивного давления танка

2. Полу-осушаемого типа

2. заполнить соответствующий проверочный лист

3. провентилировать насосное помещение не менее 10 минут

4. получить разрешение от вахтенного помощника на вход в закрытые помещения

5. произвести проверку атмосферы насосного отделения непосредственно перед входом

2. Судно за пределами особого района

3. Судно на удалении 50 миль от ближайшего берега

4. Мгновенная интенсивность сброса не превышает 30 литров нефти на милю

5. В процессе сброса используется САЗРИУС

6. Ведется визуальный контроль за местом сброса

7. Количество сбрасываемой нефти не превышает 1/30000 от общего количества нефтяного груза на борту

Методы, используемые для снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием, делятся на две основные категории: конструктивные методы и очистка отработавших газов. Основные промышленно развитые страны стремятся внедрить у себя (или уже приняли) строгие нормы предельной токсичности отработавших газов. Выполнение этих норм требует использования систем снижения токсичности, включающих трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который уже доказал свою эффективность в США, Европе и Японии

Снижение токсичности методом дозирования топлива

Рабочая смесь, качество которой определяется коэффициентом избытка воздуха λ, оказывает решающее влияние на состав отработавших газов.

Двигатель обеспечивает получение максимального крутящего момента при λ = 0,9 – эта величина обычно программируется для режима полной нагрузки двигателя. Оптимальная топливная экономичность достигается при смесях, характеризующихся λ = 1,1. Это совпадает с возможностью получения низких выбросов CO и CH. Однако выбросы оксидов азота (NO_x) при этом оказываются максимальными. Коэффициент избытка воздуха λ = 0,9 … 1,05 выбирается для режима холостого хода двигателя.

Слишком обедненная смесь приводит к появлению пропусков воспламенения, а так как смесь постепенно обедняется и далее, это влечет за собой быстрое увеличение выбросов СН.

Для предотвращения работы двигателя на сверхвысоких оборотах, когда требуется постоянное использование богатой смеси, осуществляется полное прекращение подачи топлива к двигателю.

Системы впрыска топлива позволяют добиться более точного контроля за составом смеси и значительно снизить количество выбросов отработавших газов.

Снижение токсичности отработавших газов точным смесеобразованием

Однородность смеси, ее послойное распределение и температура в зоне свечи являются основными факторами при определении способности смеси к воспламенению и последующему сгоранию с соответствующим влиянием на состав отработавших газов.

Однородные смеси и регулируемое послойное смесеобразование (богатая смесь у свечи зажигания и бедная смесь вблизи стенок камеры сгорания) представляют два пути совершенствования процесса смесеобразования.

На двигателях с одноточечным впрыском топлива для предотвращения отложения пленки топлива на стенках впускного трубопровода используется предварительный нагрев воздуха и впускного трубопровода.

Равномерное распределение

Максимальный коэффициент полезного действия (к.п.д.) двигателя может быть достигнут только при одинаковом коэффициенте избытка воздуха в каждом цилиндре.

Рециркуляция отработавших газов как способ снижения токсичности отработавших газов

Отработавшие газы направляются обратно в камеру сгорания для снижения максимальной температуры сгорания с целью снижения образования NO_x. Оптимизация системы EGR может также приводить к снижению расхода топлива. Система EGR используется любым из двух способов:

— внутренней рециркуляцией отработавших газов, обеспечиваемой соответствующей установкой фаз газораспределения (перекрытия клапанов);

— внешней рециркуляцией отработавших газов с применением управляемых клапанов.

Изменение фаз газораспределения

Большой угол перекрытия клапанов (при раннем открытии впускного клапана) позволяет увеличить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов и поэтому может помочь в снижении выбросов NO_x. Однако, так как рециркулирующие отработавшие газы вытесняют свежую топливовоздушную смесь, то раннее открытие впускного клапана также ведет к уменьшению максимального крутящего момента. Кроме того, чрезмерная рециркуляция отработавших газов, особенно при работе двигателя на холостом ходу, может стать причиной перебоев в зажигании, что, в свою очередь, приводит к увеличению выбросов углеводородов (НС). Оптимальным решением является применение изменяемых фаз газораспределения, когда фазы газораспределения варьируются для оптимального приспосабливания процесса сгорания к условиям работы двигателя.

