Научная статья на тему 'Каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Достоинства и недостатки'

Каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Достоинства и недостатки Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
660
95
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ / КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР / ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР / АВТОМОБИЛЬ / EXHAUST / CATALYTIC CONVERTER / THREE-WAY CATALYST / CAR

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Тихонов А. Р., Шиповалов Д. А.

В статье рассмотрен один из основных направлений снижения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду внедрение в выхлопную систему автомобиля каталитических нейтрализаторов отработавших газов, типы катализаторов, их назначение, достоинства и недостатки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CATALYTIC CONVERTERS. ADVANTAGES AND DISADVANTAGES

The paper considers one of the main ways to reduce the harmful effects of transport on the environment the introduction of the exhaust system of the car catalytic converters, catalyst types, their purpose, advantages and disadvantages.

Текст научной работы на тему «Каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Достоинства и недостатки»

11. Thermoplastic constructional composite material for radiation protection / Pavlenko V. I., Yastrebinskii R. N., Kuprieva O. V., Epifanovskii I. S. // Inorganic Materials: Applied Research. 2011. Т. 2. № 2. С. 136-141.

12. Структурообразование металлоолигомерных водных дисперсий / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Ястребинская А. В., Матюхин П. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 2. С. 121-123.

13. Механическая активация полимерных диэлектрических композиционных материалов в непрерывном режиме / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Матюхин П. В., Воронов Д. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 74-77.

14. Огрель Л. Ю. Модификация эпоксидного связующего полиметилсилоксаном для изготовления стеклопластиковых труб и газоотводящих стволов / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В., Горбунова И. Ю. // Строительные материалы. 2006. № 5. С. 57-59.

15. Огрель Л. Ю. Полимеризация эпоксидного связующего в присутствии добавки полиметилсилоксана / Огрель Л. Ю., Ястребинская А .В., Бондаренко Г. Н. / Строительные материалы. 2005. № 9. С. 82-87.

16. Огрель Л. Ю. Структурообразование и свойства легированных эпоксидных композитов / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В. // Строительные материалы. 2004. № 8. С. 48-49.

Тихонов А.Р.1, Шиповалов Д.А.2

'Студент, Волжский политехнический институт (филиал), Волгоградский государственный технический университет; 2Старший преподаватель, Волжский политехнический институт (филиал), Волгоградский государственный технический

университет

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ.

Аннотация

В статье рассмотрен один из основных направлений снижения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду - внедрение в выхлопную систему автомобиля каталитических нейтрализаторов отработавших газов, типы катализаторов, их назначение, достоинства и недостатки.

Ключевые слова: отработавшие газы, каталитический нейтрализатор, трехкомпонентный катализатор, автомобиль.

Tikhonov A.R.1, Shipovalov D.A.2

'Student, Volga Polytechnic Institute (branch), Volgograd State Technical University, 2Senior Lecturer, Volga Polytechnic Institute

(branch), Volgograd State Technical University CATALYTIC CONVERTERS. ADVANTAGES AND DISADVANTAGES.

Abstract

The paper considers one of the main ways to reduce the harmful effects of transport on the environment - the introduction of the exhaust system of the car catalytic converters, catalyst types, their purpose, advantages and disadvantages.

Keywords: exhaust, catalytic converter, three-way catalyst, the car.

В настоящее время уровень автомобилизации уже давно стал одним из основных показателей экономического развития государств и качества жизни населения. Автомобильный транспорт является, с одной стороны, одним из достижений научнотехнического прогресса, который делает человека более мобильным и обеспечивает комфорт передвижения с большой скоростью на большие расстояния, а с другой — представляет собой серьезную опасность, так как автомобили негативно воздействуют на окружающую среду и являются источником повышенной опасности для человека[2].

Основными направлениями снижения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду являются:

• снижение потребления материальных ресурсов при производстве автомобиля;

• совершенствование процессов смесеобразования и сгорания топлива;

• совершенствование конструкции автомобилей;

• нейтрализация отработавших газов;

• применение альтернативных видов топлива;

• повышение топливной экономичности и экологичности автомобилей в процессе технического обслуживания, эксплуатации и

др.

