發(fā)動機的尾氣排放問題

【專家解說】：先闡述危害: 汽車尾氣排放的主要污染物為一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOX)、鉛(Pb)等。 1、一氧化碳(CO):CO是無色無味的氣體，它是一種窒息性的有毒氣體，由于CO和血液中有輸氧能力的血紅素蛋白(Hb)的親和力，比氧氣和Hb的親和力大200~300倍，因而，CO能很快和Hb結合形成碳氧血紅素蛋白(CO-Hb)，使血液的輸氧能力大大降低，使心臟、大腦等重要器官嚴重缺氧，引起頭暈、惡心、頭痛等癥狀。輕度是使中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，慢性中毒，嚴重時會使心血管工作困難，直至死亡。為保護人類不受CO的毒害，將24小時內(nèi)吸收的CO的濃度限制在5×10-6以內(nèi)。CO和Hb結合是可逆的，如果人體吸入低濃度CO后被置于新鮮空氣中或進入高壓氧艙，已經(jīng)與Hb結合的CO會被分離出來，通過呼吸系統(tǒng)排出體外。 2、碳氫化合物(HC):碳氫化合物(也稱烴類)包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化物，如苯、醛、烯和多環(huán)芳香族碳氫化合物等200多種復雜成分。飽和烴危害不大，不飽和烴危害性很大。其中，甲烷氣體無毒性。當甲醛、丙烯醛等醛類氣體濃度超過1×10-6時，就會對眼、呼吸道和皮膚有強烈的刺激作用，濃度超過25×10-6時，就會引起頭暈、惡心、紅血球減少、貧血，超過1000個25×10-6時會急性中毒。苯是無色氣體，但有特殊氣味。應當引起注意的是帶多環(huán)的多芳香烴，如苯丙芘及硝基烯，是強烈致癌物質(zhì)。烴類成分還是引起光化學煙霧的重要物質(zhì)。 3、氮氧化物(NOX):氮氧化物是燃燒過程中形成的多種氮氧化物，如NO、N2、N2O3、N2O5等，總稱NOX。在內(nèi)燃機中主要是NO，約占95%;其次是NO2，占5%。NO是無色無味氣體，只有輕度刺激性，毒性不大。但高濃度時會造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)輕度障礙，NO可以被氧化成NO2。NO2是一種棕紅色強烈刺激性的有毒氣體，其含量為0.1×10-6時即可嗅到，1×10-6~4×10-6就感到惡臭，它對人體健康毒害較大。NO2吸入人體后，和血液中的血紅素蛋白(Hb)結合，使血液輸氧能力下降，對心、肝、腎都會有影響，還會使植物枯黃。但NO2較易擴散，遇水易溶解。 4、光化學煙霧:HC和NOx在強烈的陽光下會生成臭氧(O3)和過氧?；跛猁}(PAN)，即淺藍色的光化學煙霧，它是一種強烈刺激性有毒氣體的二次污染物。光化學煙霧中的O3是強氧化劑，能使植物變黑直至枯死，使橡膠開裂，它有特殊的臭味，其嗅覺閥值為0.02×10-6和1×10-6，接觸1小時后會引起氣喘、慢性中毒，5×10-6濃度下30分鐘會使人致死。 5、微米微粒(也稱顆粒):對人體健康的危害程度和顆粒的大小及組成有關。微粒越小，懸浮在空氣中的時間越長，它們進入人體肺部后停滯在肺部及支氣管中的比例越大，危害也越大。小于0.1微米的顆粒能在空氣中做隨機運動，進入肺部并附著在肺細胞的組織中，有些還會被血液吸收。0.1~0.5微米的微粒能深入肺部并黏附在肺葉表面的黏液中，隨后被絨毛所清除。大于5微米的微粒常在鼻部受阻，不能進入呼吸道，大于10微米的微?？梢耘懦鲶w外。微粒除了對人體的呼吸系統(tǒng)有害外，由于微粒存在孔隙能黏附SO2、未燃HC、NO2等有毒物質(zhì)或苯并芘等致癌物質(zhì)，因而對人體的健康造成更大的危害。