Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 4.7.2. Способи зниження токсичності вихлопних газів

Підвищення екологічних показників автотранспортних засобів можливе завдяки проведенню комплексу заходів щодо вдосконалення конструкції та режиму експлуатації. Екологічні показники автомобілів можна покращити, підвищивши їхню економічність, замінивши бензинові двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) дизельними та іншими заходами (рис. 4.12).

Важливим фактором підвищення економічності автомобілів є поліпшення аеродинамічних показників кузовів, зниження опору повітря фільтрів і глушників та ін.

Найбільшого зниження токсичності ДВЗ автомобілів можна досягти завдяки використанню нейтралізаторів відпрацьованих газів. Нейтралізатор — це додатковий пристрій, який вводиться у вихлопну систему двигуна для зниження токсичності відпрацьованих газів.

Рис. 4.12. Поліпшення екологічних показників автомобіля

Зараз для зниження токсичності вихлопних газів автотранспортних засобів використовують рідинні, каталітичні, термічні та комбіновані нейтралізатори [12].

Принцип дії рідинних нейтралізаторів базується на розчиненні або хімічній взаємодії токсичних компонентів відпрацьованих (вихлопних) газів при продуванні їх через рідину визначеного складу: воду, водний розчин сульфіту натрію, водний розчин двовуглекислої соди.

На рис. 4.13 наведена схема рідинного нейтралізатора, що використовується двотактним дизельним двигуном.

Рис. 4.13. Схема рідинного нейтралізатора: 1 — труба; 2 — колектор; З — бак; 4 — фільтр; б — сепаратор; 6 — додатковий бак

Нейтралізатор працює таким чином. Відпрацьовані гази (ВГ) надходять у нейтралізатор через трубу 1 і надходять у колектор 2, а потім у бак 3, де вступають в реакцію з робочою сумішшю. Очищені гази проходять через фільтр 4, сепаратор 5 і викидаються в атмосферу. Із випаровуванням рідину доливають у робочий бак з додаткового бака 6,

Пропускання відпрацьованих газів дизелів через воду призводить до усунення запаху, альдегіди поглинаються з ефективністю 0,5, а ефективність очищення від сажі досягає 0,60—0,80. При цьому трохи зменшується вміст бензопірену у відпрацьованих газах. Температура газів після рідинного очищення становить 40— 80 °С. При зниженні температури процес очищення відбувається інтенсивніше.

Каталітична нейтралізація відпрацьованих газів ДВЗ на поверхні твердого каталізатора відбувається за рахунок хімічних перетворень (реакція окислення або відновлення), в результаті яких утворюються нешкідливі або малошкідливі сполуки.

Для нейтралізації у відпрацьованих газах 1ЧОх, СО і СnНm використовують двоступеневий каталітичний нейтралізатор (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Схема двоступеневого каталітичного нейтралізатора: 1 — відпрацьований каталізатор; 2 — окислювальний каталізатор; 3 — патрубок для подавання повітря; 4 — патрубок для подавання відпрацьованих газів

Відпрацьовані гази через патрубок 4 подаються до відновлювального каталізатора /. На цьому каталізаторі відбувається нейтралізація окисів азоту:

Для забезпечення відновлювального середовища перед першим ступенем нейтралізатора двигун автомобіля слід відрегулювати для роботи з коефіцієнтом надлишку повітря а, близьким до стехіометричного. При цьому а > 1*05, активність каталізатора різко падає (середовище стає окисленим). Після відновлю вального каталізатора для створення окислювального середовища до відпрацьованих газів через патрубок 3 підводиться вторинне повітря. На окислювальному каталізаторі 2 відбувається нейтралізація продуктів неповного згоряння СО і СnНm. Основними процесами тут є окислення оксидів вуглецю та вуглеводнів:

Одним із кращих конструктивних варіантів для зниження вмісту твердих частинок (сажі) у вихлопних газах дизельних автомобілів вважається встановлення фільтрів регенеративного типу. Фільтр-сажовловлювач (рис. 4.15, а) — це коміркова конструкція з комірками прямокутного перерізу. Матеріал фільтра — пористий кордієрит — достатньо міцний, стійкий до агресивних хімічних речовин, спалювання та утворення тріщин при високих температурах.

б

Рис. 4.15. Схема фільтрів-сажовловлювачів із комірковою (а) та багатошаровою насадками (б)

Другий варіант фільтра-сажовловлювача зображений на рис. 4.15, б. Він виготовлений у вигляді декількох послідовно розташованих пористих перегородок, що характеризуються підвищеною ефективністю очищення. Дослідами підтверджено, що вміст сажі у вихлопних газах після застосування цих фільтрів зменшується більш ніж у 5 разів. Накопичені у фільтрі частинки сажі періодично вилучають термічним окисленням. Для цього вихідні гази нагрівають до температури 450 °С і вище, при якій займається накопичена сажа.

Сажовловлювачі дизельних ДВЗ забезпечують ресурс 10 тис км і більше при незначному збільшенні гідравлічного опору. Для цього здійснюють періодичну (через 100 км пройденого шляху) регенерацію фільтроелемента.

Незважаючи на те, що викиди токсичних речовин (СО і СnНm) із картера та паливної системи в основному на порядок нижчі від викидів газів, розробляються методи спалювання картерних газів ДВЗ [13]. Для цього рекомендують застосовувати спеціальний пристрій для знешкодження випаровувань палива із карбюратора та паливного бака (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Схема пристрою для вловлювання парів бензинового палива ДВЗ: 1 — паливний бак; 2 — ємність; 3 — кришка; 4 — адсорбер

Пристрій складається із трьох основних вузлів: герметичного паливного бака 1 зі спеціальною ємністю 2 для компенсації теплового розширення палива; кришки 3 паливно-заправної головки бака з двостороннім запобіжним клапаном для попередження надмірного тиску або розрідження в баку; адсорбера 4 для поглинання палива при вимкненому двигуні із системою повернення парів у впускний тракт під час роботи двигуна. Адсорбентом тут слугує активоване вугілля.

Дотримання регламенту технічного обслуговування та контролю відпрацьованих газів ДВЗ дозволяє значно скоротити токсичні викиди в атмосферу. Дослідами встановлено, що при 160 тис. км пробігу та відсутності контролю викиди СО зростають в 3,3 раза, а СnНm — у 2,5 раза.