Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Улучшение приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Улучшение приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами"

УДК 621.43.068.4 На правах рукописи

_ 9 П'0<1

Магарил Елена Роменовна

УЛУЧШЕНИЕ ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ПО ВЫБРОСАМ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

Тюмень 1997

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете на кафедре "Эксплуатация автомобильного транспорта"

Научный руководитель - заслуженный деятель

науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Резник Л.Г.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель

науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Терехов A.C.

- доктор химических наук, доцент Поветкин В.В.

Ведущая организация - Уральский государственный

технический университет им.С.М.Кирова

Защита состоится 1997 г. в^^час на

заседании диссертационного Совета Д.064.07.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу 625000, г.Тюмень, ул. Володарского 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

1997 г.

В.Д.Шантарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 с-реде 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 мг№/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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проводится анализ современного состояния проблемы снижения выброса в атмосферу токсичных веществ с отработавшими газами автомобилей.

В настоящее время отсутствует интегральный показатель, характеризующий величину токсичных выбросов автомобилей. Нет анализа теоретически достижимых минимальных выбросов токсичных веществ с отработавшими газами и научно обоснованного подхода к разработке присадок к топливам, снижающих выбросы токсичных веществ. Предложенные в патентной литературе присадки не оцениваются по их влиянию на другие важные свойства топлива.

На основе проведенного анализа литературных данных были сформулированы задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели:

1. Разработать количественный показатель, оценивающий приспособленность автомобилей к окружающей среде по выбросам ток-

2. Обосновать теоретическую возможность повышения приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с помощью присадок к топливу;

3. Выбрать на основе анализа данных по каталитическим свойствам веществ наиболее перспективную присадку для повышения приспособленности автомобилей .к окружающей среде по выбросам токсичных веществ;

• 4. Экспериментально исследовать влияние разработанной присадки на выбросы токсичных веществ различными автомобильными двигателями. Определить оптимальные концентрации присадки и ее влияние на эксплуатационные свойства топлива;

5. Разработать пути практического применения показателя приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами;

6. Разработать пути практического использования присадки, повышающей приспособленность автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ.

Во второй главе проведены аналитические исследования, в результате которых в развитие идеи J1. Г.Резника разработан показатель приспособленности автомобилей к окружающей среде по токсичным выбросам. Осуществлен теоретический выбор присадки. Рассчитаны термодинамически возможные концентрации токсичных веществ в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания при различных условиях, показывающие, что теоретически возможно достичь практически полного отсутствия токсичных веществ в отработавших газах.

Для получения показателя приспособленности автомобиля к окружающей среде с точки зрения выбросов токсичных веществ с отработавшими газами используется следующий подход.

Пусть нормы по выбросу токсичных веществ равны Neo > Nno • NcmHn • Тогда соблюдение этих норм для данного автомобиля при его испытании можно оценить величинами;

сичных веществ с отработавшими газами;

ЭСтНп -

NcmHn ПСтНп

(1)

где n¡ - выбросы при испытании автомобиля. При соответствии выбросов нормам a¡ > 1.

Токсичности оксида азота, оксида углерода и углеводородов сильно различаются. Использование значений максимальных разовых предельно-допустимых концентраций (ПДК) для воздуха населенных мест позволяет получить единую шкалу для измерения токсичности. Для оксидов углерода и азота ПДК соответственно равны 5 и 0,085 мг/ м3 , т.е. оксид азота в 59 раз токсичнее оксида углерода. Углеводороды и кислородсодержащие органические соединения, выбрасываемые с отработавшими газами и определяемые суммарно, различаются по токсичности очень сильно - ПДК изменяется в пределах от 0,01 до 100 мг/м3 . Усреднено токсичность суммы углеводородов, с учетом сортношений количеств содержащихся в отработавших газах органических веществ, принимается равной токсичности бензола, тогда токсичность суммы углеводородов в три раза выше, чем оксида углерода.

Таким образом, если токсичность оксида углерода принять за 1, то относительные токсичности оксида азота' и суммы углеводородов составят соответственно 59 и 3.

С учетом относительных токсичностей суммарная характеристика токсичности отработавших газов А равна:

А = асо х] + aN0 х59 + аСтнп х3 • (2)

Если автомобиль дает выбросы, равные нормируемым, то a¡=l и А=63. Тогда испытуемый автомобиль можно оценить коэффициентом приспособленности к окружающей среде по токсичности отработавших газов К:

к - асо х I + a no х 59 + астнп * 3 _ , .

