ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗА ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ АВТОТРАНСПОРТА

Галенко М.В.1, Столяренко Г.С.1, Малявка К.А.1
1Черкасский государственный технологический университет

Ключевые слова: автотранспорт, нейтрализация отработанных газов, электрокатализ

Galenko M.V.1, Stolyarenko G.S.1, Malyavka K.A.1
1Cherkasy State Technological University

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Галенко М.В., Столяренко Г.С., Малявка К.А. Использование электрокатализа для нейтрализации отработанных газов автотранспорта // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/08/16594 (дата обращения: 04.10.2017).

В странах с высокоразвитой промышленностью и высоким уровнем автомобилизации проблема защиты атмосферного воздуха от токсичных выбросов выросла до уровня проблем, которые требуют безотлагательного решения. Основным источником загрязнения атмосферы автомобильным транспортом являются отработавшие газы, в которых определено более 200 разных веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии. Некоторые из этих соединений не только токсичные, но и канцерогенные. С каждым годом в ЕС внедряются все более жесткие требования к качеству отходящих газов автотранспорта. Чтобы выполнить эти требования необходимо создать действительно эффективный метод их очистки. Поэтому разработка дешевого, но в то же время более эффективного нейтрализатора отработавших газов, является одним из приоритетных направлений исследования.

В наше время с токсичностью отработанных газов борются несколькими способами: регулированием параметров двигателя; организацией процесса сгорания; установкой разного рода уловителей; установок дожигания; изменением состава топлива; применением разных присадок. Уменьшить содержание оксидов азота в отработанных газах можно путем ограничения максимальных температур и уменьшения количества топлива, которое подается на сжигание. Продукты неполного сгорания топлива – углеводороды и оксид углерода (ІІ) – могут быть нейтрализованы путем сжигания их в выпускной системе в присутствии воздуха, который подается к горячим отработанным газам в пространство перед выпускными клапанами. Однако все эти способы имеют технологические недостатки и не приводят к полному устранению токсичности отработанных газов.

Задачей исследования является изучение возможности достижения полной независимости процеса катализа от температуры отработавших газов с помощью использования электронно-ионного возбуждения молекул газового потока.

Нейтрализация токсичных компонентов отработанных газов с использованием химических реакций окисления и восстановления является наиболее эффективным средством снижения токсичности выбросов. Для этого в выпускающую систему двигателя устанавливают специальный термический реактор-нейтрализатор. При отсутствии катализаторов полное превращение оксида углерода (II) и недоокисленных углеводородов происходит в диапазоне температур от 700°С до 850°С при условии избытка кислорода. Нейтрализовать оксиды азота при этом невозможно, поскольку обязательным условием их восстановления является отсутствие свободного кислорода. В присутствии катализаторов температура  снижается и обеспечивается нейтрализация всех токсичных компонентов.  Обезвреживание токсичных компонентов газовых выбросов автомобильных двигателей происходит по  следующим основным реакциям:

2CO+O2 →2CO2                                                   (1)

HC+O2→CO2+H2O                                              (2)

2CO+2NO→CO2+N2                                            (3)

HC+NO→ CO2+H2O+N2                                    (4)

2H2+2NO→2H2O+N2                                        (5)

То есть, по реакциям (1) и (2) очистка происходит в окислительном режиме, который обеспечивает исключение оксида углерода (ІІ) и углеводородов, а после использования кислорода возобновления оксида азота осуществляется по реакциям (3), (4) и (5). Применение соответствующих катализаторов обеспечивает одновременное окисление оксида углерода (ІІ) и углеводородов, а также восстановление оксидов азота. При оптимальном управлении процессом сгорания могут быть выполнены экологические требования, которые предьявляются к автомобилям. Хотя в таких нейтрализаторах есть ряд недостатков: они недолговечны, достаточно дорого стоят, имеют низкую эффективность при невысоких температурах, а также их применение  приводит к увеличению расходов топлива и снижения мощности двигателя.

К каталитической массе выдвигаются жесткие требования, обусловленные условиями эксплуатации: высокая эффективность (близкая до 100 %) при малом времени контакта (0,01 с), термическая стабильность (до 1270 К), механическая прочность и стойкость к действию ядов. Однако нестационарный режим работы двигателя (особенно в условиях города) приводит к снижению температуры отходящих газов к закоксованности и осмолении каталитической массы и, как следствие, к снижению эффективности работы катализатора.

Предлагаемый новый метод – электрокаталитическая нейтрализация – заключается в прохождении отходящих газов через электроразрядную зону, а затем – на катализатор. Метод очистки базируется на ионно-радикальных процессах, которые протекают в зоне разряда на 150-200°С ниже, чем при обычном термическом катализе. Данный способ очистки позволяет перевести токсичные компоненты (оксид углерода (ІІ), оксиды азота, углеводороды) в нетоксичные (азот, воду, оксид углерода (ІV)) на 99,9-100%.

Основным отличием электрокаталитического процесса от термического является то, что при любых режимах работы двигателя через протекание ионно-радикальных реакций в зоне разряда наблюдается высокая степень возобновления и окисление токсичных соединений, а также полное сгорание сажи и смолы. Это возможно за счет снижения энергетических барьерных процессов, что особенно важно при пуске холодного двигателя, когда температура отходящих газов ниже от температуры воспламенения катализатора.

Предложенный способ дает возможность: заменить каталитический реактор  на электрокаталитический, уменьшить температуру нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов автотранспорта на 170-200 °С, достичь высокой степени нейтрализации, при нестационарном режиме роботы двигателя для выполнения требований Евро-3, Евро-4.

Таблица 1 -Результаты экспериментов



Все статьи автора «Виталий»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: