Углеводороды в атмосфере реферат

Обновлено: 05.07.2024

⚡ Условие + 37% решения:

Углеводороды в атмосфере. Пути поступления и химические превращения.

Ответ: Загрязнение окружающего воздуха является очень серьезной проблемой. К числу глобальных загрязнений атмосферы относят ее загрязнение углеводородами. Часть углеводородов попадает в атмосферу из естественных, часть из антропогенных источников. Причем мощность антропогенных источников в настоящее время существенно превышает мощность естественных. К естественным источникам относятся болота, тундра, водоемы, насекомые (главным образом термиты), метангидраты, геохимические процессы. К антропогенным – рисовые поля, шахты, животные, выбросы химических предприятий, потери при добыче газа и нефти, горение биомассы, свалки. Выделение в атмосферу углеводородов приводит к разрушению здоровья людей и истощению ресурсов окружающей среды. Углеводороды, как загрязняющие вещества воздушной среды, обуславливают мощность и плотность фотохимического смога. При этом, в результате фотохимических реакций углеводороды образуют весьма токсичные продукты: альдегиды, кетоны.

Готовые задачи по химии которые сегодня купили:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Давайте посмотрим правде в глаза: атмосфера и климат планеты меняются быстрыми темпами на протяжении последних десятилетий, и углеводороды являются одним из главных виновников. Это класс соединений, состоящих в основном из углерода и водорода.

Являясь основными компонентами нефти, природного газа и пестицидов, эти вещества способствуют возникновению парникового эффекта и изменению климата, разрушению озонового слоя, снижению фотосинтетической способности растений, а также увеличению числа случаев раковых заболеваний и респираторных расстройств у человека. Не говоря уже о том, что они наносят неисчислимый ущерб окружающей среде в результате разливов нефти.

На вашем предприятии выбрасываются углеводороды? Измерение предельных углеводородов в воздухе позволит избежать опасностей рабочей зоны.

Альдегиды и алкилнитраты

Альдегиды являются токсичными химическими веществами, которые возникают в результате сгорания углеводородов, например, при сжигании автомобильного топлива и фанеры. Было показано, что они ингибируют фотосинтез у растений, вызывают раздражение глаз и легких и даже, возможно, вызывают рак.

Алкилнитраты — это продукты углеводородов, которые химически реагируют с молекулами в атмосфере. Они могут химически реагировать снова, образуя закись азота, которая может поразить кровеносные сосуды, печень, почки и нервную систему.

Метан и хлорфторуглероды

Метан и хлорфторуглероды (ХФУ) — это два углеводорода, которые могут кардинально изменять атмосферу. Метан окисляется в двуокись углерода (CO₂), увеличивая количество CO₂ в атмосфере и добавляя к парниковому эффекту и глобальному потеплению.

Хлорфторуглероды используются в холодильных установках и аэрозольных баллонах. Когда они выбрасываются в атмосферу, они производят хлор и уменьшают озоновый слой, который защищает землю от ультрафиолетового излучения. Из-за этого люди, животные и растения больше подвержены воздействию вредных ультрафиолетовых лучей.

Ароматические углеводороды и полиароматические соединения

Ароматические углеводороды образуются в результате сжигания угля, нефти, гудрона и растительных материалов. Бензол — распространенный углеводород, используемый в качестве растворителя и топлива. Он разрушает эритроциты, вызывает рак у млекопитающих и повреждает костный мозг. Полинуклеарные ароматические соединения — это углеводороды с двумя и более молекулами бензола. Было доказано, что они также вызывают рак.

Обеспокоены углеводородами в воздухе вашего предприятия? Вот что можно сделать:

Нефть и нефтепродукты

Массивные разливы нефти являются очевидным источником ущерба для здоровья человека и экосистем. Воздействие большого количества нефти может нарушить дыхательные функции животных и человека. Животные, проглотившие нефть, также могут быть отравлены.

Нефть вредна не только при крупных разливах; небольшие выбросы от автомобильных утечек и других источников могут иметь кумулятивный эффект, который может нанести разрушительный вред окружающей среде.

Экосфера - биотоп биосферы; совокупность свойств Земли как планеты, создающих условия для развития жизни. Пространственно экосферы включает в себя тропосферу, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Интенсивное развитие энергетики, промышленности и транспорта неизбежно вызывает рост потребления углеводородного топлива, что, в свою очередь, увеличивает количество продуктов его сгорания, выбрасываемых в атмосферу.

По данным многолетнего мониторинга, количество выбрасываемых в атмосферу химических соединений, веществ и элементов продуктов сгорания топлива удваивается каждые 15 лет, в связи с чем проблема загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива относится к одной из глобальных проблем современности.

Главная цель этой работы: показать влияние продуктов сгорания углеводородов на экосферу.

Узнать о происхождении вредных веществ.

Рассмотреть продукты сгорания углеводородов и их влияние на экосферу.

1. Откуда появляются вредные вещества

Источниками загрязнения атмосферы дымовыми газами – продуктами сгорания являются практически все тепловые двигатели и установки, сжигающие углеводородное топливо.

Атмосферный воздух, так необходимый для организации цепной реакции окисления (процесса горения) углеводородного топлива, поставляет в зону горения азот (около 78 процентов), кислород (около 21 процента) и 15 других химических веществ, соединений и элементов (до 1 процента).

Следует отметить, что для сжигания одного килограмма углеводородного топлива в зону горения подается от 12-14 (для газообразного топлива) до 25 и более (для твердого топлива) килограммов атмосферного воздуха.

Углеводородное топливо, в свою очередь, поставляет в зону горения все химические вещества, соединения и элементы, содержащиеся в его составе. Элементарный состав горючей части углеводородного топлива в основном одинаков, однако структура топлива различна, а его химический состав включает примеси, характерные для мест добычи (геологические особенности местности) и технологии получения данного вида топлива. Так, газообразное топливо поставляет в зону горения углерод и азотсодержащие соединения.

Очевидно, что все находящиеся в топливе вещества, соединения, элементы, поступившие в зону горения в составе воздуха и топлива, пройдя определенные превращения в условиях высоких температур, не исчезают бесследно.

Большая (до 98 процентов) их часть оседает на поверхностях нагрева, а меньшая (около 2 процентов), – проходя транзитом зону горения, выбрасывается в воздушный бассейн в составе дымовых газов.

Исследования дымовых уходящих газов топливосжигающих установок показывают, что в их составе основными загрязнителями атмосферного воздуха являются оксиды углерода (до 50%), оксиды серы (до 20 процентов), оксиды азота (до 6-8%), углеводороды (до 5-20%), сажа, оксиды и производные минеральных включений и примесей углеводородного топлива.

В свою очередь, выхлопные и отработавшие газы тепловых двигателей выбрасывают в воздушный бассейн более 70 процентов оксидов углерода и углеводородов (бензолы, формальдегиды, бенз(а)пирен), около 55 процентов оксидов азота, до 5,5 процента воды, а также сажу (тяжелые металлы), гарь, копоть и т.д.

Дымовые газы установок и двигателей содержат десятки тысяч химических веществ, соединений и элементов, более двухсот из которых являются высокотоксичными и ядовитыми.

При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.

В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.

Наибольший экологический ущерб атмосфере и окружающей природной среде в целом наносят такие вещества, как оксиды азота и углерода, альдегиды, формальдегиды, бенз(а)пирен и другие ароматические соединения, которые относятся к отравляющим веществам.

Кроме того, при работе любой установки и двигателя выбрасывается около 1,0-2,0 процента потребляемого топлива, которое оседает на поверхностях (земли, воды, деревьев и т.п.) в виде несгоревших углеводородов, сажи, пыли и золы.

Дымовые газы имеют неприятный запах и оказывают вредное, а порой смертельное воздействие флору и фауну. Газовое и тепловое загрязнение воздушного бассейна способствует образованию кислотных дождей, задымлению атмосферы, изменяет характер облачности, что приводит к усилению парникового эффекта.

Газы энергетических установок загрязняют воздух и территорию (акваторию) в районах их расположения. Значительные выбросы вредных компонентов в атмосферу происходят при запуске, прогреве и смене режимов работы установок и двигателей.

Наибольшую опасность для человека и живых организмов представляют компоненты, вызывающие раковые заболевания, это канцерогенные вещества, представленные в дымовых и выхлопных газах полициклическими ароматическими углеводородами (С x Н y ).

К числу обладающих большей канцерогенной активностью, в первую очередь, следует отнести 3,4 бенз(а)пирен (С 20 Н 12 ), который образуется при нарушении организации процесса горения. Наибольший выход канцерогенных веществ, в частности 3,4 бенз(а)пирена, наблюдается на нестационарных и переходных режимах.

2. Продукты сгорания углеводородов

2.1 Диоксид серы, или сернистый ангидрид (сернистый газ)

Наиболее широко распространенное соединение серы – сернистый ангидрид (SO 2 ) – бесцветный газ с резким запахом, примерно вдвое тяжелее воздуха, образующийся при сгорании серосодержащих видов топлива (в первую очередь угля и тяжелых фракций нефти).

Сернистый газ особенно вреден для деревьев, он приводит к хлорозу (пожелтению или обесцвечиванию листьев) и карликовости. В атмосфере он окисляется и реагирует с водяным паром с образованием вторичного загрязнителя – серной кислоты (Н 2 SО 4 ). Капли кислоты могут переносятся на значительные расстояния, разрушая большую часть пространства. Наиболее опасная форма загрязнения воздуха наблюдается при реакции сернистого ангидрида с взвешенными частицами, сопровождающейся образованием солей серной кислоты, которые активно загрязняют почву. Наличие в атмосфере сернистых газов препятствует фотосинтезу растений, При концентрации SО 2 в воздухе более 0,9 мг/м3 происходит изменение процессов фотосинтеза растений; через 5. 10 дней хвоя сосны, ели начинает рыжеть и преждевременно опадает. Присутствие в отработавших газах (ОГ) серы делает невозможным использование каталитических нейтрализаторов, предназначенных для снижения токсичности ОГ.

2.2 Оксиды углерода и сажа

Оксид углерода – очень ядовитый газ без цвета, запаха и вкуса. Он образуется при неполном сгорании древесины, ископаемого топлива, при сжигании твердых отходов и частичном анаэробном разложении органики. Примерно 50% угарного газа образуется в связи с деятельностью человека, в основном в результате работы двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Оксид углерода (СО) образуется во время сгорания при недостатке кислорода или при диссоциации СО 2 . Основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО. Время жизни в атмосфере 2 - 42 месяца. При окислении в атмосфере переходит в СО 2

Двуокись углерода (СО 2 ) – неядовитый газ. Одним из основных продуктов сгорания углеводородных топлив является диоксид углерода (СО 2 ), который не относится к токсичным газам. Важнейшими источниками антропогенных выбросов СО 2 являются: тепловые и электрические станции - 27%, промышленность - 20%, отопление жилых помещений и малая энергетика - 20%, транспорт - 17%. Годовая эмиссия СО 2 составляет 130. 1100 млрд. т/год. Основное количество СО 2 производится природными источниками, и только примерно 1. 3 % связаны с технической деятельностью человека (антропогенные выбросы). Увеличение концентрации техногенного углекислого газа в атмосфере является одной из главных причин наблюдающегося потепления климата, что связано с парниковым эффектом этого газа. В верхних слоях атмосферы всегда располагалась смесь газов, состоящая на 60. 90 % из водяного пара. Эта смесь газов препятствует отводу теплоты от поверхности нашей планеты, повышая ее среднюю температуру на 33°С (от -18°С до +15°С). В увеличении средней температуры на поверхности земли и заключается “парниковый” эффект, который обусловил благоприятные условия для возникновения и развития жизни на Земле. За последние 100 лет повышение средней температуры поднялось примерно на 0,45°С, что выразилось в известном потеплении климата. При дальнейшем неконтролируемом усилении “парникового” эффекта может произойти интенсивное таяние ледников, которое может привести к глобальной катастрофе.

Снижение антропогенных выбросов СО 2 стало острой экологической проблемой. В то же время известно, что чем больше СО 2 образуется при сгорании углеводородных топлив, тем оно совершеннее. Поэтому решение проблемы уменьшения антропогенных выбросов СО 2 возможно путем:

- уменьшения количества сжигаемого углеводородного топлива, т.е. повышения топливной экономичности теплоэнергетических устройств и тепловых двигателей;

- применения топлив с малым содержанием углерода (сжатый и сжиженный газы, спирты и эфиры);

- перехода к широкому применению альтернативных источников энергии (энергия солнца и ветра, гидроэнергия, атомная и ядерная энергия).

Сажа представляет собой твердый продукт, состоящий в основном из углерода. Кроме углерода в саже содержится 1..3 % (по массе) водорода.

Сажа образуется при температуре выше 1500К в результате объемного процесса термического разложения (пиролиза) при сильном недостатке кислорода. Формально реакция пиролиза выражается уравнением:

Сn Нm« nС + 1/2 mН 2 .

При одинаковом количестве атомов углерода по степени увеличения склонности к образованию сажи углеводороды располагаются следующим образом: парафины, олефины, ароматики. Наличие сажи в ОГ дизелей обуславливает черный дым на выпуске.

Сажа - не единственное твердое вещество, содержащееся в ОГ. Другие твердые вещества образуются из содержащейся в дизельном топливе серы, а также в виде аэрозолей масла и несгоревшего топлива. Все вещества, которые оседают на специальном фильтре при прохождении через него ОГ, получили общее название - частицы.

Сажа, содержащаяся в отработавших газах, обладает большей токсичностью, чем обычная пыль. На поверхности частиц сажи адсорбируются канцерогенные вещества. Видимым автомобильный выхлоп становится при концентрации сажи 130 мг/м3.

