毕业论文-汽车尾气的危害、原理及防治措施08301.doc
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1、 毕 业 论 文(设 计) 题 目 汽车尾气的危害、原理及防治措施 副标题 汽车尾气的成份 性 质: 毕业论文 毕业设计学生姓名 梁吉光 年 级 汽修07-2 系 别 机电工程系 专 业 汽车检测与维修 指导教师 王鸿波 黑龙江林业职业技术学院汽车尾气的危害、原理及防治措施学生姓名: 梁吉光学 号: 200706080125班 级: 汽修072所在院(系): 黑林职院机电系指导教师: 王鸿波 完成日期: 2010年5月摘 要据哈市环保局最近几年机动车污染的二氧化碳变化数据中,可见污染加剧的趋势。二氧化碳日均值由2000年的01毫克立方米增加到23毫克立方米,年均值由2000年的0024毫克立方
2、米增加到2001年的0049毫克立方米。不难看出汽车,尾气污染增加的速度远大于机动车的增长。 汽车污染大气的同时还对周围环境形成严重污染,一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。并且汽车在不断消耗着地球的资源。机动车的燃料消耗成为无情吞噬石油资源的无底洞。目前,汽车使用的汽油约占全球汽油消费量的13。 汽车在大量消耗资源的同时,其排放的尾气会严重影响人类健康。但这团尾气到底会对我们产生怎样的危害,知道的人却寥寥无几。关键词:尾气危害; 三元催化 ;防治措施前言:随着社会经济的迅速发展,机动车保有量迅猛增加大量的废气排放使空气中的氮氧化物、碳氯化合物、铅等污染物含量不断升高,尾气污染无疑是城
3、市的巨大隐患,它危害人体的健康,腐蚀城市建筑,破坏城市景观,已成为政府和市民热切关注的问题。目前,全世界的汽车保有量已超过6亿辆,全世界每千人拥有汽车110辆。全世界的汽车保有量以每年3000万辆的速度增长,预测到2010年全球汽车数量将增到10亿辆。中国的汽车保有量已超过1000万辆,哈市的机动车保有量就达二十三万余辆,还并以每年10的数量增加。 在车辆不多的情况下,大气的自净能力尚能化解车辆排出的毒素。但眼下已车满为患,交通拥堵成为家常便饭,汽车本应具备的便捷、舒适、高效的特点却被过多的车辆逐步抵消。“汽车灾难”已经形成,汽车尾气更是害人不浅。目 录摘要3前言3第一章 汽车尾气的化学成份及
4、危害51.1 固体悬浮颗粒51.2 一氧化碳51.3氮氧化物51.4碳氢化合物51.5铅51.6二氧化碳6第二章 柴油机污染物的生成机理62.1污染物的生成62.2氮氧化合物(NOx)72.3二氧化硫(SO2)82.4碳烟颗粒82.5甲醛8第三章 三元催化的组成物质93.1 三元催化转换器组成93.2 结构93.3 净化剂93.4 三元催化反应器的工作原理是9第四章 尾气的防治措施104.1、最根本和最终途径改变汽车的动力104.2、改善现有的汽车动力装置和燃油质量104.3、采用汽车尾气的净化技术104.4、减小柴油发动机尾气对环境的影响114.5、建议与对策11结论12谢辞13参考文献14
5、第一章 汽车尾气的化学成份及危害我们常常会看到一辆辆机动年尾部喷出的一股股浅蓝色烟气。这就是通常所说的汽车尾气,这种气体排放物不仅气味怪异,而且令人头昏、恶心。汽车尾气排放主要由3部分组成:通过排气管排出的内燃机废气、曲轴箱泄漏的气体以及油箱和化油器等燃料系统的蒸发气体。经科学分析发现,汽车尾气中有上百种不同化合物,其污染物主要有当中的固体悬浮微粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。着些主要污染物对我们的人体有着不同的危害,具体有着怎样的危害?让我们一起了解一下这几种物质的化学成份及危害。1.1 固体悬浮颗粒:固体悬浮颗粒的成分很复杂,并具有较强的吸附能力,可以吸附各种金属粉
6、尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部,以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位,引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓度时,便会激发形成恶性肿瘤。此外,悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛,阻塞皮肤的毛囊和汗腺,引起皮肤炎和眼结膜炎,甚至造成角膜损伤。1.2 一氧化碳:CO是烃燃烧的中间产物,主要是在局部缺氧或低温条件下,由于烃不能完全燃烧而产生,混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时,燃料不能允分燃烧,废气中CO含量会明显增加。CO是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体,对空气的相对密度为09670,它的溶解度很小。CO由呼吸道进
