12. Токсичность топлив

Токсичность топлив - это способность соединений, входящих в его состав и образующихся при сгорании, отрицательно влиять на жизнедеятельность в природе и загрязнять окружающую среду. Все виды топлив в различной степени токсичны. Это необходимо учитывать при их производстве, транспортировании, хранении и применении. Токсичность топлив, компонентов, добавок, присадок и реагентов оценивается классом опасности и предельно допустимой концентрацией (ПДК). Токсичные вещества делят на 4 класса: 1 — чрезвычайно опасные, 2 — высокоопасные, 3 - умеренно опасные и 4 - малоопасные. Моторные топлива, жидкие и газообразные (бензин, керосин, углеводородные газы), как правило, менее токсичны по сравнению с добавками. Однако в некоторых случаях они способны вызывать отравления. Пары нефтепродуктов часто попадают в организм человека через органы дыхания, через кожу, иногда с водой, пищей и всасываются в кровь. Нефтепродукты оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и глаза. Их токсичность зависит от фракционного и химического состава. Токсичность УВ и неУВ-соединений топлив возрастает в ряду: сернистые, кислородные соединения > арены > циклоалканы > н.-алканы > изоалканы. При попадании топлив в водную среду образуются устойчивые тонкие (микронной толщины) поверхностные пленки, которые нарушают кислородный баланс водоемов. В воде водоемов рыбохозяйственного значения топлива без последствий для качества проукции могут присутствовать в растворенном и эмульгированном состоянии в концентрации не более 0,05 мг/л. Токсичность продуктов сгорания топлив гораздо выше, чем жидких и газообразных топлив. Продукты сгорания содержат следующие наиболее токсичные соединения: окись углерода (угарный газ, СО), оксиды азота NXO (NO, Ж>2, N2 O4 , N2 Os), сажа (мелкодисперсный углерод), оксиды серы (SO2, ЗОз), соединения свинца (PbO, PbOj), бензпирен. Транспортные средства и тепловые электростанции выбрасывают наибольшее количество продуктов сгорания топлив по сравнению с другими источниками загрязнения окружающей среды. В составе отработавших газов преобладают: бензиновых двигателей — СО, углеводороды и окислы азота, дизельных двигателей - окислы азота, углеводороды, сажа, оксиды серы и в относительно меньшем количестве по сравнению с бензиновыми двигателями СО. Оксид углерода СО образуется главным образом при сгорании богатых смесей (при недостатке кислорода). Для снижения содержания СО в отработавших газах необходимо повышать полноту сгорания топлива путем улучшения испарения и смесеобразования топлива в двигатель. Оксиды азота значительно токсичнее СО. Образование оксидов азота связано с реакциями между атомами и радикалами, образующимися при высокотемпературной диссоциации молекул азота и киг порода воздуха в пламени в зоне горения. Содержание органических азотсодержащих соединений в топливах мало, поэтому при их сгорании образуется незначительное количество окислов азота. При горении сжиженного и природного газов температура в камере сгорания на 150-200°С ниже, чем при горении углеводородов бензина (температура горения стехиометрических смесей пропана 211.0, толуола 2211"С). Гомогенность газо-воздушных смесей выше, чем бензо-воздуншых. Поэтому при работе двигателя на сжиженных и сжатых газах выбросы оксидов азота в отработавших газах сокращаются. Уменьшаются выбросы окислов азота и при использовании спиртовых топлив или добавок спиртов в бензин, т.к. спирты имеют высокую теплоту испарения и тем самым снижают начальную температуру смеси и максимальные температуры горения топлива в камере сгорания. В этом заключается одно из преимуществ альтернативных (газообразных и спиртовых) топлив перед нефтяными. Углеводороды в отработавшие газы попадают из пристеночных, относительно низкотемпературных слоев топливо-воздушной смеси. Их состав и токсичность разнообразны и зависят от особенностей протекания процессов термодеструкции тяжелых углеводородов топлива. Токсичность этих углеводородов ниже, чем СО. Другая часть углеводородов (более токсичных) представляет собой полициклические ароматические углеводороды, образующиеся при горении топлив в результате пиролиза наиболее тяжелых фракций топлива и смазочного масла. В составе этой части углеводородов присутствуют канцерогенные соединения, в частности, бенз(а)пирен в концентрации до 0,5 мг/м3. Подобные соединения обладают высокой полярностью, адсорбируются на поверхности и в порах частиц сажи и выбрасываются в атмосферу из двигателей в виде дыма. Загрязнение атмосферы такими продуктами приводит к увеличению легочных заболеваний, в том числе злокачественного характера, населения городов. Сажа образуется при горении топлив в результате пиролиза углеводородов и неуглеводородных примесей в зонах камеры сгорания с недостатком кислорода. Снижения сажеобразования можно достигнуть улучшением качества распыла в камере сгорания, а также использованием гидроочищенных дизельных топлив с низким содержанием моно- и полициклических ароматических углеводородов и неуглеводородных соединений. Выбросы в атмосферу сажи и дыма являются одной из причин образования смога, роста числа онкологических заболеваний населения. Для уменьшения дымности при горении дизельных топлив разработаны антидымные присадки. В концентрации 0,1% мае. в дизельном топливе присадки снижают на 30-50% дымность отработавших газов и в 2-3 раза -эмиссию бенз(а)пирена. Такими присадками являются ИХП-706, ЭКО-1, ЭФАП-Б - композиции Ba-сод/соединений с дисперсантами в УВ растворителе. Присадки обладают и моющим действием, предотвращают закоксовывание распылителей форсунок, улучшают качество распыла топлива и смесеобразования в камере сгорания. Альдегиды и продукты неполного окисления углеводородов образуются при горении обедненных смесей топлива с воздухом в относительно холодных зонах камеры сгорания. Другая причина образования таких продуктов -нарушения процесса смесеобразования в двигателе. Токсичность альдегидов, в частности, формальдегида значительно выше, чем токсичность СО.