Очистка выхлопа через воду

Очистка выбросов автотранспорта

Автотранспорт является главным загрязнителем городской атмосферы, в больших городах — на 60-90%. Автомобильные выхлопные газы — это смесь многих веществ (до 200). Их примерный состав (объемные проценты): газы воздуха — азота около 75% и кислорода 5-15%; газы от сгорания топлива: диоксида углерода CO₂ — 5-10%, воды — 1-5%, водорода — 0-5%, загрязняющих и токсичных веществ — 1-15%. Основными компонентами смеси вредных веществ являются: оксид углерода СО — 30-70%, углеводороды — 2-20%, оксиды азота — 1-9%. Они также содержат альдегиды, сажу (дизельные двигатели), соединения свинца, бензпирен и др. Доля несгоревших углеводородов и особенно СО резко возрастает (в 10-15 раз) при малых оборотах двигателя во время разгона, торможения, при остановках у светофора, в заторах и т. п.

Мероприятия по снижению выбросов автотранспорта делят на следующие три группы.

Градостроительные мероприятия: а) строительство автомагистралей в обход городов и населенных пунктов; б) изоляция зданий от дорог, тротуаров многорядными посадками кустов и деревьев; в) размещение жилых и особенно детских учреждений в глубине кварталов, подальше от дорог; г) сооружений транспортных развязок на разных уровнях, магистралей-дублеров.

Организация движения городского транспорта: а) ограничение проезда грузовых машин по городу; б) организация оптимальной работы светофоров («зеленая волна») и транспортных развязок; в) оптимизация скорости движения машин (при 60 км/час наименьшие загрязнения); г) расширение перевозок пассажиров электротранспортом.

Технические мероприятия: а) регулировка двигателей внутреннего сгорания, особенно состава смеси, поступающей в цилиндры; б) снижение, замена и полное исключение свинца в топливе; в) добавление в топливо присадок, снижающих содержание CO, альдегидов, сажи в выхлопных газах; г) замена бензина метанолом, сжатым и сжиженным газом, а еще лучше — водородом; д) нейтрализация (обезвреживание) выклопных газов; е) фильтрация выхлопных газов дизелей от сажи; ж) замена обыгчных автомобилей электромобилями.

Примеры. Добавки к бензину смеси спиртов уменьшают содержание CO у карбюраторных двигателей. Добавки, содержащие барий, снижают выброс сажи из дизельных двигателей на 70-90%. Горячие водяные пары способствуют более полному сгоранию топлива, уменьшают детонацию. Замена жидкого топлива на газы, которые сгорают практически полностью, уменьшает содержание CO в выклопных газах в 3-4 раза.

Очистка выхлопных газов. Очистка выютопных газов от загрязнений — наиболее реальный и перспективный путь уменьшения загазованности городской атмосферы. Применение находят два способа очистки: нейтрализация загрязнений растворами реагентов; каталитическая нейтрализация примесей выхлопных газов.

Жидкостная нейтрализация — это взаимодействие токсичных веществ с раствором сульфита Na 2SО₃ или карбоната натрия Na₂CO₃ при пропускании через раствор выхлопных газов. Эффективность очистки составляет: от оксида серы SO₂ — до 100%, альдегидов — 50-98%, оксидов азота — около 30-50%, сажи — 60-80%. Недостатки способа: большие размеры и масса нейтрализатора, нет очистки от оксида углерода CO, мала эффективность очистки от оксидов азота. Раствор надо часто менять, жидкость интенсивно испаряется.

Каталитическая нейтрализация — это восстановление и окисление примесей выхлопных газов с образованием безвредных паров воды и газов: азота, СО₂. Для восстановления оксидов азота применяют катализаторы на основе меди, хрома, кобальта, никеля и их сплавов. Для окисления СО и углеводородов используются катализаторы из платиновых металлов.

На рисунке 4.46 показана схема двухкамерного каталитического нейтрализатора. В первой камере помещен восстановительный катализатор из медно-никелевого сплава (1 а), во второй камере — окислительный, платиновый (16). Сначала в восстановительной среде выхлопных газов оксиды азота (в основном NO) восстанавливаются до свободного азота:

Во второй части аппарата в газовый поток вводится воздух, кислород которого окисляет, с участием платинового катализатора, оксид углерода и углеводороды:

Каталитические нейтрализаторы уменьшают содержание СО на 70-90%, углеводородов — на 50-85%, оксидов азота — на 70-85%.

Улавливание сажи. Выпуск дизельных грузовых и легковых автомобилей в мире постоянно растет. Основной недостаток дизелей, связанный с использованием высокомолекулярных углеводородов, — большое количество сажи в выхлопных газах. Для улавливания сажи используют фильтры в виде сотовой конструкции из ячеек прямоугольного сечения (рис. 4.5 а) или в виде нескольких последовательно расположенных пористых перегородок (рис. 4.56).

Рис. 4.5. Схемы сотового (а) и перегородчатого (6) фильтров сажи

Материал сотового фильтра — пористый кордиерит. Он механически прочен, химически стоек, термически стабилен, в 30-50 раз уменьшает содержание твердых частиц (эффективность очистки до 75%). Регенерацию фильтра проводят путем сжигания сажи при нагреве фильтра до 500 о С примерно через 100 км пробега, заменяют его через 10000 км пробега.

