Подходы и способы снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

NovaInfo 46, с.28-31
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 11
CC BY-NC

Аннотация

Проведен обзор направлений и способов повышения экологичности транспортных средств. Указаны основные тенденции разработки устройств нейтрализации отработавших газов.

Ключевые слова

КАТАЛИЗАТОРЫ ДВИГАТЕЛЯ, НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ГАЗОВ, ЭКОЛОГИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

Текст научной работы

В настоящее время одним из основных источников загрязнения воздуха являются бензиновые двигатели, в то же время снижение токсичности дизелей также является актуальной задачей, учитывая наметившуюся тенденцию дизелизации транспортных средств.

Загрязнение приземного слоя атмосферы городов, характерное при использовании огромного парка устаревших автомобилей, компетентные органы пытаются снизить законодательным ужесточением требований стандартов на нормы компонентного состава отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (ОГ ДВС).

Так достижение стандартов Euro-0, -1, -2 и -3 осуществлялось за счет изменения систем подачи топлива и совершенствования систем газораспределения. Снижение окислов азота и сажи, соответствующее стандартам Euro-4, введенным в 2006 году, достигается за счет рециркуляции отработавших газов. Выполнение требований Euro-5 для автотранспортного средства идёт как в направлении оптимизации управляемого процесса сгорания топливной смеси, так и путем совершенствования систем очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

Обзор известных литературных данных показал, что основными направлениями снижения экологического влияния автотранспортных средств признаны следующие [1]:

  1. совершенствование конструкций двигателей ТС;
  2. поиск новых видов топлива;
  3. разработка устройств, нейтрализующих ОГ ДВС.

Добиться полной экологической безвредности ОГ ДВС пока не удается даже с использованием электронных систем автомобиля, управляющих работой двигателя с обратной связью, позволяющей оценивать эффективность многошаговых систем нейтрализации токсичных веществ состава ОГ ДВС. Следует отметить, что загрязнение воздуха идет следующим образом (по усредненным показателям): выбрасываемые через выхлопную трубу (65 %), картерные газы (20 %); углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %).Что привело к увеличению числа исследований именно по способам очистки ОГ ДВС. Широкое распространение получила нейтрализация отработавших газов в выпускной системе транспортных средств (ТС).

Проведенный анализ технических решений показал, что наиболее многочисленна группа технических решений по каталитической нейтрализации отдельных компонентов ОГ ДВС (преимущественно СО или NO). При чем, в наибольшем количестве изобретений (33,34%) использованы в качестве катализаторов драгоценные металлы; при этом из всего многообразия структурного оформления заявленных нейтрализаторов наиболее часто встречаются нейтрализаторы с сотовым или ячеистым элементом (39,08%) или нанесение катализатора на пленку (20,69%) [1].

Основной традиционный способ очистки выхлопных газов основывается на использовании единого мультифункционального катализатора, который осуществляет наряду с окислением CO, углеводородов, сажевых аэрозольных частиц одновременное восстановление NOx до нейтральных молекул [3].

При этом используются многокомпонентные каталитические системы, содержащие благородные металлы (Pt, Rh, Ir, Pb, Ru и промоторы, нанесенные на блочные носители и фильтры сотовой структуры [5]. Упомянутые каталитические методы не являются универсальными, они содержат дорогостоящие активные компоненты, склонные к отравлению и уносу [6].

Для очистки дизельных выхлопных газов с избытком кислорода приобретает проблема нейтрализации наиболее токсичных компонентов - оксидов азота. Применяют сажевые регенерируемые фильтры-катализаторы с использованием благородных металлов и механические сажевые фильтры, регенерация которых осуществляется с помощью специальных блоков катализаторов или электрических нагревателей, расположенных перед фильтром.

Для подавления оксидов азота в теплоэнергетических выбросах широкое распространение получил метод селективного каталитического восстановления (СКВ) аммиаком как восстанавливающим агентом.

Способ низкотемпературного селективного некаталитического восстановления (СНВ), где в качестве восстановителя используют соединения типа карбамида или его производных, бикарбоната аммония и др., которые удобно вводить в реакционное пространство в виде водного раствора [4]. Также имеются способы с использованием волокнистых и гранулированных носителей, полочного реактора из многослойных металлических тарелок.

Также восстановитель-карбамид вводят на поверхность носителей и селективно расходуют в реакции нейтрализации до полного истощения. Этот метод имеет ряд существенных преимуществ перед СКВ: отпадает необходимость постоянно поддерживать требуемое соотношение реагентов, отсутствие дорогостоящего и нестабильного катализатора, отравляющегося примесями серы, возможность работы при избытке кислорода. Также вводятся специальные окислители (O3, KMnO4, ClO2 и др. ).

Двухстадийный способ очистки газов, включающий использование двух слоев катализаторов. На первой стадии на оксидном цинкхромовом катализаторном слое осуществляется окисление метана, вводимого в качестве восстановителя в кислородсодержащую газовую среду. На второй стадии очищаемые от оксидов азота газы в восстановительных условиях пропускают через второй слой оксидного алюмомедьникельлитиевого катализатора [3].

Из приведенного обзора следует, что универсального способа очистки отработавших газов от комплекса загрязнений в настоящее время не существует. В связи с этим разработка этих технологий диктует необходимость проведения новых научных исследований в этой области.

Читайте также

Список литературы

  1. Вольнов А.С., Третьяк Л.Н., Герасимов Е.М. Новые походы к очистке отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Вестник Оренбургского государственного университета. – 2014. – №10. – С. 36 - 43.
  2. М.А. Вострикова, В.В. Шкода, Я.М. Кашин. Обзор методов очистки газовых выбросов энергетических установок от оксида серы и азота. Международный научный журнал «Инновационная наука. №8/2015 с. 31-32.
  3. Способ очистки отработавших газов. Патент 2108140. РФ. B01D53/86, B01D53/75 Заявка: 96112394/25 . Опубликовано: 1998.04.10 . Заявители, авторы и патентообладатели: Логинов Александр Юрьевич, Иванов Аркадий Александрович, Устинов Олег Александрович.
  4. Устинов О.А. и др. Очистка отходящих газов ванн травления от оксидов азота на насыпанном фильтре из гранул силикагеля, пропитанных карбамидом. Хим. промышленность, 1991, т. 35, (11), с.673-675.
  5. T. J.Trex, R.A. Searles, D.C.Sun, Plaminum Metals, Rev., 1992, v.36, (1), p.2.
  6. New Technology and Advaces in Automotive Applications, Platinum Metals Rev., 1995, v.39, (3), r.112-116.

Цитировать

Крючков, Е.Н. Подходы и способы снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / Е.Н. Крючков. — Текст : электронный // NovaInfo, 2016. — № 46. — С. 28-31. — URL: https://novainfo.ru/article/6051 (дата обращения: 27.01.2022).

Поделиться