63 63

Если выбросы равны нормируемым, К=1. Со снижением токсичности отработавших газов К возрастает. Автомобиль тем более приспособлен к окружающей среде по токсичным выбросам, чем больше К.

Использование показателя К можно проиллюстрировать следующим примером. При испытании дизельного двигателя ЗИЛ-645 по правилам №49 ЕЭК ООН были получены следующие результаты: выбросы (г-/кВт -ч) составили СО - 3,78 ; CmHn - 0,86 ; NOx -

9,08. Нормы правил №49 ЕЭК ООН равны, соответственно (г/кВт •ч) : СО - 4,5 ; СтНп - 1,1 ; Ж)х - 8. Тогда

4,5 ЦхЗ 8,0х 59 к= 3,78+ 0,86 + 9,08 =од 63

Это означает, что двигатель не соответствует нормам (К<1).

При использовании этого же топлива с присадкой выбросы (г/кВт -ч) составили: СО - 3,23 ; СтНп - 0,54 ; ЫОх - 7,21. В этом случае

4,5 14x3 8,0x59

-+ ■ _ +■

к_ 3,23 0,54 7,21 _ 63

Здесь приспособленность автомобиля к окружающей среде удовлетворительна: К>1.

Для решения второй задачи на основе химической термодинамики был проведен теоретический анализ состава отработавших газов, показавший, что выбросы токсичных веществ обусловлены кинетическими причинами и, следовательно, возможно снижение токсичности отработавших газов путем применения присадок к топливу, увеличивающих скорость полного горения.

Для обеспечения снижения образования токсичных веществ в двигателе катализатор - присадка к топливу - должен ускорять следующие реакции:

СтНп + о2 со2 + Н20 со + о2 -> со2

N0 -> + 02

с + о2 со2

N0 + 00 С02 + N2

с + н2о со + Н2

Проведенный скрининг литературных данных по каталитическим свойствам веществ показал, что наиболее перспективными катализаторами указанных реакций являются соединения никеля и кобальта. На основе дополнительного анализа для дальнейших исследований выбраны олеофильные соединения никеля.

Присадка к топливу, снижающая содержание токсичных веществ в отработавших газах, должна удовлетворять ряду условий:

- хорошо растворяться в топливах и давать стабильные во времени растворы;

- не давать при сгорании топлива новых токсичных веществ в отработавших газах;

- положительно влиять на эксплуатационные свойства топлива;

- не приводить к износу двигателя.

В третьей главе приведены методики экспериментальных исследований влияния присадки на токсичность отработавших газов на различных топливах и автомобилях, на разных режимах, методики исследований технологических свойств присадки. Эксперименты проводились на автомобилях КамАЗ, КрАЗ, Москвич,УАЗ,БМВ и топливах А-76, А-92, АИ-93, АИ-95, ДЛ-0,5-62, ДЛ-0,5-40, ДЛ-0,2-40.

При изучении влияния присадки на токсичность отработавших газов на холостом ходу в начале двигатель работал на исходном топливе, не менее чем через 30 мин. работы отбирали последовательно 3-4 пробы газа на анализ. Затем двигатель переходил на это же топливо с присадкой, снова отбирали пробы через 30 мин. Пробы отбирали в газовые пипетки из выпускной трубы на расстоянии не менее 300 мм от ее среза. В отработавших газах по методикам, утвержденным санитарной службой СССР, определяли ароматические углеводороды С^-Сд (хроматографически), фенолы ( фотоэлек-троколориметрически), оксиды "азота (фотометрически), формальдегид (фотоэлектроколориметрически); дымность отработавших газов дизельного двигателя определяли с помощью дымомера типа Хартриджа.

Были выполнены испытания присадки для бензинового двигателя по методике правил №83 ЕЭК ООН. Использовали автомобиль УАЗ-31512 выпуска 1994 г. с пробегом 5720 км, двигатель УАЗ-4201.10 с распределительным впрыском топлива и микропроцессор- . ным управлением. Анализ отработавших газов осуществляли с помощью газоанализатора АНА-224 фирмы "Пирбург". Испытания проводили на роликовом стенде фирмы "Польнер" КРЬ510/22С М6.8-23/ОРМ-ЮО. Использовали бензин А-76 неэтилированный.

