Снижение токсичности выхлопных газов процессов окисления углеводородного топлива. Кафедра ХТНВ, Катализа и Экологии НТУ ХПИ Яковишин В.А.; Савенков А.С., докт. техн. наук.

Состав отработанных газов ДВС Компонент Содержание в выхлопном газе, % об. Вредность Дизельный двигатель Бензиновый двигатель N2N2N2N2 74 – – 77 Безвредный O2O2O2O2 2,0 – 20,0 0,3 – 10,0 Безвредный H2OH2OH2OH2O 0,5 – 11,0 3,0 – 5,5 Безвредный CO 2 1,0 – 16,0 5,0 – 12,0 парниковый газ CO 0,005 – 0,4 0,5 – 12,0 Токсичный NO x 0,004 – 0,5 0,01 – 0,8 Токсичные CnHmCnHmCnHmCnHm 0,005 – 0,3 0,2 – 3,0 Токсичные Альдегиды 0,001 – 0,009 0 – 0,2 Токсичные Сажа 0,01 – 1,1 г/м3 0 – 0,04 г/м3 Токсичная Бенз-[а]- пирен 0,05 – 1 0 – 20 мкг/м3 канцероген

Выбросы токсичных компонентов с отходящими газами теплоэнергетических установок Компонент Концентрация, г/м 3 Каменныйуголь (S=1,7 %) Мазут Природныйгаз SO x (в пересчёте на SO 2 ) 3,04,0- NO x (в пересчёте на NO 2 ) 0,2 – 1,5 0,15 – 1,5 0,1 – 1,8 Зола, пыль 0,06 – 1,0 0,07 – 0,35 до 0,07 CO 0,02 – 2,5 0,05 – 1,2 0,05 – 0,6 Альдегиды (в пересчёте на CH 2 ) 0,0007 – 0,007 0,04 – 0,4 Сажа (С) 0,035 – 0,6 0,07 – 0,35 0,0075 – 0,07 Канцерогенные вещества (в пересчёте на C 20 H 12 ) (8 – 15)·10 -4 (2 – 4)·10 -4 (0 – 1)·10 -4

Принципиальная схема нанесения каталитического покрытия 1,2 – приготовление растворов солей активных компонентов; 3 – смешение растворов, 4 – пропитка оксидированной поверхности; 5 – провяливание; 6 – сушка; 7 – прокалка.

Схема получения оксидного покрытия 1 – ванна обезжиривания; 2 – ёмкость приготовления раствора обезжиривания; 3 – ванна горячей промывки; 4 – ванна холодной промывки; 5 – циркуляционный насос; 6 – ванна финишной промывки; 7 – ванна анодирования; 8 – фильтр; 9 – блок питания; 10 – блок контроля; 11 – ёмкость для приготовления электролита; 12 – ванна промывки; 13 – ванна финишной промывки; 14 – ванна наполнения; 15 – фен; 16 – сушка; 17 – термошкаф.

А – γ – Al 2 O 3 ; Б – α - Al 2 O 3 ; В – Al 2,144 O 3,2 ; Г – β - Al 2 O 3 ; Д - Al 2 O; Е – θ - Al 2 O 3 ; Ж – AlO; И – δ - Al 2 O 3 ; К - dzeta Al 2 O 3 ; Л – Е - Al 2 O 3 ; М – delta Al 2 O 3 Результатырентгенофазового анализаносителя Результаты рентгенофазового анализа носителя

а - Cu(NO 3 ) 2 ·3H 2 O; б - Cr(NO 3 ) 3 ·9H 2 O Термограммы разложения

Термограмма термического разложения смеси нитратов активных компонентов

А - CuCrO 4 Данные рентгенофазового анализа продуктов разложения смеси солей при ˚С

А – CuCr 2 O 4 ; Б – Cr 2 O 3 Данные рентгенофазового анализа продуктов разложения смеси солей при температуре выше 450˚С

Схема испытательного стенда 1 - водяной paдиaтop; 2 - машина постоянного тока балансировки; 3 - весоизмерительное устройство; 4 - бак топливный расходный; 5 – бак топливный мерный; 6 – измеритель расхода топлива; 7 - топливоподкачивающий насос; 8 - блок электромагнитных клапанов; 9 - фильтр топливный; 10 - система отвода выхлопных газов; 11 - стойка с приборами газового анализатора; 12 - давление масла в системе смазки; 13 - перепад давления на мерном сопле; 14 – давление отработавших газов; 15 - давление топлива на входе в двигатель; 16 - давление на входе охлаждающей жидкости; 17 - температура выхлопных газов; 18 - температура засасывающего воздуха; 19 - температура топлива на входе в двигатель; 20 - температура масла в картере.

Нагрузочные характеристики и расход топлива Частота вращения коленчатого вала, n, мин –1 Мощность, N е, л.с.Р е, МПа Расход топлива, г/час ,10,006…0, ,050,14…0, ,050,19…0, ,350,214…0,

Зависимость расхода топлива от мощности двигателя 1 – серийный поршень; 2 – поршень с каталитическим покрытием

Зависимость содержания NО х в отходящих газах, от типа поршня и режима работы двигателя Режим Поршень серийной сборки, ррm, ΝО х Поршень с корундовым покрытием, ррm, ΝО х Поршень с Корундовым покрытием и катализатором, ррm, ΝО х Р Р Р Р Р Р Р Р

Режимы работы при проведении исследований по определению выбросов вредных веществ Номер режима Частота вращения коленчатого вала, n, мин. -1 Крутящий момент % от М kmax Коэффициент весомости режима К В при рабочем объеме цилиндров, см 3 До – – – – 400 Более 400 1n xxmin 00,03 2n ном 1000,300,270,230,190,150,10 30,85 n ном 1000,250,220,180,160,130,10 40,85 n ном 750,10 50,85 n ном 500,07 0,080,090,10 60,85 n ном 250,020,030,040,05 70,85 n ном 00,010,02 80,85 n ном 1000,100,120,140,160,180,20

Диаграмма результатов испытаний катализатора 1 – расход топлива, 2 – выбросы углеводородов, 3 – выбросы СО, 4 – выбросы оксидов азота.

Предлагаемая технология может быть использована: а) на стационарных и на автотранспортных двигателях внутреннего сгорания работающих на дизельном топливе, бензине, биотопливе; а) на стационарных и на автотранспортных двигателях внутреннего сгорания работающих на дизельном топливе, бензине, биотопливе; б) в процессах сжигания газообразных или жидких углеводородных топлив в различных теплоэнергетических агрегатах; б) в процессах сжигания газообразных или жидких углеводородных топлив в различных теплоэнергетических агрегатах; в) для обезвреживания выхлопных газов содержащих органические соединения. в) для обезвреживания выхлопных газов содержащих органические соединения. Использование катализатора позволяет не только повысить экологические показатели процесса глубокого окисления углеводородов, но и снизить расход топлива. Катализатор не содержит благородных металлов, устойчив к условиям процесса, прост в получении. Ищем партнеров!