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. 2.3 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 2.3 – 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 відпрацьо­ваних газів до і після рідинного нейтралізатора, одержані на само­скиді МАЗ-5335,   наведені в табл. 2.12.

Таблиця 2.12

Ефективність очищення газів рідинними нейтралізаторами

Речовина	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. 2.4).

Рисунок 2.4 – 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

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 забезпечення відновлювального середовища перед першим ступенем нейтралізатора двигун повинен бути відрегульованим для роботи з α (кутом випередження запалювання суміші), близьким до стехіометричного. При α > 1,05 активність каталізатора різко зменшується (середовище стає окислювальним).

Після відновлювального каталізатора до відпрацьованих газів для створення окислювального середовища підводиться через патрубок 4 вторинне повітря. На окислювальному каталізаторі відбувається нейтра-лізація продуктів неповного згорання СО і CnHm. Основними процесами є окислення окису вуглецю і вуглеводнів:

;

;

Результати випробувань автомобіля з двоступеневим каталітичним нейтралізатором (в 1-му ступені – мідно-нікелевий сплав, у 2-му – платина) наведені  в табл. 2.13.

Таблиця 2.13

Ефективність роботи каталітичного двокамерного нейтралі-затора

Автомобіль	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

Каталітичні нейтралізатори конструктивно складаються з вхідного і вихідногопристроїв,корпусаі поміщеногов ньому реактора. Роз­роблені каталітичні нейтралізатори (рис. 2.5) для відпрацьованих газів ДВЗ транс-портнихзасобів з бензиновими і дизельними двигунами.

Каталітичні нейтралізатори знижують у відпрацьованих газах (ВГ) вміст СО на 70...90%,CnHm – на 50...85%. Основні параметри каталітичних нейтралі-заторів для автобусаЛІАЗ-5256 такі: об’єм реактора2,5дм³; довжина      553 мм; ширина307 мм; висота 243 мм; маса 15 кг.

Рисунок 2.5 – 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. 2.6. 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 2.6 – 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 2.7 – 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. 2.7. 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.