Испытания влияния присадки на выбросы токсичных веществ с отработавшими газами дизельного двигателя проведены по нормам правил №49 ЕЭК ООН. Испытания проводили на дизельном двигателе ЗИЛ-645 на моторном стенде по 13-ступенчатому циклу, с ис-

пользованием летнего дизельного топлива. Концентрацию токсичных компонентов измеряли с помощью хроматографического газоанализатора АЕ-7532 фирмы Янако, дымность отработавших газов измеряли дымомером МК-3 фирмы "Хартридж".

Антикоррозионные свойства присадки оценили по методике ВНИИ нп.

Моющие свойства присадки и влияние ее на нагарообразова-ние оценивались по разработанным нами методикам.

Разработана методика определения содержания никеля в топливе путем извлечения никеля из топлива в солянокислотный раствор и последующего фотоэлектроколориметрического определения никеля в кислотном растворе, введенная в ТУ на бензин.

В четвертой главе приводятся экспериментальные результаты и их анализ.

При испытании на холостом ходу присадка эффективно снижает содержание в отработавших газах бензиновых двигателей ароматических углеводородов (на 26,5-63,8%, и в том числе бензола на 27,5-52,7%), фенолов (на 27,3-65,0%), оксидов азота (на 24,1100%). Содержание формальдегида практически не снижается на отечественных автомобилях, но эффективно (на 74,1-78,7%) снижается на БМВ-519. Эффективность присадки при повышении ее концентрации в бензине от 0,5 мг№/кг до 1,0 мг№/кг повышается, но дальнейшее увеличение до 2 мг№/кг не влияет на содержание в отработавших газах оксидов азота (даже несколько повышает их содержание).

При концентрации 1 мг№/кг содержание оксидов азота в отработавших газах дизельных двигателей на холостом ходу снижается на 23,1% (КамАЗ) и 33,9-65,3% (КрАЗ), содержание бензола - на 8,2-45% (КрАЗ) и 93,6% (КамАЗ), содержание фенолов - на 2550% и формальдегида - на 5-28,6%. Увеличение концентрации присадки до 3 мгМ/кг увеличивает эффективность снижения дымности (до 0) и оксидов азота, при этом содержание бензола и формальдегида незначительно повышается относительно их содержания при 2 мг№/ кг.

Результаты испытания влияния присадки по правилам №83 ЕЭК ООН приведены в таблице 1. При концентрации присадки в бензине 1 мг№/кг выбросы оксида углерода и расход бензина не изменяются относительно бензина без присадки, при этом выбросы углеводородов снижаются на 35,5% и оксида азота на 26,5%.

Коэффициент приспособленности автомобиля к окружающей среде по токсичности отработавших газов при принятии результатов на бензине без присадки за норму равен 1,36, т.е. приспособленность автомобиля по выбросам токсичных веществ возросла на 36%.

Увеличение концентрации присадки до 2 и 4 мг№/кг бензина ухудшают ее воздействие на токсичность отработавших газов (снижается только концентрация углеводородов); наблюдается снижение расхода бензина на 0,67% при содержании никеля 2 мг/кг и на 4,3% при содержании 4 мг/кг, этот факт требует дальнейшего изучения.

Таблица 1

Результаты исследования влияния присадки на токсичность отработавших газов бензинового двигателя

Количество присадки в бензине, мг/кг Выбросы токсичных веществ, г/исп Расход топлива в городском цикле, л/100 км Коэффициент К*

СО СШНп М02

0 24,02 4,82 10,86 16,41 1

9,25 24,49 ■ 3,11 7,98 16,43 1,36

Изменение, %

+2,0 -35,5 -26,5 +0,12 +36

18,50 30,87 4,06 9,13 16,30 1,18

Изменение, %

+28,5 -15,8 -15,9 -0,7 + 18

37,00 27,22 3,42 12,68 15,7 0,88

Изменение, %

+ 13,3 -29,0 + 16,8 -4,3 -12

Коэффициент К для бензина без присадки принят равным 1, выбросы для бензина без присадки приняты за норму.

Результаты исследований действия присадки при испытаниях по правилам №49 ЕЭК ООН приведены в таблице 2 и на рис. 1-5. Из полученных данных следует, что присадка в количестве 3 мгЬП/кг снижает выбросы оксида углерода на 14,6%, углеводородов на 37,2%, оксидов азота на 20,6%; коэффициент приспособленности автомобиля к окружающей среде возрос на 28, 9%.

! -1680

3 -1680

40 60 80 100 Эффективная мощность, кВт

Рис.3. Зависимость выбросов N0 х от эффективной мощности при испытаниях по правилам № 49 ЕЭК ООН 1 - топливо без присадки; 2-топливо с присадкой 2мг№/кг; 3 - топливо с присадкой 3 мг№/кг; - 1680, - 2800 - число оборотов, мин *

3

Эффективная мощность, кВт

Рис.4. Влияние присадки на дымность «работавших газов при испытаниях по правилам № 49 НЭК ООН

1 - топливо без присадки;

2 - топливо с присахосой 2 мг №Лсг,

3 - топливо с присадкой 3 мг №/кг;

- 1680; - 2800 - число оборотов, мин

10

о 3

Шли

со

СгаНп

40

2 :

лп

щ :з I1' ш 1

-" I М-

ш ш?"

Ш

1 ш

г

о О

I 20

« 3

б

о

ИТ

N0*

Токсичные вещества

Сажа

Рис.5. Зависимость выбросов токсичных веществ, г/кВт-ч, и максимальной дым кости, ° о при испытаниях пс правилам № 49 ЕЭК ООН от содержания присадки в топливе ] - норны правил № 49 ЕЭК ООН;

2 - топливо без присадки;

3 - топливо с присадкой 2 иг №/кг;

4 - топливо с присадкой 3 мг №кг

0 12 3 4

Содержание присадки в топливе, мг 3>П/кг

Рис.6. Зависимость выбросов токсичных веществ к коэффициента приспособленности от содержания присадки в бензине

<и

5

-в-». •е-

о О

Ы

и ч

ь Й 4:

£ -а

я

0 12 3

Содержание присадки в топливе, мг 1чт1/кг

Рис.7. Зависимость выбросов токсичных веществ и коэффициента приспособленности от содержания присадки в дизельном топливе

Примерно такое же количественное влияние присадки на режимах, когда выбросы токсичных веществ максимальны - происходит снижение концентрации оксида углерода, углеводородов и оксида азота в отработавших газах соответственно на 14,6, 33,3 и 21,6%, на 22,5% снижается дымность отработавших газов.

Таблица 2

Результаты исследования влияния присадки на токсичность отработавших газов дизельного двигателя

Количество присадки в дизельном топливе, мг/кг Выбросы токсичных веществ, г/кВт • ч Дымность при максимальной нагрузке, % Коэффициент К*

СО СтНп N02

0 3,78 0,86 9,08 40 0,90

18,5 3,38 0,63 7,37 40 1,12

Изменение, %

-10,6 -26,7 -18,8 0 +24,4

27,75 3,23 0,54 7,21 31 1,16

Изменение, %

-14,6 -37,2 -20,6 -22,5 +28,9

Коэффициент К вычислен согласно правилам №49 ЕЭК ООН (СО - 4,5; СтНп - 1,1; Ш2 - 8,0 г/кВт -ч).

Сумма полученных данных показывает, что оптимальные концентрации присадки для бензина и дизельного топлива составляют соответственно 1 и 3 мг №/кг (рис.6, рис.7).

О стабильности свойств присадки судили по ее антидетонационным свойствам. При хранении присадки в твердом состоянии с последующим растворением перед введением в бензин присадка очень быстро теряет антидетонационные свойства, при хранении в разбавленном растворе изменение свойств присадки происходит медленно. При концентрации антиокислительной присадки (агидол) 0,001+0,01%) в растворе в авиакеросине присадки на основе никеля концентрацией 42 г 1\Н/л при хранении в течении трех лет раствор видимым изменениям не подвергается и антидетонационные свойства не снижаются. Исходя из полученных данных было реко-

мендовано растворение присадки непосредственно после синтеза концентрации в растворе 42 г№/л и введение в раствор 0,01% а; тиокислительной присадки.

Было исследовано влияние присадки на температуру застыва ния двух образцов дизельного топлива. В одном случае присадк; значительно снижает температуру застывания дизельного топлива, I другом практически не влияет, что, очевидно, связано с разной хи мической природой высокоплавких углеводородов, обуславливающи> застывание топлива.

Возможность проявления присадкой антиобледенительньи

♦

свойств проверялась по определению температуры начала кристаллизации при добавлении различных количеств присадки в насыщенный при +1° раствор воды в смеси толуол-изооктан. Если для раствора без присадки температура кристаллизации составила -5°С, то при добавлении 1 мг№/кг она понижается до -6°С, 2 мг№/кг - до -8°С, 3 мг№/кг - до -10°С; при добавлении 5мг№/кг и охлаждении модельного раствора до -18°С кристаллы льда отсутствуют. Так как в реальных условиях выделение льда из бензина происходит после испарения значительной его части, при применении присадки она, в результате концентрирования в неиспарившемся остатке, должна проявлять значительные антиобледенительные свойства.

