Лекція 12. Методи зниження забруднення атмосфери викидами від двигунів внутрішнього згорання

Література:

1. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы.- М.: Агропромиздат, 1985.- 287 с.

2. Белов С.В., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. и др. Охрана окружающей среды.- М.: Высшая школа, 1991.- 319 с.

3. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Основи екології.- К.: Либідь, 2005.- 408с.

4. Корсак К.В., Плахоткін О.В. Основи сучасної еколгії.- К.: МАУП, 2004.- 340 с.

5. Кульчицький А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей.- М.: ООО «Академический проект», 2004.- 400 с.

6. Лаптева А.А. Охрана и оптимизация окружающей среды.- К.: Лыбидь, 1990.- 256 с.

7. Надточій П.П., Мислива Т.М., Морозов В.В. та ін. Охорона та раціональне використання природних ресурсів і рекультивація земель.- Житомир, 2007.- 420 с.

8. Некос В.Ю. Основы общей экологии и неоэкологии.- Харьков: Прапор, 2001.- 256 с.

9. Сафронов Т.А. Екологічні основи природокористування.- Львів: Новий Світ-2000, 2004.- 248 с.

10. Сухарєв С.М., Чундак С.Ю., Сухарєв О.Ю. Технологія та охорона навколишнього середовища.- Львів: «Новий Світ-2000», 2005.- 255 с.

11. Ткачук К.Н. и др. Промышленная экология.- К.: УМКВО, 1992.- 270с.

План

1. Загальні свідчення.

2. Термічна нейтралізація.

3. Каталітична нейтралізація.

1. Загальні свідчення.

Кількість автомобілів в містах з кожним роком зростає і, разом з тим, зростає забрудненість повітря. У викидах двигуніввнутрішнього згорання (ДВЗ) міститься понад 100 шкідливих речовин, які умовно поділяють на шість груп:

1) С0₂, водяна пара, водень, кисень, азот (нетоксичні);

2) оксид карбону;

3) оксиди нітрогену;

4) вуглеводні (в тому числі беиз(а)пірен);

5) альдегіди;

6) кіптява.

Кількісний склад газоподібних викидів ДВЗ залежить передусім від типу двигуна, режиму його роботи та справності. Зношування частин двигунів, як карбюраторних, ежекторних, так і дизельних, призводить до збільшення витрат палива. Це, в свою чергу, призводить до збільшення кількості шкідливих речовин у викидах. Так, при збільшенні витрат пального на 10%, кількість шкідливих речовин у викидах збільшується на 15-50%.

Зниження викидів шкідливих речовин ДВЗ можна досягти застосуванням таких методів: рідинної та полуменевої нейтралізації, ежекційного доспалювання, використанням каталізаторів, подачею повітря у випускний колектор, застосуванням антиднмних фільтрів. Крім того, знизити кількість шкідливих речовин у викидах молена шляхом використання присадок до палива - метанолу, водню, скрапленого газу тощо.

Найбільшого поширення набула нейтралізація токсичних компонентів викидних газів, яка здійснюється двома способами: термічним і каталітичним.

2. Термічна нейтралізація. Продукти неповного згорання вуглеводних палив з повітрям за певних умов (висока температура, наявність кисню) можуть вступати в реакцію окислення, утворюючи нетоксичні сполуки. Найефективніша термічна нейтралізація відбувається при застосуванніі термічних реакторів, які повинні мати:

а) невелику вагу (для зменшення тривалості прогрівання);

б) невеликі розміри;

в) достатній об'єм, щоб забезпечити необхідну тривалість реакції окислення;

г) ефективну теплоізоляцію;

д) невеликий об'єм викиду;

є) невелику вартість;

ж) довговічність;

з) незначний вплив на витрати пального.

3. Каталітична нейтралізація. До каталітичних нейтралізаторів відхідних газів ставляться багато вимог, що зумовлено значноюі об'ємною швидкістю газів, високою їх температурою, а також зміною хімічного складу газів у процесі роботи автомобіля, який включає холосту роботу двигуна, середній хід, повну швидкість, прискорення та сповільнення. Такі каталізатори повинні володіти універсальністю дії (поліфункціональністю), бути стійкими до дії каталітичних отруг і працювати в широкому інтервалі температур, починаючи з порівняно низьких (100-150°С) до вищих (650⁰С і вище) при високих об'ємних швидкостях відхідних газів (до 1х10⁵дм³/ год).

У наш час розроблено конструкції каталітичних доспалюючих елементів, в яких каталізатором є металева дротина, що покрита сумішшю оксидів алюмінію та берилію з додаванням 1% платини або паладію (нанесених на пористі носії з малим гідравлічним опором). Було доведено, що при виготовленні низьковідсоткових (дешевих) паладійових та платинових каталізаторів доспалювання вихлопних газів, хімічна природа носія і структура його пор мають визначний вилив на активність каталізатора. Оптимальним носієм для дешевих каталізаторів є - А1₂О₃.

Другим поширеним каталізатором є потрійний оксидний алюмінієво-мідно-хромовий каталізатор, який за своєю активністю поступається тільки платині та паладію. Такі нейтралізатори встановлюють на вихлопних трубах двигуна. Основними вузлами нейтралізаторів є: вхідний патрубок; ежектор; каталізатор; внутрішня рамка реактора; зовнішня рамка реактора.

Ежектор призначений для підсмоктування повітря, а також для приєднання реактора до вихлопної труби.В корпусі ежектора відпрацьовані гази захоплюють повітря, примушуючи його рухатись із атмосфери в нейтралізатор. Додатково повітря потрапляє через фільтр, який захищає нейтралізатор від крупних твердих частинок. Реактор призначений для розміщення каталізатора і складається із зовнішньої та внутрішньої решітки, дна і засипної горловини. Решітки виготовляють з перфорованого сталевого листа, до якого приєднана сітка (у формі циліндрів, вкладених один в одну). Між решітками утворюється кільцевий зазор, в який засипають каталізатор. Решітки з'єднують з дном реактора.

Суміш газів з повітрям із ежектора потрапляє у внутрішню решітку реактора, звідки фільтрується через шар каталізатора, який розміщений між внутрішньою та зовнішньою решітками. Каталізатор нагрівається вихлопними газами і в ньому починається контактне окислення цих газів. Хімічні процеси, які протікають на поверхні каталізатора, можна зобразити рівняннями:

2 СО + O₂  2 СO₂;

С_xН_y + O₂ СO₂+ H₂O;

СH₂O + O₂СO₂+ H₂O.

Таким чином, каталітичне доспалювання вихлопних газів двигунів внутрішнього згорання є ефективним (до 90%) засобом для очистки повітря від вуглеводнів, карбоксилу та альдегідів.