Система нейтрализации отработавших газов на основе высокопористых блочных ячеистых катализаторов

ну. Чтобы исследовать явление масштабного переноса для трубчатых реакторов с высокопористыми ячеистыми носителями, необходимы полномасштабные испытания образцов носителей в широком диапазоне изменения их диаметра. Действительно, достаточно упомянуть, что с увеличением диаметра насадочной колонны от 100 мм до 300 мм высота эквивалентной теоретической ступени возрастает от 200 до 1200 мм [6].

Из вышесказанного следует, что проще определить аэродинамические характеристики ВПЯМ и носителей на их основе в результате непосредственных испытаний конструктивных элементов, имитирующих элементы, подлежащие промышленной эксплуатации.

Библиографические ссылки

ГБеклемышев A.M. Структурные и гидравлические свойства высокопористых ячеистых материалов на металлической основе. М.: Пермь,! 998. 225 с.

2.Анциферов В.Н., Остроушко A.A., Макаров A.M. Синтез, свойства и применение катализаторов окисления сажи на основе модифицированных ВПЯМ. Екатеринбург, 2007. 63 с.

3.Данченко Ю.В., Анциферов В.Н., Саваков Д.И. Композиционные материалы на основе сетчато-ячеистых структур // ФХОМ, 1998. № 2. С. 84-89.

4.Розен А. М. Масштабный переход в химической технологии. М.:Химия, 1980.260 с.

5.Гидравлическое сопротивление шликерного ВПЯМ /Тищенко С.В.[и др.]; // Химическая промышленность сегодня, 2005. № 2. С. 42-51.

6.Кабаков М.И., Розен A.M. Гидродинамические неоднородности в насадоч-ных колоннах большого диаметра и пути их устранения. //Химическая промышленность, 1984. №1. С. 48-52.

УДК 621.762:666.3-127+532.685

А. И. Козлов, А. Н. ГТивкин, В. Н. Грунский, А. В. Беспалов, И. А.Козлов Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия.

СИСТЕМА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОПОРИСТЫХ БЛОЧНЫХ ЯЧЕИСТЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Application of high porous cellular block catalysts in the field of perfection of ecological characteristics of the vehicles equipped with an Internal combustion engine with ignition from compression is considered.

Рассмотрено применение высокоиорисгых ячеистых блочных катализаторов в области совершенствования экологических характеристик автотранспортных средств, оснащенных двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Экологическая проблема защиты окружающей среды, прежде всего атмосферного воздуха, от вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приобрела сейчас особое значение. В частности, доля вредных выбросов с отработавшими газами (ОГ) транспортных ДВС во многих городах достигает 80 % общих выбросов вредных веществ в атмосферу [1].

Для обеспечения постоянно ужесточающихся требований по ограничению токсичности ОГ во многих случаях невозможно обойтись без использования систем нейтрализации отработавших газов.

Нейтрализация ОГ дизелей имеет некоторые особенности, так как ОГ дизелей содержат большее количество кислорода и имеют более низкую температуру по сравнению с бензиновыми двигателями. Использование в дизелях нейтрализаторов тройного действия, нашедших широкое применение в бензиновых двигателях, принципиально невозможно из-за больших коэффициентов избытка воздуха [2]. Существенно большая эмиссия сажи и оксидов серы в дизельных двигателях по сравнению с бензиновыми затрудг кяет применение в них фильтров ОГ и каталитических нейтрализаторов, что вызвано засорением фильтров ТЧ и «отравлением» каталитического слоя нейтрализатора соединениями серы. В настоящее время нашли применение каталитические окислительные и восстановительные нейтрализаторы ОГ дизелей [3].

В лаборатории гетерогенного катализа РХТУ им. Д.И.Менделеева был разработан опытный образец системы нейтрализации отработавших газов для дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Основным элементом системы нейтрализации является набор высокопористых керамических каталитических блоков. Технологическая схема их приготовления включает следующие этапы:

• подготовка элементов из пенополиурентана необходимых размеров;

• изготовление ячеистых носителей из кислотостойкой керамики;

• развитие активной поверхности керамических носителей;

• нанесение активного компонента.

В проведенной серии экспериментов в качестве активного каталитического компонента выбран оксид кобальта. Принципиальная схема устройства нейтрализации ОГ представлена на рис. 1.