由于柴油機的微粒直徑大多小于0.3微米，而且數(shù)量比汽油機高出30~60倍，成分更復雜，因而柴油機的微粒排放相對更大。 再分析案例: 據(jù)當?shù)丨h(huán)保部門的同志介紹，出現(xiàn)光化學煙霧是機動車排出尾氣中含有碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物、臭氧等有害物質(zhì)，其中氮氧化物與碳氫化物在特定的氣溫條件，即靜風、濕度低、溫度高、并在強烈陽光長時間照射時會產(chǎn)生一種復雜的煙霧，這種煙霧叫“光化學煙霧”。 光化學煙霧的形成及其濃度除了直接決定于汽車排氣中污染物的數(shù)量和濃度外，還受太陽輻射強度、氣象及地理條件的影響。而太陽輻射是一個主要條件，必須有強烈的陽光照射，平均氣溫要在24-32度，強光照射后生成二次污染物的高峰時間最少要4-5個小時以上，而南寧市28日的平均溫度分別為22.5度，日照時間為4個小時。從另一個側面看，如果真的是“光化學煙霧”的出現(xiàn)，那么將有大量的人受光化學煙霧傷害而引起眼紅、咳嗽、哮喘等而到醫(yī)院就診治療。而據(jù)記者對南寧市第一人民、自治區(qū)人民醫(yī)院和廣西醫(yī)科大附屬醫(yī)院三家醫(yī)院的了解，這兩天到上述醫(yī)院看眼科和呼吸道疾病的人數(shù)與往時沒有明顯差別。 光化學煙霧是由于汽車尾氣和工業(yè)廢氣排放造成的，一般發(fā)生在濕度低、氣溫在24-32℃度的夏季晴天的中午或午后。光化學煙霧是由碳氫化合物和氮氧化物在陽光紫外線的作用下，發(fā)生光化學和熱化學反應后，產(chǎn)生的以臭氧為主的氧化劑及顆粒物混合物。在世界環(huán)境污染八大公害事件中，這類煙霧事件便占了5起，最有代表性的是美國洛杉磯光化學煙霧事件。1955年9月的幾天里，嚴重的汽車尾氣污染再加上氣溫偏高，洛杉磯光化學煙霧的濃度非常高，導致了幾千人受害，兩天之內(nèi)就有400多名65歲以上老人死亡。 據(jù)有關部門初步測算，去年深圳機動車共排放碳氫化合物約2.3萬噸，一氧化碳17萬噸，氮氧化物4.5萬噸，而排放總量每年以10%左右的速度增加。由于深圳北部受山脈阻隔，遇到夏秋靜風、光照強烈的天氣，如不采取切實有效的措施加以控制，很有可能出現(xiàn)“光化學煙霧”污染事件。 光化學煙霧的影響案例 20世紀40年代，在美國加利福尼亞州洛杉磯市首先發(fā)現(xiàn)了光化學煙霧。每到秋冬季節(jié)，許多人的眼睛輕度紅腫，嗓子疼痛，甚至還有人皮膚出現(xiàn)程度不等的潮紅、丘斑疹等;人們還常會產(chǎn)生呼吸困難和疲乏的感覺。 噩夢降臨在1955年9月的幾天里。嚴重的汽車尾氣污染再加上氣溫偏高，洛杉磯光化學煙霧的濃度非常高，導致了幾千人受害，兩天之內(nèi)就有400多名65歲以上老人死亡，相當于平時的3倍多。在洛杉磯發(fā)生煙霧事件期間，生長在郊區(qū)的蔬菜全部由綠變褐，無人敢吃;水果和農(nóng)作物減產(chǎn)，大批樹木落葉發(fā)黃，幾萬公頃的森林有1/4以上干枯而死。 光化學煙霧比酸雨更厲害 進一步的研究發(fā)現(xiàn)，酸雨的影響遠不如光化學煙霧帶來的危害大。光化學煙霧不僅影響人的呼吸道功能，特別是損傷兒童的肺功能;引發(fā)胸疼、惡心、疲乏等癥狀。研究證明，臭氧是毒害植物的罪魁禍首。由于臭氧影響細胞的滲透性，可導致高產(chǎn)作物的高產(chǎn)性能的消失，甚至使植物喪失遺傳能力。美國植物因光化學煙霧污染，每一年減產(chǎn)達12%-13%，造成近1973億美元的損失。