Другие методы. Это мембранные методы раздельного улавливания газов, например, водорода — палладиевой мембраной, органических растворителей из воздушных выбросов покрасочных камер — мембранным модулем из полидиметилсилооксана на полисульфоне. Для дезодорации (лат. des — уничтожать, odor — запах) дурно пахнущих газовых выбросов используют их обработку озоном, а также биохимические методы. Последние методы очистки газов основаны на способности микроорганизмов употреблять в своей жизнедеятельности различные органические и неорганические соединения, что приводит к их разрушению и преобразованию. Эти процессы будут рассмотрены в следующем разделе, посвященном очистке от загрязнений сточных вод.

Источник

Системы нейтрализации выхлопных газов машины

Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне. Статья о нейтрализации выхлопов на бензине и дизеле: состав выхлопных газов, системы нейтрализации. В конце статьи — видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне.

Проблема загрязнения воздуха и окружающей среды не нова – первые серьезные изменения были отмечены еще в 70-х годах прошлого века. Однако сегодня, спустя почти полвека, ситуация значительно усугубилась: автомобильного транспорта стало значительно больше, вместе с ним возросла концентрация вредных веществ и соединений, попадающих в атмосферу мегаполиса и вызывающих у сограждан серьезные нарушения здоровья.

Борьба за чистоту воздуха привела к созданию так называемых нейтрализаторов для двигателей бензинового и дизельного типа. Сегодня такие системы часто интегрированы в бортовую электронику транспортного средства. Что это за системы и как они работают? Рассмотрим детально.

Выхлопные газы

Во время работы различные системы автомобиля (ДВС, топливная, вентиляционная, а также ходовая часть) выделяют вредные вещества в виде газа и мелкодисперсной пыли. Часть из них – неядовитые соединения, которые содержатся в обычном воздухе. Другая часть является ядовитыми, токсичными и канцерогенными веществами, которые не только негативно влияют на окружающую среду, но и разрушают здоровье человека. Основные загрязнители:

СО (он же – оксид углерода, или угарный газ) не имеет цвета и запаха, однако приводит к патологии ЦНС, угнетению сердечно-сосудистой и дыхательной системы, и в концентрации 0,3% от объема воздуха приводит к летальному исходу. Возникает он в результате неполного сгорания топлива.

СН (углеводороды) – обширная группа соединений с общей структурой, которые возникают при неполном или недостаточно быстром сгорании топлива. К ним относятся парафин, олефин, альдегид, формальдегид, бензол, толуол, ксилол и прочие полициклические соединения. Эти мутагены и канцерогены разрушают органы дыхания и способствуют росту и развитию раковых клеток, в том числе рака крови – лейкемии.

NОх (окислы азота) – основная причина возникновения кислотных дождей, так как при соединении с водой образуются азотная и азотистая кислоты. Это один из серьезных канцерогенов, вызывающих раковые опухоли. Ядовитый газ разрушает органы дыхания и накапливается в крови. Образуется в момент сгорания топлива.

SОх (оксиды серы) аналогично предыдущему химическому элементу. При контакте с водой образуют серную и сернистую кислоты. В состоянии газа вызывает патологию органов зрения и дыхания.

Н2S (сероводород) — вызывает общее отравление организма, возникает при использовании низкокачественного топлива с высоким содержанием серы.

NH3 – аммиак – вызывает слепоту и ожоги верхних дыхательных путей.

Частицы сажи – продукт неполного сгорания топлива и масла. В основном, проблема возникновения канцерогена характерна для дизельных двигателей.

Мелкодисперсные частицы пыли углеводорода, серы, тяжелых металлов менее опасны, так как способны отфильтровываться непосредственно организмом.

Дым синего или белого цвета – продукт испарения масла дизельных двигателей.

СО2 – углекислый газ – вызывает угнетение ЦНС, сердечно-сосудистой системы и органов дыхания, при содержании в атмосфере 6% от общего объема воздуха приводит к летальному исходу.

Прочие, незначительные, но не менее опасные составляющие выхлопных газов: метан, закись азота, фторуглеводород, гексафторид серы.

В современном законодательстве проблема экологии и нормы предельно допустимых выхлопных газов для автотранспортных средств регулируются техрегламентом Таможенного союза ТР ТС 018/2011 в поправке от 11.07.2016. Однако с 11 ноября 2018 и в него будут внесены поправки, ну а пока допускаются следующие предельные показатели: СО — 85 г/кВт•ч, НС — 5 г/кВт•ч, NO — 17 г/кВт•ч.

А к обязательным компонентам автомобилей относятся системы нейтрализации отработавших газов, в том числе сменные каталитические нейтрализаторы (за исключением систем нейтрализации на основе мочевины).

Решение для бензиновых двигателей

Системы нейтрализации выхлопных газов автомобиля бывают двухкомпонентными и трехкомпонентными, причем последние появились сравнительно недавно. Как устроена и работает данная система?

Принцип действия

Работа нейтрализатора заключается в окислении токсичных веществ при помощи катализаторов, в результате чего продукты неполного сгорания топлива дожигаются или разлагаются на безвредные химические элементы и вещества.

Активными компонентами (катализаторами) выступают драгоценные металлы — палладий, платина. Популярны и менее затратны катализаторы на основе оксида меди, кобальта, никеля, ванадия, марганца, железа, алюминия. Нередки катализаторы на основе сплавов стали нержавеющей или легированной, бронзы или латуни.

Конструкция

Основные элементы нейтрализатора – корпус из нержавеющей жаропрочной стали, внутренняя поверхность которой выстлана терморасширительной прокладкой. Внутри бака — газоподводящий и отводящий цилиндр и ячеистые соты, на которые нанесен слой вещества — катализатора.

Ячеистые соты, на которые наносится катализирующий состав, могут быть выполнены из керамики. Такие нейтрализаторы в качестве катализатора используют тонкий слой из драгоценных редких металлов. Это самый дорогостоящий вид систем нейтрализации отработанных газов.

Менее дорогой вариант – ячеистые соты, выполненные методом пайки из тонкой металлической фольги с покрытием из одного из видов вышеназванных составов. Такая система более эффективна, ведь площадь ячеистых сот значительно больше, чем у керамических, а следовательно, способно обработать больший объем отработанных газов.

Устройство в автомобильных системах и порядок работы

Системы нейтрализации выхлопных газов располагаются в непосредственной близости от ДВС, под днищем транспортного средства. Через шарнирное соединение нейтрализатор подсоединяется к выпускному коллектору с одной стороны, и выхлопной системе – с другой.

Для обеспечения качественной химической реакции с участием кислорода системы нейтрализации используют воздушные насосы или виброклапаны. При разогреве системы нейтрализации до 400-800 градусов CO (оксид углерода) и CH (углеводороды) под действием катализаторов превращаются в углекислый газ и воду. Близкое расположение нейтрализаторов к ДВС позволяет снизить количество NОх (окисла азота) сразу после запуска двигателя.

Обратную связь с блоком управления автомобиля нейтрализатору обеспечивают лямбда-зонды, специальные кислородные датчики, или четырехгазовые анализаторы, которые на входе и выходе из системы определяют уровень кислорода и качество очистки выхлопных газов.

Решение для дизельных двигателей

Аналогично бензиновым двигателям, дизели имеют системы нейтрализации выхлопных газов. Однако главной проблемой остается сажа: не до конца сгоревшее топливо под действием химических процессов превращается в твердые мелкодисперсные частицы — канцерогены.

Нейтрализаторы решить эту проблему не способны. Поэтому перед тем, как выхлопной газ попадет в систему нейтрализации, он проходит очистку сажевым фильтром.

Конструкция

Аналогично нейтрализатору, фильтр имеет ячеистые соты, которые в шахматном порядке закрыты накопительными перегородками-фильтрами частиц. Для каждого производителя автомобиля с дизельным двигателем используется своя система контроля данного параметра. Среди видов таких фильтров можно выделить:

DPF – накопительные фильтры;

DPNR – фильтры, дожигающие твердые частицы;

FAP – фильтры с цериевыми присадками для очистки от сажи;

DPF или SCR – фильтры с присадкой AdBlue, разлагающие NOx (окислы азота) на безвредный азот и водяной пар.

Проблемы системы нейтрализации выхлопных газов

Все вышеописаные системы характерны для автомобилей импортного производства и моделей последнего поколения. Для отечественного автопрома с карбюраторами установка нейтрализатора не популярна, не пользуется спросом, а также может быть весьма накладна.

Существенная стоимость систем нейтрализации выхлопных газов при их выходе из строя на импортных автомобилях чаще всего приводит к попытке избавиться от такой «нужной» детали. А выйти из строя он может по ряду причин:

Использование некачественного или «улучшенного» присадками топлива;

Попадание в рабочую полость топлива или масла;

Нестабильная работа двигателя;

Механические повреждения корпуса;

Резкий перепад температур на корпусе.

Предугадать точный пробег нейтрализатора невозможно: на одних машинах он едва ли переваливает за 100 тыс. км, на других отлично ведет себя при пересечении отметки в 200 тысяч.

Как решить проблему системы нейтрализации выхлопных газов? Не стоит спешить и демонтировать нейтрализаторы, ведь борьба за экологию только началась. Кроме того, что могут возникнуть непредвиденные поломки, которые не сможет диагностировать «обманутая» электроника, требования к выхлопам при прохождении ТО ужесточаются, а значит, не все владельцы смогут его пройти. Да и токсичные выхлопы и канцерогены смогут в большой концентрации попасть в салон и нанести непоправимый вред здоровью водителя и пассажиров.

Гораздо целесообразнее проводить своевременную профилактическую проверку состояния нейтрализатора и сажевого фильтра и при возникновении критической для работы поломки или неисправности – заменить на новый. Ведь суммарная стоимость устранения возникших по причине отсутствия этого важного элемента неполадок может быть существенно выше.

Видео о том, что делать с запахом выхлопа в салоне:

Источник