发动机的尾气排放问题

【专家解说】：先阐述危害: 汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)、铅(Pb)等。 1、一氧化碳(CO):CO是无色无味的气体，它是一种窒息性的有毒气体，由于CO和血液中有输氧能力的血红素蛋白(Hb)的亲和力，比氧气和Hb的亲和力大200~300倍，因而，CO能很快和Hb结合形成碳氧血红素蛋白(CO-Hb)，使血液的输氧能力大大降低，使心脏、大脑等重要器官严重缺氧，引起头晕、恶心、头痛等症状。轻度是使中枢神经系统受损，慢性中毒，严重时会使心血管工作困难，直至死亡。为保护人类不受CO的毒害，将24小时内吸收的CO的浓度限制在5×10-6以内。CO和Hb结合是可逆的，如果人体吸入低浓度CO后被置于新鲜空气中或进入高压氧舱，已经与Hb结合的CO会被分离出来，通过呼吸系统排出体外。 2、碳氢化合物(HC):碳氢化合物(也称烃类)包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物，如苯、醛、烯和多环芳香族碳氢化合物等200多种复杂成分。饱和烃危害不大，不饱和烃危害性很大。其中，甲烷气体无毒性。当甲醛、丙烯醛等醛类气体浓度超过1×10-6时，就会对眼、呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用，浓度超过25×10-6时，就会引起头晕、恶心、红血球减少、贫血，超过1000个25×10-6时会急性中毒。苯是无色气体，但有特殊气味。应当引起注意的是带多环的多芳香烃，如苯丙芘及硝基烯，是强烈致癌物质。烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。 3、氮氧化物(NOX):氮氧化物是燃烧过程中形成的多种氮氧化物，如NO、N2、N2O3、N2O5等，总称NOX。在内燃机中主要是NO，约占95%;其次是NO2，占5%。NO是无色无味气体，只有轻度刺激性，毒性不大。但高浓度时会造成中枢神经系统轻度障碍，NO可以被氧化成NO2。NO2是一种棕红色强烈刺激性的有毒气体，其含量为0.1×10-6时即可嗅到，1×10-6~4×10-6就感到恶臭，它对人体健康毒害较大。NO2吸入人体后，和血液中的血红素蛋白(Hb)结合，使血液输氧能力下降，对心、肝、肾都会有影响，还会使植物枯黄。但NO2较易扩散，遇水易溶解。 4、光化学烟雾:HC和NOx在强烈的阳光下会生成臭氧(O3)和过氧酰基硝酸盐(PAN)，即浅蓝色的光化学烟雾，它是一种强烈刺激性有毒气体的二次污染物。光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能使植物变黑直至枯死，使橡胶开裂，它有特殊的臭味，其嗅觉阀值为0.02×10-6和1×10-6，接触1小时后会引起气喘、慢性中毒，5×10-6浓度下30分钟会使人致死。 5、微米微粒(也称颗粒):对人体健康的危害程度和颗粒的大小及组成有关。微粒越小，悬浮在空气中的时间越长，它们进入人体肺部后停滞在肺部及支气管中的比例越大，危害也越大。小于0.1微米的颗粒能在空气中做随机运动，进入肺部并附着在肺细胞的组织中，有些还会被血液吸收。0.1~0.5微米的微粒能深入肺部并黏附在肺叶表面的黏液中，随后被绒毛所清除。大于5微米的微粒常在鼻部受阻，不能进入呼吸道，大于10微米的微粒可以排出体外。微粒除了对人体的呼吸系统有害外，由于微粒存在孔隙能黏附SO2、未燃HC、NO2等有毒物质或苯并芘等致癌物质，因而对人体的健康造成更大的危害。由于柴油机的微粒直径大多小于0.3微米，而且数量比汽油机高出30~60倍，成分更复杂，因而柴油机的微粒排放相对更大。 再分析案例: 据当地环保部门的同志介绍，出现光化学烟雾是机动车排出尾气中含有碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、臭氧等有害物质，其中氮氧化物与碳氢化物在特定的气温条件，即静风、湿度低、温度高、并在强烈阳光长时间照射时会产生一种复杂的烟雾，这种烟雾叫“光化学烟雾”。 光化学烟雾的形成及其浓度除了直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度外，还受太阳辐射强度、气象及地理条件的影响。而太阳辐射是一个主要条件，必须有强烈的阳光照射，平均气温要在24-32度，强光照射后生成二次污染物的高峰时间最少要4-5个小时以上，而南宁市28日的平均温度分别为22.5度，日照时间为4个小时。从另一个侧面看，如果真的是“光化学烟雾”的出现，那么将有大量的人受光化学烟雾伤害而引起眼红、咳嗽、哮喘等而到医院就诊治疗。而据记者对南宁市第一人民、自治区人民医院和广西医科大附属医院三家医院的了解，这两天到上述医院看眼科和呼吸道疾病的人数与往时没有明显差别。 光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的，一般发生在湿度低、气温在24-32℃度的夏季晴天的中午或午后。光化学烟雾是由碳氢化合物和氮氧化物在阳光紫外线的作用下，发生光化学和热化学反应后，产生的以臭氧为主的氧化剂及颗粒物混合物。在世界环境污染八大公害事件中，这类烟雾事件便占了5起，最有代表性的是美国洛杉矶光化学烟雾事件。1955年9月的几天里，严重的汽车尾气污染再加上气温偏高，洛杉矶光化学烟雾的浓度非常高，导致了几千人受害，两天之内就有400多名65岁以上老人死亡。 据有关部门初步测算，去年深圳机动车共排放碳氢化合物约2.3万吨，一氧化碳17万吨，氮氧化物4.5万吨，而排放总量每年以10%左右的速度增加。由于深圳北部受山脉阻隔，遇到夏秋静风、光照强烈的天气，如不采取切实有效的措施加以控制，很有可能出现“光化学烟雾”污染事件。 光化学烟雾的影响案例 20世纪40年代，在美国加利福尼亚州洛杉矶市首先发现了光化学烟雾。每到秋冬季节，许多人的眼睛轻度红肿，嗓子疼痛，甚至还有人皮肤出现程度不等的潮红、丘斑疹等;人们还常会产生呼吸困难和疲乏的感觉。 噩梦降临在1955年9月的几天里。严重的汽车尾气污染再加上气温偏高，洛杉矶光化学烟雾的浓度非常高，导致了几千人受害，两天之内就有400多名65岁以上老人死亡，相当于平时的3倍多。在洛杉矶发生烟雾事件期间，生长在郊区的蔬菜全部由绿变褐，无人敢吃;水果和农作物减产，大批树木落叶发黄，几万公顷的森林有1/4以上干枯而死。 光化学烟雾比酸雨更厉害 进一步的研究发现，酸雨的影响远不如光化学烟雾带来的危害大。光化学烟雾不仅影响人的呼吸道功能，特别是损伤儿童的肺功能;引发胸疼、恶心、疲乏等症状。研究证明，臭氧是毒害植物的罪魁祸首。由于臭氧影响细胞的渗透性，可导致高产作物的高产性能的消失，甚至使植物丧失遗传能力。美国植物因光化学烟雾污染，每一年减产达12%-13%，造成近1973亿美元的损失。另外，光化学烟雾还会促成酸雨形成，并使染料、绘画褪色，橡胶制品老化，建筑物和机器受腐蚀等。 最后重点论述解决和治理的方案: 通常汽车上安装催化式排气净化器来解决碳氢化合物排放问题，但遇到的最大问题是，在发动机运转后、催化式排气净化器预热时，怎样防止碳氢化合物污染环境。在汽车排放到大气中的碳氢化合物中，有超过80%的是在催化式排气净化器预热阶段1~2分钟时排出的。所以，在催化式排气净化器达到工作温度之前，需要用一种方法吸收多余的碳氢化合物。 日本东京大学的科学家利用一种结构类似于瑞士奶酪的晶体研制成功吸收汽车排放尾气的材料SSZ-33。在汽车发动后、空气净化器预热时，它能吸收污染物气体，即使当温度高达800℃时依然有效。 SSZ-33材料是一种沸石晶体，由硅、铝和氧组成，微观形态很像瑞士奶酪，可以吸收碳氢化合物。沸石的各个原子联结成环，形成立体结构，布满了小孔和通道。这些通道可容纳大量气体，就像海绵的小孔可以装满水一样。 光化学烟雾危害日益扩大 继1943年美国洛杉矶市发生世界上最早的光化学烟雾事件后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现了这种烟雾。 1970年，美国加利福尼亚州发生光化学烟雾事件，农作物损失达2500多万美元。1971年，日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件，使一些学生中毒昏倒。同一天，日本的其他城市也有类似的事件发生。此后，日本一些大城市连续不断出现光化学烟雾。 我国虽然只在少数城市发现过光化学烟雾污染，但随着城市汽车的急剧增加，我国很多城市也都存在潜在的威胁。 推广清洁能源迫在眉睫 尽量减少汽车废气的排放是当前一些国家和地区采取的共同措施，到目前为止，世界上不少城市已经建立了专门的监测设施，可随时监测大气污染情况和气象状况，以便必要时采取措施，防止严重的光化学烟雾事件再次发生。 洛杉矶从2000年起，已有50%的车辆使用甲醇或被改装成电动汽车，并重罚尾气污染。英国正严格限制汽油的含铅量，并在汽车上安装氮氧化物的催化转化装置;日本东京除发展地面电车和地下铁路等公共交通外，还重点对汽车排气进行控制;荷兰的海牙也采取了一些反污染措施，如行车以金字塔形划分(重型运输车只能在最外环行驶，越靠近市中心，车辆就越小)。 巴西的库里蒂巴、葡萄牙的里斯本、德国的柏林和荷兰的阿姆斯特丹，有轨电车和无轨电车正在代替汽油车和柴油车。 此外，人们还在开辟“无车区”。如欧洲的大小城市纷纷在市中心的商业区建立永久性的行人专用区和禁止汽车行驶的住宅区。 甚至自行车也被派上了用场。去年9月，法国举办了自愿“无车日”，连政府部长都要骑自行车去内阁开会。意大利各地也在推广“无车日”，以减少污染，改善环境。 汽车尾气的治理 要达到新标准的要求，汽车上必须采用以下两项措施:一是发动机采用电控供油系统;二是装用能更有效控制排放的三元催化净化器。 电控供油系统指电子控制燃油喷射系统(简称电喷)，它取代了进气管道中的化油器，也就是取消了节流用的喉管，减少了进气阻力，从而改善发动机的充气状况。同时，采用向进气道或是进气门口处定时定量喷射燃料的方法供油，解决了燃料雾化和混合气在进气歧管中的分配等问题，并能按发动机不同的工作状况，较为精确地供给发动机最佳比例的混合气。目前大多数发动机采用的多点喷射方法更可将最佳空燃比的混合气平均分配给各个汽缸，大大改善发动机的动力性、经济性和排放性能，从而使汽油燃烧得更充分，让后面的三元催化净化器在其最佳工作范围内工作。 三元催化净化器起着对发动机作功产生的废气进行净化的作用。它是利用其滤芯中的钯、铂、铑3种元素主要过滤废气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等3种污染物，使尾气排放合乎要求。但三元催化净化器的正常工作需要有较高质量的汽油，而且必须使用无铅汽油，对汽油中一些元素的含量也有比较严格的要求。 三元催化器的外形像一个排气消声器，安装在汽车发动机的排气装置上。汽车废气只要通过三元催化器本身，就可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质。其壳体一般用耐高温的不锈钢制成，内部的蜂巢式通道上涂有催化剂，催化剂的成分有铂、钯和铑等稀土金属，当汽车废气通过净化器的通道时，一氧化碳和碳氢化合物就会在催化剂铂与钯的作 用下，与空气中的氧发生反应产生无害的水和二氧化碳，而氮氧化合物则在催化剂铑的作用下被还原为无害的氧和氮。据了解其净化效率十分高，可以净化90%%以上的有害物质。 不过据专业人士介绍，三元催化器的安装有一个前题条件，就是只能适用于无铅汽油做燃料的汽车，如果使用含铅汽油，废气中的铅就会将催化剂覆盖，使净化器停止工作，俗称“中毒”。另外，三元催化器对于车况较差、尾气污染严重的车作用也不大，这类车安装三元催化器后，反而容易导致汽车不能正常行驶。这也正是我们将三元催化器比作玄铁重剑的原因:使用玄铁重剑者必须内力深厚，才能发挥其巨大威力;而三元催化器则要求汽车本身要车况良好，才能起到高效净化尾气的作用。 目前我国汽车工业的整体水平要达到新标准的要求难度很大。电喷在发达国家已是一项成熟技术，现在国产轿车上使用的电喷系统技术都是从国外引进的，但我国在电喷技术方面的研究还不完善，仅使从国外购进的现成的电喷系统，与现有发动机匹配和调试就需要1年多到2年的时间。 目前我国车用汽油产品也不适应新标准的要求。首先需要降低汽油的硫含量，为了减少汽车尾气的污染，使用三元催化净化器是主要措施之一，而汽油中的铅、硫等物质会严重损害催化剂的作用，所以国家在制定无铅汽油国家标准的同时，为更好地发挥催化剂的作用，延长使用寿命，要求汽油中的硫含量也必须降低。现行标准要求硫含量不大于0.15%，新标准则降至不大于0.10%。 其次是降低汽油中苯的含量。苯是致癌物质，现有的汽油标准中未对其加以限制。发达国家规定汽油苯含量不大于1%，而我国的个别产品苯含量高达20.6%，平均为2.1%。因此，新标准将对苯的含量作出严格的限制。 此外，对造成汽车排放污染的有害物质芳烃和烯烃，新标准也将作适当的限制，降低含量。 1999年11月2日，国家机械工业局、国家环保局、科技部、中国汽车工程学会等单位在北京召开的“机动车排放控制现状与对策研讨会”上，专家们指出，北京市采用的电控补气技术是国外六、七十年代已淘汰的东西，它不仅无法在多变的发动机运行工况下始终保持适当的空燃比，也无法用一种装置适应所有的车型 差不多5000字，你再略微修改一下就可以了!