Снижение токсичности (нейтрализация) отработавших газов может быть достигнуто путем введения в конструкцию нейтрализаторов и фильтров твердых частиц (сажи) как дополнительного оборудования, встраиваемого в выпускной тракт ДВС[2].

Назначение нейтрализаторов.

Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения концентрации вредных веществ в отработавших газах. В обиходе каталитический нейтрализатор называют катализатором. Катализатор - это кусок выхлопной системы, в который встроены множество трубок в виде сот, сквозь которые проходят газы. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платино - иридиевого сплава.

Типы нейтрализаторов.

Разные модели автомобилей различаются конструкцией и расположением каталитических нейтрализаторов. Нейтрализатор имеет окислительный и восстановительный катализаторы, которые ускоряют процесс преобразования окиси углерода, углеводородов и окислов азота в нетоксичные соединения.

Окислительный каталитический нейтрализатор функционирует при температурах 680...880 К и осуществляет окисление оксида углерода и низкомолекулярных углеводородов в диоксид углерода с эффективностью до 95 %. Блок-носитель нейтрализатора выполняется из керамики с сотовой структурой, из гофрированной фольги нержавеющей стали толщиной 0,03—0,04 мм или в виде гранул из оксида алюминия, которые укладываются в цилиндрический металлический корпус, закрытый с торцов сетками.

Окислительно-восстановительный нейтрализатор отличается от окислительного тем, что он дополнительно комплектуется ступенью для восстановления оксида азота. Восстановительная ступень катализатора содержит насадку на основе благородных металлов (платина, палладий, рутений и др.). Однако могут применяться катализаторы на основе переходных материалов, в частности меди, хрома, кобальта, никеля и их сплавов. Эти катализаторы менее долговечны, чем использующие благородные металлы. Их эффективность меньше при высоких объемных скоростях химических реакций, а требуемая степень нейтрализации продуктов неполного сгорания достигается при более высоких температурах, чем, например, на платиновых. Поэтому, несмотря на высокую стоимость, для каталитической нейтрализации ОГ предпочитают использовать катализаторы на основе благородных металлов.

На современных автомобилях применяются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, защищающие от трех вредных веществ - несгоревших углеводородов, оксида углерода и оксида азота. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя. В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в химические реакции, но одним своим присутствием ускоряет их течение. В качестве катализатора используется платина и палладий, которые способствуют окислению СО и СН, а родий ’’борется” с NOx. В результате реакций в нейтрализаторе токсичные соединения CO, CH и NOx окисляются или восстанавливаются до углекислого газа СО2, азота N2 и воды Н2О[1].

75

На дизельных двигателях применяется сажевый фильтр, который обеспечивает снижение выброса сажи в атмосферу с отработавшими газами. В выпускной системе сажевый фильтр может быть объединен с каталитическим нейтрализатором. Достоинства и недостатки каталитического нейтрализатора (таб. 1).

Таблица 1-Достоинства и недостатки каталитического нейтрализатора

Каталитические нейтрализаторы

Достоинства Недостатки

Снижение токсичности отработавших газов Большая стоимость

Соответствие нормам выбросов вредных веществ Неработоспособность в условиях холодного пуска

Работа в комплексе с кислородным датчиком существенно снижает потребление топлива автомобиля Возникновение термических напряжений в каталитических блоках нейтрализатора и их разрушение при быстром нагреве.

Малые трудозатраты при замене вышедшего из строя каталитического нейтрализатора Низкая эффективность удаления NOx (особенно для дизелей)

Литература

1. Вахламов В.К. Автомобили. Основы конструкции. М.: Издательский центр "Академия", 2008. С. 92-98.

2. Кириллов Н.Г. Проблемы экологии автомобильного транспорта России, М., 2007. С. 12-13.

Ястребинская А. В.

Кандидат технических наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ ОЛИГОМЕРОВ

Аннотация

В статье рассмотрена возможность использования термостойкого эпоксидного связующего для конструкционного стеклопластика. Предлагаемый нами структурной модификации позволяет решать и энерго-экономические проблемы получения полимерных композитов.

