Католическая очистка автомобильных газов – Каталитическая очистка газовых выбросов

Каталитическая очистка газовых выбросов

Каталитический метод очистки основан на взаимодействии обезвреживаемых веществе вводимым в очищаемую газовую среду окисляющим веществом в присутствии катализатора. В результате реакций находящиеся в газе примеси превращаются в другие соединения, представляющие меньшую опасность, или легко отделяются от газа.

Каталитические нейтрализаторы применяют для обезвреживания оксида углерода, летучих углеводородов, растворителей, отработавших газов в химических установках и выхлопов автомобильного транспорта.

Каталитическое дожигание как метод термической нейтрализации газовых выбросов используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами. Каталитическая очистка позволяет обезвреживать оксиды азота, оксид углерода, другие вредные газовые загрязнения.

Катализом называют изменение скорости реакции или возбуждение ее, происходящее под действием веществ (катализаторов), которые участвуют в процессе, но в нем не расходуются и к концу реакции остаются химически неизменными, хотя физически могут изменяться. Различают два вида катализа: гомогенный (однородный) и гетерогенный (неоднородный).

При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют однофазную систему (жидкую или газовую).

7.7. Конденсационная очистка выбросов

Конденсационную обработку отбросных газов обычно включают в технологический цикл, если процесс сопровождается ощутимыми потерями промежуточных или конечных продуктов. Часто посредством конденсации улавливают и возвращают в технологический процесс пары растворителей, удаляемых с поверхности изделий после нанесения функциональных, защитных и окрашивающих слоев. Иногда конденсацию применяют для извлечения из газового потока ценных (дорогостоящих) или особо опасных веществ.

При экономически и технически приемлемых параметрах рабочей среды можно перевести в конденсированное состояние пары легкокипящих соединений (обычно используемых в качестве растворителей) с концентрациями не ниже 5…10 г/м³. Конденсация более разбавленных загрязнителей представляет технически сложную задачу и требует значительных затрат.

Конденсация паров любых веществ происходит при их контакте с поверхностями, температура которых ниже температуры насыщения паров. Особенность такого процесса теплообмена состоит в том, что теплота отводится от газовой смеси при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.

Степень улавливания (глубина извлечения) загрязнителя зависит от степени охлаждения и сжатия газовых выбросов. В производственных условиях температуру и давление принимают такими, чтобы энергозатраты на конденсацию составляли незначительную долю общих затрат на технологию. Поэтому степень извлечения даже дорогостоящих продуктов назначают невысокой, как правило, в пределах 70…80%. По этой же причине использовать конденсацию в качестве самостоятельного средства санитарной очистки (т.е. с глубиной извлечения до санитарных норм) неприемлемо.

В то же время конденсационная обработка может успешно применяться в многоступенчатых схемах очистки выбросов. Существуют три направления в области газоочистки, где конденсация необходима:

предварительное осаждение основной массы паров загрязнителей перед адсорберами при высокой степени загрязнения выбросов;

парциальное извлечение паров, содержащих соединения фосфора, мышьяка, тяжелых металлов, галогенов перед термообезвреживанием смеси загрязнителей;

конденсация загрязнителей после химической обработки с целью перевода в легкоконденсируемые соединения, например после хемо-сорбционных аппаратов.

Конденсация может быть применена для обработки систем, содержащих пары веществ при температурах, достаточно близких к их точке росы. Этот метод наиболее эффективен в случае углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения и присутствующих в газовой фазе в относительно высоких концентрациях. Для удаления загрязнителей, имеющих достаточно низкое давление пара при обычных температурах, можно использовать конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих растворителей возможна двухстадийная конденсация с использованием водяного охлаждения на первой стадии и низкотемпературного — на второй. Максимальное снижение содержания инертных или неконденсирующихся газов в обрабатываемой смеси позволяет облегчить проведение процесса конденсации и повысить ее экономическую эффективность, поскольку дает возможность исключить необходимость охлаждения до очень низких температур, соответствующих точке росы.

studfiles.net

Каталитическая нейтрализация отработавших газов | Системы снижения токсичности автомобиля

Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения отработавших газов через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции сгорания зависит oт температуры носителя. Применение каталитических нейтрализаторов позволяет дожигать продукты неполного сгорания СН и СО и разлагать оксиды азота.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для СИ и СО применяют благородные металлы (до 1-2 г палладия, платины) а также оксиды переходных металлов (меди, кобальта, никеля, ванадия, хромата железа, марганца). Для нейтрализации могут применяться, кроме выше названных элементов, катализаторы на основе меди с добавкой ванадиевого ангидрида и оксида хрома, на основе оксида железа или алюминия, на основе металлических сплавов (нержавеющая сталь, бронза, латунь, легированные стали с хромоникелем).

Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя показана на рисунке:

Рис. Общая схема системы очистки отработавших газов бензинового двигателя

В систему очистки отработавших газов современного двигателя входят:

• трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 1
• входной 2 и выходной 9 датчики кислорода (лямда зонды)
• блок управления двигателем 3
• кабель шины CAN 4
• блок управления датчиком NOx 5
• датчик (датчики) оксидов азота NOx 6
• накопительный нейтрализатор NOx 7
• датчик температуры 8
• датчик кислорода 9
• двигатель 10

Каталитический нейтрализатор представляет собой металлический корпус 6 из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм, внутри которого находится керамический носитель 5. Наибольшее распространение получили гранулированные и блочные (монолитные) носители, которые пронизаны многочисленными мелкими сотами, созда­ющими максимальную поверхность контакта с отработавшими газами. Чтобы обеспечить необходимый массоперенос между отработавшими газами и каталитической поверхностью, площадь последней увеличивают путем нанесения на нее гамма-оксида алюминия с пористой структурой, в виде сферических гранул, которые укладываются в металлический цилиндр 2, закрытый по торцам сетками. Гранулы из оксида алюминия покрываются непосредственно каталитическим материалом. Поверх фольги или гранул алюминия нанесен тонкий слой катализаторов – платины и родия. Задача этих редких металлов – ускорять окисление углеводородов и окиси углерода до угле­кислого газа, а токсичные оксиды азота восстанавливать до азота. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка.

Рис. Каталитический трехкомпонентный нейтрализатор отработавших газов:

1 – кислородный датчик; 2 –цилиндр; 3 – терморасширительная прокладка; 4 – катализатор; 5 – керамический носитель; 6 – металлический корпус

Недостатком нейтрализаторов является их достаточно большая стоимость из-за применения дорогостоящих редких металлов. В целях их экономии в конструкции нейтрализаторов начали применять нано технологии. Исследования фирмы «Мазда» показали, что частицы редких металлов крупнее 10 нм, напыленные на керамическую основу, дер­жатся на ней не слишком проч­но. При нагреве они начинают скользить по поверхности керамических зерен и сливаются, подобно капелькам ртути в агломераты все боль­ших размеров. При этом неиз­бежно уменьшается площадь поверхности, контактирующая с газами, и эффективность их обезвреживания падает. Однако, если уменьшить размер частиц металла до 5 нм и менее, они прочно застревают в нанопорах керамики и уже не могут срываются. Кроме того, применяя наночастицы пла­тины, удалось уменьшить ее общее количество в нейтрали­заторе на 70…90%.

Альтернативой керамическому моно­литному блоку является металлический каталитический нейтрализатор. Он из­готавливается из гофрированной ме­таллической фольги толщиной 0,05 мм, намотка и пайка которой твердым при­поем осуществляется при высокой тем­пературе. Поверхность фольги покры­вается эффективно действующим ката­лизатором. Благодаря тонким стенкам фольги в тех же габаритах, что и у кера­мического нейтрализатора, может быть размещено большее число каналов. Это приводит к меньшему сопротивлению прохождения отработавших газов.

Нейтрализатор вступает в работу после разогрева до 300°С. Оптимальный рабочий диапазон температур от 400 до 800°С. Чем ближе нейтрализатор к двигателю, тем быстрее разогревается до рабочей темпе­ратуры. Поэтому на смену нейтрализаторам под днищем кузова пришли нейтрализаторы, совмещен­ные с приемной трубой.

В целях уменьшения вибрационных нагрузок со стороны двигателя нейтрализатор присоединяется к выпускному трубопроводу или к приемной трубе через шарнирное соединение или через компенсатор колебаний.

Для работы системы с каталитическим окислительным нейтрализатором при использовании в двигателе обогащенных смесей необходимо к отработавшим газам добавлять воздух. Для этого используются специальные воздушные насосы ими специальные клапанные устройства (виброклапаны или пульсаторы), функционирующие под действием волн разрежения, возникающих в системе выпуска.

Наилучшую очистку отработавших газов дают двухсекционные катали­тические нейтрализаторы, позволяющие после прохождения первой секции уменьшать содержание NOx, а после ввода во вторую секцию дополнительного воздуха – содержание СО и СН.

В последнее время наибольшее распространение нашли трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные системой обратной связи, позволяющие одновременно при восстановлении NOx окис­лять СО и СН.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Каталитическая очистка газов

Каталитическая очистка газов основана на гетерогенном катализе и служит для превращения примесей либо в безвредные соединения, либо в соединения, легко удаляемые из газовой смеси.

 Достоинства метода:

—  высокая степень очистки;

—  компактность;

—  небольшая металлоемкость;

—  высокая производительность;

— легкость автоматического управления.

Недостатки:

— образование новых веществ, которые часто надо удалять из газа;

—  высокая стоимость катализаторов.

Особенность каталитической очистки газов состоит в том, что очищаются большие объемы отходящих газов с малым содержанием примеси. Кроме того, в газах могут содержаться не один, а несколько вредных компонентов.

Катализаторы должны обладать следующими свойствами:

— активностью и селективностью к извлекаемому компоненту;

— пористой структурой;

— стойкостью к катализаторным ядам;

— механической прочностью;

— низкой температурой зажигания;

— большим температурным интервалом работы;

— термостойкостью;

— низким гидравлическим сопротивлением;

— иметь небольшую стоимость.

Обычно катализатор представляет собой смесь нескольких веществ: каталитически активного вещества, активатора и носителя.

Каталитически активное вещество — основа катализатора. Используются чистые металлы, оксиды металлов, а также большое количество химических соединений (платиновые металлы, палладий, рутений, родий, сплавы, содержащие никель, хром, медь, цинк, ванадий).

Активаторы — вещества повышающие активность катализаторов. При этом сами активаторы обычно не обладают каталитическими свойствами

Носители — основание, на которое наносится катализатор. В ряде случаев они могут оказывать влияние на активность и селективность катализаторов. В качестве носителей чаще всего используют инертные пористые вещества, обладающие развитой поверхностью: силикагели, алюмосиликаты, цеолиты и т. д.

Требования к конструкции каталитических реакторов:

— высокая производительность;

— обеспечение непрерывности процесса при оптимальных технологических режимах;

— легкость в управлении;

— возможность автоматизации;

— малое гидравлическое сопротивление;

— доступность загрузки и выгрузки катализатора;

—  наличие устройства для подогрева газовых смесей и рекуперации тепла;

— небольшая металлоемкость, доступность монтажа, ремонта и транспортировки.

По способу взаимодействия газов с катализатором аппараты подразделяются на 3 группы:

с неподвижным слоем катализатора;

с движущим слоем катализатора;

с псевдоожижыном слоем катализатора.

1. Каталитические реакторы с фильтрующим слоем катализатора. К аппаратам с фильтрующим слоем относятся емкостные, трубчатые и полочные аппараты, принцип действия которых основан на фильтрации газа через слой неподвижного катализатора (рис.1). Причем катализатор может находиться в виде металлических сеток, натянутых по ходу движения газа, трубчатых контактных аппаратов или в виде твердых тел различной формы, располагаемых на перфорированных решетках.

Достоинства таких аппаратов: простота конструкции.

К недостаткам следует отнести отсутствие теплообмена, что позволяет проводить в них только те реакции, которые сопровождаются небольшими тепловыми эффектами.

Для полноты протекания процесса в одном аппарате может быть установлено несколько слоев контактной массы. Многослойные контактные аппараты чаще всего устанавливают, когда имеется необходимость очищаемый газ подвергать дополнительной обработке (нагреванию, охлаждению и т. д.). Это позволяет вести процесс при оптимальном температурном режиме на каждой полке.

Рис.1 Схемы контактных аппаратов с фильтрующим слоем катализатора:

а — контактный аппарат с катализатором в виде сеток; б—трубчатый контактный аппарат; в — контактный аппарат с перфорированными решетками; г — многослойный контактный аппарат; д — контактный аппарат с трубками Филвда; е — контактный аппарат с теплообменником

2. Каталитические реакторы со взвешенным слоем катализатора.

 Недостатком фильтрующего слоя является наличие зон, плохо омываемых газом в местах соприкосновения гранул катализатора. Для устранения этих недостатков используют кипящий слой, в котором каждая гранула катализатора интенсивно (рис.2), со всех сторон соприкасается с газом, что интенсифицирует процесс очистки.

Достоинством: хорошая теплопроводность слоя, возможность механизировать и интенсифицировать процесс загрузки и выгрузки катализатора, исключение возможности локального перегрева или переохлаждения, возможность использовать мелкий катализатор (в фильтрующем слое мелкозернистый катализатор не используется изза повышенного сопротивления и неравномерности температурного слоя).

К недостаткам взвешенного слоя следует отнести истирание и унос пылевидного катализатора из аппарата, что требует установки пылеулавливающего аппарата и предъявляет повышенные требования к прочности катализаторов, а также невозможность осуществления противотока, что снижает движущую силу процесса.

Рис 2. Каталитический реактор с кипящим слоем катализатора: 1 цилиндрическая часть корпуса; 2 – зернистый катализатор; 3 верхняя часть корпуса; 4 – циклон; 5 шнековое устройство; 6 газораспределительная решетка.

3. Каталитические реакторы с пылевидным катализатором. В аппаратах с пылеввдным катализатором измельченный катализатор распыляют в рабочую зону с помощью специальных сопел (рис.3). Этим достигается более полное использование реакционного объема. Реакция протекает в тот момент, когда частицы катализатора находятся в полете.

Рис.3 Каталитический реактор с пылевидным реактором: — цилиндрический корпус; 2 — циклон; 3 — сопло; 4 — бункер; 5 — эжекторное устройство.

 

 

www.soullife.info

Промывка катализатора автомобиля: средства, способы

Диагностика и ремонт11 января 2018

Для обезвреживания токсичных газов, выбрасываемых из двигателя внутреннего сгорания, в автомобиле предусмотрен каталитический нейтрализатор, устанавливаемый на выходе из выпускного коллектора. Хотя срок службы элемента составляет порядка 150 тыс. км, менять его довольно накладно – запчасть слишком дорогая. Возникает закономерный вопрос, можно ли почистить катализатор и таким образом продлить ресурс. Ответ: прочистка допустима, но гарантии положительного результата нет. Проблема распространенная и заслуживает более подробного рассмотрения.

Когда стоит чистить нейтрализатор?

Агрегат, внешне похожий на бачок резонатора, представляет собой емкость с двумя присоединительными патрубками. Внутри находятся мелкие керамические соты, покрытые каталитическим слоем на основе благородных металлов (отсюда и высокая цена запчасти). Отработанные дымовые газы засоряют ячейки сажей и нагаром, постепенно делая нейтрализатор непроходимым.

Чистка либо промывка катализатора даст положительный результат и продлит ресурс элемента в таких случаях:

1. Если процедура выполняется в качестве профилактики, задолго до возникновения проблемы.
2. Когда соты не повреждены и просто забиты сажей (начальная стадия износа элемента).
3. Если керамическая структура не оплавлена вследствие применения этилированного бензина.

В остальных случаях нейтрализатор в автомобиле придется менять на новый либо устанавливать более дешевый пламегаситель плюс эмулятор корректной работы лямбда – зонда.

Засорение проходного сечения элемента характеризуется следующими признаками:

• двигатель заметно теряет в мощности, разгон становится вялым;
• потребление горючего, наоборот, возрастает;
• затрудненный пуск мотора;
• беспричинная остановка двигателя на холостом ходу.

В автомобиле, оснащенном двумя лямбда – зондами, о возникшей проблеме сигнализирует индикатор Check Engine на приборной панели водителя. Электроника фиксирует снижение производительности нейтрализатора и выдает соответствующую ошибку.

Для успешной очистки катализатора важно поймать момент, когда керамическая начинка еще не успела прийти в негодность. Отсюда рекомендация – лучше промыть элемент заранее, не дожидаясь тревожных сигналов. Процедура потребует минимум усилий и финансовых затрат со стороны хозяина авто.

Способы очистки и применяемые средства

Автолюбителями и мастерами станций технического обслуживания практикуется 3 способа очищения катализатора от масляного нагара и сажи:

1. Профилактическая чистка моющим средством производится на пробеге 70–100 тыс. км без снятия с автомобиля.
2. Механическая очистка.
3. Многократная промывка.

Последние 2 варианта подразумевают демонтаж и частичную разборку нейтрализатора.

Для профилактического обслуживания катализаторов в продаже имеются специальные жидкости типа Hi-Gear HG3270. Средство просто выливается из флакона в топливный бак, дальше авто эксплуатируется в прежнем режиме. Удаленная из агрегата сажа вылетает наружу вместе с выхлопными газами.

Для механической чистки надо располагать компрессором и подготовить мелкую наждачную бумагу. Метод нельзя назвать удачным, поскольку удаляются лишь наружные загрязнения, в глубине керамических сот часть нагара остается.

Часто используемое химическое средство для очистки снятого нейтрализатора – аэрозольная жидкость типа ABRO, применяемая для промывки карбюраторов.

Проверено практикой, что вреда дорогому каталитическому покрытию жидкость не наносит. Иногда на собственный страх и риск автолюбители пользуются керосином, этанолом и другой химией, но подобные народные средства лучше не применять. Неизвестно, как они воздействуют на дорогостоящий элемент конкретного автомобиля.

Инструкция по обслуживанию

Профилактическая промывка катализатора средством Hi-Gear и ему подобным производится путем опорожнения флакона прямо в бензобак непосредственно перед заправкой машины. Больше никаких действий со стороны автолюбителя не требуется – в процессе езды керамические соты элемента очищаются самостоятельно, грязь вылетает через выхлопной тракт.

Чтобы своими руками очистить либо промыть порядком забившийся нейтрализатор, его придется демонтировать. Загоните машину на смотровую канаву, отключите в автомобиле лямбда – зонды и открутите хомуты, удерживающие агрегат на выхлопной трубе или выпускном коллекторе. Дальше действуйте по такому алгоритму:

1. Тщательно продуйте катализатор компрессором с обеих сторон, накачав давление 7–9 Бар.
2. Заполните керамические соты аэрозольной пеной ABRO для промывки карбюраторов. Средство заливайте через оба патрубка.
3. Заверните нейтрализатор ветошью и выждите 20 минут.
4. Хорошенько промойте внутреннюю сетку элемента под напором горячей воды и продуйте компрессором.
5. Повторите операцию еще раз, просушите катализатор и убедитесь, что керамические соты просматриваются насквозь. Установите агрегат обратно на автомобиль.

Примечание. В некоторых моделях авто лямбда – зонд установлен прямо в корпусе нейтрализующего элемента. Перед промывкой датчики следует выкрутить и удалить с них сажу механическим способом.

Если почистить катализатор аэрозольной пеной не удалось, терять вам больше нечего. Замочите элемент в керосине или солярке и оставьте на 12–24 часа. Для верности солярку можно разбавить небольшим количеством ацетона либо растворителя 646 (соотношение примерно 4:1). Спустя сутки выполните процедуру чистки аэрозольным средством, как описывается выше.

Механическая очистка производится мелкой наждачной бумагой с периодической продувкой компрессором. Внешние сеточки очищаются аккуратно, с небольшим нажатием, чтобы хрупкая керамика не треснула. Удалить нагар с внутренних полостей данным способом не удастся.

Нередко автолюбители вместо промывки пробивают загрязнившиеся соты насквозь металлическим предметом, чтобы освободить проход дымовым газам. Подобные крайние меры допустимо использовать лишь в одном случае – вы перепробовали все средства промывки и не добились успеха.

Обратите внимание: езда с пробитым катализатором не только наносит вред окружающей среде, но и бьет вас по карману: лямбда – зонд «видит» неочищенные выхлопные газы, а контроллер переключается на аварийный режим с повышенным расходом топлива. Чтобы решить проблему, нужно ставить «обманку» кислородного датчика, что ведет к дополнительным затратам.

autochainik.ru

ГАЗОРАЗРЯДНО-КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ НА СТЕНДЕ ИСПЫТАНИЙ

 

 

ГАЗОРАЗРЯДНО-КАТАЛИТИЧЕСКАЯ  ОЧИСТКА  ОТРАБОТАВШИХ  ГАЗОВ  ДИЗЕЛЬНЫХ  АВТОМОБИЛЕЙ  НА  СТЕНДЕ  ИСПЫТАНИЙ

Денисова  Татьяна  Рамилевна

инженер  кафедры  химии  и  экологии  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  (Приволжского)  федерального  университета,  РФ,  г.  Набережные  Челны

E—mail:  timiryanova.tanya@yandex.ru

Маврин  Геннадий  Витальевич

канд.  хим.  наук,  доцент,  зав.  кафедрой  химии  и  экологии  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  (Приволжского)  федерального  университета,  РФ,  г.  Набережные  Челны

Ахметов  Вильнюс  Мирзахметович

канд.  с.-х.  наук,  доцент  кафедры  химии  и  экологии  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  (Приволжского)  федерального  университета,  РФ,  г.  Набережные  Челны

 

DISCHARGE-CATALYST  TREATMENT  OF  DIESEL  EXHAUST  AT  A  TRUCKS  RUNNING-IN  STAND

Denisova  Tatiana  Ramilevna

engineer  of  chemistry  and  ecology  department,  Branch  of  Kazan  (Volga  region)  Federal  University,  Russia  Naberezhnye  Chelny

Mavrin  Gennady  Vitalevich

candidate  of  sciences,  assistant  professor,  head  of  chemistry  and  ecology  department,  Branch  of  Kazan  (Volga  region)  Federal  University,  Russia  Naberezhnye  Chelny

Ahmetov  Vilnyus  Mirsahmetovich

candidate  of  sciences,  assistant  professor  of  chemistry  and  ecology  department,  Branch  of  Kazan  (Volga  region)  Federal  University,  Russia  Naberezhnye  Chelny

 

АННОТАЦИЯ

Во  время  финишных  производственных  испытаний  грузовых  автомобилей  на  стендах  обкатки  отработавшие  газы  выбрасываются  непосредственно  в  воздух  рабочей  зоны,  что  приводит  к  существенному  загрязнению  производственной  среды.  Для  решения  данной  проблемы  на  стенде  испытаний  автомобилей  КАМАЗ  установлен  бокс  с  оборудованием  для  сбора  выхлопных  газов  и  последующей  их  очистки  газоразрядно-каталитическим  методом  и  проведены  исследования  состава  выбросов  для  определения  эффективности  очистки.

ABSTRACT

During  final  industrial  testing  of  trucks  at  running-in  stands  exhaust  gases  emit  into  the  occupational  air,  which  leads  to  considerable  pollution  of  the  work  area.  To  solve  this  problem  the  box  with  the  facilities  for  exhaust  gas  collection  and  their  subsequent  gas-discharge-catalytic  purification  has  been  placed  at  the  KAMAZ  trucks  running-in  stand.  To  determine  exhausts  efficiency  gas  flow  compound  has  been  analyzed. 

 

Ключевые  слова:  отработавшие  газы  дизельных  автомобилей;  низкотемпературная  плазма;  катализатор;  очистка  выбросов.

Keywords:  diesel  exhaust;  a  non-thermal  plasma;  catalyst;  emissions  purification.

 

Отработавшие  газы  (ОГ)  дизелей  представляют  собой  сложную  многокомпонентную  смесь  газов,  паров,  капель  жидкостей  и  дисперсных  твердых  частиц.  Всего  ОГ  содержат  около  280  компонентов,  среди  которых  можно  выделить  как  наиболее  массовые  нетоксичные  компоненты  (N₂,  O₂,  СО₂,  Н₂О),  так  и  токсичные  вещества,  образующиеся  в  результате  термического  синтеза  из  воздуха  при  высоких  температурах  (оксиды  азота  NO_X),  продукты  неполного  сгорания  топлива  (монооксид  углерода  СО,  углеводороды  СН_X,  сажа),  а  также  оксиды  серы,  альдегиды,  продукты  конденсации  и  полимеризации.  Кроме  продуктов  сгорания  топлива  в  отработавших  газах  дизелей  присутствуют  продукты  сгорания  смазочного  масла  и  вещества,  образующиеся  из  присадок  к  топливу  и  маслу  [1,  с.  7], 

Уменьшение  выбросов  загрязняющих  веществ  с  ОГ  дизелей  может  быть  достигнуто  благодаря  использованию  метода  очистки,  включающего  совместное  действие  низкотемпературной  неравновесной  плазмы  и  катализатора  на  токсичные  вещества  [4,  с.  28].  Поскольку  неравновесная  плазма  представляет  собой  многообразие  активных  частиц  (электронов,  высоковозбужденных  атомов  и  молекул,  ионов  и  радикалов),  химические  процессы  протекают  в  ней  очень  быстро,  т.  е.  плазма  служит  катализатором,  инициирующим  быстрые  цепные  разветвленные  реакции,  которые  в  нормальных  условиях  не  протекают.

