Этиловый спирт — токсичный яд и автомобильное топливо

Глава 10 токсичность топлив и смазочных материалов

Этиловый спирт — токсичный яд и автомобильное топливо

Токсичность топлив и смазочных магериалов общеизвестна. Углеводороды, оксиды углерода и азота представляют собой те соединения, которые являются основной причиной вредного воздействия на биосферу при работе двигателей внутреннего сгорания.

Кроме того, несовершенство методов добьпи и транспортировки нефти, а также технологических процессов е« переработки приводит не только к большим потерям энергетического потенциала этого исключительно ценного сырья, но и к загрязнению атмосферы планеты, ее суши, рек, морей и океанов.

В настоящее время проблема загрязнения среда обитания обострилась до такой степени, что приобрела глобальное значение.

В нашей стране в 1974 г. был принят заюн об охране природы и окружающей среды. Особая важность этой проблемы и необходимость принятия неотложных мер по ее решению нашли отражение в Конституции СССР.

Практическая реализация записанных в Конституции СССР положений нашла отражение в «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 19S1 —1985 годы и на период до 1990 года», утвержденных XXVI съездом КПСС.

В ряде стран появились различные нормативы и директивные документы, строго ограничивающие выброс токсичных веществ в окружающую среду.

Особенно губительно действуют нефть и нефтепродукты на животный и растительный мир морей и океанов. Исследователи гидросферы планеты считают, что присутствие различных нефтепродуктов в водах рек, морей и океанов уменьшило в них количество живых организмов за последние 20 лет примерно на 40 %.

Все топлива и смазочные материалы относятся к токсичным веществам, но их токсичность различна.

К бензинам, как к самому распространеЕИОму виду топлива для двигателей внутреннего сгорания, давно все привыкли, но их вредное воздействие на живую природу, и в частности на человека, очень велико.

При вдыхании паров бензила возникают головные боли, тошнота, а при высоком содержании паров в воздухе (более 50 мг/л) человек теряет сознание, наступает глубокий обморок, и если не принять немедленных мер, то и смерть от паралича дыхательных центров.

Поэтому в помещениях, где возможно испарение больших количеств бензина (склады нефтебаз, заправочные станции, лаборатории, в которых исследуют топлива, проводят безмоторные и моторные испытания двигателей и их агрегатов), должна быть обеспечена интенсивная приточно-вытяжная вентиляция.

Токсичность бензина высока для всех марок, но она еще больше возрастает при добавлении в него этиловой жидкости, содержащей тетраэтилсвинец. Этот эффективный антидетонатор является одним из сильнейших биологических ядов.

Поэтому добавляют этиловую жидкость в бензин и другие топлива только на нефтеперерабатывающих заводах с помощью специальной автоматической аппаратуры* с соблюдением самых строгих мер предосторожности и защиты, под контролем специально подготовленного персонала.

Этилирование бензинов в условиях его применения категорически запрещено, и любые нарушения этого порядка уголовно наказуемы.

Несмотря на то, что количество добавляемой в бензин этиловой жидкости строго ограничено действующими стандартами и не должно превышать 0,5 г на 1 кг топлива (в пересчете на свинец), этилированные бензины являются, так же как и тетраэтилсвинец (ТЭС), сильнодействующими ядами и обращаться с ними следует крайне осторожно.

Этилированные бензины появились более 60-ти лет назад; за время их применения накоплен большой и полезный опыт, который позволяет до минимума уменьшить опасность отравлений. И тем не менее, каждый, кто имеет дело с этилированным бензином, должен в совершенстве знать все правила обращения с этим бензином.

ТЭС — сильнодействующий яд. Все действия, связанные с ТЭС, для персонала любого уровня, не имеющего специального разрешения, строго запрещены.

Этиловая жидкость, так же как и ТЭС, является сильнейшим ядом, и обращение с ней строго запрещается персоналу любого уровня.

Только люди, прошедшие специальную подготовку, имеющие официальное разрешение, одетые в специальные защитные костюмы, в противогазах, резиновых сапогах и резиновых перчатках, при наличии охраняемых помещений, в которых приняты все необходимые меры предосторожности и защиты, могут быть допущены к обращению с ТЭС и этиловой жидкостью. После окончания работы с этиловой жидкостью или ТЭС сотрудники должны пройти дегазацию, костюмы и инструмент передать на хранение, принять горячий душ, затем надеть обычную одежду и только после этого вступить в общение с остальными сотрудниками.

ТЭС способен даже при малых концентрациях, таких, как в этилированных бензинах, постепенно накапливаться (аккумулироваться) в организме, вызывая очень тяжелые последствия.

Автомобильный этилированный бензин можно применять только по его прямому назначению для заправки автомобильных баков, т. е. в качестве топлива для двигателя.

Строго запрещается использовать этилированный бензин для зажигалок, паяльных ламп, отопительных приборов, в качестве растворителей лаков и красок, для мытья рук и деталей, для стирки спецодежды и чистки инструмента, сведения пятен с одежды и других предметов.

Особую осторожность следует соблюдать при чистке отложений нагара с поршней, клапанов, головок цилиндров и других деталей двигателя и топливной аппаратуры, если двигатель хотя бы несколько часов работал на этилированном бензине.

Опыт показывает, что нагар и отложения могут содержать 50 % и более опаснейших соединений свинца, и их попадание с мельчайшей пылью в организм вызывает быстрое я глубокое отравление.

Нагар с деталей двигателя, работавшего на этилированном бензине, разрешается счищать только после его смачивания дизельным топливом или маловязким маслом (не бензином или растворителями).

Эти работы можно производить только в резиновых перчатках, респираторе, спецодежде и головном уборе, в непосредственной близости от зонта вытяжной вентиляции.

Перед ремонтом все детали, соприкасавшиеся с этилированным бензином, следует тщательно промыть дизельным топливом.

Необходимо иметь в виду, что соединения свинца попадают и в картерное масло, и в низкотемпературные отложения (шлам), и в отложения масляных фильтров и центрифуг.

Поэтому при замене масла, фильтрующих элементов или очистке роторов центрифуг тоже необходимо соблюдать меры предосторожности.

Этилированный бензин нельзя переливать из канистры в бак через шланг, подсасывая его ртом для образования сифонной струи. При крайней необходимости можно применять специальный шланг с резиновой грушей и двумя клапанами.

При случайном попадании этилированного бензина на кожу нужно это место промыть дизельным топливом, насухо вытереть и вымыть горячей водой с мылом. Следует тщательно охранять от попадания этилированного бензина пищевые продукты.

В жирах, хлебе, мясе соединения свинца легко накапливаются, и, поскольку они не имеют запаха и неприятного вкуса, могут вместе с пищей попасть в организм и вызвать тяжелое отравление. При попадании на кожу он не вызывает воспалений или других отрицательных проявлений.

При попадании в организм соединений свинца признаки отравления проявляются медленно (через несколько часов), а при малых дозах даже через несколько дней.

При острых отравлениях пострадавший испытывает головную боль, слабость, потливость, понижается температура, редкий пульс, часто наступают серьезные психические расстройства, галлюцинации, плохой сон, суетливость, возникает чувство страха, которые резко ухудшают общее состояние.

При отравлениях тетраэтилсвинцом в основном нарушаются функции центральной нервной системы, включая головной мозг. Поэтому последствия отравления бывают очень длительными и тяжелыми, как правило, необратимыми. Хронические слабые отравления опасны тем, что при этом отсутствуют четкие сихмптомы: ощущается ухудшение сна, слабость, быстрая утомляемость* вялое реагирование на окружающие события.

При соблюдении мер предосторожности и правил обращения с этилированными бензинами отравлений обычно не происходит. Надо иметь в виду, что соединения свинца вместе с отработавшими газами выбрасываются в атмосферу.

Именно поэтому в крупных городах и населенных пунктах, а также в курортной зоне применение этилированных бензинов запрещено.

Для таких городов все марки бензина, включая высокооктановые АИ-93 и АИ-98, выпускаются в неэтилированном варианте (их детонационная стойкость обеспечивается добавлением высокооктановых компонентов). Бензин «Экстра» выпускают без этилирования.

Рассмотрев особо сильную токсичность этилированных бензинов, следует отметить, что и неэтилированные бензины, особенно содержащие ароматические компоненты, обладают достаточно высоким уровнем токсичности и требуют осторожного обращения. Высокая испаряемость бензинов делает особенно опасным вдыхание их паров.

Необходимо обратить внимание на такие вещества, как бензол, альфа-метилнафталин, метиловый спирт (метанол) и окись углерода (угарный газ), которая является основным горючим компонентом в газогенераторном топливе.

Дизельные топлива благодаря меньшей испаряемости обладают меньшей опасностью, и острые отравления ими относительно редки. Вместе с тем при его попадании в организм человека отравления принимают тяжелый характер.

Моторные масла и пластичные смазочные материалы менее опасны. Осторожно следует обращаться только с отработанными маслами, в которых обычно содержатся топливные фракции и, в случае применения этилированного бензина, соединения свинца.

Современные масла, в которых содержится до 10—15 % различных присадок, значительно токсичнее масел без присадок. В некоторых присадках много токсичных компонентов (соединения фосфора, серы, бария и др.); при неосторожном обращении они могут вызвать серьезные отравления.

Смазочные материалы представляют серьезную опасность при их испарении. Отравления парами масла обычно более серьезны, чем отравления топливом, так как тяжелые углеводороды медленнее выводятся из организма.

Особое место по своей токсичности занимают топлива и смазочные масла ненефтяного происхождения. К топливам такого рода относят спирты (метиловый и этиловый), аммиак, скипидар, генераторный и природный газы.

Особо следует рассматривать как опаснейшей яд метанол (метиловый спирт). Даже непродолжительное вдыхание его паров неизбежно приводит сначала к полной и необратимой слепоте, затем к летальному исходу.

При попадании метанола

в пищевой тракт отравление наступает еще бьстрее и имеет более тяжелый характер и, как правило, летальньн исход.

Очень опасен аммиак, особенно при попадаши его паров в легкие. Начинаются тяжелые воспалительные прощссы, которые осложняются отеком легких и приводят к летальному исходу. Опасно попадание аммиака в глаза.

Необходимо помнить, что однократно выявленная предельно допустимая концентрация вредных веществ в воздухе — величина очень нестабильная и отклоняется как в сторогу уменьшения, так и в сторону увеличения.

Поэтому в помещениях и в зонах, где могут возникнуть предельные концентрации опасных для здоровья веществ, должны быть обеспечены надежная вентиляция с нормальной кратностью обмена воздуха, специальные индикаторы опасных концентраций токсичных веществ, а также индивидуальные защитные средства и средства оказания первой помощи.

Особенно высокой токсичностью обладает этрленгликоль, который является составным компонентом антифризов. Этиленгликоль при попадании в желудочно-кишечный тракт вызывает тяжелейшие отравления; высокая ядовитость свойственна и антифризам.

Несмотря на высокий уровень токсичности топлив и смазочных материалов, проблема снижения их вредного 1лияния на организм человека все же является локальной; ее решение зависит от уровня технической культуры и комплекса мер по технике безопасности, которые применяет круг людей, непосредственно соприкасающихся с этими продуктами.

Опасность вредного воздействия токсичных компонентов отработавших газов на среду обитания усиливается счень сложным и разнообразным составом выбросов двигателей внутреннего сгорания. В них обнаружено около 1200 различных соединений, из которых известно только 200, так как углеводороды точлива и масла в процессе сгорания претерпевают сложнейшие окислительно-деструк- ционные преобразования.

За последние годы проведена огромная работа по снижению выбросов токсичных компонентов отработавших газов.

Приведенные данные показывают, что тип двигателя оказывает решающее влияние на количество вредных компонентов в отработавших газах, так как по токсичности топлив (бензин и дизельное

топливо) все три типа двигателей находились в одинаковом положении.

Картина существенно меняется при использовании нетрадиционных топлив, например, водорода.

Основным продуктом сгорания водорода является вода, но поскольку температура горения высока 0=3200 °С), образуются побочные продукты реакции — оксиды азота N0* и перекись водорода Н202, концентрация которых в отработавших газах значительно выше, чем при работе на бензине.

Кроме того, в отработавших газах двигателя, работающего на водородном топливе, могут присутствовать в небольших количествах оксиды углерода СО и углеводороды СН, представляющие собой продукты сгорания масла.

Применение спиртов в качестве моторных топлив обеспечивает снижение концентрации всех трех нормируемых токсичных компонентов в отработавших газах двигателя.

Спирты обладают пониженной, в сравнении с бензином, температурой горения, что вызывает уменьшение выбросов N0X1 кроме того, сгорание спиртов в двигателях с искровым зажиганием происходит более эффективно и полно, обеспечивая уменьшение концентраций СО и СН в отработавших газах. Вместе с тем в отработавших газах двигателя появляется значительное количество альдегидов.

По данным многочисленных испытаний, применение спиртов в двигателях с искровым зажиганием обеспечивает снижение выбросов СО до 50 %, СН — от 10 до 40 %, a NO* до 20—60 %.

Несколько иной результат имеет применение спиртов в дизелях из-за различия рабочих процессов, протекающих в этих двигателях.

Так, выбросы NO* и СО, а также дымность дизелей понижаются соответственно на 40, 30 и 60 %, но концентрация СН в отработавших газах увеличивается почти в 3 раза.

Таким образом, применение водорода, спиртов и некоторых других нетрадиционных видов топлив влечет за собой уменьшение суммарной токсичности двигателей внутреннего сгорания (по нормируемым компонентам), но не решает полностью проблемы создания нетоксичного двигателя. Эта проблема многозначна, и решение ее должно осуществляться на всех стадиях разработки и создания силовых установок будущего.

Источник: http://www.bibliotekar.ru/5-ohlazhdayuschie-zhidkosti/45.htm

Спирты в качестве топлива

Этиловый спирт — токсичный яд и автомобильное топливо

К спиртовым топливам можно отнести метанол и этанол. Они получили наибольшее распространение в качестве моторного топлива.

Метанол (метиловый спирт), или древесный спирт, представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым и чуть острым запахом. Хорошо смешивается с водой.

Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт, спирт) C2H5OH, или CH3-CH2-OH, — второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов.

В настоящее время автомобильная и топливная экономика стимулирует развитие промышленного производства этанола из возобновляемых отходов лесоперерабатывающей и сельскохозяйственной отраслей, а также массовое внедрение двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях, содержащих более 50 % этанола.

Этанол можно получать из различных технических культур.

Выход этанола из некоторых культур следующий, л/т:

  • сахарный тростник — 70;
  • маниок — 180;
  • сладкое сорго — 86;
  • сладкий картофель —125;
  • зерновые (кукуруза) — 370;
  • плодовые — 160.

Кроме того, этанол можно вырабатывать из соломы, как это делают в Канаде, из опилок — технология, прижившаяся в Швеции. Существует два способа получения этанола.

Известный с давних времен способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих сахар (свекла и т.п.).

Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, древесины под действием фермента зимаза. Реакция эта довольно сложна, ее схему можно выразить уравнением

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.

В результате брожения получается раствор, содержащий не более 20 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.

В промышленности наряду с первым способом используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам:

– прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа; в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесенную на силикагель, активированный уголь или асбест:

CH2=CH2 + H2O → C2H5OH;

– гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты с последующим его гидролизом (при температуре 80…90 °С и давлении 3,5 МПа):

CH2=CH2 + H2SO4 → CH3–CH2–OSO2OH (этилсерная кислота);

CH3–CH2–OSO2OH + H2O → C2H5OH + H2SO4.

Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.

Этиловый спирт можно получать из целлюлозы, которую предварительно гидролизуют. Образующуюся при этом глюкозу подвергают в дальнейшем спиртовому брожению. Полученный спирт называют гидролизным.

В настоящее время осахариванию подвергают также другой полисахарид — целлюлозу (клетчатку), образующую главную массу древесины.

Для этого целлюлозу гидролизуют в присутствии кислот (например, древесные опилки при 150…170 °С обрабатывают 0,1…5%-ной серной кислотой под давлением 0,7…1,5 МПа). Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и сбраживается на спирт при помощи дрожжей.

Из 5500 т сухих опилок (отходы лесопильного завода средней производительности за год) можно получить 790 т спирта (считая на 100%-ный).

Обезвоженный этанол — жидкость в интервале температур от –117 °С до 78 °С с температурой воспламенения 423 °С.

Важная особенность этанола — способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, т.е. он обладает антидетонационными свойствами, из-за этого этанол гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца.

Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20%-ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином.

Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно, теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40 % ниже, чем бензина (39 МДж/м3).

Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности. При этом двигатели потребляют примерно одинаковое количество газохола и бензина.

Топливный биоэтанол почти не содержит воды (его концентрация 99,8 %). Поэтому в технологии используется дополнительное обезвоживание при помощи молекулярных сит.

Топливо из смеси бензина с этанолом уменьшает образование нагара и снижает количество вредных веществ в двигателе автомобиля, сохраняя двигатель чистым и обеспечивая оптимальную его работу.

В двигателях внутреннего сгорания может применяться 95%- ный и обезвоженный 100%-ный этанол. При сжигании 95%-ного этанола требуется некоторая модернизация карбюратора. Смесь бензина с 20…22 % обезвоженного этанола, называемую газохолом, используют в обычных карбюраторных двигателях. Добавки спирта освобождают от необходимости введения в бензин такого антидетонатора, как свинец.

Этанол прекрасно горит, выдерживает ударные нагрузки без взрыва. Его октановое число равно 108 (по исследовательскому методу).

Этанол способствует снижению образования парниковых газов, выбросов котельных и автомобильных выхлопов, токсических веществ и аэрозолей в атмосферу. Это эквивалентно исчезновению 1 миллиона автомобилей с дорог каждый год.

Использование 10 % смесей этанола снижает выброс парниковых газов на 12…19 % по сравнению с обычным бензином. Этанол снижает выброс оксида углерода на 30 % (даже в новых автомобилях), твердых частиц — на 50 %, уменьшает образование вторичной пыли, количество ароматических углеводородов в бензине. Токсичность отработавших газов снижается на 21 %.

Недостатком применения спиртов как топлива для дизелей являются их низкие цетановые числа (для метанола — 5, для этанола — 8) и теплота парообразования, более чем в 4 раза превышающая теплоту парообразования дизельного топлива, что приводит к большой продолжительности задержки воспламенения, а также к затруднению пуска дизеля. Помимо указанных выше недостатков использование спиртов в дизелях затрудняется из-за их плохих смазывающих свойств, что ведет к повышенному износу топливной аппаратуры. В связи с высокой коррозионной активностью элементы топливной системы двигателя, изготовленные из легких сплавов и неметаллических материалов, должны быть заменены. Так как низшая теплота сгорания спиртов ниже нефтяного топлива, то и расход его увеличится в 1,5 раза. В связи с облегчением топлива повышается шумность дизеля.

Просто заменить дизельное топливо на спирт в штатной топливной системе дизеля невозможно. Необходимо компенсировать изменение свойств этих топлив.

В настоящее время найдены разнообразные способы применения спиртов в качестве топлив для дизелей: растворы и эмульсии спиртов в дизельном топливе; карбюрирование или впрыскивание спирта во впускную систему, а дизельного топлива — в цилиндр; впрыскивание спирта и запального топлива в цилиндр; конвертация дизеля в двигатель с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием; впрыскивание спирта с присадкой, повышающей цетановое число. При использовании эмульсии метилового спирта в дизельном топливе наблюдается снижение содержания сажи и твердых частиц в отработавших газах дизеля, что является следствием повышенного содержания кислорода в спирте. При использовании спирта температура отработавших газов снижается, соответственно, уменьшаются выбросы NOx. СО остается на уровне работы на дизельном топливе. Наблюдается незначительное повышение СО2 и CnHm. Также спиртам при сгорании свойственны повышенные выбросы альдегидов (формальдегиды для метанола и альдегиды для этанола). Но тем не менее спирты возможно получать из возобновляемых источников, и они расширяют спектр топлив для дизелей.

Источник: https://extxe.com/11836/spirty-v-kachestve-topliva/

ВашМедик
Добавить комментарий