7、入人体的血液后,会与血液里的血红蛋白结合,与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白,其速度比氧气快250倍。从而削弱血液向各组织输送氧的功能,危害中枢神经系统,造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍,吸入过量的CO会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。一个健康的人能短时间承受的血液中COHb含量为20一40。虽然吸入少量的CO对人体无不良反应,但长期吸人CO对城市居民身体健康是一个潜在威胁。1.3氮氧化物:NOx是在内燃机汽缸内大部分气体中生成的,NOx的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。燃烧过程中排放的NOx 95以上可能是NO,尾气中的氮氧化合物含量较少,但毒性很大,是一种红棕色
8、呼吸道刺激性气体,气味值约为空气质量的15倍,对人体影响甚大,主要成份是指一氧化氮、二氧化氮,它们都是对人体有害的气体,特别是对呼吸系统有危害。由于其在水中溶解度低,不易为上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部,引发支气管炎、肺水肿等疾病。在NO浓度为94 mgm3(5 PPm)的空气中暴露10分钟,即可造成呼吸系统失调。当氮氧化合物进入肺泡后,能形成亚硝酸和硝酸,然后亚硝酸盐则与血红蛋白结合,形成高铁血红蛋白,引起组织缺氧,对肺组织产生剧烈的刺激作用,增加肺毛细管的通透性,最后造成肺气肿。1.4碳氢化合物:目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但当氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下,会产生一种
9、具有刺激性的浅蓝色光化学烟雾,其中包含有臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛、鼻、咽喉、和上呼吸道黏膜、气管和肺部,引起慢性呼吸系统疾病。汽车尾气中的碳氢化合物有200多种,其中C2H4在大气中的浓度达0.5ppm(十万分之一)时,能使一些植物发育异常。汽车尾气中还发现有32种多环芳烃,包括苯并芘等致癌物质。当苯并芘在空气中的浓度达到0.012ug/m3时,居民中得肺癌的人数会明显增加。离公路越近,公路上汽车流量越大,肺癌死亡率越高。1952年12月,伦敦发生光化学烟雾,4天中死亡人数较常年同期多4000人,45岁以上的死亡最多,约为平时的3倍;1岁
10、以下的约为平时的2倍。1.5铅:铅是有毒的重金属元素,汽车用油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅,燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质。资料表明,这种铅的有机物毒性很大,比无机铅大100倍。城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。而汽车在行驶中,大部分的四乙基铅随汽车尾气排到大气中。据医学界研究分析,人体中铅含量超标可引发心血管系统疾病,并影响肝、肾、脾、肺和大脑等重要器官的功能及神经系统。并且铅化合物可随呼吸进入血液,并迅速地蓄积到人体的骨骼和牙齿中,它们干扰血红素的合成、侵袭红细胞,引起贫血;损害神经系统,严重时损害脑细胞,引起脑损伤,进而产生慢性危害。铅,一旦进入人的大脑组织,便紧
11、紧粘附在脑细胞的关键部位,从而导致人的智能发育障碍和Hb制造障碍等严重后果。汽车尾气中的铅一般分布于地面上方1m左右的地带,正好是少年儿童的呼吸带,当儿童血液中铅浓度达到0.60.8ppm时,会影响儿童的生长和智力发育,甚至出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘,危及胎儿,有此可见铅污染对少年儿童危害极大。1.6二氧化碳:虽然二氧化碳对人体的直接危害不如以上几种物质,但在二氧化碳不段增长的今天,已经使我们地球的气候不段的变暖,臭氧受到破坏,从而使南、北极的冰川不段融化,使海平面持续上升威胁着我们人类的生存环境。所以我们同样要重视二氧化碳的增长。 第二章 柴油机污染物的生成机理2.1污染物的生成柴
12、油机将柴油喷入气缸,与空气混和燃烧,将蕴藏在柴油中化学能转化为机械能,同时排出残余的废气,废气成分中包含着几种对人体和环境有害的物质。它的主要成分为:一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫(SO2)、碳烟颗粒物质、醛类物质和PM等。 与汽油机相比,柴油机废气中HC和CO含量较低,通常仅为汽油机的几十分之一。NOx排放量与汽油机大致处于同一数量级。但PM排放水平远高于汽油机,约为汽油机的30-80倍。此外,由于柴油的含硫量高于汽油,所以柴油机废气中SO2含量也较高。在燃烧不充分的情况下, 废气中生成一氧化碳(CO), 碳氢化合物(HC)和醛类物质, 引擎润滑油是碳氢
13、化合物的一个重要来源.。其中一氧化碳对人体的危害最大,当人们吸入含有一氧化碳的气体时,就会导致人体的部分组织缺氧, 会引起人员头痛, 眩晕和乏力,严重时能致人死亡。碳氢化合物和醛类物质能刺激人的眼睛并造成呼吸困难,碳氢化合物和醛类物质也是柴油臭味中的主要构成物质. 作为烟雾的主要组成部分, 碳氢化合物还对环境造成很大危害。以下是对几种主要污染物的分析: 2.2氮氧化合物(NOx)NOx为一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的总称。柴油机燃烧过程主要生成的NO,约占NOx总量的90%。燃烧过程NO的生成途径主要有三种,根据其产生机理的不同可分为热力(Thermal)NO(也称高温NO)、燃料(F
14、uel)NO以及快速(Prompt)NO。热力NO主要是由于空气中的N2在火焰温度下被氧化而成;燃料NO是含氮燃料的燃烧产物;快速NO主要是燃料中碳氢化合物在燃烧过程中分解生成的CH、C等原子或原子团与空气中的N2发生反应生成氮化物,这些氮化物与火焰中大量的O、OH等进一步反应而生成。但一般车用柴油的含氮率较低;快速NO多发生在比较富燃的情况下,即在碳氢化合物较多,氧浓度相对较低时。而在柴油机燃烧过程中基本可以不考虑燃料NO和快速NO。因而,柴油机废气的NOX主要是空气中的N2和O2在燃烧室高温条件下的燃烧产物,即热力NO。热力NO的生成过程目前为大家普遍接受的为扩展的捷氏反应原理(Exten
15、ded Zeldovihc Reaction):在柴油机内的燃烧过程中,N2的浓度基本上可视为恒定,因此其生成量主要取决于火焰高峰温度、氧气浓度和停留时间。其生成条件为:(1)燃烧室内有过剩的氧气。柴油机内的富氧燃烧过程为NOx的生成提供了有利条件。空气过剩量越多,NOx的生成几率越大;(2)燃烧过程的高温,柴油机燃烧过程的最高温度可达1000K;(3)高温持续的时间。NOx是大气环境中的主要污染物之一。除产生一次污染外,还可导致光化学反应,造成二次污染。其危害主要包括:对人体健康的影响。NO是一种无色有毒气体,可与血液中的血红蛋白结合成亚硝基血红蛋白或亚硝基高铁血红蛋白,使血液输氧能力下降。
16、人体吸入过量可引起中枢神经麻痹和痉挛。NO遇空气能氧化为NO2。NO2在室温下是带有强烈刺激性气味的红棕色有毒气体,沸点21.2,有特殊刺激性臭味,是柴油机废气中臭味物质成分之一。NO2能与水缓慢反应生成硝酸和亚硝酸。吸入后可在肺的深部产生强烈刺激作用,可以引起胸部绷紧,降低肺功能,使呼吸道对室内尘埃过敏,通过破坏其自然净化机能,增加滤过性毒菌感染的易感性,降低人体对感染的抵抗力。对自然环境的影响:NOx是形成酸雨、酸雾的主要气体之一。与碳氢化合物共存于空气中时,经阳光紫外线照射,可发生光化学反应,诱发光化学烟雾,造成二次污染。NO还可对臭氧层产生破坏作用;同时NO和NO2也属温室气体,其在大
17、气中的残留率紧随CO2和CH4之后,尤其是NO2,其温室效应是同浓度CO2的100倍。另外,NOx还可参与形成空气中的飘尘(PM2.5)。 2.3二氧化硫(SO2)由于柴油中含有硫而产生二氧化硫(SO2), 其在废气中的浓度取决予柴油中硫的含量。 二氧化硫(SO2)是一种特别具有刺激性气味的无色有毒气体, 它进一步氧化成三氧化硫, 成为硫酸的半成品. 三氧化硫很容易形成硫酸盐微粒排出气缸.各种氧化硫是形成天降酸雨的主要原因, 对环境造成深远的破坏作用。 2.4碳烟颗粒碳烟颗粒物质为一种固体和流体的复杂聚合体, 它最初是由气缸内燃烧生成的碳微粒, 进一步组成大量烧结物的同时结合了几种其它物质,
