Аналіз викидів пересувних джерел в місті Черкаси і перспективи впровадження енергозберігаючих технологій (стр. 4 из 7)

кількості токсичних компонентів, що є серйозною загрозою навколишньому середовищу.

Всі відомі способи зменшення кількості шкідливих викидів за рахунок регулювання або зміни конструкції двигуна не дають очікуваного ефекту.

Каталітичні системи очищення токсичних компонентів відпрацьованих газів з використанням хімічних реакцій окислення і відновлення наразі є найефективнішим способом зниження токсичності викидів. Для цього у випускну систему двигуна встановлюють спеціальний термічний реактор.

За відсутності каталізаторів повне перетворення оксиду вуглецю і незгорівших вуглеводнів відбувається в діапазоні температур від 700 до 850 градусів за умови надлишку кисню. Знешкоджити оксиди азоту при цьому неможливо, оскільки обов`язковою умовою їх відновлення є відсутність вільного кисню.

За присутності каталізаторів температура процесу знижується і забезпечується перетворення всіх токсичних компонентів. Знешкодження токсичних компонентів газових викидів автомобільних двигунів відбувається за наступними основними реакціями

CO ₂ + O₂ → 2 CO₂(1)

HC+ O₂ → CO₂ + H₂О (2)

CO₂ + 2 NO → 2 CO₂ + N₂(3)

HC + NO → CO₂ + H₂О+ N₂ (4)

2Н₂+ 2 NO→ 2 Н₂О+ N₂(5)

Тобто, за реакціями 1 і 2 очистка відбувається в окиснювальному режимі, який забезпечує вилучення оксиду вуглецю (II) і вуглеводнів, а при низьких концентраціях кисню (тобто при коефіціенту надлишку повітря меньше 1,1) відновлення оксидів азоту здійснюється за реакціями 3 – 5. Застосування відповідних каталізаторів забезпечує одночасне окиснення оксиду вуглецю (II) і вуглеводнів, а також відновлення оксидів азоту. Сучасні каталітичні системи очищення достатньо довговічні, їх застосування не призводить до суттєвого збільшення витрат палива і зниження потужності двигуна. При оптимальному управлінні процесом згорання можуть бути виконані найжорсткіші екологічні вимоги, що висуваються до автомобілів.

Розробка методів комплексної очистки газів, що відходять від автотранспорту шляхом пригнічення утворення токсичних сполук.

Каталітична нейтралізація виконується шляхом пропускання потоку відпрацьованих газів через два комплекти електродів, кожний з яких складається з сіток з голками і без голок. Процес базується на відновно-окиснювальних процесах, що протікають в зоні розряду на 150 – 200 градусів нижче, ніж при звичайному термічному каталізі.

Основною різницею електрокаталітичного процесу від термічного є те, що при будь – яких режимах роботи двигуна через протікання радикальних реакцій в зоні розряду спостерігається високий ступінь відновлення і окиснення токсичних сполук, а також повне згорання сажі і смоли. Це можливо за рахунок зниження енергетичних бар`єрних процесів.

Потік газу від двигуна направляється в каталітичний реактор. В нейтралізаторі змонтовані два комплекти сіток з голками 2 з високолегованих сталей.

На кожну голку нанесено діелектрик і каталізатор. Між комплектами сіток через штуцер 3 підводять повітря. Після нейтралізації потік газу викидається в атмосферу. В якості джерела струму використовується катушка запалення 4. Кількість сіток у відновній і окиснювальній зонах повинна бути парною ( рисунок 1.1.2.4).

Рисунок 1.1.2.4 − Схема нейтралізації газів

Процес проведено на сітках при різних напругах і режимах роботи двигуна. Введення повітря в газовий потік суттєво впливає на процес знешкодження токсичних компонентів( рисунок 1.1.2.4, 2.1.2.4).

Рисунок 2.1.2.4 − Залежність ступеню очистки від напруги для холостого ходу без введення повітря

Існуючі системи каталітичного очищення знижують потужність до 20% оскільки підвищується гідродинамічний опір вихлопної системи. Використання електрокаталітичної системи не створює такої проблеми, а завдяки електронному вітру, який створюється в нейтралізаторі підвищується швидкість газового потоку, що в свою чергу збільшує потужність двигуна (рисунок 3.1.2.4).

Рисунок 3.1.2.4 − Залежність ступеню очистки від напруги для ходу під навантаженням без введення повітря

З введенням повітря ступінь очистки від оксидів азоту знижується, а для вуглеводів і оксидів вуглецю (ІІ) збільшується незалежно від того чи холостий хід, чи двигун під навантаженням. Для всіх випадків, як з введенням повітря, так і без введення його ступінь очистки збільшується зі збільшенням напруги (рисунок 4.1.2.4).

Рисунок 4.1.2.4− Залежність ступеню очистки від напруги для ходу під навантаженням із введенням повітря

За цими даними можна зробити висновок, що цим методом можна очистити гази, що відходять від автотранспорту.