2.3 Взвешенные частицы

Взвешенные частицы, включающие пыль, сажу, пыльцу и споры растений и пр., сильно различаются по размерам и составу. Они могут либо непосредственно содержаться в воздушной среде, либо быть заключены в капельках, взвешенных в воздухе (аэрозоли). В целом за год в атмосферу Земли поступает около 100 млн. т. аэрозолей антропогенного происхождения. Это примерно в 100 раз меньше, чем количество аэрозолей естественного происхождения – вулканических пеплов, развеваемой ветром пыли и брызг морской воды. Примерно 50% частиц антропогенного происхождения выбрасывается в воздух из-за неполного сгорания топлива на транспорте, заводах, фабриках и тепловых электростанциях. По данным Всемирной организации здравоохранения, 25-35% объема воздуха содержит множество аэрозолей.

2.4 Летучие органические соединения (ЛОС)

Это ядовитые пары в атмосфере. Они являются источником множества проблем, в том числе играют главную роль при образовании фотохимических окислителей.

Антропогенные источники выбрасывают в атмосферу множество ядовитых синтетических органических веществ, например, бензол, хлороформ, формальдегид, фенолы, толуол, трихлорэтан и винилхлорид. Основная часть этих соединений поступает в воздух при неполном сгорании углеводородов автомобильного топлива, на теплоэлектростанциях, химических и нефтеперегонных заводах.

Углеводороды (СН) состоят из исходных или распавшихся молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. Углеводороды появляются в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в “защемленных” объемах, находящихся в вытеснителях и в зазоре между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

В дизелях углеводороды образуются в переобогащенных зонах смеси, где происходит пиролиз молекул топлива. Если в процессе расширения в эти зоны не поступит достаточное количество кислорода, то СН окажется в составе ОГ.

Количество различных индивидуальных углеводородов, входящих в эту группу токсичных веществ, превышает 200.

Так, углеводороды под действием солнечных лучей могут взаимодействовать с NОх, образуя биологически активные вещества, которые вызывают появление так называемого смога.

Особое влияние оказывают выбросы бензола, толуола, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и в первую очередь бензапирена (С 20 Н 12 ). Эта группа высокотоксичных веществ образуется в результате пиролиза легких и средних фракций топлива при температуре 600. 700К. Такие условия возникают вблизи холодных поверхностей цилиндра при наличии там несгоревших углеводородов. Токсичность газообразных низкомолекулярных углеводородоав возрастает при наличии в воздухе других загрязнений, которые в совокупности под действием солнечной радиации образуют фотохимические оксиданты смога. ПДК максимально-разовая составляет 5 мг/м3.

Полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в выбросах двигателей, являются канцерогенными, из которых наибольшей активностью обладает бензапирен (С20Н12), содержащийся в отработавших газах дизелей. ПДК составляет 0,1 мкг/100 м3 воздуха.

2.5 Оксиды азота

Озон образуется при расщеплении либо молекулы кислорода (О 2 ) либо диоксида азота (NО 2 ) с образованием атомарного кислорода (О), который затем присоединяется к другой молекуле кислорода. В этом процессе участвуют углеводороды, связывающие молекулу оксида азота с другими веществами. Хотя в стратосфере озон играет важную роль как защитный экран, поглощающий коротковолновую ультрафиолетовую радиацию, в тропосфере он как сильный окислитель разрушает растения, строительные материалы, резину и пластмассу. Озон имеет характерный запах, служащий признаком фотохимического смога. При высоком содержании в малоподвижной и влажной атмосфере NO 2 , О 3 и СН возникает туман коричневого цвета, который получил название “смог” (от английских слов Smoke - дым и fog -туман).

Одним из перспективных направлений по снижению газового и теплового загрязнения воздушного бассейна является устранение причин возникновения вредных выбросов путем активного воздействия на процессы их образования. Или, говоря другими словами, качественное и количественное изменение механизмов формирования опасных загрязнителей воздушного бассейна. Как было указано выше, источниками вредных выбросов являются производные химических веществ, соединений и элементов, содержащихся как в атмосферном воздухе, так и в ископаемом топливе. В связи с этим качественное и количественное снижение опасных элементов, веществ и соединений в дымовых газах может быть достигнуто, во-первых, путем уменьшения количества вредных составляющих в исходных топливе и воздухе, участвующих в процессе горения. Во-вторых, подачей в зону горения минимально возможного количества воздуха из атмосферы с температурой подогрева, при которой количество кислорода в его составе наибольшее.

⚡ Условие + 37% решения:

Углеводороды в атмосфере. Пути поступления и химические превращения.

Готовые задачи по химии которые сегодня купили:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Читайте также: