02.12.2014

Когда речь идёт не об экологии, а о безопасности людей. Каталитическое обезвреживание выхлопных газов тяжёлой техники

---

Что служит основным источником загрязнее ния воздуха?

В общем деле загрязнения атмосферы вследдствие человеческой деятельности, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), безусловно, нахоодятся на первом месте. И не просто лидируют, а значительно опережают все остальные вместе взятые техногенные источники. «Первенство» объясняется просто подавляющим численным преимуществом именно этих загрязнителей, по сравнению с суммой всех остальных техногеннных источников.

Бензиновые ДВС

Относительно «малотоксичный» бензиновый ДВС, кроме полезной работы, «производит» вреддные выбросы в атмосферу, лишь из того, что у него имеется в бензобаке. Поэтому в выхлопе бензиинового двигателя содержится какоеето количество недогоревшего топлива (СхНy) и угарр ного газа (СО). Для успешного их окисления в нейтрализаторе бензинового ДВС существуют вполне благооприятные условия: вредные проодукты – легко окисляемы, а необходимый для рееакции каталитичееского окисления (сжигания) кислород в достаточном количестве присутствует в выхлопе двигателя.

Поэтому, нормально отрегулированный бензиновый двигатель, оснащённый каталитиическим нейтрализатором выхлопных газов, доостаточно легко и надёжно окисляет вредные примеси до безопасных уровней: углекислого
газа (CO2) и воды (H2O)

СхНy + nO2 → CO2 + H2O;

СО + 1/2 O2 → СО2,

 

Дизельный двигатель существенно вреднее своеего бензинового «собрата».

Как источник загрязнения атмосферы, дизелььный ДВС существенно более опасен. И дело вовсе не в распространенном заблуждении, что дизельное топливо (в просторечии солярка), якообы – хуже или грязнее бензинов высоких эколоогических стандартов.

Дизельный ДВС также, как и работающий на бензине, разумеется, обеспечивает поступление в атмосферу стандартного набора из угарного газа и остатков недогоревшего топлива. К сожалению этим дело не ограничивается. Повышенная опассность дизельных ДВС «обеспечивается» ещё двумя дополнительными и абсолютно объективными причинами.

Первая причина. Более высокие параметры рааботы дизеля, а именно – давление и температура
в цилиндрах уже достаточны для запуска процессса химического синтеза высокотоксичного «букеета» – оксидов азота, общей формулы (NОх). Причём сырьём для этого химического процесса, служат кислород (О2) и азот (N2), то есть обычный чистый воздух, потребляемый дизельным двигателем для работы:

 

N2 + O2 → NOx

 

Ни качество топлива, ни регулировки двигателя, или какиеелибо другие параметры не способны отменить законы химии и термодинамики при работе дизельного ДВС. Цилиндры двигателя становятся «химическими реакторами», синтезирующими одни из самых токсичных видов атмосферных загрязнений непосредственно из чистого воздуха.

Вторая причина повышенной опасности.
В то время как нейтрализация выхлопа бензинового ДВС – это окисление примесей имеющимся в достатке кислородом, нейтрализация же оксидов азота NOx – это строго противоположный процесс химического восстановления. И присутствие кислорода в выхлопе двигателя препятствует процессу нейтрализации, вплоть до полного его прекраащения. Таким образом, прикаталитической нейтрализации токсичных продуктов дизельного ДВС, нужно организовать протекание в нейтрализаторе двух, строго говоря, несовместимых процессов – окисления и восстановления одновременно. Тем не менее, современные разработки катализаторов уже дают
примеры достаточно результативного обезвреживания выхлопа дизельных ДВС.

Дизельные двигатели карьерной, дорожной и строительной техники.
Дизельный ДВС грузового автомобиля, равномерно двигающегося по карьерной дороге или шоссе или его стационарный аналог, например, работающий в составе дизельэлектрогенератора, основное время работы выдают полезную мощность в стационарном режиме.

Существенно снизить вред, наносимый окислами азота организму человека и окружающей среде, в таком случае возможно с помощью современных каталитических нейтрализаторов, например работающих по технологии Cелективного Каталитического Восстановления (SCR), где используются специальные катализаторы или даже
химические добавки-реагенты.

Совсем иное дело – работающий экскаватор, оснащённый дизельной силовой установкой.
Назвать эксплуатацию его дизельного двигателя «нестационарной» было бы сильным преувеличением: мгновенный набор мощности, остановки, вибрации, рывки и удары, и снова остановки. Ни о каких оптимальных регулировках работы двигателя, здесь не может быть и речи. Процесс дозирования и смешения реагентов, как и сам химический процесс нейтрализации – инерционны, и для режимов работы тяжёлой горной техники – неприменимы
по определению. Видимо поэтому на экскаваторах, грейдерах, гидромолотах даже ведущие мировые производители нейтрализаторы не устанавливают, предполагая, что свежий ветер стройки и карьера, способен разогнать облака токсичных выхлопов.

Наихудший вариант дизельные двигатели тяжёлой техники, помещенные в шахту, тоннель, глубокий карьер.

В ситуации закрытого объёма (тоннель, шахта, глубокий разрез) все ядовитые компоненты выброса остаются в призабойном пространстве работы машины, где свежего ветра – не предвидится. Даже качественная вентиляция – не способна полностью устранить проблему локальных избыточчных концентраций токсичных веществ.
А проблема из области экологии переходит в область здоровья и безопасности людей.

Существуют ли способы разрешения этой проблемы?

 

 

И всёётаки, устранение проблемы возможно с помощью каталитических технологий очистки выхлопных газов ДВС.

 

Фото 1. Нейтрализатор, смонтированный в выхлопной тракт

 

Для этого достаточно использовать грамотно спроектированный каталитический реакторрнейтрализатор, устанавливаемый вместо штатного глушителя (фото 1). В корпусе нейтрализатора располагается перфорированная корзина, куда засыпается гранулированный катализатор (ШПКК1), изготавливаемый на основе специального шарикового носителя с платиной в качестве активного каталитического
элемента (фото 2).

 

Фото 2. Гранулированный платиносодержащий катализатор ШПКК1

 

В комплексе это позволяет преодолеть большинство трудностей, возникающих при эксплуатаации в замкнутых объёмах шахт и тоннелей таких сложных объектов, как тяжёлая горная техника. Механические воздействия – вибрации и удары не сильно сказываются на работоспособности шарикового катализатора. Дымовые выбросы элементарной сажи компенсируются самоочищающимся действием вибрирующего слоя
катализатора. Локальные термические перегревы в сочетании с выбросом водяных паров не способны привести к растрескиванию шарикового носителя, как это бывает с монолитными керамическими блоками сотовой структуры, где имеются узкие длинные микроканалы, которые помимо растрескивания, могут забиваться сажей и коксовыми отложениями.
Отработанная конструкция самого реактора, предусматривающая гранулированную засыпку, исключает необходимость в специальных уплотнениях блоков, термокомпенсациях и прочих ухищрениях. А если нет уплотнений, то, следовательно, нечему и разрушаться, создавая каналы, через которые отработанные газы выбрасываются в атмосферу неочищенными. Такая система проверена несколькими десятилетиями успешной
эксплуатации нейтрализаторов.
Служит ли каталитический нейтрализатор панацеей, снимающей все проблемы?
Условия эксплуатации, которые рассмотрены в данной статье, не могут принести полного устранения проблемы очистки и токсичных выхлопов. Однако, такие компоненты как угарный газ (СО) и остатки топлива (СхНy) могут быть нейтрализованы практически полностью, а объёмы выбросов наиболее сложных – оксидов азота, за счёт высокого качества катализатора реально снижаются на 15540%.
Несколько сотен единиц работающей в нашей стране техники, оснащённой такими нейтрализаторами, реально и ежедневно подтверждают это.