Расчет выбросов оксида углерода при сжигании топлива в стационарных системах

 

Оксид углерода (II) СО (монооксид углерода, угарный газ) в естественных условиях, на поверхности Земли, образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, при лесных и степных пожарах, в результате выделения его растениями, микроорганизмами, животными и человеком, во время фотораспада продуктов жизнедеятельности планктонов, различных водорослей, в составе болотного и вулканических газов, при фотодиссоциации СО₂, электрических бурях, в период проращивания семян и роста сеянцев.

Основным антропогенным источником CO является выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Он образуется при сгорании углеводородного топлива в ДВС при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха:

2C + O₂ → 2CO↑

Бытовыми источниками СO являются: неисправность газопроводов, газовой аппаратуры; неполное сгорание топлива в печах; пожар; табачный дым (содержится 0,5 – 1 % СО).

Промышленные источники:

- продукты горения углесодержащих соединений в топливе;

- при поверхностном окислении угля;

- производство кокса, технического углерода, соды, аммиака, формалина, гидрогенерации жиров, синтеза метилового спирта, муравьиной и щавелевой кислот, метана, каталитический крекинг, при производстве и переработке синтетических волокон и т.д.;

- керамическая и металлургическая промышленность; кирпичный и цементный завод;

- при газовом сваривании с использованием СО₂.

Поступление CO от природных и антропогенных источников примерно одинаково.

Средняя продолжительность пребывания СO в атмосфере около 2 месяцев. Воздушным потоком СO поднимается в стратосферу, где окисляется к СО₂, а также взаимодействует с гидроксильными радикалами с образованием формальдегида и принимает участие в реакции восстановления НNО_з к NО₂.

Оксид углерода поглощается грунтовыми грибками и микроорганизмами, растениями, которые окисляют его до СО₂. Некоторые морские водоросли накапливают до 5% СO. В организме животных и человека также возможное окисление СO до СO₂, но оно весьма незначительное.

Оксид углерода – бесцветный газ без вкуса и запаха, плохо растворяется в воде, более тяжелый за воздух. При низких температурах СО химически инертный, при высоких и при наличии катализаторов – легко вступает в различные реакции. Смесь двух объемов СО и одного объема О₂ взрывается при зажигании. С водой, кислотами, щелочью не реагирует. Растворяется в спирте и бензоле. Горит синим пламенем (температура начала реакции 700 °C) на воздухе. Благодаря хорошей теплотворной способности, является компонентом разных технических газовых смесей, используемых, в том числе, для отопления.

Реагирует с галогенами, например с хлором и образует фосген (COCl₂) (отравляющее вещество), с фтором – карбонилфторид (COF₂) и с бромом – карбонилбромид (COBr₂).

C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения – карбонилы, такие как Cr(CO)₆, Ni(CO)₄, Mn₂CO₁₀, Co₂(CO)₉ и др.

Реагируя с аммиаком, при высоких температурах, образуется циановодород (HCN) (кислота).

ПДК_р.з. по Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313–03 составляет 20 мг/м³. Предельно допустимые концентрации оксида углерода: ПДКм.р.= 5 мг/м³; ПДКc.с. =3 мг/м³. Угарный газ отнесен к 4 классу опасности.

Угарный газ очень опасен, вызывает отравление и даже смерть. Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, потеря сознания, кома.

Токсическое действие оксида углерода основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее и в 200–300 раз быстрее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), это блокирует процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания, вызывает появление сахара в крови, повышает способность крови сгущаться. Из–за низкой анемии возможная смерть. Легкие отравления сопровождаются без потери сознания или с непродолжительной бессознательностью, сонливостью. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа. При трудных отравлениях потеря сознания длится более 2 часов.

При отравлении пострадавшего нужно вынести в лежачем положении на свежий воздух, освободить от одежды, препятствующая дыханию, согреть. В легких случаях отравления дать кофе, крепкий чай. Все эти мероприятия проводятся к восстановлению нормального дыхания и кровообращения. Отравление тяжелой и средней тяжести лечат в стационарах.

СО применяется для обработки мяса животных и рыбы, придает им ярко красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса. Во времена Второй мировой войны нацисты применяли угарный газ для массового умерщвления людей.

Оксид углерода (IV) СО₂ (диоксид углерода, углекислый газ) – бесцветный газ, без запаха, со слегка кисловатым вкусом. Концентрация его в атмосфере Земли составляет в среднем 0,038 %. При содержании в воздухе 3% у человека учащается дыхание, при 10% – наступает потеря сознания и быстрая смерть, при 20% – вызывает мгновенную потерю сознания.

При атмосферном давлении СО₂ не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый СО₂ называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах он переходит в жидкость.

Он легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления, этот процесс получил название «парникового эффекта».

С марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО₂ в атмосфере падает, а с октября по февраль – повышается. Вклад в зимний прирост дают как окисление древесины (гниение, разложение гумуса, лесные пожары), так и сжигание ископаемых топлив (угля, нефти, газа).

По химическим свойствам СО₂ относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Восстанавливается при 100⁰ С углем до оксида углерода (II).

СО₂ участвует во многих процессах метаболизма живой клетки, получается в результате множества окислительных реакций у животных и выделяется в атмосферу с дыханием. Растения поглощают СО₂ в процессе фотосинтеза, а без освещения они его выделяют.

СО₂ не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье. Недостаток углекислого газа тоже опасен.

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса.

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Сжиженный углекислый газ широко применяется в огнетушителе, производства газированной воды и лимонада, в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Характеристика выбросов СО необходима для оценки уровня загрязнения атмосферы и принятия мероприятий, направленных на предупреждение попадания в воздух опасного количества угарного газа.