Моющие свойства топлив под действием присадки улучаются в 2,3 раза.

Присадка обладает эффективными антикоррозионными свойствами. Для модельной смеси изооктан-толуол скорость коррозии при введении присадки в концентрации 1 мг№/кг снижается на 27%, для зимнего дизельного топлива при добавлении 3 мг№/кг скорость коррозии снижается в пять раз.

В результате испытаний влияния присадки на нагарообразова-ние получено, что отложение углерода на чугуне снижается на 53%, на алюминии - на 43%. Такое снижение нагарообразованик (примерно в 2 раза) происходит при отложении на металле оксида никеля слоем толщиной порядка 1,5- 10'5 см.

Таким образом, присадка на основе никеля проявляет многофункциональные свойства при концентрациях, на три порядка меньших обычно применяемых концентраций известных присадок (1 мг№/кг бензина и 3 мг№/кг дизельного топлива).

Глава пятая посвящена рассмотрению внедрения результатов работы.

В настоящее время налоги на эксплуатацию и продажу автомобилей не связаны с их воздействием на окружающую среду. В результате отсутствует мотивация совершенствования двигателей в направлении снижения ими выбросов токсичных веществ, омоложения автомобильного парка, происходит "засорение" автомобильного парка страны подержанными импортными автомобилями. Положение может быть постепенно исправлено введением законодательства по дифференцированному налогообложению продажи и эксплуатации автомобилей с учетом величины коэффициента приспособленности автомобиля по выбросам токсичных веществ, с введением коэффициента приспособленности в паспорт автомобиля и его периодическим пересмотром.

Сопоставление экологической эффективности использования присадки и каталитического нейтрализатора для неэтилированного бензина на карбюраторных двигателях и для дизельных двигателей характеризуется данными таблицы 3.

Таблица 3

Изменение выбросов токсичных веществ (в единицах ПДК) при применении каталитического нейтрализатора и присадки для бензинового и дизельного двигателя

Токсичное Бензиновый двигатель Дизельный двигатель

вещество По нормам Японии С каталитическим нейтрализатором С присадкой По нормам Евро-1 С каталитическим нейтрализатором С присадкой

СО 1000 0 1000 360 0 307

^ГЛ^П 4330 0 2815 2640 0 1716

М0Х 44450 44450 33338 47925 47925 38430

Сажа 4700 4700 3525

Бензпирен Суммарная токсичность Относительная суммарная токсичность, % 49830 100 44450 89,2 37153 74,6 47000* 102625 100 47000 99625 97,1 35250 79138 77,1

Принято, что на саже адсорбирован бензпирен в количестве 0,02%.

Каталитический нейтрализатор снижает токсичность отработавших газов 'карбюраторного'двигателя максимально примерно на 11%, применение присадки - на 25%. Для дизельного двигателя применение присадки эффективнее в 7,9 раз (снижение токсичности соответственно 2,9 и 22,9%).

При пробеге каталитического нейтрализатора 85000 км стоимость его 300 долларов США. Стоимость присадки при таком пробеге составит 8,5 долларов, т.е. применение присадки значительно экономичней.

Присадка внедрена АОЗТ "Стерх" (г.Тюмень) для облагораживания бензина собственного производства в количестве 40000-50000 тонн в год, применение этого бензина в течении трех лет каких-либо отрицательных результатов использования присадки не выявило.

Наиболее рациональным методом применения присадки является выпуск ее в малой прозрачной тарированной фасовке с введением присадки в бак автомобиля из расчета 1 мл/литр топлива.

В настоящее время внедрение присадки в г.Тюмени предусмотрено экологической программой города с началом внедрения в 1997г., ведутся переговоры о внедрении присадки в г.г.Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре. Стоимость присадки при ее широком внедрении составит в современных ценах 5500 руб на тонну бензина и 16500 руб на тонну дизельного топлива.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Решена научно-практическая задача повышения приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами путем применения присадки к топливу.

2. Предложен коэффициент приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами, учитывающий различия в их токсичности.

3. Теоретически обоснована возможность повышения приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами путем введения в топливо присадок, за счет которых непосредственно в двигателе осуществляется гомогенный катализ реакций полного окисления углеводородов и разложения оксидов азота.

4. В результате скрининга имеющихся данных по каталитическим свойствам веществ применительно к реакциям, проходящим в ци-

лнндрах двигателей внутреннего сгорания, установлено, что наиболее перспективны присадки на основе кобальта и никеля. На основе дополнительного анализа для дальнейших исследований выбран никель.

