Реферат: Причины образования токсичных компонентов в ОГ ДВС

2)в результате низкотемпературного окисления азотсодержащих соединений топлива (топливный NO);

3)из-за столкновения углеводородных радикалов с молекулами азота в зоне реакций горения при наличии пульсаций температуры (быстрый NO).

В процессе сгорания топлив окислы азота (практически лишь окись NO) образуются в результате реакций окисления азота кислородом воздуха. В реакции образования NO может участвовать как азот, содержащийся в топливе, так и азот атмосферного воздуха.

В нефтепродуктах содержится до 5% азотистых соединений (0,3—0,6% по весу чистого азота). Основными азотосодержащими компонентами твердого и жидкого топлив являются пиридин и его производные. Азот топлива легче вступает в реакцию окисления, чем атмосферный азот.

Предполагаемый механизм образования NO из топливного азота

I+R+NO+…; (13)

I+NO→N₂ +…; (14)

где R— компоненты, не содержащие азота.

Возможно, что I представляет собой NH₂ , а R— это ОН.

При содержании в топливе азота в количестве 1,4% от веса было зафиксировано в процессе сгорания увеличение выделения NO примерно в 10 раз.

Ряд исследований, выполненных на лабораторных установках с добавкой к топливу азотосодержащих соединений (пиридина, аммиака и др.), показал, что количество образовавшихся окислов азота не зависит от типа азотосодержащего компонента и определяется содержанием чистого азота в топливе.

Установлено также, что степень окисления азота топлива зависит от его концентрации в топливе и от вида пламени. Так, например, при α=1,1 в предварительно перемешанном пламени метана в воздухе и добавке аммиака от 1 до 9,3% степень превращения NH₃ в NO уменьшается с 95 до 63%. В диффузионном пламени NO образуется в 2—3 раза меньше, чем в предварительно перемешанном.

В пламени при сжигании азотосодержащих топлив были зафиксированы концентрации окислов азота, значительно превышающие равновесные:

N₂ + О₂ ⇆2NO. (15)

Это можно объяснить тем, что механизм образования NO включает также реакции (13). (14), поэтому невозможно сравнивать действительные концентрации NО с равновесными по уравнению (15), которое справедливо только для образования NО в зоне продуктов сгорания из атмосферного азота.

Исследования Р. А. Липштейна показывают, что при перегонке нефти азотистые соединения остаются в тяжелых фракциях. Фракции с температурой перегонки до 350°С содержат не более 4% всего азота, находящегося в нефти. Поэтому для дизельных топлив, а тем более бензинов, получаемых из нефти, можно не учитывать при анализе образования NOреакции с топливным азотом.

Однако для используемых в тихоходных дизелях моторных топлив (ДТ-1, ДТ-2, ДТ-3), у которых только 15% составляющих топлив перегоняется до температуры 250°С, а также для мазутов нельзя пренебрегать содержанием топливного азота.

Общепринятой теорией образования окиси азота из атмосферного азота и кислорода в процессе сгорания является термическая теория.

Основные положения этой теории приведены ниже.

1. Окисление азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания.

2. Выход оксидов азота зависит от максимальной температуры горения, концентрации азота и кислорода в продуктах сгорания и не определяется природой топлива (при отсутствии в топливе азота).

3.Окисление азота происходит по цепному механизму:

N₂ + О ⇆NO + N — 316 кДж/моль; (16)

N + О₂ ⇄NO+ О + 136 кДж/моль. (17)

Главной является реакция (16). Её скорость определяется концентрацией атомарного кислорода. Когда в газовой смеси есть водяные пары, процесс образования NOможет стать комбинированным и включать вместе с реакциями (16) и (17) следующие реакции:

ОН + N₂ = NO + NH; (18)

NH + 0₂ = NO + OH. (19)

Но все-таки главным механизмом термического образования является цепная реакция через атомы кислорода(16).

4.Выход NO определяется скоростью охлаждения продуктов сгорания.