Влияние степени сжатия на количество токсичных компонентов отработавших газов

Ранее считалось, что повышение термического коэффициента полезного действия (к.п.д.) путем роста степени сжатия представляется эффективным мероприятием для улучшения топливной экономичности. Однако при этом одновременно увеличивается и максимальная температура сгорания, которая вызывает более высокую концентрацию выбросов NO_x.

Конструкция камеры сгорания

Снижение выбросов CH обеспечивается компактной камерой сгорания, имеющей минимальную площадь поверхности с отсутствием выемок. Центральное расположение свечи зажигания обеспечивает короткий путь распространения пламени, позволяя получить быстрое и относительно полное сгорание рабочей смеси, что приводит, кроме низких выбросов CH, к пониженному расходу топлива. Турбулизация рабочей смеси в камере сгорания обеспечивает более быстрое сгорание. Кроме создания двигателей, способных работать на обедненных смесях, оптимизация формы камеры сгорания дает возможность снизить концентрацию CH при λ = 1.

Создания вихревого движения смеси во впускном канале и оптимизация формы камеры сгорания позволяют использовать переобедненные рабочие смеси (λ = 1,4…1,6). Такие двигатели характеризуются низкой токсичностью и очень хорошей экономичностью, они не нуждаются в каталитической очистке отработавших газов. Разработки в области снижения выбросов NO_x у двигателей, работающих на переобедненных смесях, еще находятся в начальной стадии. Такие двигатели вплоть до настоящего времени с успехом применялись в Европе и Японии. Имелось только несколько моделей, использующих концепцию обедненных смесей, когда достигался компромисс между токсичностью отработавших газов и расходом топлива.

Система зажигания автомобилей

Конструкция свечи зажигания, ее положение в камере сгорания, а также энергия и продолжительность искрового разряда – все эти параметры оказывают существенное влияние на воспламенение смеси, продолжительность ее сгорания, а поэтому и на токсичность компонентов отработавших газов. Важность этих факторов возрастает в прямой зависимости от обеднения смеси (λ > 1,1). Установка момента зажигания оказывает решающее влияние как на токсичность, так и на расход топлива. При выборе момента зажигания приходится (иногда в ущерб расходу топлива) для снижения выбросов CH и NO_x выбирать более поздние углы опережения зажигания. Вместе с подачей в избытке кислорода это поднимает температуру в выпускной системе и позволяет дожигать СО и СН.

Этот метод приводит к снижению выбросов NO_x и несгоревших углеводородов, но за счет увеличенного расхода топлива. С другой стороны, если выбирается слишком большое опережение зажигания, это приводит к увеличению расхода топлива и выбросов NO_x и СН.

Вентиляция картера двигателя

Концентрация углеводородов в картере двигателя может во много раз превышать регистрируемую в отработавших газах. Система регулирования вентиляции картера перепускает картерные газы во впускной тракт двигателя, откуда они попадают в камеру сгорания для дожигания. Раньше эти газы выпускались неочищенными непосредственно в атмосферу; сейчас наличие системы снижения токсичности картерных газов является обязательным требованием.

Система магистральных газопроводов представляет комплекс, в результате работы которого в атмосферу выбрасываются газы и пары. Дальность транспортирования увеличивает количество выбросов. Снижение и нейтрализация выбросов в атмосферу позволяет увеличить эффективность работы системы транспортирования газа по магистральным трубопроводам, уменьшить негативное влияние на окружающую среду. В статье представлены результаты анализа основных технологических процессов и оборудования при эксплуатации магистральных газопроводов, которые являются источниками выбросов в атмосферу. Выбросы вредных веществ характеризуются разным составом, переменным объемом. В статье рассмотрены наиболее характерные выбросы оборудования и дана характеристика вредных веществ. В статье представлен комплекс технологических, организационных мероприятий, которые способствуют уменьшению выбросов в атмосферу. Произведен анализ современных методов очистки выбросов в атмосферу для объектов транспортирования газа по магистральным газопроводам. Методы очистки выбросов для конкретных веществ учитывают особенности технологического процесса, их количество и состав. Представлены перспективные направления использования утилизируемой тепловой энергии.

1. Тетельмин В.В. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: учебное пособие / В.В. Тетельмин, В.А. Язев. – Долгопрудный: Интеллект, 2009. – 351 с.

2. Сокращение выбросов оксидов азота в атмосферу на предприятиях газовой промышленности / О.Н. Кулиш [и др.] // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2010. – № 1. – С. 8–12.

5. Миндуллин И.Р. Снижение выбросов загрязняющих веществ на факелах / И.Р. Миндуллин, Н.И. Зарубин // Территория Нефтегаз. – 2008. – № 10. – С. 96–99.

Процесс транспорта газа по магистральным газопроводам является важным этапом всей технологической системы газоснабжения. Комплекс технологических сооружений включает магистральные газопроводы, установки по очистке и осушке газа, компрессорные и газораспределительные станции. Система магистрального трубопроводного транспорта состоит из газопроводов и отводов, установок редуцирования, очистки газопровода оборудования компрессорных станций, запорной арматуры. Для безопасной эксплуатации предусматриваются контроль, система автоматики, телемеханизации и оперативного оповещения. Предотвращение или снижение выбросов в атмосферу при эксплуатации магистральных газопроводов приводит к улучшению состояния окружающей среды и уменьшению затрат при транспортировке газа.

Основным источником загрязнения атмосферы при транспортировке газа по магистральным трубопроводам является оборудование, предназначенное для сбора, подготовки и транспортировки газа. В состав сооружений магистральных газопроводов входят промысловый пункт сбора газа, головные сооружения, компрессорные станции (КС), газораспределительные станции (ГРС), подземные хранилища газа (ПХГ), линейные сооружения [1, с. 107]. Пары углеводородов, углеводороды в газообразном состоянии попадают в атмосферу в результате технологических процессов стабилизации давления в резервуарах, вследствие утечек, испарения через уплотнения и в местах соединений технологических аппаратов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры. В результате технологических операций очищения природным газом емкостного оборудования, технологических коммуникаций, линейных участков газопровода при пуске, наладке и эксплуатации осуществляется продувка и выброс газа через свечи в атмосферу. Залповые выбросы газа в атмосферу через свечи осуществляются при остановке и пуске оборудования или отключении участков газопровода. При обслуживании технологического оборудования и систем в атмосферу имеют место выбросы углеводородов, входящих в состав природного газа, поскольку в ряде технических процессов отсутствует возможность их сбора и использования. При работе дизельных, газотурбинных установок (ГТУ), котельных агрегатов, подогревателей углеводородные выбросы в атмосферу поступают с продуктами сгорания. Выбросы углеводородов в атмосферу в результате неполного сгорания газов наблюдаются при сжигании на факельных установках горючих газов и паров. В больших количествах углеводороды поступают в атмосферу при аварийных ситуациях. Выбросы при нарушении нормального эксплуатационного режима в результате аварийных ситуаций значительно влияют на окружающую среду.

Основные способы защиты от аварийных выбросов определяются техническими решениями при разработке вновь проектируемых и реконструируемых объектов, а также обеспечиваются проведением регламентных работ по обслуживанию.

При транспортировании по магистральным газопроводам до 10 % газа расходуется на технологические нужды КС. Для повышения давления в магистральных газопроводах КС устанавливаются на расстоянии до 150 км. В настоящее время общая мощность газоперекачивающих устройств КС достигает 45,9 млн кВт. ГТУ крупных КС являются источником загрязнения оксидами азота (до 140 тыс. т/год по РФ) [2]. При запуске газопререкачивающих аппаратов (ГПА) также осуществляются выбросы в атмосферу углеводородных газов. Количество природного газа, необходимого для одного запуска ГПА и выбрасываемого в атмосферу определяется на основе опытно-статистических данных, по методике СТО Газпром 11-2005.

Для защиты от гидратообразования при эксплуатации используют метанол. Резервуары для хранения метанола, одоранта, керосина являются источниками загрязнения атмосферного воздуха. На станциях охлаждения газа источником загрязнения являются пары хладагентов, аммиака.

Вопросы защиты атмосферы связаны с технологическими характеристиками производственного процесса, химическими, физическими и токсикологическими характеристиками вредных веществ, природно-климатическими условиями, экономическими затратами на эксплуатацию систем очистки и обезвреживания выбросов.

Оксид углерода относится к 4 классу опасности. Для оксида углерода предельно допустимая максимальная разовая концентрация (ПДКмр) составляет 5 мг/м3, предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) –3 мг/м3. Оксид углерода образуется при неполном сжигании топлива. Диоксид углерода, образующийся при полном сжигании органического топлива, усваивается растениями, при повышении содержания в атмосфере приводит к парниковому эффекту.

Диоксид азота (NO2) относится ко второму классу опасности, ПДКмр составляет 0,085 мг/м3, ПДКсс – 0,04 мг/м3. Оксиды азота относятся к токсичным веществам. Монооксид азота окисляется до диоксида азота, обладающего высокой фотохимической активностью. В атмосфере оксиды азота могут находиться достаточно долгое время и переноситься на значительные расстояния. При взаимодействии с атмосферной влагой образуются азотная и азотистая кислоты. В цикле химических превращений оксидов азота в атмосфере участвуют углеводороды.

Углеводороды алифатические предельные (в пересчете на углерод) относятся к 4 классу опасности, ПДКрз составляет 300 мг/м3. Метан обладает слабой реакционной способностью, легче атмосферного воздуха, относится к парниковым газам. Другие углеводороды, в присутствии оксидов азота подвергаются фотоокислению и образуют оксиданты. Углеводороды и оксиды азота при ультрафиолетовом излучении являются причиной фотохимического смога.

Выбросы перечисленных выше веществ в результате транспортировки газа по магистральным газопроводам оказывают локальное воздействие. Поэтому для защиты атмосферы широко предусматриваются мероприятия планировочного характера и технологические [3]. Места для размещения объектов выбираются в соответствии с нормативами по размерам санитарно-защитных зон (СЗЗ), благоприятного взаиморасположения предприятия и жилых массивов с учетом господствующих направлений ветров. Учитывается наличие естественных и искусственных преград между зоной жилой застройки и промышленной. При совместном выбросе углеводородов и оксидов азота необходимо предусматривать рассеивание таким образом, чтобы предотвратить возможность фотохимического смога вдоль автомобильных дорог. Планировочные мероприятия способствуют уменьшению вредных последствий выбросов, особенно имеющих циклический характер, но не приводят к снижению валовых выбросов в атмосферу.

К прогрессивным мероприятиям технологического характера относятся безотходные и малоотходные технологии на основе кооперации с различными объектами в целях уменьшения количества производственных выбросов. Данные мероприятия применяются к организованным выбросам. Наибольший эффект по нейтрализации организованных выбросов проявляется при увеличении единичной мощности агрегатов и постоянном режиме их работы. На объектах дальнего транспортирования газа предусматривается централизация источников выбросов, например объединение воздушников, свечей, сбросов от предохранительных клапанов, установка общей дымовой трубы на несколько печных агрегатов. Системы централизованного сбора выбросов загрязняющих веществ в атмосферу оборудуются системами обезвреживания. Сбор, перемещение и очистка выбросов от разрозненных объектов с небольшим количеством и незначительной концентрацией вредного вещества экономически не всегда оправдывают затраты, связанные с их обезвреживанием. Поскольку подобные выбросы являются частью технологического процесса, необходимо предусматривать совершенствование технологии, материалов, оборудования.

Для сокращения выбросов от резервуаров применяются синтетические понтоны, диски-отражатели, газоуравнительные системы, непримерзающие дыхательные клапаны. Контроль температурного режима резервуаров, укрытия над открытыми поверхностями очистных сооружений стоков и на водоблоках, максимально возможное исключение промежуточных резервуаров и сокращение операций перекачки снижает неорганизованные выбросы.

Технологические выбросы на объектах магистральных газопроводов характеризуются неравномерностью по времени и значительным изменением состава выброса. Одним из способов уменьшения вредных выбросов в атмосферу является применение современных герметичных типов арматуры, материалов фланцевых соединений; соблюдение требований норм при установке заглушек, мембран. Применяются насосы с уплотнениями, герметичные насосы; предусматривается организация герметичного налива продуктов на эстакадах, системы налива оборудуются автоматическими ограничителями уровня налива. Удаление газа от ГПА осуществляется с помощью свечей от сальников компрессорных цилиндров, из фонаря компрессорных цилиндров, из картера газомоторного двигателя. Система, объединяющая выбросы в атмосферу от рабочих предохранительных клапанов, может предусматривать сепаратор или дренажную емкость [4].

Методы улавливания и очистки газов и паров рассмотрены в работе [2]. Для обезвреживания углеводородных выбросов широко распространён метод термической нейтрализации. Для термического способа обезвреживания применяются установки факельного типа и камерные.

Выбор оборудования факельных систем при термической нейтрализации определяется в соответствии с нормативными документами [3, 4]. В связи с ростом цен на энергетические ресурсы на предприятиях предусматривается утилизация выбросов, содержащих углеводороды, в установках камерного типа, печах и котлах. Применение выбросов в качестве топлива дополнительного или основного приводит к необходимости модернизации газогорелочных устройств, организации топочного пространства существующего оборудования либо приобретения нового. Технологически организация экологически безопасного процесса термической нейтрализации в устройствах камерного типа и топках не представляет затруднений. Экономическая эффективность данных установок не всегда оправдана, но существенно повышается с ростом цен на энергоресурсы и платежей за выброс вредных веществ в атмосферу. Сдерживающим фактором является также отсутствие достаточного объема потребления тепловой энергии на объекте. Собственные нужды потребления тепловой энергии, как правило, ограничиваются отопительно-вентиляционной нагрузкой и нагрузкой на горячее водоснабжение. Для технологических нужд утилизация требует сложных конструктивных решений по использованию разных видов топлива, что связано с существенными экономическими затратами.

Внедрение жидкостных и каталитических нейтрализаторов, фильтрующих элементов приводит к уменьшению выбросов в атмосферу до 3,5 раз. Дополнительно можно отметить, что оксиды азота также подвергаются эффективной очистке каталитическими методами.

Для очистки промышленных выбросов в атмосферу от оксидов азота находят применение абсорбционные, адсорбционные, каталитические методы. Поскольку оксиды азота имеют низкую химическую активность и растворимость, для абсорбционной очистки промышленных выбросов применяются следующие способы: абсорбция водой с использованием для утилизации разбавленных растворов пероксида водорода с получением азотной кислоты, физическая абсорбция оксидов азота в азотной кислоте с применением катализаторов, хемосорбция щелочными растворами, селективными абсорбентами. Эффективность данных методов для слабоокисленных нитрозных газов мала. Адсорбционные методы с использованием активированных углей, имеющих высокую поглотительную активность при улавливании оксидов азота, для выбросов с высокой температурой должны учитывать возможность возгорания и малую механическую прочность. В качестве адсорбентов для оксидов азота также применяются силикагели, алюмогели, цеолиты. Применение данных методов для оксидов азота в промышленности ограничено из-за низкой эффективности и высоких затрат. Для очистки выбросов от оксидов азота применяются каталитические и некаталитические методы: высокотемпературное каталитическое восстановление, селективное каталитическое восстановление, разложение гетерогенными восстановителями. При высокотемпературном каталитическом восстановлении используются палладий, рутений, родий, платина. Менее эффективны, но дешевле составы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий. В процессе реализации данного метода образуются оксиды углерода 0,1–0,15 %. Метод применяется для низкоконцентрированных газов (до 0,5 % NOх). Селективное каталитическое восстановление оксидов азота протекает избирательно. Восстановитель (аммиак) реагирует с оксидами азота. Продуктами реакции являются азот и вода [3]. Метод восстановления оксидов азота без катализатора, основанный на избирательном поглощении NOх в присутствии аммиака или карбамида при температуре 900–1000 °C, достигает эффективности 90 %. Метод может широко применяться на энерготехнологическом оборудовании. При небольших объемах слабоокисленных газов метод высокотемпературного разложения NOх является более выгодным.

В целом на объектах хранения и транспортирования по трубопроводам газа, продуктов переработки газа, нети и нефтепродуктов применяются адсорбционные и абсорбционные методы очистки выбросов от углеводородов, их паров и СО. На насосных станциях и КС для очистки выбросов местных вентиляционных систем от сальниковой арматуры применяется абсорбционный метод. В качестве абсорбера используется полый форсуночный газопромыватель, абсорбентом является вода.

Технологические и организационные мероприятия по уменьшению выбросов в атмосферу должны иметь комплексный и системный характер. Во-первых, применение современного оборудования, своевременный ремонт и реконструкция снижают опасность аварийных ситуаций и загрязнения окружающей среды. Во-вторых, применение методов очистки выбросов должно осуществляться не только из условия уменьшения вредных выбросов, но и с учетом безопасности эксплуатации, использования вторичных тепловых ресурсов, экономической эффективности. Совершенствование методов очистки выбросов и разработка очистного оборудования должны осуществляться на основе современных материалов и технологий. В-третьих, автоматизация технологических процессов, оборудование для автоматического и дистанционного контроля загазованности, комплексная автоматизация и телемеханизация позволяют повысить экологическую безопасность при эксплуатации магистральных газопроводов, газораспределительных станций, подземных хранилищ газа, способствуют снижению аварийных ситуаций. Например, применение систем автоматизации, обеспечивающих максимальную полноту сгорания в печах, на факеле обеспечивает минимальное количество вредных выбросов. В-четвертых, необходимо предусматривать утилизацию тепла, выделяемого при термической нейтрализации, а также тепла выхлопных газов ГТУ для снижения теплового загрязнения.

Перспективным направлением утилизации тепловой энергии при эксплуатации КС на магистральных газопроводах является использование тепла попутных и отходящих продуктов технологических процессов для собственных нужд и внешних потребителей. Для реализации технологии утилизации тепла ГТУ необходимо определить объекты, для которых транспортировка тепловой энергии была экономически обоснованной. Собственные нужды не позволяют в полной мере использовать потенциал утилизации тепла. Удаленные потребители требуют существенных затрат на строительство и эксплуатацию тепловых сетей. Одним из направлений утилизации тепловой энергии может являться устройство тепличных хозяйств и других объектов сельского хозяйства на минимальном нормируемом расстоянии от КС. С одной стороны, растения поглощают диоксид углерода в процессе роста и развития и нейтрализуют выбросы оксидов азота, с другой, эффективно используется тепло выхлопных газов, становится выгодным производство сельскохозяйственной продукции.

Представленный комплексный подход анализа технологии, оборудования, выбросов, современных методов очистки позволяет выявить рациональные решения по уменьшению негативного влияния магистральных газопроводов на атмосферный воздух.

Особое опасение вызывают присутствующие в отработанных газах двигателей полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ), а также их кислород- и азотсодержащие производные, обладающие канцерогенными свойствами. ПАУ с числом конденсированных колец более трех не содержатся в топливе для двигателей внутреннего сгорания в сколько-нибудь заметных количествах. Вместе с тем, хорошо известно, что конденсированные ароматические углеводороды образуются в процессе пиролиза легких и средних фракций нефти уже при 600—700 °С, что имеет место в камере сгорания двигателей, в топках ТЭЦ, котельных и т. п. Образование и выделение ПАУ в конденсированной фазе (аэрозоли, пыли) и в виде паров характерно для всех установок сжигания топлива. Образуются ПАУ при горении нефтепродуктов, угля, дерева, мусора, пищи, табака, и чем ниже температура в устройстве для сжигания, тем больше образуется ПАУ.

