Книга - Охрана окружающей среды - Белов (1991) (994567), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Поэта- /в-м му, несмотря на высокую стоимость, для каталитической нейтрализации рнс. 4Б Схема днухступенчатого отработавших газов чаще использу- (трехкомпонентного) каталнгнчеют катализаторы на основе благо- ского нсйтралнаатора родных металлов. Для нейтрализации в отработавших газах ЫО„, СО н С 11 применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис.
45), состоящий из последовательно соединенных восстановительного 1 и окислительпого 2 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок поступают к восстановительному катализатору. ~а этом катализаторе нейтрализация окислов азота происходит по реакции (для ДВС с искровым зажиганием ИО„на 99% состоит из МО) с)О + СΠ— ~ 0,6)Ча + СОа ХО+ На-но,ЗМа+ НаО Для обеспечения восстановительной среды перед первой ступенью нейтрализатора двигатель должен быль отрегулирован для работы с а, близким к стехиометрическому, При а)1,05 активность катализатора резко уменьшается (среда становится окислительной).
После восстановительного катализатора к отработавшим газам для создания окислительной среды подводится через патрубок вторич- 1ЗЗ ный воздух. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация продуктов неполного сгорания СО и С Нщ. Основными процессами являются окисление оксидов углерода и углеводородов: СО + 0,50з СОз С„Нщ + Си+0,95т) Оз-ь лСОз + 0,5лаНзО Результаты испытаний автомобиля с двухступенчатым каталитическим нейтрализатором (в 1-й ступени — медноникеленый сплав, во 2-йз — платина) приведены в табл.
4!. Таблица 41 Коиаеитраивв тоисииесиил веществ Лвтомобиль ХО, мт/м* СО, 7ма Без нейтрализатора С исйтрализатором 1759 283 100 46 9100 3500 с, где с,— текущая концентрация компонента по координате х; со— исходная концентрация компонента на входе в реактор; 5,— удельная поверхность насыпного катализатора; 5,=т/ — число Шмидта; и — коэффициент кинематической вязкости; .0 — коэффициент 134 В СССР применяют в основном окислительные каталитические нейтрализаторы.
Эффективность работы нейтрализатора, его массовые и габаритные показатели, создаваемое им противодавление выпуску ОГ зависят в оснонном от характера протекания газодинамических и массообменных процессов. Одной из основных задач при проектировании нейтрализатора является определение длины каталитического слоя, через который проходят газы в процессе нейтрализации. В общем случае длина слоя, необходимая для достижения заданной степени очистки, зависит от скорости кинетических преврап1сний и потока. Однако вследствие большой скорости реакции, достигаемой на платиновых катализаторах в области малых концентраций оксида углерода, основным фактором, определяющим общую скорость се окисления, становится диффузия.
Практически это означает, что расчет каталитических нейтрализаторов для обезвреживания продуктов неполного сгорания ОГ можно без большой погрешности выполнять, учитывая только процессы массопсредачи в диффузионной области. Расчет профиля концентраций по длине слоя гранулированного катализатора производится по формуле диффузии; 17е=цн4т/т — число Рейнольдса; пт — средняя скорость течения газа через каналы, образующие слой; е1,— диаметр отдельной гранулы насыпного слоя катализатора.
Значения коэффициента диффузии некоторых вешеств: Свыв — Смв 0,71 !О ' С,11, 7510 ' СО 1,4-10 а Компонент 77, мк1е Степень очистки ОГ от вредных веществ при х=1 составит т1= =1 — ст/се, где 1 — длина слоя катализатора. Для слоя сферических частиц 3;=6(1--П)/е(„где П вЂ” пористость. Полное сопротивление нейтрализатора включает потери давления па входе, активной зоне н выходе: аР аРвк+ 7ХРакт+ аРанх' Потери па входе (Лр,к) и выходе (Лр„,.) определяют по формулам гидравлики, а потери давления в слое — по уравнению Лракт=Ьтрце(/(2дн), где 135 1а = — (1+ 0,0056 йе„'еП ' ).
йек В качестве скорости прв определении числа Рейнольдса необходимо использовать скорость ОГ в порах, равную пт=Яог/(ГнП), где Р, — площадь поперечного сечения катализатора с порнстостью П. Число Рейнольдса в формуле (!2) определяют по соотношению Ке„=юг(п/т, где е(п — — 2ПА/[(1 — П) 31. Газодинамнка слоя катализатора является только одним нз факторов, определяющих аэродинамические характеристики нейтрализатора в целом. В частности, равномерность распределения газа по поверхности слоя зависит пе столько от абсолютной потери давления в нем, сколько от опюшення кинетической энергии потока газа во входной полости над реактором к перепаду давления на слое.
