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

Особо охраняемые ландшафты Беларуси
Ландшафтоведение - физико-географическая наука, предметом исследования которой выступают сложные природные территориальные и антропогенные комплексы - ландшафты. Важнейшей научной предпосылкой формирования ландшафтоведения явилась идея вза ...

Описательный проект строительства экодома
Разработать описательный проект строительства экодома у автомобильной дороги с учётом экологических факторов, создаваемых автотранспортными средствами. Исходные данные: • Участок 10 соток (1000 м2) на расстоянии 100-150 м от автодор ...