Простейший ароматический углеводород — бензол. Если состыковать два бензольных кольца, то получится модель хорошо известного нафталина. Если же взять несколько бензольных колец, то число возможных стыковочных комбинаций резко увеличится.

Собирательное название ПАУ объединяет десятки веществ, для которых характерно наличие в структуре соединения трех и более бензольных колец (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Высококанцерогенные ПАУ

Образующиеся при сгорании топлива в ДВС полиароматиче- ские углеводороды поступают в окружающую среду. При обычной температуре все ПАУ представляют собой твердые кристаллические вещества. Давление насыщенных паров при температурах плавления, которые обычно близки к 200 °С, очень мало. Охлаждение выхлопных газов, содержащих ПАУ, приводит к их конденсации и оседанию в зоне их выбросов. Однако значительная часть ПАУ уносится на дальние расстояния в виде аэрозолей. В атмосфере ПАУ довольно устойчивы. Их постепенная трансформация в иные продукты происходит при взаимодействии с озоном (с образованием полиядерных хинонов) и диоксидом азота (продукты — нитро(а)бензопирены, отличающиеся высокой мутагенной активностью).

Главных источников ПАУ несколько (рис. 1.15): автомобильный (в основном) транспорт, металлургия, нефте- и коксохимия, теплоэнергетика. Однако в городе, где очень мало металлургии и

Рис. 1.15. Схема загрязнения среды ПАУ и ее самоочищения [9]: I — промышленные предприятия; 2 — авиация; 3 — транспорт; 4 — отопление жилищ; 5 — ультрафиолетовое излучение; 6 — озон; 7, 8 — разрушение ПАУ растениями, почвенными микроорганизмами и из-за наличия метаболизма у высших животных

На катализаторе происходит взаимодействие оксида азота (II) с оксидом углерода (II)

Эта реакция термодинамически выгодна при температуре выхлопа. К другим реакциям, протекающим на катализаторе в выхлопных газах, относятся:

• взаимодействие СО с водяными парами:

• окисление ПАУ до СО, и Н₂0:

Выделяющийся водород может реагировать с оксидом азота с образованием аммиака:

Это нежелательный процесс, так как аммиак повторно окисляется до N0 при пропускании газов через катализатор окисления. С отходящими газами тепловых электростанций и ТЭЦ, работающих как на жидком, так и на твердом топливе, в атмосферу выбрасываются значительные количества летучих углеводородов.

При сжигании 1 т нефти на предприятиях электроэнергетики выделяется 0,25 кг, а при сжигании 1 т угля — 0,16 кг углеводородов. Наименьшее количество углеводородов выделяется при использовании природного газа.

ТЭС и ТЭЦ — основные антропогенные источники ПАУ. По оценкам, на начало 1970-х гг. XX века в США выброс бенз(а)пирена состалял около 500 т в год, что представляет примерно 38 % от общей эмиссии этого соединения в атмосферу. Наивысшие средние концентрации ПАУ в дымовых газах от ТЭС характерны для тех станций, которые работают на торфе. Средняя эмиссия ПАУ при использовании торфа составляет 40 мг на 1 МДж вырабатываемой энергии, а при сжигании других видов топлива она равна 2—10 мг на 1 МДж. Образование и выделение ПАУ в конденсированной фазе (аэрозоли, пыль) и в виде паров характерно для всех установок сжигания топлива.

На расстоянии нескольких километров от угольной ТЭС поверхность почвы загрязнена ПАУ. Но большая часть ПАУ уносится на большие расстояния в виде аэрозолей. Прекрасным адсорбентом для ПАУ являются сажевые частицы. На 1 см 2 сажевой поверхности могут разместиться ~10 14 молекул ПАУ, что приводит к тому, что загрязненный сажевым аэрозолем воздух содержит порой количества ПАУ большие, чем соответствующие давлению насыщенного пара этих веществ.

Читайте также: