Методы обезвреживания отработавших газов

начали разрабатывать в СССР и за рубежом еще в 30-х годах, но практическое применение нейтрализаторы получили лишь 30 лет спустя.

Нейтрализатор - это небольшой прибор, предназначенный для снижения токсичности отработавших газов путем дожигания продуктов неполного сгорания (СО, СН, С) и разложения окислов азота на составные элементы - азот и кислород.

Первоначально полагали, что такие приборы будут просты в изготовлении, эксплуатации и дешевы. В Калифорнии (США) в 1959 г. был принят штатный закон, устанавливающий сроки оборудования всех действующих автомобилей этими приборами. Подобные предложения позднее были разработаны и в ряде других штатов США, а также в некоторых странах Европы. Однако реализация этих предложений оказалась не простой и существенно повысила стоимость автомобилей и расходы по эксплуатации.

Различают два типа нейтрализаторов: термические и каталитические

В термореакторе (рис. 5), устанавливаемом за выпускным трубопроводом, осуществляется процесс пламенного дожигания окиси углерода СО и превращения ее в углекислый газ СОг, а также сжигание несгоревших в цилиндре углеводородов и альдегидов. Для интенсификации процесса дожигания в камеру термореактора подается дополнительный воздух. Реакция окисления проходит при температуре 500- 600°С и снижает наличие углеводородов примерно в 2 раза, а окиси углерода - в 2-3 раза.

На новых автомобилях термореакторы стали делать встроенными в выпускную систему двигателя с соответствующими изменениями в этой части конструкции двигателя.

Каталитические нейтрализаторы, помимо окисления СО и СН, могут осуществлять еще и разложение окислов азота NО.

В Советском Союзе в основном разрабатывается семейство каталитических нейтрализаторов. В Центральной научно-исследовательской лаборатории токсичности двигателей (ЦНИИЛТД) Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР - одном из ведущих исследовательских учреждений страны в этой области спроектированы и испытаны нейтрализаторы марок Н-13 для автомобилей «Волга», ГАЗ-24 и Н-32 для автобусов ЛИАЗ-677. Расширенные испытания, проведенные на базе одного из московских таксопарков, показали, что разработанная система снижает уровень СО в отработавших газах на 80%, СН - на 70%, а N0 - на 50%. В целом токсичность выхлопа уменьшается в 10 раз. Сконструированы подобные системы для грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ, а также для автопогрузчиков. Нейтрализаторы, разработанные в ЦНИИЛТД, позволяют достичь уровня токсичности отработавших газов, удовлетворяющего самым строгим требованиям. Процесс окисления СО и СН по существу беспламенный и протекает при прохождении отработавших газов через слой носителя (например, керамических гранул) катализатора.

Лучшим катализатором оказалась платина, но этот дорогой и дефицитный материал не может широко применяться. Предприняты поиски других, более дешевых и доступных катализаторов. Исследования показали, что в известной степени платину могут заменить палладий, радий, рутений, а также окись меди, окись хрома, окись никеля, двуокись марганца и др.

В нейтрализаторах советского производства используется окись алюминия.

Как и в термореакторе, процесс окисления СО и СН требует подачи дополнительного воздуха, а процесс восстановления окиси азота N0* не требует подачи воздуха. Современные каталитические нейтрализаторы выполняются в виде двухкамерного реактора (рис. 6). В одной из них осуществляется окисление СО и СН, а во второй - восстановление NОх)

Эти нейтрализаторы применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями. Одна из трудностей состоит в том, что в отработавших газах дизелей содержится 10% и более кислорода, в присутствии которого реакция восстановления окиси азота не происходит, а для окисления СО этого кислорода недостаточно. Поэтому обычные каталитические реакторы без дополнительных устройств обеспечивают у дизелей нейтрализацию несгоревших углеводородов и альдегидов, а также небольшую долю окиси углерода.

По мере эксплуатации созданных приборов обнаружились и другие неблагоприятные факторы. Так, при наличии бензинового двигателя с высокой степенью сжатия и поэтому работающего на этилированном бензине, поверхность катализатора быстро обволакивается свинцом. У дизелей на катализаторе осаждается сажа и сера, что существенно ослабляет действие катализатора и после определенного пробега он практически выходит из строя. Эффективность действия каталитического нейтрализатора существенно зависит от температуры в реакторе. Низкотемпературные реакторы работают при 100-300°С, а высокотемпературные - при 300-600°С и более. На первых моделях из-за высокой температуры корпус реактора достаточно быстро прогорал и требовал замены. Позднее этот дефект был устранен, для чего потребовалось усложнение и удорожание реактора.

Еще статьи по теме

Растительный мир как часть биосферы
Невозможно представить себе окружающий мир без растений. Зеленые растения создают на Земле условия для существования всех живых организмов. Они выделяют кислород, который необходим для дыхания, служат основным источником пищи для всех ...

Экологический мониторинг леса
Леса Беларуси, занимая 38,5 процента ее территории, являются наиболее крупной и функционально значимой частью природного ландшафта, необходимым фактором экологического равновесия и устойчивого развития страны. Управление лесами и лесным х ...