Разработка термокаталитического сенсора для определения природного газа и бензина в газовых средах (стр. 4 из 4)

Установили, что уровень загрязнения воздушной среды вредными веществами зависит также и от климатических условий, места расположения предприятия и источника выброса, а также времени года.

В табл. 3 приведены результаты определения содержания углеводородов поступающих в атмосферу от бензо- и газозаправочных пунктов.

Таблица 3

Результаты определения содержания углеводородов поступивших в атмосферу

от бензо- и газозаправочных пунктов (n = 5, Р = 0,95)

Предприятие Наименование пункта выделения углеводородов Содержание углеводородов, мг/м3 (средне годовой) Масса выбросов углеводородов (расчетное) на один источник, т/год
Расстояние между точками отбора и источника выделения углеводородов
150м
х±Dх Sr·102 х±Dх Sr·102
АЗС-8 Резервуар с бензином 310±8 2,0 55±1 1,5 0,12
Резервуар с маслом 64±2 2,5 20±1 2,0 1,5·10-3
ТРК бензина 2150±9 0,5 254±2 1,0 0,17
Маслораздаточная колонка 180±4 1,5 28±1 1,7 0,10·10-4
Газонаполнительная станция Цистерна наземного типа 165±3 1,5 19±1 1,7 0,22
Стационарная линия заправки 2950±10 0,5 115±2 1,4 1,94
Передвижная линия заправки 585±5 0,7 56±1 1,9 0,21
Автоцистерна с газом 1465±9 0,5 70±2 1,7 0,33
Газозаправка малого предприятия Цистерна наземного типа 180±3 1,1 14±1 1,1 0,23
Стационарная линия заправки 1450±8 0,5 196±4 1,8 9,86

Результаты измерения количества углеводородов термокаталитическим методом были использованы для инвентаризации источников загрязнения атмосферного воздуха и определения категории опасности исследованных предприятий. Расчет максимального количества выбросов (Q, г/с) углеводородов за год в атмосферу производили по уравнению:

Q = qmax · L / 1000, (3)

где qmax – максимальная концентрация углеводородов (мг/м3) установленная с помощью газоанализатора, L – объем выбрасываемого воздуха во времени.

Суммарное количество вредного вещества – М (т/год), выброшенного в атмосферу определяли по уравнению:

М = qсред.· Q · L · 3600 · t / 1000, (4)

Данные табл. 3 показывают, что большее количество углеводородов поступают в атмосферу из резервуаров хранения бензина в результате испарения, пунктов налива бензина и от линии газозаправки автомашин. Измерения содержания углеводородов в составе выхлопных газов автомобилей проводили на холостом ходу при минимальной и повышенной скорости вращения коленчатого вала. Установили, что содержание углеводородов в выхлопном газе автомобилей зависит от состава топлива, режима работы и степени отработки двигателя. Максимальное содержание углеводородов приходится на режим холостого хода (соотношение в смеси воздух – топливо равно 0,8). Минимальное количество углеводородов образуется при обедненной смеси, соответствующей наиболее экономичному режиму работы двигателя (соотношение воздух – топливо равно 1,0 – 1,2). Значительное снижение выброса углеводородов происходит при использовании в качестве топлива газа, бензина с высоким октановым числом, а также смеси жидкого и газового топлива за счет его полного сгорания. Как показывают данные, приведенные в табл. 4, содержание углеводородов в выхлопных газах автомобилей наибольшее при использовании бензина с малым октановым числом. Содержание углеводородов возрастает в несколько раз при использовании дизельных двигателей.

Таблица 4

Содержание углеводородов в составе выхлопных газов автомобилей

(n = 5, Р = 0,95)

Марка автомобиля Октановое число бензина, топливо Найдено углеводородов, млн-1
Термокаталитически Оптически
x ±Dx Sr · 102 x ±Dx Sr · 102
Жигули-2106 92 1050±10 0,8 1030±90 0,7
Москвич-412 92 1300±16 0,9 1280±18 1,0
ГАЗ-21 76 1974±19 0,8 1939±14 0,6
ГАЗ-24 92 1440±24 1,3 1405±29 1,6
ЛАЗ (автобус) 76 2006±17 0,7 2051±31 1,2
ЗИЛ-130 76 2140±17 0,6 2170±17 0,6
КрАЗ Диз. топл. 3030±31 0,9 3080±39 1,0
МАЗ Диз. топл. 3400±24 0,6 3400±44 1,0
КамАЗ Диз. топл. 3000±28 0,7 3070±40 0,9
Икарус Диз. топл. 2100±19 0,7 2100±38 1,4

