Свинец и экология
В результате отгона фракций остается мазут.
От прямой перегонки нефти отличают ее крекинг, т.е. термическое или каталитическое расщепление высших углеводородов (УВ) с образованием соединений меньшей молекулярной массы. Таким путем из высококипящих фракций нефти получают дополнительно наиболее ценные низкокипящие фракции – главным образом моторные бензины, т.е. целевым продуктом крекинга является бензиновая фракция с высоким октановым числом. Процесс крекинга происходит с разрывом углеродных цепей и образованием более простых предельных и непредельных УВ, например:
C16H34=C8H18+C8H16.
Образовавшиеся вещества могут разлагаться далее:
C8H18=C4H10+C4H8 C4H10=C2H6+C2H4.
Различают два основных вида крекинга.
Таблица №5. Термический и каталитический крекинг.
|
Термический крекинг |
Каталитический крекинг |
|
Расщепление молекул УВ протекают при сравнительно высокой температуре (470-550 0С). Процесс протекает медленно, образуются УВ с неразветвленной цепью атомов углерода. |
Расщепление молекул УВ протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450-500 0С) Процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул УВ, но и их изомеризация. |
|
В бензине, полученном в процессе термического крекинга, на ряду с предельными содержится много непредельных УВ. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой гонки. |
Бензин каталитического крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью, ибо в нем содержатся УВ с разветвленной цепью углеродных атомов. |
|
Непредельные УВ, содержащиеся в бензине, легко окисляются и полимеризуются. Поэтому это бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют антиокислители. |
Содержание непредельных УВ меньше, поэтому процессы окисления и полимеризации не протекают. Такой бензин более устойчив при хранении. |
4.3.2. Состав бензина.
Бензин, полученный в результате перегонки нефти, состоит в основном из УВ (предельных 25-61 %, непредельных 13-45 %, нафтеновых 9-71 %, ароматических 4-16 %). При полном его сгорании образуются углекислый газ, вода и выделяется тепло. Для одного из компонентов бензинов – октана эта реакция выглядит следующим образом:
C8H18+12,5O2+47N2=8CO2+9H2O+47N2+5062 kДж/моль.
В состав бензина могут входить примеси – серо-,азот- и кислослородсодержащие соединения. Большая часть этих соединений удаляется из бензина при его очистке.
4.3.3. Октановое число.
Автомобильный бензин представляет собой горючее с низкими детонационными характеристиками. Детонацией называют такой характер горения, при котором воспламенение горючей смеси происходит в нескольких точках цилиндра или по всему объему сразу. При этом возникают очень высокие пики давления и двигатель может быть поврежден. Детонационные характеристики количественно определяются так называемым октановым числом, которое принято равным нулю для н-гептана, весьма подверженного детонации, и равным 100 для изооктана (2,2,4-3метилпентан) – углеводорода, стойкого к детонации. Если конкретное топливо и смесь н-гептана с изооктаном имеют одинаковые детонационные свойства, то содержание последнего (в % по объему) определяет октановое число рассматриваемого топлива. Например, бензин с октановым числом 76 детонирует также, как смесь 24 % н-гептана с 76 % изооктана. Чем выше октановое число, тем лучше эксплуотационные качества бензина. В основном с помощью тетраэтилсвинца (ТЭС) и увеличивают октановое число. Механизм антидетонационного действия алкилов свинца до конца не установлен. Очевидно, тетраэтилсвинец, поступает в цилиндр в виде паров вместе с топливной смесью, и вследствие возрастания температуры распадается с образованием частиц твердого оксида свинца. Эти частицы блокируют активные атомы кислорода, которые инициируют реакцию, приводящую к взрыву. Дибром – и дихлорэтаны действуют как раскислители и, вступая во взаимодействие с оксидом свинца, образуют летучий хлорбромид свинца, выносящийся из цилиндров отработавшими газами.
Недостатки применения ТЭС – негативное действие на всю биосферу, более быстрый износ двигателя и невозможность применения каталитической системы очистки отработавших газов вследствие её отравления антидетонатором. Вот почему, несмотря на все достоинства ТЭС, применение его нежелательно, как и нежелательно применение самого бензина, потому что выхлопные газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, оказывают негативное влияние на всю биосферу Земли.
4.3.4. Воздействие отработавших газов автомобиля на живые организмы сводится к следующему:
- максимальные энергетические показатели двигателя достигаются в условиях избытка топлива, но при этом из-за недостатка кислорода часть УВ бензина не окисляется до конца, что приводит к образованию элементного углерода (сажи) и оксида углерода(II), оказывающего вредное воздействие на здоровье человека даже при низких концентрациях в следствие более активного по сравнению с кислородом взаимодействия с гемоглобином крови;
- УВ, попадающее в атмосферу в следствие испарения, а также продукты неполного сгорания топлива, взаимодействуя с оксидом азота, образуют токсичные продукты в составе смога – вредного для людей тумана, образование которого характерно для крупных городов;
- оксид азота (II), являющийся одним из компонентов выхлопных газов, - сильный яд;
- оксид серы (II) нарушает процессы дыхания и способствует повышению кислотности атмосферных осадков;
- альдегиды оказывают наркотическое действие на ЦНС;
- среди ароматических УВ наиболее опасны полициклические производные, обладающие канцерогенными свойствами, особенно 3,4-бенз(а)пирен;
- попадание галогенидов в атмосферу весьма опасно вследствие возможного накопления свинца в крови и тканях человека и животных, в плодах растений, листьях деревьев, чуть ли не во всех живых организмах.
5. Влияние ионов свинца на живую природу.
5.1. Влияние на организм человека. Общий характер действия. Токсическое действие свинца.
В природе свинец встречается повсеместно, но жизненно необходимым он не является. За последние десятилетия уровень концентрации в природе все более повышается вследствие антропогенных нагрузок. Главным источником, из которого свинец попадает в организм человека, служит пища, наряду с этим важную роль играет вдыхаемый воздух, а у детей также заглатываемая ими свинецсодержащая пыль. Вдыхаема пыль примерно на 30-50 % задерживается в легких, значительная доля её всасывается током крови. Всасывание в желудочно-кишечном тракте составляет в целом 5-10 %, у детей – 50 %. Дефицит кальция и витамина Д усиливает всасывание свинца в желудочно-кишечном тракте. В среднем за сутки организм человека поглощает 26-42 мкг свинца. Это соотношение может варьировать. Около 90 % общего количества свинца в человеческом теле находится в костях, у детей – 60-70 %. Биологический период полураспада в костях – около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет (фаза насыщения) у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг. Особую опасность представляет свинец для женщин, так как этот элемент обладает способностью проникать через плаценту и накапливаться в грудном молоке.