Разработана присадка, представляющая собой олеофильное соединение никеля.

5. Испытаниями на различных автомобилях в различных условиях установлено, что оптимальная концентрация присадки в бензинах 9,25 г/т, в дизельных топливах 27,75 г/т (соответственно 1г и Зг никеля на тонну топлива). При применении присадки в оптимальных концентрациях приспособленность автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами повышается на 28-36%.

6. Установлено, что присадка обладает моющими, антикоррозионными, антинагарными и антиобледенительными свойствами.

7. Разработаны пути практического применения показателя приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с от работавшими газами. Коэффициент позволяет:

а) оценивать приспособленность автомобиля к окружающей среде относительно действующих норм предельно-допустимых выбросов;

б) сравнивать автомобили разных марок и моделей по их приспособленности к окружающей среде по выбросам токсичных веществ;

в) сравнивать различные топлива по токсичности образующихся при их использовании данным автомобилем отработавших газов;

г) служить основой для создания налоговой системы на продажу и эксплуатацию автомобилей, учитывающей выбросы автомобилем токсичных веществ и стимулирующей прогресс в этом направлении.

8. Рекомендовано применение присадки непосредственным введением в топливный бак автомобиля.

9. Показано, что присадка эффективнее и экономичней каталитического нейтрализатора для карбюраторных и дизельных двигателей.

10.Осуществлено внедрение присадки в АОЗТ "Стерх" для улучшения экологических и технологических свойств бензина.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1.Магарил Е.Р., Трушкова J1.B. Исследование влияния присадки "КМ" на токсичность выхлопных газов дизельных двигателей// Межвузовский сборник научных трудов "Региональные проблемы эксплуатации автомобильного транспорта".-Тюмень, 1995. -С.122-124.

2.Магарил Е.Р., Трушкова JI.B., Магарил Р.З. Многофункциональная присадка для топлив двигателей внутреннего сгорания/ /Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции по проблемам нефтегазового комплекса России.- Уфа, 1995,- С.181.

3. Магарил Е.Р. Повышение приспособленности автомобиля к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с помощью присадки/ /Межвузовский сборник трудов "Научно-технические проблемы Западно-сибирского нефтегазового комплекса", т.2.- Тюмень, 1996,- С.98-102.

4. Магарил Е.Р., Трушкова Л.В., Куваева E.H. Некоторые свойства многофункциональной присадки//Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири",- Тюмень, 1996,- С.119-120.

5. Решение о выдаче патента на изобретение от 23.04.1996. Присадка, улучшающая экологические свойства бензиновых и дизельных топлив. Клаузнер Ш.Г., Магарил Е.Р., Трушкова JI.B.-Заявл. 10.01.1996.

6. Магарил Е.Р., Трушкова Л.В., Куваева E.H. Присадка к топливам, снижающая токсичность отработавших газов двигателей внутреннего сгорания//Сборник статей "Нефть и газ",- Уфа, 1996 (в печати).

7. Магарил Е.Р. Проблемы снижения токсичных выбросов автомобилями/ /Тезисы доклада -на Международном конгрессе "Экология больших городов", Т.2.- М.; 1996 (в печати).

8. Magaril Е., Reznik L. Improving саг adaptability to the environment according to exhaust gases toxicity. Urban Transport and the Environment II, Computational Mechanics Publications, Southampton. 1996, p.149-154.

9. Магарил Е.Р. Снижение токсичности отработавших газов автомобилей/ /Тезисы докладов научно-технической конференции "Экологическая защита городов",- М.; 1996,- С.96-98.

Ю.Трушкова Л.В., Куваева E.H., Магарил Е.Р., Резник Л.Г. Присадка к топливам, снижающая токсичность отработавших газов двигателей/ /Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Экология автотранспортного комплекса". М.;1996.-С.36-38.

11.Магарил Е.Р., Резник Л.Г. Оценка приспособленности автомобиля к окружающей среде по токсичности отработавших газов// Сборник трудов международной научно-технической конференции "Повышение эффективности работы колесных и гусеничных машин в суровых условиях эксплуатации".-Тюмень, 1996. -С.86.

Подписано к печати 14.05.97 Формат 60 х 84/16 Тираж 100_

Объём 1 п.л. Заказ ¿& Бесплатно

Ротапринт ТюмГНГУ 625000, г.Тюмень, ул. Володарского, 38.