Определяющим параметром при определении содержания в выхлопных газах является степень отработки двигателя. Например, при отработки двигателя 34000 км, при постоянстве других условий эксперимента, марка автомобиля «Жигули», содержание углеводородов в выхлопном газе составляет 1736 млн-1, а при 350000 км (после капитального ремонта) – 3640 млн-1. Эксперименты показали, что разработанная методика, сенсоры и газоанализаторы: 1. могут быть использованы для оценки работы углеводородного двигателя внутреннего сгорания и выбора оптимальных условий его эксплуатации; 2. по экспрессности, воспроизводимости, другим метрологическим характеристикам не уступают существующим и широко применяемыми в аналитической практике термокондуктометрическим и оптическим методам.

Выводы

1. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены возможности термокаталитической методики селективного определения углеводородов в газовой среде с использованием термочувствительных элементов (измерительный и компенсационный), содержащих катализаторы различной активности.

2. Установлены закономерности, выявленные в процессы окисления углеводородов (метан, пары бензина), оксидами ряда металлов при их различных соотношениях для создания селективных термокаталитических сенсоров углеводородов.

3. Показано влияние исходных продуктов на процесс окисления углеводородов кислородом воздуха, поверхностью катализатора измерительного чувствительного элемента термокаталитического сенсора. Установлено, что концентрация в газовой фазе кислорода и воды не оказывает существенного влияния на кинетику окисления, а содержание диоксида углерода замедляет скорость реакции.

4. Разработаны способы получения и аттестации стандартных газовых смесей углеводородов в диапазоне концентраций 0 – 1410 мг/м3 с погрешностью не превышающей 5 % отн. На основе разработанных методик созданы сенсоры и автоматические газоанализаторы для селективного определения углеводородов в области концентраций метана 0 – 4,0% об., паров бензина 0 – 1000 мг/м3.

5. Оценены технические и метрологические параметры разработанных сенсоров согласно ГОСТу 13320-81. Показано, что полученные данные характеризуются высокой точностью и экспрессностью в широком интервале изменений параметров окружающей среды.

6. Разработанные методики, сенсоры и газоанализаторы по метрологическим характеристикам: не уступают существующим и широко применяемым в аналитической практике методам; могут быть использованы для непрерывного контроля содержания углеводородов в атмосфере на территории бензо- и газозаправочных предприятий, а также в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и технологических газах; применимы для оценки работы углеводородного двигателя внутреннего сгорания.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Hamrakulov T.K., Samsonov R.O., Melnik A.V. Thermocatholitical sensors for carbon oxide and methan defenation (2-P227) // «ICAS-2006» International Congress on Analytical Sciences, June, 25-30, 2006. - Moscow, 2006. - P. 640.

Хамракулов Т.К., Мельник А.В. Термокаталитическое экспрессное определение нефтепродуктов // Материалы VI Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «ЭКОАНАЛИТИКА-2006», 26-30 сентября 2006 г. Самара, 2006.- С. 284 .

Хамракулов Т.К., Мельник А.В Определение природного газа и бензина в газовых смесях термокаталитическим методом // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Ростов-на-Дону, 2007. - № 1. С. - 57-60.

Мельник А.В., Хамракулов Т.К. Непрерывное селективное определение метана в атмосфере термокаталитическим методом // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. - Краснодар, - 2006. - № __. - С. ___ .

Хамракулов Т.К., Мельник А.В. Исследование активности и селективности оксидов металлов в процессе окисления горючих газов // Проблемы устойчивого развития регионов рекреационной специализации: Материалы VII конференции СНИЦ РАН, 20 сентября 2006 г. - Сочи , 2006 г., С. - 295-305.

Хамракулов Т.К., Самсонов Р.О., Мельник А.В. Приготовление и аттестация газовых смесей водорода, метана и оксида углерода // Заводская лаборатория. - 2006 - Т. 72 - № 12 , С. - 22-23.

Хамракулов Т.К., Мельник А.В Селективный термокаталитический сенсор бензина // Заводская лаборатория. - 2007 - № 6 , С. -31-33 .