В  различных  исследованиях  рассматривается  возможность  применения  коронного  [3,  с.  1334;  2,  с.  179]  и  барьерного  [4,  с.  28]  разрядов  для  удаления  оксидов  азота,  серы,  окиси  углерода  и  углеводородов  из  загрязненного  воздуха,  а  также  зависимость  эффективности  очистки  от  скорости  газового  потока,  объема  реактора  и  частоты  импульсов. 

Под  действием  активных  молекул,  атомов  и  радикалов,  таких  как  О,  О₃,  ОН,  N,  НО₂,  образующихся  в  зоне  плазмы,  органические  примеси  окисляются  до  углекислого  газа  и  воды,  а  оксиды  азота  подвергаются  как  окислению,  так  и  восстановлению:

 

2CO  +  O₂  →  2CO₂,

СH_Х  +  (1  +  0,25х)O₂  →  CO₂  +  0,5хH₂O,

2NO  +  2H₂  →  N₂  +  2H₂O,

NO  +  O  +  M  →  NO₂  +  M,

NO₂  +  O  →  NO  +  O₂.

 

Поскольку  оксиды  азота  в  присутствии  кислорода  не  могут  быть  полностью  восстановлены  до  молекулярного  азота,  для  полного  удаления  их  из  отработавших  газов  используется  катализатор.

Готовые  грузовые  автомобили  проходят  финишные  испытания  ходовой  части  и  тормозной  системы  на  стендах  обкатки  и  проверки  тормозов.  По  результатам  выполненных  нами  измерений,  в  цехе  комплектации  и  сдачи  автомобильного  завода  на  стендах  испытаний  в  атмосферу  выбрасываются  оксид  азота,  диоксид  азота,  сернистый  ангидрид,  оксид  углерода,  ацетальдегид,  пентан,  октан,  ацетон,  октен,  этилацетат,  метилэтилкетон,  бензол,  пропилацетат,  толуол.  Существующие  в  цехе  вытяжные  системы  работают  неэффективно,  в  результате  чего  большинство  ОГ  автомобилей  остается  в  воздухе  производственного  помещения. 

Для  решения  данной  проблемы  на  одном  из  стендов  обкатки  в  цехе  комплектации  и  сдачи  автомобилей  был  установлен  специальный  бокс  с  оборудованием  для  сбора  выхлопных  газов  дизельных  автомобилей  и  последующей  их  очистки  газоразрядно-каталитическим  методом. 

ОГ  поступают  в  газоразрядно-каталитическую  установку  с  помощью  заборных  патрубков,  расположенных  на  полу,  в  нижней  части  бокса  (на  уровне  выхлопных  труб  автомобилей)  и  крыше  бокса,  что  позволяет  эффективно  улавливать  выхлопные  газы  автомобилей  разных  марок.  С  торцов  предусмотрены  пластиковые  завесы,  обеспечивающие  сквозной  проезд  испытуемых  автомобилей.  Весь  объем  очищенных  газов  вновь  поступает  в  производственное  помещение,  что  позволяет  в  холодное  время  года  экономить  энергию,  необходимую  на  обогрев  приточного  воздуха.

Очистка  отработавших  газов  газоразрядно-каталитическим  методом  производится  в  несколько  стадий:  предварительной,  газоразрядной  и  каталитической,  что  реализуется  в  виде  трех  раздельных  основных  блоков.

После  предварительной  фильтрации  загрязненного  воздуха  от  пылевых  и  аэрозольных  частиц  выхлопные  газы  поступают  в  газоразрядный  блок.  Барьерный  разряд  образуется  между  электродами,  расположенными  в  газоразрядном  блоке,  при  подаче  на  них  высокого  напряжения.  Пары  электродов  выполнены  в  виде  металлической  сетки:  один  из  них  герметично  размещен  внутри  стеклянной  пластины,  что  позволяет  увеличить  долговечность  изделия,  второй  имеет  перпендикулярно  расположенные  к  его  плоскости  шипы.  Такая  конструкция  газоразрядной  камеры  с  возможностью  одновременного  взаимодействия  первого  электродами  с  двумя  ответными  обеспечивает  увеличение  количества  создаваемых  разрядов,  а  соответственно  и  эффективность  работы.  окончательная  очистка  газо-воздушной  смеси  производится  на  комбинированном  катализаторе.

В  результате  физико-химических  реакций,  протекающих  между  частями  молекул  загрязнений,  кислородом  и  озоном  в  газоразрядном  блоке,  происходит  окисление  образовавшихся  атомов  и  радикалов  до  безвредных  СО₂  и  Н₂О.  Окончательная  очистка  воздуха  от  загрязнений  и  остаточных  количеств  озона  производится  на  комбинированном  катализаторе.

Для  определения  эффективности  работы  газоочистного  оборудования  были  проведены  серии  измерений  состава  и  параметров  газовоздушной  смеси  при  помощи  переносного  газоанализатора  ДАГ-510  на  входе  в  установку  и  на  выходе  с  нее,  а  также  были  отобраны  параллельные  пробы  для  последующего  анализа  на  газовом  хроматографе.  Результаты  анализов  представлены  в  табл.  1.

Таблица  1.

Результаты  измерений  состава  отработавших  газов

№ п/п	Определяемое  вещество	Результаты  анализа  (C), ±Δ  мг/м3		Эффективность  очистки,  %
		Вход	Выход
1	2	3	4	5
1	Азота  оксид	28,0±7,0	3,70±0,93	86
2	Азота  диоксид	6,30±1,58	<0,1	Более  98
3	Углерода  оксид	39,0±9,8	6,5±1,6	83
4	Пентан	3,2±0,8	0,10±0,03	98
5	Ацетальдегид	5,10±1,28	0,10±0,03	95
6	Октан	0,21±0,05	0,23±0,06	90
7	Пропан-2-он  (ацетон)	0,38±0,10	0,02±0,01	89
8	Октен	0,47±0,12	0,04±0,01	89
9	Этилацетат	0,19±0,05	0,05±0,01	95
10	Бутан-2-он  (метилэтилкетон)	0,09±0,02	<0,01	Более  88
11	Бензол	0,17±0,04	<0,01	Более  88
12	Пропилацетат	0,25±0,06	<0,01	Более  96
13	Толуол	0,46±0,12	0,06±0,02	86
14	Взвешенные  вещества	3,02±0,76	<0,50	Более  83

 

По  результатам  количественных  химических  анализов  средняя  эффективность  очистки  ОГ  по  14  веществам  составила  90  %. 

Таким  образом,  проведенные  исследования  показали,  что  применение  газоразрядно-каталитического  метода  очистки  позволяет  существенно  снизить  выброс  загрязняющих  веществ  с  выхлопными  газами  дизельных  автомобилей.

 

Список  литературы:

1. Марков  В.А.,  Баширов  Р.М.,  Габитов  И.И.  Токсичность  отработавших  газов  дизелей.  2-е  изд.,  перераб.  И  доп.  М.:  Изд-во  МГТУ  им.  Н.Э.  Баумана,  2002.  —  376  с.,  ил.
2. Филимонова  Е.А.,  Амиров  Р.Х.  Моделирование  конверсии  оксидов  азота  и  серы  в  стримерной  короне  в  присутствии  углеводородов  //  III  Междун.  симпозиум  по  теор.  и  прикладной  плазмохимии  (ISTAPC-2002):  Сб.  материалов.  Иваново.  2002.  —  c.  179—182.
3. Baksht  R.B.,  Yankelevich  Y.,  Wolf  M.,  Pokryvailo  A.,  Oreshkin  V.  Effect  of  pulse  repetition  rate  on  the  efficiency  of  gas  treatment  using  pulsed  corona  discharge  //  28  International  conference  on  phenomena  in  Ionized  Gases,  Czech  Republic,  Prague,  2007.  —  P.  1334—1337.
4. Cha  M.S.,  Song  Y.-H.,  Lee  J.-O.,  Kim  S.J.  NO_x  and  Soot  Reduction  Using  Dielectric  Barrier  Discharge  and  NH₃  Selective  Catalytic  Reduction  in  Diesel  Exhaust  //  International  Journal  of  Plasma  Environmental  Science  &  Tecnology.  —  2007,  March,  —  Vol.  1,  —  №  1.  —  P.  28—33.

 

sibac.info

Каталитическая очистка газов

Каталитическая очистка газов заключается в обезвреживании газовых выбросов путем химического превращения вредных веществ, содержащихся в газе, в безвредные в присутствии катализатора. Для каталитической очистки газовый поток, как правило, пропускают через слой катализатора, соблюдая технологические условия эффективного превращения (температуру, расход газа и др.). Катализаторы обладают специфичностью действия, поэтому обезвреживанию подвергают только те компоненты, для которых они предназначены.[ …]

Промышленные установки каталитической очистки газов с рекуперацией тепла рассчитаны на производительность 900—14 000 м3/ч. Они работают по типовой технологической схеме. Очищаемые газы проходят отбойники и ловушки для отделения взвешанных частиц и конденсата, захваченного газовым потоком. Затем газы нагревают (сначала в теплообменниках-рекуператорах, а потом в подогревателе) до температуры реакции и направляют в реактор, размер и конструкцию которого выбирают оптимальными для данного производства. Очищенные газы охлаждают и выпускают в атмосферу.[ …]

Все эти реакции идут с выделением тепла, поэтому температура газа повышается до 690—730 °С в зависимости от содержания кислорода в поступающих на очистку хвостовых газах. С целью поддержания температуры выходящих из реактора каталитической очистки газов постоянной в него подают дополнительно либо воздух, либо природный газ. Выходящий из реактора очищенный газ содержит не более 0,005 % (об.) оксидов азота и не более 0,1 % (об.) оксида углерода.[ …]

Абсолютные значения скоростей реакций могут различаться очень сильно, в соответствии с ними выбирают технологические параметры установок для обезвреживания газовых сред.[ …]

В табл. 3.5 приведены характеристики некоторых катализаторов окисления углеводородов, которые различаются по скорости реакции на несколько порядков.[ …]

В качестве примера реактора каталитической очистки газа рассмотрим устройство и принцип действия автомобильного нейтрализатора выхлопных газов. Назначение нейтрализатора заключается в глубоком [не менее 90 % (об.)] окислении СО и углеводородов в широком интервале температур (250—800 °С) в присутствии влаги, соединений серы и свинца. В нейтрализаторах обычно применяют платиновый катализатор, что обусловлено способностью платины ускорять самые различные реакции. Катализаторы этого типа характеризуются низкими температурами начала эффективной работы, высокой температуростойкостью, долговечностью и способностью устойчиво работать при высоких скоростях газового потока. Основным недостатком катализаторов этого типа является их высокая стоимость.[ …]

Каталитические нейтрализаторы конструктивно состоят из входного и выходного устройств, служащих для подвода и вывода нейтрализуемого газа, корпуса и заключенного в него реактора, представляющего собой активную зону, где и протекают каталитические реакции. Реактор-нейтрализатор работает в условиях больших температурных перепадов, вибрационных нагрузок, агрессивной среды. Обеспечивая эффективную очистку отработанных газов, нейтрализатор по надежности не должен уступать основным узлам и агрегатам двигателя.[ …]

При большом содержании кислорода в обезвреживаемых газах оксид углерода и водород реагируют в основном с кислородом и эффекта очистки выхлопных газов по оксидам азота не достигается.[ …]

Принцип действия трехкомпонентных нейтрализаторов основан на одновременной и достаточно эффективной очистке (до 80 %) выхлопных газов бензиновых двигателей.[ …]

Реактор заполнен оксидом хрома слоем толщиной 0,5 м; площадь, занимаемая катализатором, составляет 0,5 м . Температура процесса 300 °С.[ …]

Рисунки к данной главе:

Вернуться к оглавлению

ru-ecology.info

Каталитическая очистка газов — Справочник химика 21

    Каталитическая очистка газов основана на каталитических реакциях, в результате которых находящиеся в газе вредные примеси превращаются в другие соединения. Таким образом, в отличие от рассмотренных приемов каталитические методы заключаются не в извлечении токсичных примесей из газового потока, а в превращении их в соединения, присутствие которых допустимо в атмосфере, или в соединения, сравнительно легко удаляемые из газа. При этом требуются дополнительные стадии очистки— абсорбция жидкостями или твердыми адсорбентами. Для очистки газов применяется почти исключительно гетерогенный катализ на твердых катализаторах (см. ч. I, гл. VII). Наиболее распространен способ каталитического окисления токсичных органических примесей и оксида углерода при низких температурах, т. е. без подогрева очищаемого газа (кли воздуха). Каталитическая очистка от вредных оксидов и сернистых соединений производится также их гидрированием так, методом избирательного катализа гидрируют СО до СН4 и Н2О, оксиды азота — до N2 и Н2О и др. [c.237]     Высокотемпературная каталитическая очистка газа предопределила по существу промышленные схемы производства на ближайшее десятилетие, поскольку этот метод был наиболее полно разработан к началу проектирования схем с укрупненными агрегатами. [c.217]

    Каталитическая очистка газов//Материалы III Всесоюзной конференции Каталитическая очистка отходящих газов промышленных предприятий и выхлопных газов автотранспорта .— Новосибирск Ин катализа СО АН СССР, 1981.—Ч. 1-2. [c.183]

    Каталитическая очистка газов от органических вешеств. Наиболее часто применяется следующая принципиальная схема очистки. Очищаемые газы проходят отбойники и циклоны для отделения конденсата и взвешенных частиц, захваченных газовым потоком. Затем газы нагревают в рекуперативных теплообменниках и в подогревателе до температуры реакции и направляют в реактор. Автотермическое проведение процесса возможно при содержании горючих примесей 5-10 г/м (адиабатический разогрев таких смесей 150-300 град ), при меньшем [c.367]

    Каталитическая очистка газов от примеси кислорода гидрированием [c.470]

    Каталитическая очистка газов Материалы III Всесоюзной конференции. [c.25]

    Соловьев С. А., Вольфсон В. Я., Власенко В. М. Сорбционно-каталитическая очистка выбросного воздуха от примеси стирола на палладий-марганцевом катализаторе//Каталитическая очистка газов. Материалы III Всесоюзной конференции,— Новосибирск Ин-т катализа СО АН СССР, 1981.— Ч. 1,— С. 141—144. [c.182]

    Сазонов Б. А,, Павлова С. Н. Исследование действия каталитических ядов на катализаторы полного окисления//Каталитическая очистка газов Материалы III Всесоюзной конференции,—Новосибирск Ин-т катализа СО АН СССР,- 1981.— Ч. 1.- С. 101—109. [c.183]

    Каталитическая очистка газов от оксидов азота. В химической промышленности выбросы оксидов азота с отходящими газами имеют место в производстве азотной кислоты и при сжигании топлива в топках технологических печей. Образование оксидов азота в топках происходит в результате окисления азота воздуха при высоких температурах  [c.371]

    Основное достоинство каталитических способов — возможность достижения высокой степени очистки [152, 153]. Предел чистоты газа, который может быть достигнут при каталитическом методе, определяется условием химического равновесия протекающей реакции при данных температуре и давлении. Б большинстве случаев константы равновесия реакций, на которых основаны методы каталитической очистки газов в производстве аммиака, очень велики (данные по равновесию приведены в главах, где рассматриваются процессы очистки газов от отдельных примесей). При температурах 100— 500 °С процессы можно рассматривать как практически необратимые, что дает возможность получать газ с низким остаточным содержанием примесей. [c.97]

    Типичная установка каталитической очистки газа состоит из контактора (часто называемого конвертором), в который одним или несколькими неподвижными слоями

www.chem21.info