CC BY
69
УДК 502.3:504.5:621.43.064
Ю. Р. Абдрахимов, А. В. Федосов, В. В. Яханов
Нейтрализация отработанных газов и шумоглушение с помощью нейтрализатора-глушителя пластинчатого типа
Уфимский государственный нефтяной технический университет г. Уфа, Косманавтов, 1, тел.: (347) 242-08-52
Данная статья посвящена изучению возможности замены слоя гранулированного катализатора в нейтрализаторах отработанных газов на набор пластинчатых элементов, на поверхность которых наносится каталитическое вещество. Рассмотрена эффективность этой замены. Определены основные свойства, которыми должны обладать катализаторные покрытия. Исследована возможность уменьшения уровня шума и загрязнения атмосферы токсичными веществами, содержащимися в выхлопных газах автомобилей с помощью предлагаемого нейтрализатора-глушителя отработавших газов.
Ключевые слова: нейтрализатор-глушитель, катализаторное покрытие, загрязнение атмосферы, гранулированные катализаторы, адгезив, пластинчатые элементы, двигатель внутреннего сгорания.
Сегодня уделяется большое внимание охране окружающей среды. Важнейшими экологическими проблемами являются выбросы в атмосферу БО2, МОх, СО и некоторых углеводородов, проявляющих высокую химическую активность, в составе отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, а также шумовое воздействие автомобильного транспорта.
Используемые в настоящее время системы шумоглушения и нейтрализации отработанных газов автотранспорта (например, термокаталитическая очистка отходящих газов на гранулированных катализаторах, в частности, оксидных) имеют целый ряд недостатков.
Эффективным, альтернативным решением задачи очистки газов является замена нейтрализаторов со слоем гранулированного катализатора на нейтрализаторы с пластинчатыми элементами, на поверхность которых наносится каталитическое вещество.
Целью работы явилось исследование возможности использования катализатора-глушителя с пластинчатыми элементами для уменьшения уровня шума и выбросов вредных веществ двигателей внутреннего сгорания и разработка способа нанесения катализаторных покрытий на поверхность металлических пластин-носителей.
Дата поступления 02.04.08
В отличите от классического гетерогенного катализа, в слое гранулированного катализатора частицы, зародившиеся на поверхности пластин (в данном случае радикалы), могут переходить в свободный объем реакционной зоны, инициируя в нем протекание цепной реакции окисления углеводородов, то есть, реализуется гетерогенно-гомогенный режим окисления органических примесей.
В ходе гетерогенно-гомогенных реакций процесс окисления протекает по радикальному механизму с зарождением радикалов на поверхности катализатора и дальнейшем переводом реакции в объем газовой фазы.
Особенностью нейтрализаторов, оборудованных пакетами пластин с катализаторным покрытием, устанавливаемых непосредственно в газоходах, является низкое гидравлическое сопротивление (до 2000 Па при удельном расходе газа до 2 х 105 ч-1) и они могут быть успешно использованы для очистки горячих низконапорных отходящих газов.
Выполненные ООО «Энерготехконтракт» и УГНТУ исследования и испытания разработанных конструкций нейтрализатора-глушителя показали, что недостатки нейтрализаторов со слоем гранулированного катализатора возможно устранить за счет исключения из системы газового тракта корпусов нейтрализатора, штатных резонатора и основного глушителя, а функции, выполняемые ими, организовать в газоотводящих трубах одного диаметра.
Предлагаемая система позволяет учесть специфические условия очистки газов ДВС, которые требуют:
— стабильности при очистке от органических примесей потока очищаемого газа с переменным содержанием этих примесей;
— невосприимчивости катализаторных покрытий к соединениям серы и свинцу;
— стабильности по отношению к влаге, присутствующей в большом количестве в составе очищаемого газового потока;
— устойчивости работы катализатора при переменном температурном режиме.
Нейтрализация токсичных ингредиентов в отходящих газах и шумоглушение обеспечивается в газоприемных трубах, в конце промежуточной трубы и в газоотводящей трубе, за счет размещения в них специальных унифицированных высокопорозностных вставок: для нейтрализации — покрытых катализатор-ной пленкой, для шумоглушения — без пленки. Нейтрализация токсичных примесей обеспечивается постепенным снижением их концентрации по ходу газа в газоприемных и промежуточной трубах за счет использования специальных катализаторных покрытий, не содержащих в некоторых случаях индифферентных к сернистым соединениям и даже свинцу.
В настоящее время официальные испытания шумоглушения и нейтрализации на автомобиле ВАЗ-2101-07 с помощью предложенной системы показали хорошие результаты, укладывающиеся, с запасом, в существующие на данное время нормативы (табл. 1).
В соответствии с поставленной задачей был выбран наиболее простой способ приготовления катализаторных покрытий — нанесение каталитически активной суспензии, включающей в общем случае собственно ката-
лизатор, связующие вещества, адгезив и растворитель, на поверхность металлических пластин-носителей с последующим отвердением пленки катализаторного покрытия в ходе термообработки пластин. В качестве исходных компонентов использовались гранулированный катализатор СТК-1М, меднохроммарга-нецкобальтовый катализатор (УДП), раствор полиметилфенилсилоксановой смолы в толуоле (ПФМС), алюмохромфосфатная смесь, толуол, вода, ацетон.
Для оценки механической прочности использовался метод, в котором образец пластинки-носителя с нанесенным катализаторным покрытием подвергается деформации на изгиб с фиксированием радиуса изгиба.
В качестве носителя использовались алюминиевые пластины 100 х 20 х 0.2 мм, сетка из нержавеющей стали, свернутая в пучок, с диаметром проволоки 0.21 мм, сетка из нержавеющей стали вырезанная в виде круга диаметром 40 мм с диаметром проволоки 0.30 мм.
Таким образом, предлагаемый нейтрализатор-глушитель позволяет снизить уровень шума и выбросы токсических веществ двигателей внутреннего сгорания.
Таблица 1
Результаты измерений внешнего шума неподвижного автомобиля, дБА
Точка измерения (по схеме) Номер измерений Окончательный результат
1 2 3
1. Сзади, 45о слева от глушителя 65 67 65 67
2. Сзади, 45о справа от глушителя 65 64 65 65
3. Справа, 0.5 м от двигателя 62 61 61 62
4. Спереди, 0.5 м от двигателя 65 65 65 65
5. Слева, 0.5 м от задн. крыла а/м 61 61 62 62
6. В салоне а/м, справа от водителя 59 58 56 59
Литература
1. Жегалин О. И., Китросский Н. А., Панчиш-ный В. И. и др. Каталитические нейтрализаторы транспортных двигателей.— М.: Машиностроение, 1979.— 80 с., ил.
2. Алхазов Т. Г., Мярголис Л. Я. Глубокое каталитическое окисление органических веществ.— М.: Химия, 1985.- 192 с., ил.
3. Мухутдинов Р. Х., Самойлов Н. А. // Журнал прикладной химии, т. 70, № 10, 1997.- 1660 с.
4. Мухутдинов Р. Х., Самойлов Н. А., Перлов Р. А. // ЖПХ, № 3, 1998.- 431 с.
5. Мухутдинов Р. Х., Самойлов Н. А. // ЖПХ, № 10, 1998.- 1668 с.