Ключевые слова: олигомеры, полимеры, связующие, стеклопластик.

Yastrebinskaya A. V.

PhD in technica, Associate professor, Belgorod State Technological University named after V.G.Shukhova POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS ON THE BASIS OF SILICON ORGANIC OLIGOMEROV

Abstract

In article possibility of use heat-resistant epoxy binding for constructional fibreglass is considered. Offered by us structural modification allows to solve and power-economic problems of receiving polymeric composites.

Keywords: олигомеры, полимеры, связующие, стеклопластик.

Синтетические полимеры нашли широкое применение в различных областях промышленности. Наиболее интересно использование полимеркомпозитов в авиационно-космической и корабельной технике, а также в строительстве для изготовления труб, газоотводящих стволов и газоходов, коллекторов, емкостей для хранения агрессивных жидкостей и пр. [1-11].

Авторами рассмотрена возможность использования термостойкого эпоксидного связующего для конструкционного стеклопластика. Для решения поставленной цели, нами был использован метод структурной модификации (легирование) полимерной матрицы композиционного материала жидкими модифицирующими кремний органическими добавками на основе функциональных кремнийорганических соединений. В качестве модификаторов использованы органосилоксаны и жидкие кремнийорганические каучуки. Исследованы кинетические параметры и тепловые эффекты процессов отверждения связующего на основе отечественной эпоксидиановой смолы (ЭД-20) с добавками органосилоксанов: тетроэтоксисилана (ТЭС),

полиметилсилоксана (ПМС-5000), синтетического кремнийорганического низкомолекулярного каучука (СКТН) [12-15].

Установлено, что добавка ТЭС снижает температуру начала полимеризации и приводит к равномерной глобулярной надмолекулярной структуре материала. Подобный механизм полимеризации установлен и при добавлении ПМС-5000. Снижение составляет порядка 30 градусов. Введение СКТН приводит к резкому увеличению теплового эффекта реакции полимеризации. В связи с этим следует ожидать коренного изменения физико-механических и других характеристик полученного продукта [16-17].

Таким образом, введение кремнийорганических добавок в связующее на основе смолы ЭД-20 снижает температуру термообработки и уменьшает энергозатраты при получении слоистых пластиков.

Работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ.

Литература

1. Павленко В. И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Черкашина Н. И. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

2011. №3. С. 113-116.

2. Высокодисперсные органосвинецсилоксановые наполнители полимерных матриц / Павленко В. И., Ястребинская А. В., Павленко З. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2010. № 2. С. 99-103.

3. Павленко В. И. Полимерные диэлектрические композиты с эффектом активной защиты / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Ястребинская А. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 62-66.

4. Полимерные радиационно-защитные композиты / Павленко В. И. монография // В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский. Белгород. 2009.

5. Термопластичные конструкционные композиционные материалы для радиационной защиты / Павленко В. И., Епифановский И. С., Ястребинский Р. Н., Куприева О. В. // Перспективные материалы. 2010. № 6. С. 22-28.

6. Матюхин П. В. Композиционный материал, стойкий к воздействию высокоэнергетических излучений / Матюхин П. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

2012. № 2. С. 25-27.

7. Композиционный материал для защиты от гамма-излучения / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Матюхин П. В., Четвериков Н. А. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 3. С. 17-20.

8. Pavlenko V. I. Simulation of the processes of gamma-radiation transport through shielding containers for radioactive waste / Pavlenko V. I., Yastrebinskii R. N., Lipkanskii V. M. // Russian Physics Journal. 2003. Т. 46. №10. С.1062-1065.

9. Pavlenko V. I. Modeling of processes of interaction of high-energy radiations with radiation-protective oxide of iron composites / Pavlenko V. I., Yastrebinskij R. N., Degtyarev S. V. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т. 10. № 1-2. С. 46-51.

10. Нанонаполненные полимерные композиционные радиационно-защитные материалы авиационно-космического назначения / Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Соколенко И. В., Ястребинская А. В. // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 128.

76

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.