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1、第八章 让城市天空更加蔚蓝的清洁机动车燃料,第一节 城市大气污染的罪魁祸首 汽车尾气,一. 与汽车有关的几个数字,全球汽车（含摩托车）保有量：约8亿辆 全球每年新车产量：约5000万辆 全球汽油消耗量（1997年）：9亿吨 全球柴油消耗量（1997年）：10亿吨 汽车尾气污染占大气总污染的比重： 美国60.6%，日本33.5%，法国32%,每千辆汽车的每天排放量分别是一氧化碳300公斤，碳氢氧化物100200公斤，氮氧化物50150公斤。 上海市空气中96% HC、86% CO 和56% NO X来源于机动车尾气。 在世界上人口最稠密的印度孟买市，交通警察需戴上特制面罩上岗值勤。 我国一些大城
2、市，交通警察享有特殊保健津贴。1997年，我国一些大城市的交通警察不得不戴上空气过滤器上岗 .,北京市1998年四环以内道路附近年日均浓度统计表明，氮氧化物（NOx）超标率为85%-89%，一氧化碳（CO）超标率为35.0%-86.5%；四环路旁年日均浓度稳步上升的趋势非常明显。同时，近几年来北京市臭氧（O3）超标天数已经由20世纪80年代末期的43天发展到70天以上。可见，臭氧超标日趋严重，潜在着发生光化学烟雾的危险。 广州的情况与北京相似，近五年来氮氧化物城区平均浓度均超过国家二级环境质量标准，城区监测平均值高于北京。,上海市15个交通路口的监测结果表明，氮氧化物、一氧化碳和碳氢化物日平均
3、浓度值分别为0.363毫克/立方米、11.2毫克/立方米和2.25毫克/立方米；一次测定最高值分别为0.68毫克/立方米、22.1毫克/立方米和4.69毫克/立方米；氮氧化物和一氧化碳浓度比对照点分别高10倍和6倍，均超过国家三级标准。 天津市区主要交通干线一氧化碳和氮氧化物超标几倍至十几倍；武汉市航空路口一氧化碳浓度100%超标；长沙市交通干道中心点一氧化碳超标4倍，年超标率为40%；乌鲁木齐市主要街道两侧一氧化碳和氮氧化物浓度日均值超过国家二级标准。,NOx: 汽缸点火的高温瞬间由空气中的氮与氧气化合而生成。 主要危害：降低能见度，增加交通事故发生率，形成光化学烟雾、酸雨等。NO2是一种棕
4、红色强烈刺激性的有毒气体，其含量为0.110-6时即可嗅到，110-6-410-6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。,二、汽车尾气中的有害成分,碳氢化合物：油箱及化油器逸散，滴漏的 燃料油，部分燃烧不完全的产物，如苯、醛、烯和多环芳香族碳氢化合物等200多种复杂成分。 主要危害：饱和烃危害不大，不饱和烃危害性很大。当甲醛、丙稀醛等醛类气体浓度超过110-6时，就会对眼、呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用，浓度超过2510-6时，就会引起头晕、恶心、红血球减少、贫血。苯的衍生物，如苯比芘，是
5、强烈致癌物质。此外，碳氢化合物还能形成光化学烟雾。,CO：汽油燃烧不完全的产物，数量占尾气 成分的首位。 主要危害： CO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、头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。,SO2：燃料所含的硫烃的燃烧。 主要危害：刺激眼睛和呼吸器官，形成酸雨。 颗粒物:铅化合物，碳颗粒，油雾等。 主要危害：铅对血液、骨骼和神
6、经系统的细胞有损害;碳颗粒能引发支气管炎、肺炎 以及胸膜炎等多种疾病。 二氧化碳：导致温室效应。,三、汽车尾气排放污染的典型事故 洛杉矶光化学烟雾,洛杉矾位于美国西南海岸，是个阳光明媚，气候温暖，风景宜人的地方。早期金矿、石油和运河的开发，加之得天独厚的地理位置，使它很快成为了一个商业、旅游业都很发达的港口城市。著名的电影业中心好莱坞和美国第一个“迪斯尼乐园”就建在这里。特别是二次世界大战期间，洛杉矶的飞机制造和军事工业迅速发展，工商业的发达程度仅次于纽约和芝加哥，成为美国的第三大城市。,随着工业发展和人口剧增，洛杉矶在40年代初就有汽车250万辆。市内高速公路纵横交错，占全市面积的30%，每
7、条公路通行的汽车每天达16.8万次。 从40年代初开始，人们发现这座城市一改以往的温柔，变得“疯狂”起来。每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。 1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城,洛杉矶烟雾,市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，葡萄、柑橘减产。仅1955年，因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人，几千居民不同程度地得了红眼病、喉痛和胸痛。 事后调查表明，这种烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的。其中250万辆汽车，每天大约消耗11
8、00吨汽油，排出1000多吨碳氢（CH）化合物，3O0多吨氮氧（NOx）化合物，700多吨一氧化碳（CO）。另外，还有 炼油厂等不断地将各种废气排放到洛杉矶上,空，等于制造了一个毒烟雾工厂。而洛杉矾所处的地理环境不利于空气流通，且阳光充足，汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮（NO2）被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，就会与空气中其他成份发生光化学反应，形成醛类、 O3 、过氧乙酰硝酸脂等刺激性剧毒的光化学烟雾。 光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能使植物变黑直至枯死，能使橡胶开裂，它有特殊的臭味，其嗅觉阀值为0.0210-6，110-6接触一小时会引起气喘、慢性中毒，510-6浓度下
9、30分钟就会使人致死。,继洛杉矶之后，光化学污染相继在世界各地出现，如日本的东京、大阪，英国的伦敦，澳大利亚的悉尼，前联邦德国、墨西哥、印度的一些大城市。1995年6月在我国上海的外滩，也发生过光化学烟雾事件。,随着环境保护要求的日益严格,1990年美国清洁空气法(修正案)规定，逐步惟广使用新配方汽油，减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学 烟雾等对空气的污染。新配方汽油要求限制汽油的蒸汽压、苯含量，还将逐步限制芳烃和烯烃含量。还要求在汽油中加入含氧化合物，比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。这种新配万汽油的质量要求已推动了汽油的有关炼油技术的发展。,第二节 降低汽车有害物排放的途径
10、,一、改善发动机的质量 汽车发动机的质量是影响尾气排放的最主要因素。通过对发动机加以改进，可以提高发动机的性能，使尾气排放大大降低。通常化油器式发动机尾气排放比较严重，而电控汽油喷射式发动机尾气排放则轻得多。 一辆化油器车的污染物排放量，相当于五辆执行欧标准汽车的排放量，相当于十辆执行欧标准的汽车的排放量。,目前，世界各国都对汽车尾气排放提出了新的要求。 2001年，我国要求新车排放标准要达到相当于欧洲号的排放标准；到2003年9月，还要求出厂的柴油车达到欧洲号排放标准；2004年9月，要求汽油车达到相当于欧洲号的排放标准。将来还要进一步提高到欧洲三号标准。这就意味着化油器式发动机很快会退出历
11、史舞台。,欧洲号标准转化： CO2.72g/km HC+NOX0.97g/km 欧洲号标准转化： CO2.2g/km HC+NOX0.50g/km,二、安装尾气净化装置,使用汽车尾气净化装置（需配套使用无铅汽油），可使有害物排放进一步降低20%以上。,日本本田汽车公司最近研制成功一种超低排放的汽油发动机。该发动机排出的废气仅为全球最严格的尾气排放标准的1/10，可以 称之为零排放发动机。 该发动机使用了一种新的复杂的混合排放,催化剂，它能在发动机启动时吸附碳氢化合物，当碳氢化合物达到工作温度时，催化剂就在一个电加热器的协助下将其清除。该发动机还采用了一种高功能的计算机来控制燃烧定时，既保证发动
12、机的大马力，又节省燃料。这种新型发动机在制造方面的关键技术都已经解决，估计两年后就可投入生产。,三、开发清洁汽油和清洁柴油 汽油中的苯、芳烃、烯烃、硫化物、四乙基铅等是造成尾气超标的主要成分，应设法,降低。 四乙基铅是为防止汽油在发动机中燃烧时发生爆燃而加入的抗爆剂，也是造成大气中铅污染的主要来源。自1924年汽油中加入四乙基铅以来，全世界铅污染日趋严重，就连北极圈的冰块中，铅的含量都在逐年上升。美国曾一度每人每年因使用汽车平均要消费约1千克铅，全国每年要向空气中排放十几万吨铅，致使大气、土壤、食品中的含量成倍上升，成为危害人类健康的一大隐患。我国的情况也十分令人担忧，城市儿童中已有一半左右的
13、血铅含量超过了国际公认的铅中毒,标准。 从环保出发，世界各国正在逐步淘汰含铅汽油而发展无铅汽油。我国从2000年开始停止生产销售含铅的汽油，这项工作已经完成。 清洁汽油也叫低烃汽油，作为机动车的动力，具有较高的辛烷值，腐蚀性小，安定性、抗爆性、蒸发性好，能保证发动机运行平稳，燃烧完全，积炭少，铅含量低，十分有利于环保需要，故被称为“绿色汽油”。 减少汽油中苯的含量是控制汽车蒸发苯和排放苯的最直接的方法。,汽油中芳烃含量增大，会使发动机中的沉积物增加，导致增加尾气排放。实验表明， 当芳烃含量从45%降到20%时，尾气中有毒物质降低28%（其中的74%是苯）。 汽油中的烯烃会使发动机进气及供油系统
14、的沉积物增加，并导致尾气中有毒有害物质增加。 汽油中的硫化物能明显地降低催化转化器中催化剂的功效。当硫含量增加时，汽车尾气有毒有害物质的排放明显增加。 在提高油品质量方面，美国一直走在世界各国的前列。有资料表明，过去的十年里，,美国在汽油中应用了充氧饱合技术，使车辆 的一氧化碳排放量减少了18%，从而使污染降低了37%。此外，使用清洁汽油也使其他几种污染物的排放有所降低，目前美国汽车尾气污染物排放量比40年前少了95%强。 长期以来，由于降烯烃技术不过关，我国一直无法生产高标准的清洁汽油。以无铅汽油为例，我国无铅汽油中硫含量高达0.08，烯烃含量高达4050，刚刚能够满足轿车欧标准的排放，与欧
15、、欧标准（硫含量为0.003，烯烃含量为10 ）相距甚,远。 2001年4月，大庆炼化公司林源生产区发挥了重组的技术优势，在催化裂化装置上实施提高柴汽比和降烯烃技术改造并取得了成功，使汽油中烯烃含量降低到了35以下，达到了国家2000年颁布的低烯烃汽油新标准。成为中国首家全部生产优质清洁汽油的大型企业。,四、开发替代汽油、柴油的清洁燃料 1. 开发生物柴油,2. 用甲醇、乙醇、二甲醚等为燃料 甲醇和乙醇，具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。作为汽车燃料，醇类燃料在发动机燃烧中可提高氧燃比，CO、HC和NOx的排放较汽油和柴油的低。 但发动机使用甲醇燃料，会产生有毒的醛 类排放。此外甲醇对
16、人体毒性较大，它对金属有腐蚀作用、对橡胶皮革有溶涨作用，会使塑料提早老化，这些缺点使甲醇在实际应用中受到了较大限制。 乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于,汽油机上，汽油醇(gasohol)混合燃料在巴西、美国已应用许多年，技术上已十分成熟。 从今年10月17日开始，吉林省车辆将改变几十年来用普通汽油作为燃料的历史，取而代之使用车用乙醇汽油。车用乙醇汽油中乙醇与汽油的比例为19，与普通汽油相比，动力性能基本不变，发动机不需改造，油耗略有降低。CO和CH化合物平均减少30以上，通过替代普通汽油中的对地下水资源破坏严重的M TBE（甲基叔丁基醚），乙醇汽油可有效止地下水的破坏，是一种节能环保型燃料。,二甲醚是一种无毒含氧燃料，物理性质与 液化石油气相似。非常适合于压燃式发动机， 可作为柴油机的代用燃料。 研究表明，燃用二甲醚燃料的发动机的氮氧化物、微粒、一氧化碳、非甲烷碳氢和醛 类有害排放具有达到世界上最严格的美国加州超低排放车（ULEW）标准的潜力，且发动机燃烧噪声可降
