Что выделяется при горении газа: Горение газа | Интернет-магазин «Ангор»

alexxlab
14.01.2023
Комментарии: 0

Внимание угарный газ!

Отравление угарным газом – одна из наиболее частых причин смертельных случаев при использовании природного газа в быту.

Что нужно знать о процессе горения, чтобы не угореть?

Ядовитый для человека угарный газ образуется при неполном сгорании любого топлива.

Горение является химической реакцией, при которой происходит взаимодействие имеющихся в топливе углеводородов с кислородом, который содержится в воздухе. При полном горении топлива, будь то дрова, уголь, мазут или природный газ, в окружающую среду вместе с выделяемым теплом и дымом поступают практически безвредные углекислый газ (СО2) и водяные пары.

При полном сгорании природного газа пламя горелки визуально светло-голубое или голубовато-фиолетовое.

Если же вследствие недостаточного количества воздуха сгорание топлива происходит не полностью, то выделяются горючие вещества – водород, сажа, а также смертельный для человека угарный газ – он же окись углерода (СО).

При неполном горении можно заметить в пламени языки копоти.

Молчаливый убийца

Угарный газ часто называют «молчаливым убийцей». Он не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. При этом распространяется очень быстро, смешиваясь с воздухом без потери своих отравляющих свойств. Поступая в организм при дыхании, угарный газ проникает из легких в кровеносную систему, где соединяется с гемоглобином. В результате кровь утрачивает способность переносить и доставлять тканям кислород, и организм очень быстро начинает испытывать его недостаток.

Токсичность угарного газа весьма высока и определяется его концентрацией в воздухе. Содержание СО в воздухе 0,01-0,02% может вызвать легкое отравление. Нахождение человека в течение часа в помещении, где концентрация угарного газа достигает 0,1%, приводит к острому отравлению средней тяжести; тяжелое отравление наступает при концентрации угарного газа 0,3 % в течение получаса. Смерть наступает, когда человек вдыхает воздух с 0,4% угарного газа в течение 30 мин или при концентрации СО 0,5% на протяжении всего одной минуты.

Внимание! При интенсивном горении топлива в помещении с нарушенным воздухообменом (при герметично закрытых окнах и дверях, отсутствии тяги) смертельная концентрация угарного газа иногда достигается за считанные минуты!

Неотложная помощь при отравлении угарным газом

Симптомами отравления угарным газом в зависимости от степени поражения и общего состояния организма являются: головокружение, головная боль, тошнота, рвота, шум в ушах, одышка, кашель, слезящиеся глаза.

Неотложная помощь при первых признаках отравления заключается в немедленном прекращении дальнейшего проникновения ядовитой окиси углерода в организм потерпевшего. Его следует срочно вывести из загрязненного помещения, обеспечить доступ чистого воздуха. Вызвать “скорую помощь” по телефону 03. До приезда врача можно поднести к носу ватку, смоченную нашатырным спиртом, растереть грудь, на ноги наложить грелки, на грудь и спину горчичники, напоить пострадавшего горячим чаем или кофе. При тяжелых отравлениях и поражениях средней тяжести необходима срочная госпитализация.

Спасительный воздух

Гарантированно избежать отравления угарным газом в помещении, где используются газовые приборы, можно, обеспечив достаточный приток воздуха с улицы к газовой горелке и хорошую тягу в дымоходе. По этому принципу работают современные безопасные газовые котлы и водонагреватели с закрытой камерой сгорания: забор воздуха для горения в них осуществляется прямо с улицы по отдельному воздуховоду; продукты сгорания также выводятся по индивидуальному дымоходу и не соприкасаются с воздухом помещения.

Особую опасность с точки зрения рисков отравления угарным газом представляют проточные газовые водонагреватели (колонки) с камерой сгорания открытого типа без отвода продуктов сгорания, которые ранее массово устанавливались (в том числе в многоквартирных домах) и до сих пор используются в населенных пунктах, не имеющих централизованного горячего водоснабжения.

В целях обеспечения безопасности при использовании таких колонок для них предусмотрено принудительное нагнетание воздуха в помещение. Однако многие жители, проводя в своих квартирах ремонты, в нарушение правил эксплуатации со временем ликвидируют такие вентиляторы, также существенно ухудшают циркуляцию воздуха за счет установки герметичных пластиковых окон и дверей.

Самовольное изменение системы воздухообмена в помещениях нередко приводит к отравлениям угарным газом даже при исправно работающем газовом оборудовании!

О чем надо помнить, чтобы не отравиться угарным газом:

1. Чтобы избежать отравления угарным газом во время работы газового оборудования обязательно открывайте форточки, приоткрывайте окна для обеспечения притока воздуха в помещение.

2. Герметичное закрытие окон и дверей во время использования газовых приборов способствует выгоранию кислорода в помещении и приводит к неполному сгоранию топлива – выделению ядовитого угарного газа.

3. Газовый проточный водонагреватель используется для кратковременного подогрева воды. Его работа в постоянном режиме увеличивает риск отравления продуктами неполного сгорания топлива.

4. Не используйте для обогрева помещений газовую плиту или духовку – при недостаточной циркуляции воздуха это также может привести к выгоранию кислорода в помещении и, как следствие – к образованию угарного газа.

5. Проверяйте тягу перед использованием газовой колонки или отопительного котла.

Продукты горения (сгорания): состав, вещества, классификация

Продукты горения – это вещества (газообразные, жидкие или твердые вещества) и соединения, образующиеся в результате сложного физико-химического процесса горения веществ (материалов).

Под продуктами горения чаще всего понимают дым, токсичные продукты горения, сажу и другие.

Продукты горения сухой травы

Знание свойств и количества продуктов горения необходимо для расчета теплоты сгорания, температуры горения и других показателей, используемых для оценки пожаровзрывоопасности веществ (материалов), объектов с наличием этих веществ (материалов).

Состав

Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. В условиях пожара чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, бензин, керосин, резина и др.), в состав которых входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. При горении их в достаточном количестве воздуха и при высокой температуре образуются продукты полного сгорания: СО₂, Н₂О, N₂. При горении в недостаточном количестве воздуха или при низкой температуре кроме продуктов полного сгорания образуются продукты неполного сгорания: СО, С (сажа).

Продукты сгорания называют влажными, если при расчете их состава учитывают содержание паров воды, и сухими, если содержание паров воды не входит в расчетные формулы.

Реже во время пожара горят неорганические вещества, такие как сера, фосфор, натрий, калий, кальций, алюминий, титан, магний и др. Продуктами сгорания их в большинстве случаев являются твердые вещества, например Р₂О₅, Na₂O₂, CaO, MgO. Образуются они в дисперсном состоянии, поэтому поднимаются в воздух в виде плотного дыма. Продукты сгорания алюминия, титана и других металлов в процессе горения находятся в расплавленном состоянии.

При неполном сгорании органических веществ в условиях низких температур и недостатка воздуха образуются более разнообразные продукты – окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и другие сложные химические соединения. Они получаются при частичном окислении как самого горючего, так и продуктов его сухой перегонки (пиролиза). Эти продукты образуют едкий и ядовитый дым. Кроме того, продукты неполного горения сами способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Такие взрывы бывают при тушении пожаров в подвалах, сушилках и в закрытых помещениях с большим количеством горючего материала. Рассмотрим кратко свойства основных продуктов горения.

Углекислый газ

Углекислый газ или двуокись углерода (СО₂) – продукт полного горения углерода. Не имеет запаха и цвета. Плотность его по отношению к воздуху равна 1,52. Плотность углекислого газа при температуре Т = 0 °С и при нормальном давлении р = 760 миллиметров ртутного столба (мм Hg) равна 1,96 кг/м³ (плотность воздуха при этих же условиях равна ρ = 1,29 кг/м³). Углекислый газ хорошо растворим в воде (при Т = 15 °С в одном литре воды растворяется один литр газа). Углекислый газ не поддерживает горение веществ, за исключением щелочных и щелочно-земельных металлов. Горение магния, например, происходит в атмосфере углекислого газа по уравнению:

CO₂ +2 Mg = C + 2 MgO.

