Еволюція каталітичних нейтрализаторов
Еволюція каталітичних нейтрализаторов
Наприкінці 1960-х років, коли мегаполіси Америки і Банк Японії стали буквально задихатися від смогу, ініціативу взяли він урядові комісії. Саме законодавчі акти щодо обов'язкової зниженні рівня токсичних вихлопів нових автомобілів змусили промисловців вдосконалити двигуни, і розробляти системи нейтрализации.
У 1970 року у Сполучені Штати було ухвалено Закон, відповідно до яким рівень токсичних вихлопів автомобілів 1975 модельного року мав був бути, у середньому наполовину менше, ніж в машин 1960 року: СП — на 87%, ЗІ — на 82% і NOх — на 24%.
Аналогічні вимоги були узаконені Японії та в Европе.
Первым справою інженери кинулися удосконалювати системи харчування і запалювання. Однак було очевидно, що домогтися таке істотне поліпшення ситуації з токсичністю не залучаючи додаткових пристроїв просто невозможно.
У 1975 року на американських машинах
з'явилися перші каталітичні
На американських автомобілях 1975 року з'явилися транзисторні системи запалювання із високим енергією іскри і свічі з мідним сердечником центрального електрода — це звело до мінімуму пропуски запалювання і наступні спалахи незгорілого палива на нейтрализаторе, що загрожують оплавленням керамики.
1977-го щодо нього додали " противоазотную " секцію, та ще кілька років об'єднали всі у єдиному корпусі, давши неправильне назва " триступінчастий " нейтралізатор. Насправді не про щаблях, йдеться про трьох подавляемых класах шкідливих веществ.
До 1990 року нейтралізатор переїхав впритул до випускного коллектору, щоб швидше нагріватися до робочих температур (300єС) – цим зменшити шкідливі викиди на стадії прогрева.
1995-го року фірма ”Эмитек” розробила технологію підігріву каталізатора потужним електричним опором. Заснована у цьому принципі модель каталізатора ”6С” (чи ”Эмикэт”) було встановлено на ”БМВ- Альпина В12”.
І, нарешті, 2000 року з'явилася цеолитовая пастка вуглеводнів (СП), затримуюча їх під час пуску мотора і лише після нагріву до 220°С відгонить на " з'їдання " готовому на роботу катализатору.
Методи знезаражування відпрацьованих газів
Нейтралізатор – це невеликий прилад, призначений для спалювання токсичних відпрацьованих газів шляхом допалювання продуктів неповного згорання (СО, СН, SО) і розкладання окислів азоту на складові елементи – азот і кисень. Відомі рідинні, каталітичні, термічні та комбіновані нейтралізатори.
Принцип дії рідинних нейтралізаторів ґрунтується на розчиненні або хімічній взаємодії токсичних компонентів відпрацьованих газів при пропусканні їх через рідину певного складу: воду, водний розчин сульфіту натрію, водний розчин двовуглекислої соди.
На рис. 8.1 наведена схема рідинного нейтралізатора, яка застосо-вується з двотактним дизельним двигуном. Відпрацьовані гази надходять в нейтралізатор трубою 1 і через колектор 2 потрапляють в бак 3, де всту-пають в реакцію з робочою рідиною. Очищені гази проходять через фільтр 4, сепаратор 5 і викидаються я атмосферу. При випаровуванні рідину доливають в робочий бак з додаткового бака 6.
Рисунок 8.1 – Схема рідинного
нейтралізатора:
1 – впускна труба; 2 – колектор; 3 – робочий
бак з рідиною; 4 – фільтр; 5 – сепаратор;
6 – додатковий бак
Пропускання відпрацьованих газів через воду приводить до зменшення запаху, альдегіди поглинаються з ефективністю до 5%, а ефективність очищення від сажі досягає 60…80%. При цьому трохи зменшується вміст бенз(а)пирену у відпрацьованих газах. Температура газів після рідинного очищення складає 40...80°С, приблизно до цієї жтемпе-ратури нагрівається і робоча рідина. При зниженні температури процес очищення протікає інтенсивніше.
Рідинні нейтралізатори не
вимагають часу для виходу на робочий
режим після пуску холодного двигуна.