另外，光化學煙霧還會促成酸雨形成，并使染料、繪畫褪色，橡膠制品老化，建筑物和機器受腐蝕等。 最后重點論述解決和治理的方案: 通常汽車上安裝催化式排氣凈化器來解決碳氫化合物排放問題，但遇到的最大問題是，在發(fā)動機運轉后、催化式排氣凈化器預熱時，怎樣防止碳氫化合物污染環(huán)境。在汽車排放到大氣中的碳氫化合物中，有超過80%的是在催化式排氣凈化器預熱階段1~2分鐘時排出的。所以，在催化式排氣凈化器達到工作溫度之前，需要用一種方法吸收多余的碳氫化合物。 日本東京大學的科學家利用一種結構類似于瑞士奶酪的晶體研制成功吸收汽車排放尾氣的材料SSZ-33。在汽車發(fā)動后、空氣凈化器預熱時，它能吸收污染物氣體，即使當溫度高達800℃時依然有效。 SSZ-33材料是一種沸石晶體，由硅、鋁和氧組成，微觀形態(tài)很像瑞士奶酪，可以吸收碳氫化合物。沸石的各個原子聯(lián)結成環(huán)，形成立體結構，布滿了小孔和通道。這些通道可容納大量氣體，就像海綿的小孔可以裝滿水一樣。 光化學煙霧危害日益擴大 繼1943年美國洛杉磯市發(fā)生世界上最早的光化學煙霧事件后，在北美、日本、澳大利亞和歐洲部分地區(qū)也先后出現(xiàn)了這種煙霧。 1970年，美國加利福尼亞州發(fā)生光化學煙霧事件，農(nóng)作物損失達2500多萬美元。1971年，日本東京發(fā)生了較嚴重的光化學煙霧事件，使一些學生中毒昏倒。同一天，日本的其他城市也有類似的事件發(fā)生。此后，日本一些大城市連續(xù)不斷出現(xiàn)光化學煙霧。 我國雖然只在少數(shù)城市發(fā)現(xiàn)過光化學煙霧污染，但隨著城市汽車的急劇增加，我國很多城市也都存在潛在的威脅。 推廣清潔能源迫在眉睫 盡量減少汽車廢氣的排放是當前一些國家和地區(qū)采取的共同措施，到目前為止，世界上不少城市已經(jīng)建立了專門的監(jiān)測設施，可隨時監(jiān)測大氣污染情況和氣象狀況，以便必要時采取措施，防止嚴重的光化學煙霧事件再次發(fā)生。 洛杉磯從2000年起，已有50%的車輛使用甲醇或被改裝成電動汽車，并重罰尾氣污染。英國正嚴格限制汽油的含鉛量，并在汽車上安裝氮氧化物的催化轉化裝置;日本東京除發(fā)展地面電車和地下鐵路等公共交通外，還重點對汽車排氣進行控制;荷蘭的海牙也采取了一些反污染措施，如行車以金字塔形劃分(重型運輸車只能在最外環(huán)行駛，越靠近市中心，車輛就越小)。 巴西的庫里蒂巴、葡萄牙的里斯本、德國的柏林和荷蘭的阿姆斯特丹，有軌電車和無軌電車正在代替汽油車和柴油車。 此外，人們還在開辟“無車區(qū)”。如歐洲的大小城市紛紛在市中心的商業(yè)區(qū)建立永久性的行人專用區(qū)和禁止汽車行駛的住宅區(qū)。 甚至自行車也被派上了用場。去年9月，法國舉辦了自愿“無車日”，連政府部長都要騎自行車去內(nèi)閣開會。意大利各地也在推廣“無車日”，以減少污染，改善環(huán)境。 汽車尾氣的治理 要達到新標準的要求，汽車上必須采用以下兩項措施:一是發(fā)動機采用電控供油系統(tǒng);二是裝用能更有效控制排放的三元催化凈化器。 電控供油系統(tǒng)指電子控制燃油噴射系統(tǒng)(簡稱電噴)，它取代了進氣管道中的化油器，也就是取消了節(jié)流用的喉管，減少了進氣阻力，從而改善發(fā)動機的充氣狀況。同時，采用向進氣道或是進氣門口處定時定量噴射燃料的方法供油，解決了燃料霧化和混合氣在進氣歧管中的分配等問題，并能按發(fā)動機不同的工作狀況，較為精確地供給發(fā)動機最佳比例的混合氣。