Електрокаталітичний метод не знижує потужності двигуна, а на деяких режимах навіть підвищує її.(таблиця 2.1.2.4)

Таблиця 2.1.2.4 − Дані експериментів по нейтралізації токсичних сполук для холостого ходу

При використанні даного способу нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту, досягається значно більший ступінь нейтралізації токсичних сполук, ніж при інших методах. Відсутність зниження потужності двигуна призводить до економії палива і більш тривалої експлуатації двигуна. Даний спосіб можна використовувати для будь – якого автотранспорту (таблиця 3.1.2.4) [4].

Таблиця 3.1.2.4. − Дані експериментів по нейтралізації токсичних сполук для ходу з навантаженням

Отже, для досягнення нормативів (США, 2009р.) електрокаталітичний метод зниження токсичності відпрацьованих газів є недостатнім.

Пригнічення утворення NOx та СО виконувалось шляхом випаровування легких фракцій рідкого палива та електрокаталітичною обробкою паровї фази безпосередньо перед дозуванням в централізовану паливо-повітряну систему.

Технологія електрокаталітичної обробки паливного наддуву разом з технологією електрокаталітичного очищення дає можливість знизити вміст практично всіх компонентів відпрацьованих газів ДВЗ до необхідних норм.

викиди автомобільний альтернативний пальне

1.2.5 Перспективи впровадження екологічно чистого пального та інших джерел енергії

Водень. Перші дослідження стосовно використання водню, як палива для двигунів були проведені в 20 - х роках. Характеристики водню як моторного палива такі: нижча теплота згорання, що перевищує згорання рідкого палива в 2,7-2,9 разів. Під час згорання водневоповітряної суміші утворюється водяна пара, виключається можливість утворення шкідливих продуктів. Таким чином, водень як паливо має низку переваг перед вуглеводним паливом. Отримують водень, в основному при переробці природного газу і нафти, отримують моторне паливо. Тому проводять інтенсивні пошуки інших ефективних методів отримання водню. Під час роботи двигуна гідрид нагрівається і водень вивільняється. Потужність такого двигуна зменшується на 20 - 30% внаслідок малої густини водню. При згоранні водневоповітряної суміші не відбувається утворення продуктів неповного згорання, хоча у незначній кількості міститься СО і СН, які утворилися в результаті згорання оливи, що потрапляє в камеру згорання.

Ацетилен. В останні роки вивчається можливість використання ацетилену, як палива. Ацетилен має високі енергетичні показники і його виробляють з нафтової сировини. Проводилися поодинокі експериментальні дослідження поршневих ДВЗ на ацетилені. Токсичність двигуна, який живиться ацетиленом, покращується завдяки переважно зниженню вмісту оксиду вуглецю. Так в режимах максимальної потужності викиди СО зменшуються в 2 - 2,5 рази, а

в 2 - 3,5 рази. Порівняно з мінімальними значеннями викидів цих компонентів у бензиновому двигуні. За однакового складу паливних сумішей перехід з бензину на ацетилен підвищує вміст NO майже в тричі. Проте з подальшим збільшенням ацетиленоповітряної суміші викиди оксидів азоту зменшилися. Основним недоліком ацетилену і ацетиленоповітряної суміші їх висока вибухонебезпечність. Це єдиний газ, що використовується у промисловості, горіння і вибух якого можливі без присутності окислювача.

Азотовмісні палива. Азотовмісні паливо складається з водню й азоту. Основними видами азотоводневого палива є гідрозин й аміаку. Аміак характеризується простотою виробництва, з низькою вартістю, як паливо. Характерними властивостями аміаку стехіометричний коефіцієнт - необхідна кількість повітря. Внаслідок незадовільних моторних якостей аміаку для роботи двигуна необхідно суттєво підвищити енергетичний рівень запалювання. Ідентифікувати займання і згорання аміаку впорскуванням запальної дози палива, додаванням активуючих присадок, оптимізацією форми камери. За термохімічними розрахунками, в продуктах згорання аміаку присутній тільки один хімічний елемент оксид азоту. Кількість його мінімальна через низькі температури і швидкості згорання аміачно повітряних сумішей. На одиницю транспортної роботи викиди для аміаку нижчі в 1,5-2 рази порівняно з воднем і в 2,5-3 рази - порівняно з бензином. В експериментах отримано значно нижчі рівні викидів NO у разі спалювання аміачного палива. Це пов'язано з перебігом реакції взаємодії оксиду азоту, у результаті чого відбувається відновлювання азоту з аміаком, який не згорів, у результаті чого відбувається відновлювання азоту. Недоліком аміаку, як моторного палива є його корозійна агресивність та отруйність. Швидкість згорання гідрозину в повітрі вища за швидкість згорання аміаку і вуглеводнів. За повного згорання і після видалення оксидів азоту, що мають утворюватися, азотоводневе паливо не буде забруднювати навколишнє середовище. Гідрозин має не лише властивість згорати, як бензин, але і розкладатися в регульованому режимі, що розширює можливість його використання. Температурні межі рідкого стану гідрозину дуже близькі до меж рідкого стану води. Температура замерзання гідрозину дорівнює 17 градусів, що виключає обмеження в різних географічних зонах. Через високу температуру замерзання гідрозину та інші його експлуатаційні властивості до нього додають антифриз. Це необхідно для того, щоб використовувати гідрозин, як автомобільне паливо. Зараз гідрозин отримують з аміаку, який добувають з вуглеводневої сировини.