Недоліки рідинних нейтралізаторів:
- велика маса і габарити;
- необхідність частої заміни робочого
розчину;
- неефективність відносно до СО;
- мала ефективність (50%) відносно до NO2;
- інтенсивне випаровування рідини.
Проте використання рідинних нейтралізаторів в комбінованих системах очищення може бути раціональним, особливо для установок, відпрацьовані гази яких повинні мати низьку температуру при надход-женні в атмосферу.
При розрахунку рідинного нейтралізатора
визначають його основні
розміри і необхідну кількість розчину
для роботи на протязі певного
часу. Нейтралізатор, який застосовується
для дизельних автосамоскидів МАЗ, – це
металева стальна конструкція прямокутної
форми висотою 530 мм, шириною 608 мм з вмістом
у робочому бакові 55 л розчину.
Середні значення концентрацій
шкідливих компонентів
Таблиця 8.1 –
Ефективність очищення газів рідинними
нейтралізаторами
|
Концентрація , частки, % |
Ступінь очищення, % | |
До іонізації |
Після іонізації | ||
CO |
0,06 |
0,06 |
0 |
NO2 |
0,002 |
0,001 |
50 |
Альдегіди |
0,0144 |
0,003 |
98 |
SO2 |
0,008 |
0 |
100 |
Каталітична нейтралізація відпрацьованих газів ДВЗ на поверхні твердого каталізатора відбувається за рахунок хімічних перетворень (реакції окислення чи відновлення), внаслідок яких утворюються нешкідливі або мало шкідливі для навколишнього середовища і здоров’я людини з’єднання.
Каталізатори на основі благородних металів (платина, паладій, рутеній, радій тощо) найбільш широко використовують для очищення відпрацьованих газів ДВЗ. Ці каталізатори характеризуються хорошою селективністю в реакціях нейтралізації токсичних компонентів, низькими температурами початку ефективної роботи, достатньою температуростійкістю, довговічністю і здатністю стійко працювати при високих швидкостях газового потоку. Основний недолік каталізаторів цього типу – їх висока вартість.
Для нейтралізації відпрацьованих газів NOx, CO і CnHm застосовують двоступеневий каталітичний нейтралізатор (рис. 8.2).
Відпрацьовані гази надходять
до відновлюваного каталізатора 3, на якому
нейтралізація окислів азоту відбувається
за реакцією (для ДВЗ з іскровим запалюванням
NOx на 99% складається з NO).
;
;
Для забезпеченнявідновлювального
середовища передпершимступенем
Після відновлювального каталізатора
до відпрацьованих газів для створення
окислювального середовища підводиться
через патрубок 4 вторинне повітря. На
окислювальному каталізаторі відбувається
нейтра-лізація продуктів неповного згоранняСО
іCnHm. Основними процесами є окислення
окису вуглецюівуглеводнів:
;
;
Рисунок 8.2 – Схема двокамерного
каталітичного нейтралізатора:
1 – впускний патрубок; 2 – корпус; 3 – каталізатор
нейтралізації окислів азоту; 4 – патрубок
для додаткового повітря; 5 – каталізатор
окислення CO і CnHm; 6 – випускний патрубок
Результати випробувань
Таблиця 8.2 –
Ефективність роботи каталітичного двокамерного
нейтралі-затора
|
Концентрація токсичних речовин | ||
NOx, мг/м3 |
CnHm, % |
СO, мг/м3 | |
Без нейтралізатора |
1759 |
100 |
9100 |
З нейтралізатором |
283 |
46 |
3500 |
Ефективність, % |
83,9 |
54 |
61,5 |
Каталітичнінейтралізатори
конструктивно складаються з
вхідного і вихідногопристроїв,корпусаі
поміщеногов ньому реактора. Розробленікаталітичнінейтраліз
Каталітичні нейтралізаторизнижують
у відпрацьованих газах (ВГ) вміст СО
на 70...90%,CnHm – на 50...85%. Основніпараметрикаталітичнихне
Рисунок 8.3 – Каталітичний нейтралізатор
для бензинового ДВЗ:
1 – вхідний патрубок; 2 – реактор; 3 – корпус;
4 – вихідний патрубок
Схема встановлення каталітичного нейтралізатора в системі ДВЗ наведена на рис. 8.4. Відпрацьовані гази від двигуна 1 надходять випускною трубою 2 до каталітичного нейтралізатора 3, після чого викидаються в атмосферу. Для підтримання необхідної температури газів у нейтралізаторі використовується електронний блок 4, який регулює клапаном 5 подачу повітря через ресивер6 ізворотнийклапан7 з атмосфери в нейтралізатор.