Токсичность углекислого газа незначительна. Концентрация углекислого газа в воздухе 1,5 % безвредна для человека длительное время. При концентрации углекислого газа в воздухе, превышающей 3-4,5 %, нахождение в помещении и вдыхание газа в течение получаса опасно для жизни. При температуре Т = 0 °С и давлении р = 3,6 МПа углекислый газ_{переходит в жидкое состояние. Температура кипения жидкой углекислоты составляет Т = –78 °С. При быстром испарении жидкой углекислоты газ охлаждается и переходит в твердое состояние. Как в жидком, так и твердом состоянии, капли и порошки углекислоты применяются для тушения пожаров.}

Оксид углерода

Оксид углерода или угарный газ (СО) – продукт неполного сгорания углерода. Этот газ не имеет запаха и цвета, поэтому особо опасен. Относительная плотность равна 0,97. Плотность угарного газа при Т = 0 °С и р = 760 мм Hg составляет 1,25 кг/м³. Этот газ легче воздуха и скапливается в верхней части помещения при пожарах. В воде оксид углерода почти не растворяется. Способен гореть и с воздухом образует взрывчатые смеси. Угарный газ при горении дает пламя синего цвета. Угарный газ является очень токсичным. Вдыхание воздуха с концентрацией угарного газа 0,4 % смертельно для человека. Стандартные противогазы от угарного газа не защищают, поэтому при пожарах применяются специальные фильтры или кислородные изолирующие приборы.

Вода

Всем известная вода – Н₂О – также выделяется во время горения виде газа – как пар. Вода является продуктом горения газа метана – СН₄. Вообще, вода и углекислота в основном выделяются при полном сгорании всех органических веществ.

Цианистый водород

Цианистый калий – сильнейший яд – соль синильной кислоты, также известной как цианистый водород – HCN. Это бесцветная жидкость, но очень летучая (легко переходящая в газообразное состояние). То есть при горении она тоже будет выделяться в атмосферу в виде газа. Синильная кислота очень ядовита, даже небольшая – 0,01 процент – концентрация в воздухе приводит к летальному исходу. Отличительной чертой кислоты является характерный запах горького миндаля. Но синильной кислоте присуща одна «изюминка» – отравиться ей можно, не только вдыхая непосредственно органами дыхания, но и через кожу. Так что защититься только средствами индивидуальной защиты органов дыхания и зрения не получится.

Акролеин

Пропеналь, акролеин, акрилальдегид – все это названия одного вещества, ненасыщенного альдегида акриловой кислоты: СН₂=СН-СНО. Этот альдегид тоже является сильно летучей жидкостью. Акролеин бесцветен, с резким запахом, очень ядовит. При попадании жидкости или ее паров на слизистые, особенно в глаза, вызывает сильное раздражение. Пропеналь является высокореакционным соединением, и это объясняет его высокую токсичность.

Формальдегид

Подобно акролеину, формальдегид принадлежит к классу альдегидов и является альдегидом муравьиной кислоты. Также это соединение известно как метаналь. Это токсичный, бесцветный газ с резким запахом.

Азотсодержащие вещества

Чаще всего во время горения веществ, содержащих азот, выделяется чистый азот – N₂. Этот газ и так содержится в атмосфере в большом количестве. Азот может быть примером продукта горения аминов. Но при термическом разложении, к примеру, солей аммония, а в некоторых случаях и при самом горении, в атмосферу выбрасываются и его оксиды, со степенью окисления азота в них плюс один, два, три, четыре, пять. Оксиды – газы, имеют бурый цвет и чрезвычайно токсичны.

Сернистый газ

Сернистый газ (SO₂) – продукт горения серы и сернистых соединений. Бесцветный газ с характерным резким запахом. Относительная плотность сернистого газа равна 2,25. Плотность этого газа при Т = 0 °С и р = 760 мм Hg составляет 2,9 кг/м³, то есть он намного тяжелее воздуха. Сернистый газ хорошо растворяется в воде, например, при температуре Т = 0 °С в одном литре воды растворяется восемьдесят литров SO₂, а при Т = 20 °С – сорок литров. Сернистый газ горение не поддерживает. Действует раздражающим образом на слизистые оболочки дыхательных путей, вследствие чего является очень токсичным.

Дым

При горении многих веществ, кроме рассмотренных выше продуктов сгорания выделяется дым – дисперсная система, состоящая из мельчайших твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в каком-либо газе. Диаметр частиц дыма составляет от 10⁻⁴ до 10⁻⁶ см (от 1 до 0,01 мкм). Отметим, что 1 мкм (микрон) равен 10⁻⁶ м или 10⁻⁴ см. Более крупные твердые частицы, образующиеся при горении, быстро оседают в виде копоти и сажи. При горении органических веществ дым содержит твердые частицы сажи, взвешенные в CO₂, CO, N₂, SO₂ и других газах. В зависимости от состава и условий горения вещества получаются различные по составу и по цвету дымы. При горении дерева, например, образуется серовато-черный дым, ткани – бурый дым, нефтепродуктов – черный дым, фосфора – белый дым, бумаги, соломы – беловато-желтый дым.