Это относится н к выходной полости нейтрализатора. Приемлемое для практических целей равномерное распределение потока газа достигается, если выполняется условие Лрак/Лракт(0,15 — 0,2. С учетом этого условия, а также требований компактности степень расширения входного диффузора выбирают в пределах 2 — 2,5. Доводку нейтрализатора, как правило, проводят экспериментально. Опьгг показывает, что допустимая степень неравномерности распределения газа по поверхности нейтрализатора обеспечивается, если скорость потока во входном и выходном сечениях нейтрализатора выбрана достаточно малой, а перепад давления на слое составляет не менее 40% общего сопротивления нейтрализатора. Экспериментальные исследования позволяют сформулировать достаточно простые правила, которых надо придерживаться при проектировании каталитических нейтрализаторов: длина гранулировап- ного слоя катализатора для карбюраторного ДВС должна составлять 10 — 15 диаметров гранулы, а для дизельного в 2 — 2,5 раза больше; приведенная к нормальным условиям скорость газа по полному сечению реактора (скорость фильтрации) не должна превышать 1 м/с.
Каталитические нейтрализаторы конструктивно состоят из входного и выходного устройств, корпуса и заключенного в него реактора. Разработаны каталитические нейтрализаторы (рис. 46) для отработавших газов ДВС транспортных средств с бензиновыми и дизельными двигателями. Каталитические нейтрализаторы снижают в ОГ содержание СО иа 70 — 90%, СнЕЯ вЂ” на 50 — 85 а1а. Основные параметры каталитических нейтрализаторов для автобуса ЛИАЗ-667 следуюшие: объем реактора 2,5 дм', длина 553; ширина 307; высота 243 мм; масса 15 кг.
Схема установки каталитиче- ского нейтрализатора в системе Рггс. 46 Каталггти ~санг'й нгйтйали а- дВС показана на рис. 47 Отработор дли бензинового ДВС тавшие газы от двигателя 1 поступают по выпускной ~рубе 2 к каталитическому нейтрализатору 3, после чего выбрасываются в атмосферу, Для поддержания необходимой температуры газов в нейтрализаторе используется электронный блок 4, регулируюший клапаном б подачу воздуха через реснвер б и обратный клапан 7 из атмосферы в нейтрализатор. Рис 47.
Схема установки ката лпического нейтрализатора В 1980 г. 4% выпускаемых в мире легковых и грузовых автомобилей оснащено дизелями, а к концу 80-х годов этот показатель возрос до 25% . При этом дизели стали значительным источником выброса твердых частиц в атмосферу. Для улавливания сажи 136 Таблица 42 Концентрация, г/кн Схеме выпуска отработавшая газов углеводороды с„н твердые заставы со но„ 0,312 0,337 Беа фильтра С чистым керамическим фильтром 0,937 0,784 0,931 0,700 0,169 0,031 137 известно несколько конструкций устройств, использующих как принцип электростатической очистки, так и метод фильтрации, Одним из лучших конструктивных решений для снижения содержания твердых частиц в выхлопе дизелей считается установка фильтров регенеративного типа Фильтр (рис.
48, а) представляет собой сотовую конструкцию с ячейками прямоугольного сечения. Материал фильтра — пористый корднерит обладает достаточной механической прочностью, стойкостью к агрессивным химическим веществам, сопротивлением к оплавлению и образованию трещин при тепловых воздействиях, а также термнческон стабильностью.
Фильтр (рис, 48, б), выполненный в виде нескольких последовательно расположенных пористых перегородок, обладает повышенной эффект нв постыл очистки. Накопившиеся в фильтре частицы следует периодичски удалять предпочтительно термическим окислением. Для этого отходящие газы нагревают до 450'С и выше, что приводит к воспла- й менепьпо накопив- Рис. 48.
Схема фильтров-сажеуловителей с сотовой шейся (а) и многослойной насадкой (б) ные, полученные прн проведении эксперимента с дизелем рабочим об"ьемом 2,3 л, по определению концентрации основных примесей в отработавших газах дизеля„ приведены в табл. 42. Сажеуловнтели дизельных ДВС должны обеспечивать ресурс 10000 км и более при незначительном увеличении гидравлического сопротивления, что обеспечивается периодической (примерно через 100 км пробега) регенерацией фнльтроэлемента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