Рисунок 8.4 – Схема встановлення
каталітичного нейтралізатора:
1 – двигун; 2 – випускна труба; 3 – каталітичний
нейтралізатор; 4 – елек-тронний блок;
5 – регулювальний клапан; 6 – ресивер;7
– зворотний клапан
Термічні нейтралізатори, встановлені за випускним трубопроводом, здійснюють полум’яне допалювання окису вуглецю СО і перетворення його у вуглекислий газ СО2 а також спалювання неспалених в циліндрі вуглеводнів і альдегідів. Для інтенсифікації допалювання в камеру термореактора подається додаткове повітря. Реакція окислення проходить при температурі 500...600°С і зменшує наявність вуглеводнів приблизно в 2 рази, а окису вуглецю – в 2...З рази.
Рисунок 8.5 – Схема термічного
реактора:
1 – жарова труба; 2 – повітряний прошарок;
3 – шар азбесту; 4 – трубопровід для повітря.
На нових автомобілях термореактори розміщують у випускній системі двигуна з відповідними змінами в цій частині конструкції двигуна для нейтралізації картерних газів.
Схема термічного реактора наведена на рис. 8.5. Це – жарова труба 1, в якій забезпечується збільшення часу перебування відпрацьованих газів шляхом неодноразової зміни їх руху. Ця труба повітряним прошарком 2 і шаром кераміки чи азбесту 3 ізольована від корпуса. Перед тим, як відпрацьовані гази попадають в термічний реактор, до них в певному співвідношенні підмішується повітря через трубопровід 4.
Внаслідок хорошої теплоізоляції а також виділення тепла на деяких режимах при окисленні СО і CnHm в жаровій трубі підтримується темпе-ратура, яка забезпечує ефективне окислення продуктів неповного згорання.
Одна а різновидностей термічних реакторів – полум’яні допалювачі, в яких підтримується горіння шляхом подачі палива і повітря. При попа-данні відпрацьованих газів в такі допалювачі відбувається допалювання продуктів неповного згорання у факелі полум’я.
На бензинових двигунах – перспективні термічні реактори, які пра- цюють на сильно збіднених паливно-повітряних сумішах. В цьому випадку виключається необхідність подачі додаткового повітря. Ефективним при цьому є використання також комбінованих нейтралізаторів термічного і каталітичного, при яких забезпечується зниження всіх основних шкідливих речовин бензинових двигунів.
Для вловлювання сажі у відпрацьованих газах дизельних двигунів застосовується декілька конструкцій пристроїв, які використовують як принцип електростатичного очищення, так і метод фільтрації.
Одним з кращих конструктивних рішень вважається установка фільтрів регенеративного типу. Фільтр (рис. 8.6, а) – це сотова конструкція а вічками прямокутного перерізу. Матеріал фільтра – пористий кордієрит – має достатню міцність, стійкість до агресивних хімічних речовин, опір до оплавлення і утворення тріщин при теплових впливах, а також термічну стабільність.
Рисунок 8.6 – Схеми фільтрів-
Фільтр (рис. 8.6, б), виконаний у вигляді
декількох послідовнорозташованих пористих
перегородок, має високу ефективність
очищення.
Накопичені у фільтрі частинки необхідно видаляти переважно термічним окисленням. Для цього відхідні гази нагрівають до 460°С ібільше, що приводить до запалення накопиченої сажі.
Дані, одержані при проведенні експерименту з дизелем робочим об’ємом 2,3 л, для визначення концентрації основних домішок у відпрацьованих газах дизеля наведені в табл. 8.3.
Таблиця 8.3 – Ефективність
очищення газів керамічним фільтром
|
Випуск відпрацьованих газів |
Концентрація, г/м3 | |||
вуглеводні, CnHm |
CO |
NO2 |
тверді частинки | |
Без фільтра |
0,312 |
0,937 |
0,784 |
0,169 |
З чистим керамічним фільтром |
0,237 |
0,931 |
0,700 |
0,031 |
Ефективність, % |
24 |
6,4 |
10,7 |
81,6 |
Сажовловлювачі дизельних ДВЗ повинні забезпечувати ресурс 10000 км і більше при незначному збільшенні гідравлічного опору, що забезпечується періодичною (приблизно через 100 км пробігу) регенерацією фільтроелементу. Конструктивно фільтроелементи виконують у вигляді багатоканальних моноблоків, об’ємно-дротяних елементів чи у вигляді намотаних на перфоровану трубу склокерамічних ниток, які допускають регенерацію при 600°С.
Рисунок 8.7 – Схема вловлювання
парів палива бензинового ДВЗ:
1 – паливний бак; 2 – кришка паливно-заправної
горловини; 3 – компенсувальна ємність;
4 – карбюратор; 5 – поворотний клапан;
6 – адсорбер
Для попередження викидів
парів бензину з паливної системи,
основна частина яких поступає в атмосферу,
коли двигун не працює, на автомобілях
установлюють систему знезаражування
випаровувань палива з карбюратора і паливного
бака, яка складається з трьох основних
вузлів (рис. 8.7):
- герметичного паливного бака 1 зі спеціальною
ємністю 3 для компенсації теплового розширення
палива;
- кришки 2 паливно-заправної горловини
бака з двостороннім запобіжним клапаном
для запобігання надмірного тиску чи розрідження
в баку;
- адсорбера 6 для поглинання парів палива
при виключеному двигуні з системою повертання
5 парів у впускний тракт двигуна під час
його роботи. В якості адсорбера використовують
активоване вугілля.
Хімічні методи очищення відведених газів
Запровадження
Тема реферату «Хімічні методи очищення відведених газів» з дисципліни «Технологія очищення утилізації газових викидів».
У зв'язку з підвищенням вимог до екологічну чистоту виробництв дедалі більше уваги приділяють розвитку хімічних методів очищення відведених газових потоків. Ці методи власними силами чи поєднанні з заснованими інших принципу технології забезпечують ефективну очищеннявибрасиваеми) у повітря газоподібних продуктів, надійність усього виробництва, зниження енерговитрат і собівартості.
Усунення небажаних компонентів в газах з допомогою хімічних методів означає, що у основі процесу хімічна реакція та переважає проти процесами адсорбції, абсорбції, конденсації чи спалювання. Найчастіше, проте, технологія поєднує у собі кілька операцій та дуже складно класифікувати метод очищення відповідно до переліченими вище фізико-хімічними методами. Наприклад, метод очищення газу відSO2 з допомогою винищити чи вапняного молока не наводиться тут як хімічного, оскільки визначальною операцією є абсорбція на стадіїскруббирования. На цьому прикладу видно, що означає визначення, дане «хімічному» методу очищення, неоднозначно і для зручності викладу і необхідності класифікації.
1. >Окислительние методи
1.1 Особливість застосування хімічних методів очищення відведених газів
Усунення небажаних компонентів в газах з допомогою хімічних методів означає, що у основі процесу хімічна реакція та переважає проти процесами адсорбції, абсорбції, конденсації чи спалювання. Найчастіше, проте, технологія поєднує у собі кілька операцій та дуже складно класифікувати метод очищення відповідно до переліченими вище фізико-хімічними методами. Наприклад, метод очищення газу відSO2 з допомогою вапна чи вапняного молока не наводиться тут як хімічного, оскільки визначальною операцією є абсорбція на стадіїскруббирования. На цьому прикладу видно, що означає визначення, дане «хімічному» методу очищення, неоднозначно і для зручності викладу і необхідності класифікації.
У результаті розмаїття топок, котельних та інших аналогічних пристроїв сфера докладання описуваних методів контролю чистоти викидів дуже широка. Фахівець у сфері має вибрати найоптимальніший варіант чи знайти спосіб поліпшення вже функціонуючих конструкцій. Загальний інтерес представляє придатність окремих методів до конкретних типам забруднюючих викидів, їх універсальність, економічність, перспектива вдосконалення, збільшення продуктивності і можливі недоліки.
>Каталитические
методи очищення газів
Важко провести межу
міжадсорбционними
1.2Адсорбционно-
>Адсорбционно-каталитические методи застосовують очищення промислових викидів від діоксиду сірки, сірководню ісеро-органических сполук. Каталізатором окислення діоксиду сірки втриоксид і сірководню в сірку служать модифікований добавками активоване вугілля й інші вуглецеві сорбенти. У присутності водяної пари лежить на поверхні на результаті окисленняSO2 утворюється сірчана кислота, концентрація якої уадсорбенте становить, залежно кількості водяної пари при регенерації вугілля від 15 до70%.
Схема каталітичного окислення H2P.S в підвішеному шарі високоміцного активного вугілля приведено на рис. 8.Окисление H2P.S іде за рахунок реакції
H2P.S + 1/2 Про2 = М2Про + P.S
>Активаторами
цієї каталітичної реакції
Становить великий інтерес очищення димових газів ТЕЦ чи інших відведених газів, містятьSO2 (концентрацією 1-2%SO2), в підвішеному шарі високоміцного активного вугілля із отриманням як товарного продукту сірчаної кислоти і сірки.
Іншим прикладомадсорбционно-
|
|
>Рис. 1. Схема каталітичної очищення газу від сірководню в підвішеному шарі активного вугілля: 1 –циклон-пилеуловитель; 2 – реактор зі зваженим шаром; 3 – бункер зпитателем;4 –сушильнаякамера;5 – елеватор; 6 – реактор промивання каталізатора (свердло); 7 – реактор екстракції сірки (>шнек-растворитель); I – газ на очищення; II – повітря з добавкоюNH3; III – розчин (>NH4)2P.Sn на регенерацію; IV – розчин (>NH4)2P.S; V – регенерований вугілля; VI – свіжий активний вугілля; VII – очищений газ; VIII – промивні води
1.3Каталитическое окислювання токсичних органічних сполук і оксиду вуглецю
Широко поширений спосіб каталітичного окислення токсичних органічних сполук і оксиду вуглецю у складі відведених газів із застосуванням активних каталізаторів, які потребують високої температури запалювання, наприклад металів групи платини, заподіяних на носії.
У промисловості
застосовують також каталітичне
відновлення та гідрування токсичних
домішок в вихлопних газах. На селективнихкатализаторахгидрир
>Каталитические
методи одержують всі більшого
поширення завдяки глибокої
Недолік багатьох процесів каталітичної очищення — освіту нових речовин, які підлягають видалення з газу іншими методами (абсорбція, адсорбція), що ускладнює встановлення та знижує спільний економічний ефект.
1.4Термические методи знешкодження газових викидів
>Термические методи знешкодження газових викидів застосовні за високої концентрації горючих органічних забруднювачів чи оксиду вуглецю. Найпростіший метод — смолоскипове спалювання — може бути, коли концентрація горючих забруднювачів близька до нижньої межі запалення. І тут домішки служать паливом, температура процесу 750—900 °З повагою та теплоту горіння домішок можна утилізувати.
Коли концентрація горючих домішок менше нижньої межі запалення, необхідно підбивати певна кількість теплоти ззовні. Найчастіше теплоту підводять добавкою пального газу та його спалюванням вочищаемом газі.Горючие гази проходять систему утилізації виробництва тепла й викидаються у повітря. Такіенерготехнологические схеми застосовують за досить дуже високому вмісті горючих домішок, інакше зростає витрата який додається пального газу.
Для повноцінної очищення газових викидів доцільні комбіновані методи, у яких застосовується оптимальне кожному за конкретного випадку поєднання грубої, середній і тонкого очищення газів і парів. На перших стадіях, коли зміст токсичною домішки велике, більш підходятьабсорбционние методи, а доочищення —адсорбционние чи каталітичні.