В составе дыма, образующегося на пожарах при горении органических веществ, кроме продуктов полного и неполного сгорания, содержатся продукты термоокислительного разложения горючих веществ. Образуются они при нагреве еще негорящих горючих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма, содержащего кислород. Обычно это происходит перед факелом пламени или в верхних частях помещений, где находятся нагретые продукты сгорания.

Состав продуктов термоокислительного разложения зависит от природы горючих веществ, температуры и условий контакта с окислителем. Так, исследования показывают, что при термоокислительном разложении горючих веществ, в молекулах которых содержатся гидроксильные группы, всегда образуется вода. Если в составе горючих веществ находятся углерод, водород и кислород, продуктами термоокислительного разложения чаще всего являются углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и органические кислоты. Если в составе горючих веществ, кроме перечисленных элементов, есть хлор или азот, то в дыме находятся также хлористый и цианистый водород, оксиды азота и другие соединения. Так, в дыме при горении капрона содержится цианистый водород, при горении линолеума «Релин» – сероводород, диоксид серы, при горении органического стекла – оксиды азота. Продукты неполного сгорания и термоокислительного разложения в большинстве случаев являются токсичными веществами, поэтому тушение пожаров в помещениях производят только в кислородных изолирующих противогазах.

Пепел, зола, копоть, сажа, уголь

Копоть, или сажа – остатки углерода, который не вступил в реакцию, по разным причинам. Сажу называют также амфотерным углеродом. Зола, или пепел – мелкие частицы неорганических солей, не сгоревших или не разложившихся при температуре горения. При выгорании топлива эти микросоединения переходят во взвешенное состояние или скапливаются внизу. А уголь – это продукт неполного сгорания дерева, то есть не сгоревшие его остатки, но при этом еще способные гореть. Конечно, это далеко не все соединения, которые выделятся при сгорании тех или иных веществ. Перечислить их всех нереально, да и не нужно, потому что другие вещества выделяются в ничтожно малых количествах, и только при окислении определенных соединений.

Классификация

Большинство продуктов горения являются отравляющими веществами. Поэтому, говоря об их классификации, будет правильным ознакомить вас со следующим термином:

Классификация опасности веществ по степени воздействия на организм – это установление (ранжирование) уровней опасности веществ по их поражающему и повреждающему воздействию на организм человека и (или) животного. Более подробно о данной классификации читайте в материале по ссылке >>

Также ознакомьтесь с познавательным материалом по теме:

Токсичность продуктов горения

Показатель токсичности продуктов горения

Формулы для расчета объема

Вид формулы для расчета объема продуктов полного сгорания при теоретически необходимом количестве воздуха зависит от состава горючего вещества.

Индивидуальное химическое соединение

В этом случае расчет ведут, исходя из уравнения реакции горения. Объем влажных продуктов сгорания единицы массы (кг) горючего вещества при нормальных условиях рассчитывают по формуле:

где:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания, м³/кг; – число киломолей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества в уравнении реакции горения; М – масса горючего вещества, численно равная молекулярной массе, кг.

Например, чтобы определить объем сухих продуктов сгорания 1 кг ацетона при нормальных условиях, составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

CH₃COCH₃ + 4O₂ + 4·3,76N₂ = 3CO₂ + 3H₂O + 4·3,76N₂

Определяем объем сухих продуктов сгорания ацетона:

Объем влажных продуктов сгорания 1 м³ горючего вещества (газа) можно рассчитать по формуле:

где:

V_{п. с.} – объем влажных продуктов сгорания 1 м³горючего газа, м³/м³; – число молей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества (газа).

Сложная смесь химических соединений

Если известен элементный состав сложного горючего вещества, то состав и количество продуктов сгорания 1 кг вещества можно определить по уравнению реакции горения отдельных элементов. Для этого составляют уравнения реакции горения углерода, водорода, серы и определяют объем продуктов сгорания, приходящийся на 1 кг горючего вещества. Уравнение реакции горения имеет вид:

С + О₂^{+ 3,76N₂ = СО₂ + 3,76N₂}

При сгорании 1 кг углерода получается 22,4 / 12 = 1,86 м³ СО₂ и 22,4 × 3,76/12 = 7,0 м³ N₂.

Аналогично определяют объем (в м³) продуктов сгорания 1 кг серы и водорода. Полученные данные приведены ниже:

При горении углерода, водорода и серы кислород поступает из воздуха. Однако в состав горючего вещества может входить кислород, который также принимает участие в горении. В этом случае воздуха на горение вещества расходуется соответственно меньше.

В составе горючего вещества могут находиться азот и влага, которые в процессе горения переходят в продукты сгорания. Для их учета необходимо знать объем 1 кг азота и паров воды при нормальных условиях.

Объем 1 кг азота равен 0,8 м³, а паров воды 1,24 м³. В воздухе при 0 °С и давлении 101325 Па на 1 кг кислорода приходится 3,76 × 22,4 / 32 = 2,63 м³ азота.

На основании приведенных данных определяют состав и объем продуктов сгорания 1 кг горючего вещества.

Например, чтобы определить объем и состав влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля, состоящего из 75,8 % С, 3,8 % Н, 2,8 % О, 1,1 % N, 2,5 % S, W = 3,8 %, A = 11,0 %.

Объем продуктов сгорания будет следующий, м³:

Из общего объема азота вычитают объем азота, приходящийся на кислород в составе каменного угля 0,028 × 2,63 = 0,0736 м³. Итог указывает состав продуктов сгорания каменного угля: объем влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля равен:

V_п.с. = 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 м³/кг.

Смесь газов

Количество и состав продуктов сгорания для смеси газов определяют по уравнению реакции горения компонентов, составляющих смесь. Например, горение метана протекает по следующему уравнению:

СН₄ + 2О₂ + 2 × 3,76N₂ = СО₂ + 2Н₂О + 7,52N₂

Согласно этому уравнению, при сгорании 1 м³ метана получается 1 м³ диоксида углерода, 2 м³ паров воды и 7,52 м³ азота. Аналогично определяют объем (в м³) продуктов сгорания 1 м³ различных газов:

На основании приведенных цифр определяют состав и количество продуктов сгорания смеси газов.

Анализ продуктов сгорания, взятых на пожарах в различных помещениях, показывает, что в них всегда содержится значительное количество кислорода. Если пожар возникает в помещении с закрытыми оконными и дверными проемами, то пожар при наличии горючего может продолжаться до тех пор, пока содержание кислорода в смеси воздуха с продуктами сгорания в помещении не снизится до 14-16 % (об.). Следовательно, на пожарах в закрытых помещениях содержание кислорода в продуктах сгорания может быть в пределах от 21 до 14 % (об.). Состав продуктов сгорания во время пожаров в помещениях с открытыми проемами (подвал, чердак) показывает, что содержание в них кислорода может быть ниже 14 % (об.):

По содержанию кислорода в продуктах сгорания на пожарах можно судить о коэффициенте избытка воздуха, при котором происходило горение.

Действие на организм человека

Степень токсичности веществ связана с их физической и химической природой. Взаимодействуя с организмом, продукты горения вызывают патологические синдромы.

Международная классификация болезней десятого пересмотра МКБ-10 определяет отравление продуктами горения кодом Т59 – «Токсическое действие других газов, дымов и паров».

По механизму действия на человека отравляющие компоненты в составе дыма делятся на пять групп.

1. Вещества, которые вызывают поражение кожного покрова и слизистой оболочки. Симптомы такого отравления продуктами горения – зуд, жжение кожи и её воспаление, боль в области глаз, век, слезотечение, кашель. Примеры – пары дёгтя, сернистый газ, формальдегид.
2. Продукты горения, которые вызывают острые ингаляционные отравления. Пострадавшие жалуются на одышку, кашель. При осмотре обращает на себя внимание частое дыхание, синюшность. При высокой концентрации токсичного газа может произойти остановка дыхания. Так, признаки отравления продуктами горения ПВХ могут проявиться через несколько часов. Ингаляционные отравления вызывает хлор, аммиак, оксид азота.
3. Продукты горения с образованием токсичных веществ, которых называют «ядами крови». Связывая гемоглобин, они нарушают доступ кислорода к тканям и запускают патологические реакции, охватывающие весь организм. Примеры – угарный газ, диоксид азота.
4. Продукты горения, для которых органом-мишенью является нервная система. Это бензол, сероводород.
5. Ферментные яды, которые воздействуют на тканевое дыхание, блокируя процессы активации кислорода. Это сероводород, синильная кислота.

Многие токсины, образующие в продуктах горения «универсальны», так как вызывают поражение сразу нескольких систем организма.

Первая помощь при отравлении

Симптомы интоксикации разными веществами могут отличаться, но принципы оказания первой помощи всегда одинаковые.

Большинство ядов поступает через дыхательные пути. Первое, что необходимо сделать при отравлении – прекратить поступление продуктов горения в организм. Для этого необходимо:

• соблюдая безопасность и если имеется такая возможность прекратить поступление токсичного вещества – газа, дыма;
• проветрить помещение или иной объем где находится пострадавший;
• снять загрязнённую одежду;
• при отсутствии противопоказаний перенести пострадавшего в безопасное место.

Острая интоксикация требуют оказания экстренной помощи. Действия при отравлении продуктами горения, следующие:

• вызвать «скорую помощь»;
• при задымлении предусмотреть способы защиты органов дыхания от продуктов горения;
• если есть симптомы раздражения – промыть глаза, полость рта, носа;
• при отсутствии сознания придать пострадавшему горизонтальное положение и обеспечить проходимость дыхательных путей;
• до приезда медицинских специалистов наблюдать за сознанием, дыханием, частотой сердечных сокращений, артериальным давлением;
• если есть признаки терминального состояния, то приступить к сердечно-лёгочной реанимации.

Некоторые ингаляционные отравления продуктами горения имеют период мнимого благополучия. Даже при отсутствии патологических симптомов, стоит внимательно следить за состоянием тех, кто может быть отравлен. При первых же признаках неблагополучия необходимо вызывать соответствующих специалистов.

Отравление продуктами горения у детей развивается быстрее, чем у взрослых. Это объясняется более высоким уровнем кислородного обмена. У малышей появляются жалобы на головную боль, сонливость, слезотечение, тошноту. При осмотре заметны изменения цвета кожи, учащение и затруднение дыхания, нарушения координации. Принципы оказания первой помощи для детей те же, что и для взрослых. При отсутствии специализированной медицинской помощи, пострадавшему ребенку угрожают необратимые изменения центральной нервной системы.

Источник: Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник. Баратов А.Н., Корольченко А.Я. –М., 1990.

Продукты сгорания | EGEE 102: Энергосбережение и защита окружающей среды

Часть топлива (углеводород) может не полностью сгореть при сгорании и поэтому выбрасывается в атмосферу вместе с продуктами. Продукты, образующиеся при сжигании ископаемого топлива, показаны на изображении ниже:

Продукты, образующиеся при сжигании ископаемого топлива.
Нажмите, чтобы развернуть, чтобы получить дополнительную информацию

Ископаемое топливо, состоящее в основном из углерода, водорода, азота, серы и кислорода, при сгорании образует следующие продукты:

Основными загрязнителями являются окись углерода (CO), двуокись углерода (CO2), сера (SO2), двуокись азота (NOx), окись азота (N2O), летучие органические соединения (ЛОС) и углеводороды (УВ).

Образуемые твердые частицы представляют собой твердые частицы размером менее 10 микрон (PM10), мелкие частицы размером менее 2 микрон (PM2,5) и аммиак (Nh4).

Теперь рассмотрим шесть продуктов сгорания:

1. Углекислый газ
2. Оксид углерода
3. Диоксид серы
4. Оксиды азота
5. Свинец
6. Твердые частицы

Двуокись углерода (CO

Двуокись углерода является одним из основных продуктов сгорания ископаемых видов топлива, поскольку углерод составляет 60–90 процентов массы топлива, которое мы сжигаем.

Китай стал крупнейшим источником выбросов CO ₂ , связанных с энергетикой, превзойдя США по выбросам углекислого газа еще в 2010 году. Сейчас Китай выбрасывает более 10 миллионов метрических тонн, в то время как США колеблется около 5 миллионов метрических тонн . На приведенной ниже диаграмме показана динамика выбросов углекислого газа с 1980. Можно видеть, что в Азии и Океании, и особенно в Китае и Индии, выбросы значительно увеличились за последние два десятилетия.

Выбросы CO2 с течением времени. Источник: OurWorldinData.org.
Нажмите, чтобы развернуть, чтобы получить дополнительную информацию

Щелкните каждую из вкладок, чтобы увидеть, как выбросы CO2 изменились с течением времени и по всему миру:

В 2019 году 29 % выбросов CO2 приходилось на транспорт, 25 % — на электроэнергию. производство, 23 % приходится на промышленные процессы, оставшаяся четверть приходится на коммерческие, бытовые и сельскохозяйственные приложения.

Окись углерода (СО)

Если топливо на основе углерода и его продукты не полностью окисляются (т.е. не полностью сгорают), образуется окись углерода. Угарный газ, или CO, представляет собой бесцветный газ без запаха. На приведенном ниже рисунке показан вклад различных источников в выбросы CO:

Угарный газ является компонентом выхлопных газов автомобилей, на долю которого приходится около 55 процентов всех выбросов CO в стране. Другие внедорожные двигатели и транспортные средства (например, строительная техника и лодки) составляют около 22 процентов всех выбросов CO в стране. Более высокие уровни CO обычно возникают в районах с интенсивным движением транспорта. В городах от 85 до 95 процентов всех выбросов CO могут быть связаны с выхлопными газами автомобилей.

Другие источники выбросов CO включают промышленные процессы (такие как обработка металлов и химическое производство), сжигание древесины в жилых помещениях, а также естественные источники, такие как лесные пожары. Дровяные печи, газовые плиты, сигаретный дым и невентилируемые газовые и керосиновые обогреватели являются источниками CO в помещении.

Самые высокие уровни содержания CO в наружном воздухе обычно наблюдаются в более холодные месяцы года, когда более часты условия инверсии. Инверсия — это атмосферное состояние, которое возникает, когда загрязнители воздуха задерживаются у земли под слоем теплого воздуха.

Двуокись серы (SO

Двуокись серы, или SO ₂ , принадлежит к семейству оксидов серы (SO _x ). Эти газы легко растворяются в воде. Сера присутствует во всех сырьевых материалах, включая сырую нефть, уголь и руды, содержащие обычные металлы, такие как алюминий, медь, цинк, свинец и железо.

SO _x Газы образуются при сжигании топлива, содержащего серу, такого как уголь и нефть, а также при извлечении бензина из нефти или извлечении металлов из руды. ТАК ₂ растворяется в водяном паре с образованием кислоты и взаимодействует с другими газами и частицами в воздухе с образованием сульфатов и других продуктов, которые могут быть вредными для людей и окружающей среды.

Оксиды азота (NO

Оксиды азота, или NO _x , это общий термин для группы высокореактивных газов, каждый из которых содержит азот и кислород в различных количествах. Многие оксиды азота бесцветны и не имеют запаха.

Оксиды азота образуются при сжигании топлива при высоких температурах, например, в процессе горения. Основные источники NO _x — автомобили, электроэнергия и другие промышленные, коммерческие и бытовые источники, которые сжигают топливо, как показано на рисунке ниже.

Хотя многие из оксидов азота бесцветны и не имеют запаха, один распространенный загрязнитель, диоксид азота (NO ₂ ) вместе с частицами в воздухе часто можно увидеть в виде красновато-коричневого слоя над многими городскими районами.

Смог над Лос-Анджелесом.0003

Свинец (Pb)

Основными источниками выбросов свинца исторически были автомобили (например, легковые и грузовые автомобили) и промышленные источники.

Из-за поэтапного отказа от этилированного бензина обработка металлов сегодня является основным источником выбросов свинца в атмосферу. Самые высокие уровни свинца в воздухе обычно обнаруживаются вблизи свинцовых плавильных заводов (устройств, перерабатывающих свинцовые руды). Другими стационарными источниками являются мусоросжигательные заводы, коммунальные предприятия и производители свинцово-кислотных аккумуляторов.

Свинец – это металл, встречающийся в природе в окружающей среде, а также в промышленных продуктах.

Свинец используется в производстве многих предметов, включая стекло, резину, краску, батареи, инсектициды, сантехнику и защитные экраны для рентгеновских лучей.

Твердые частицы (ТЧ)

Твердые частицы (ТЧ) — это общий термин, используемый для описания смеси твердых частиц и жидких капель, находящихся в воздухе. Некоторые частицы достаточно велики, чтобы их можно было рассматривать как пыль или грязь. Другие настолько малы, что их можно обнаружить только с помощью электронного микроскопа.

Различные размеры частиц включают:

• PM 2.5 описывает «мелкие» частицы, диаметр которых меньше или равен 2,5 мкм (микрометр).
• Частицы «крупной фракции» имеют диаметр более 2,5 мкм, но менее или равный 10 мкм.
• PM 10 относится ко всем частицам диаметром менее или равным 10 мкм (примерно одна седьмая диаметра человеческого волоса). ТЧ могут выбрасываться напрямую или образовываться в атмосфере.

Различные источники частиц включают:

• ” Первичные ” частицы образуются из источников горения и выбрасываются непосредственно в атмосферу. Примерами первичных частиц являются пыль с дорог или черный углерод (сажа).
• “ Вторичные ” частицы образуются в атмосфере из первичных газообразных выбросов. Примерами вторичных частиц являются сульфаты, образующиеся в результате выбросов SO ₂ электростанций и промышленных предприятий; нитраты, образующиеся в результате выбросов NO _x электростанций, автомобилей и других источников горения; и углерод, образующийся в результате выбросов органических газов автомобилями и промышленными предприятиями.

Химический состав ТЧ зависит от местоположения, времени года и погоды. Как правило, первичные частицы составляют крупные ТЧ, а вторичные частицы составляют большую часть мелкодисперсных ТЧ.

Каким образом один галлон производит 19 фунтов углекислого газа?

Загрузите аудиоверсию этой истории в формате MP3 здесь или подпишитесь на бесплатный ежедневный подкаст Объяснителя на iTunes .

На прошлой неделе, Slate опубликовал первую часть «Зеленого вызова», программы, которая помогает участникам уменьшить количество углекислого газа, который они выбрасывают в атмосферу. Мы начали с того, что попросили людей подумать о влиянии их автомобилей на окружающую среду: «Каждый галлон бензина, сожженного вашим автомобилем, выбрасывает около 19 фунтов углекислого газа». Читатели объяснения задавались вопросом об этой статистике: если галлон бензина весит около 6 фунтов, как он может производить в три раза больше парниковых газов?

Углерод из бензина смешивается с кислородом воздуха. Бензин состоит в основном из углеводородов — углеродных цепочек, окруженных атомами водорода. Когда углеводороды горят, они распадаются и воссоединяются с воздухом. Эта реакция производит тепло, а также два химических побочных продукта: воду и углекислый газ.

Например, рассмотрим одну молекулу октана — типичного углеводорода, который содержится в бензине. Октан состоит из восьми атомов углерода и 18 атомов водорода, записывается как C ₈ Н ₁₈ . Если вы расщепите октан и смешаете его с достаточным количеством кислорода (O ₂ ), у вас будут ингредиенты — то есть атомы углерода, водорода и кислорода — для получения восьми молекул двуокиси углерода (CO ₂ ). ) и девять молекул воды (H ₂ O). Восемь молекул CO ₂ весят примерно в три раза больше, чем одна молекула октана, с которой вы начали. Это не значит, что вы нарушили закон сохранения массы; вместо этого вы добавили вес кислорода из воздуха к весу углерода из бензина. (Для более подробного обсуждения этой реакции щелкните здесь.)

Эта реакция дает лишь общее представление о том, что происходит, когда вы сжигаете галлон газа. Во-первых, сгорание в автомобильном двигателе происходит не идеально, а это значит, что не каждый углеводород превращается в углекислый газ и водяной пар. Иногда кислорода недостаточно для завершения реакции, и в этом случае углеводороды могут превратиться в ядовитый монооксид углерода (СО). При сжигании бензина также может выделяться закись азота и другие газы.

Во-вторых, бензин состоит из октана наряду со многими другими видами углеводородов. Вы также найдете добавки, такие как поверхностно-активные вещества, депрессанты точки замерзания, ингибиторы коррозии и красители. Эти неуглеводородные добавки могут составлять полпроцента от общего состава бензина. Существуют также различия между зимними и летними смесями, низкооктановыми и высокооктановыми, этилированными и неэтилированными.

Таким образом, любая оценка количества углекислого газа, выделяемого из галлона газа, должна основываться на некоторых предположениях.