18、其中包含有机物和无机物, 成为柴油废气的组成部分。总的来说, 碳烟颗粒物质由三种基本物质组成:固体物质即干碳微粒,俗成黑烟;吸附凝结了大量碳氢化合物的碳微粒;SO4 硫酸盐物质即硫酸水合物。 2.5甲醛甲醛是未燃甲醇氧化、燃烧过程的中间产物。柴油机及汽油机在冷启动怠速运转时,排气都会有臭味,柴油机更明显些。排气中很多成分都会产生臭味,其中以醛类的臭味影响大。发动机燃用汽油、柴油或醇燃料时,排气中都会产生醛类排放物,但是醇燃料发动机排气中醛类排放物比汽油机或柴油机大210倍不等。甲醛是有一定毒性的,通过吞服、呼吸系统及皮肤的长时间渗透影响人体健康。损伤中枢神经系统、视神经及血液。吞服50ml左右
19、的甲醇,可造成死亡。紧急进行解毒处理后,也会导致失明。相比乙醛的毒性要轻得多。第三章 三元催化的三种组成物质催化转换器(Catalytic Converter),又叫催化净化器。该装置安在汽车的排气系统内,其作用是减少发动机排出的大部分废气污染物。三元催化器,它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的几种主要有害物质转化为无害物质,故称三元。3.1 三元催化转换器组成:由一个金属外壳,一个网底架和一个催化层(含有铂、铑等贵重金属)组成,可除去HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三种主要污
20、染物质的90%。所谓三元是指除去这三种化合物时所发生的化学反应。3.2 结构: 三元催化反应器类似消声器。它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料-石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂。 3.3 净化剂: 净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成,其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。净化剂实际上是起催化作用的,也称为催化剂。催化剂用的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体上,就构成了净化剂。 3.4 三元催化反应器的工作原理是: 发动机通过排气管排气时,CO、HC、和NOx三种气体通过三元催化反应器中的净化剂时,增强了三种气体的活性,进行氧化-还原化学反应。
21、其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳(CO2)气体。HC化合物在高温下氧化成水和CO2 。NOx还原成氨气(N2)和(O2 )。三种有害气体变成无害气体,使排气得以净化。 凡是性能较好的三元催化器及其催化剂大多为铂(Pt)、钯(Pd)、铑、(Rn)等稀有金属制成,价格昂贵。 为了充分发挥三元催化器的降污效率,防止早期损坏失效,在汽车使用中应注意以下几个方面:、装有三元催化器的汽车,不能使用含铅汽油,尤其到外地加油时一定要注意,因为含铅油燃烧后,铅颗粒随废气排经三元催化器时,会覆盖在催化剂表面,使催化剂作用面积减少,从而大大降低催化器的转换效率,这就是常说的的“三元催化器铅中毒”,经验表明
22、即使只使用过一箱含铅汽油,也会造成三元催化器的严重失效,所以这一点广大车主一定要多加注意。、应避免未燃烧的混合气进入催化器。三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右,最佳工作温度在400摄氏度至800摄氏度,而超过1000摄氏度后作为催化剂的贵金属成分自身也将会产生化学变化,从而使催化器内的有效催化剂成分降低,使催化作用减弱。催化器降低碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)这两种有害物质是通过在催化器内部进行燃烧使其转化为水(H2O)及二氧化碳(CO2)而实现的,而这种反映会产生热量,发动机工作正常情况下,这两种成分的含量适当,燃烧所产生的热量会使催化器保持在最佳工作温度附近,而发动机工作出
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