目前大多數(shù)發(fā)動機采用的多點噴射方法更可將最佳空燃比的混合氣平均分配給各個汽缸，大大改善發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能，從而使汽油燃燒得更充分，讓后面的三元催化凈化器在其最佳工作范圍內(nèi)工作。 三元催化凈化器起著對發(fā)動機作功產(chǎn)生的廢氣進行凈化的作用。它是利用其濾芯中的鈀、鉑、銠3種元素主要過濾廢氣中的碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物等3種污染物，使尾氣排放合乎要求。但三元催化凈化器的正常工作需要有較高質(zhì)量的汽油，而且必須使用無鉛汽油，對汽油中一些元素的含量也有比較嚴格的要求。 三元催化器的外形像一個排氣消聲器，安裝在汽車發(fā)動機的排氣裝置上。汽車廢氣只要通過三元催化器本身，就可同時將廢氣中的三種主要有害物質(zhì)轉化為無害物質(zhì)。其殼體一般用耐高溫的不銹鋼制成，內(nèi)部的蜂巢式通道上涂有催化劑，催化劑的成分有鉑、鈀和銠等稀土金屬，當汽車廢氣通過凈化器的通道時，一氧化碳和碳氫化合物就會在催化劑鉑與鈀的作 用下，與空氣中的氧發(fā)生反應產(chǎn)生無害的水和二氧化碳，而氮氧化合物則在催化劑銠的作用下被還原為無害的氧和氮。據(jù)了解其凈化效率十分高，可以凈化90%%以上的有害物質(zhì)。 不過據(jù)專業(yè)人士介紹，三元催化器的安裝有一個前題條件，就是只能適用于無鉛汽油做燃料的汽車，如果使用含鉛汽油，廢氣中的鉛就會將催化劑覆蓋，使凈化器停止工作，俗稱“中毒”。另外，三元催化器對于車況較差、尾氣污染嚴重的車作用也不大，這類車安裝三元催化器后，反而容易導致汽車不能正常行駛。這也正是我們將三元催化器比作玄鐵重劍的原因:使用玄鐵重劍者必須內(nèi)力深厚，才能發(fā)揮其巨大威力;而三元催化器則要求汽車本身要車況良好，才能起到高效凈化尾氣的作用。 目前我國汽車工業(yè)的整體水平要達到新標準的要求難度很大。電噴在發(fā)達國家已是一項成熟技術，現(xiàn)在國產(chǎn)轎車上使用的電噴系統(tǒng)技術都是從國外引進的，但我國在電噴技術方面的研究還不完善，僅使從國外購進的現(xiàn)成的電噴系統(tǒng)，與現(xiàn)有發(fā)動機匹配和調(diào)試就需要1年多到2年的時間。 目前我國車用汽油產(chǎn)品也不適應新標準的要求。首先需要降低汽油的硫含量，為了減少汽車尾氣的污染，使用三元催化凈化器是主要措施之一，而汽油中的鉛、硫等物質(zhì)會嚴重損害催化劑的作用，所以國家在制定無鉛汽油國家標準的同時，為更好地發(fā)揮催化劑的作用，延長使用壽命，要求汽油中的硫含量也必須降低?，F(xiàn)行標準要求硫含量不大于0.15%，新標準則降至不大于0.10%。 其次是降低汽油中苯的含量。苯是致癌物質(zhì)，現(xiàn)有的汽油標準中未對其加以限制。發(fā)達國家規(guī)定汽油苯含量不大于1%，而我國的個別產(chǎn)品苯含量高達20.6%，平均為2.1%。因此，新標準將對苯的含量作出嚴格的限制。 此外，對造成汽車排放污染的有害物質(zhì)芳烴和烯烴，新標準也將作適當?shù)南拗?，降低含量? 1999年11月2日，國家機械工業(yè)局、國家環(huán)保局、科技部、中國汽車工程學會等單位在北京召開的“機動車排放控制現(xiàn)狀與對策研討會”上，專家們指出，北京市采用的電控補氣技術是國外六、七十年代已淘汰的東西，它不僅無法在多變的發(fā)動機運行工況下始終保持適當?shù)目杖急?，也無法用一種裝置適應所有的車型 差不多5000字，你再略微修改一下就可以了!