2. Очищення газів від оксиду азоту
2.1 Запровадження аміаку
газ хімічний очищення токсичний
Методи очищення
газів від NOX є найвдалішим прикладом
застосування хімічних методів задля
забезпечення екологічної чистоти промислових
викидів. Особливо відзначені два методу:некаталитическое
гомогенне відновлення NOX добавками
аміаку і селективнийгетерогенно-
Основи методів
Метод грунтується на відновленні NO до N2 і М2Про у присутності кисню і який вводимо відновлювача — аміаку (>NH3) і призначено очищення відведених газів систем спалювання від оксидів азоту. Процес описується такимибрутто-уравнениями :
NO +NH3 +02 N2 + 3/2М20;
>NH3 + 5/402 + NO + 3/2М20.
Перша реакція переважає за нормальної температури газового потоку в інтервалі 880—1000 °З. Починаючи з1100°С внесок реакції стає істотним бачимо небажане освіту NO . Отже, відновлення дуже чутливий до певній температурі й найефективніший у досить вузькому температурному інтервалі 970 ± 50 °З. Експериментальні дані наочно демонструють зв'язок селективності процесу зі зміною температури . Добавка водню знижує нижній температурний межа, отже значно розширюється припустимий температурний інтервал. Примольном відношенні М2 :NH3 = 2:1 відновлення оксидів азоту відбувається досить швидко за нормальної температури близько 700 °З.
>Очистку газів від оксидів азоту описуваних чином можна запровадити у широкому масштабі у різних стаціонарних спалюють пристроях, наприклад, у міських й управління промислових котельних і за очищенні газів металургійних виробництв (доменні печі, вагранки). Метод пройшов успішну перевірку ряд котельних й управління промислових топок Японії та при очищенні газів парогенераторів США, виділені на підвищення нафтовіддачі пластів. У Каліфорнії наряді пристроїв підтверджено ефективність очищення відведених газів з погляду припустимою чистоти викиду відповідно до екологічними вимогами. До нашого часу метод, проте, не випробуваний очищення димів топок, працівників вугіллі.
Чинники що визначають рівень відновлення оксидів азоту
Ступінь відновлення оксидів азоту такими чинниками:
1. Тип топки, характеристики палива.
2. Час перебування
газової суміші у сфері
3. Розподіл температури в топці.
4. СтавленняNН3/>NОx і концентрація NOX.
5.Перемешивание серед.
З практичного погляду найважливіше встановити місце введення аміаку в газовий потік, щоб забезпечити якнайшвидший змішування аміаку (у разі необхідності М2) в оптимальному температурному інтервалі, співпадаючому зі стаціонарним режимом топки. І тому необхідно мати профіль розподілу температури по потоку що за різних потужностях завантаження палива. Зазвичай за умови правильного виборі температурної області для перебігу реакції досить 0,2— 0,3; при змісті оксидів азоту у кількості не вище 200 млн-1 використовується ставленняNH3 : NO* = 1,5. При подальшому зростання кількості NOx цей показник зменшується до 1,0. Ефективність відновлення зростає зменшенням кількості кисню в газовому потоці, однак лише до певного рівня відповідність до рівняннямбрутто-реакции . Слід зазначити, що це цілком узгоджується з практикою, коли зменшення освіти оксидів підтримують невеличкий надлишок повітря.
Оскільки цей метод очищеннятопочних газів перебуває на стадії розвитку, слід зазначити ряд недоліків, невирішених запитань і чинників, які у майбутньому його вдосконалити.
1. Необхідно якраз
встановлювати місце введення
аміаку втопочний газ,
2. Суворі вимоги
до процесу поновлення і

- Еволюція концепцій приватизації державного майна за роки незалежності України та її соціальні наслідки
- Еволюція концепцій приватизації державного майна за роки незалежності України та її соціальні наслідки
- Еволюція мови у суспільстві
- Еволюція онтогенезу
- Еволюція організації
- Еволюція організаційних структур управління
- Еволюція підходів до управління якістю продукції. Показники системи якості продукції
- Еволюція від традиційної до постіндустріальної економіки: національні моделі історичного досвіду та їх осмислення економічною наукою (на
- Еволюція громадянського суспільства
- Еволюція грошей
- Еволюція зір
- Еволюція і генезис фінансів у стародавньому Єгипті
- Еволюція інтелектуальної власності
- Еволюція і сучасний стан грошової та кредитної систем США