Устройство состоит из входного (1) и выходного патрубков (2), корпуса и специальной конструкции, удерживающей каталитические блоки в определенном порядке(З). Поскольку нейтрализатор подвергается действию вибрации и агрессивных сред, между каждым каталитическим блоком помещена волокнистая прокладка, которая служит гасителем механических колебаний при встряске глушителя во время движения автомобиля. Для улучшения показателей очистки ОГ от вредных компонентов каждая прокладка также пропитана активным компонентом. Конструкция системы нейтрализатора должна создавать условия для прохождения ОГ через каталитическую систему с оптимальной скоростью, для равномерного распределения воздушного потока по всему объему катализатора, иметь минимальное газодинамическое сопротивление, массу и габариты, допустимые конструкцией

автомобиля, а также иметь срок службы не меньший, чем у стандартных частей системы выпуска.

Нейтрализатор был вмонтирован в систему выхлопа отработавших газов грузовика марки КАМАЗ. Анализ отходящих газов проводили с помощью газоанализатора ИНФРАКАР-М1 (класс точности I) по следующим компонентам: СО. СОг, СН и Ог- Анализ проводили несколько раз при постоянном значении числа оборотов коленчатого вала автомобиля, а также на холостых оборотах с целью изучения зависимости состава выхлопных газов от времени работы нейтрализатора при определенном режиме работы двигателя.

Рис. 1. Конструкция нейтрализатора отходящих газов автомобиля, оснащенного дизельным двигателем внутреннего сгорания.

¡Об. % СО

Рис. 2. Зависимость концентрации СО от времени работы катализатора при различных режимах работы двигателя.

На рис. 2-6 представлены зависимости концентрации монооксида углерода СО (об. %), несгоревших углеводородов СНХ (ррга), диоксида углерода СО2 (об. %) и кислорода От (об. %) в выхлопных газах от времени работы катшштической системы при различных режимах работы двигателя. В начальный момент работы катализатора происходит практически полное дожигание СО (рис.2). В дальнейшем, степень конверсии снижается от 100 % до (в среднем) 78,5 % на холостых оборотах, 67 % при 1 ООО об/мин и 75 % при 2000 об/мин. На графике видно резкое возрастание концентрации монооксида углерода в выхлопных газах после 1000 минут работы, что связано, по-видимому, с деактивацией катализатора вследствие заправки некачественным топливом на одной из автозаправочных станций. Наилучший дожиг монооксида углерода достигается при холостом режиме работы двигателя.

Рис. 3. Зависимость концентрации компонентов в выхлопных газах на холостом режиме.

1000

об. % 50 45 40 35 30 25 20 : 15 10 5

1500

1000 об/мин

Рис. 4. Зависимость концентрации компонентов в выхлопных газах при режиме работы двигателя 1000 об/мин.

Из рис. 3 видно, что катализатор проявляет активность в процессе окисления недогоревших углеводородов. В начальный момент испытания катализатора концентрация СНХ понизилась с исходных 32 ррт (концентра-

ция СНХ в выхлопных газах без применения катализатора очистки) до 16 ррт, а далее возросла и установилась на величине около 20 ррт, та соответствует степени конверсии 38%. На графике виден резкий скачок содержания СНХ в выхлопе, что можно объяснить заправкой некачественным топливом и, как следствие, отравлением катализатора.При режиме работы двигателя 1000 об./мин (рис. 4) происходит снижение концентрации СНХ с 32 ррт до 21-22 ррт, что соответствует степени конверсии приблизительно 34%. Можно сделать вывод, что испытуемая каталитическая система проявляет практически одинаковую активность в процессе конверсии СНХ как на холостых оборотах, так и при режиме работы двигателя 1000 об./мин.

об. % 2000 об/мин

Рис. 5. Зависимость концентрации компонентов в выхлопных газах при режиме работы двигателя 2000 об/мин.

Концентрация СНх снижается с 32 ррт до 25 ррт, что соответствует степени конверсии 22%. При изменении режима работы двигателя, а именно при увеличение числа оборотов коленчатого вала с 1000 об./мин до 2000 об./мин (рис. 5) степень конверсии несгоревших углеводородов уменьшается с 34 до 22%.

Рис. 6. Зависимость концентрации СОг в выхлопных газах при различных режимах работы двигателя.

На рис.б построена зависимость изменения концентрации СО? в зависимости от режима работы двигателя и времени работы катализатора. Увеличение содержания диоксида углерода по сравнению с исходными точками связано с дожиганием углеводородов, монооксида углерода, а также с частичным горением сажи на поверхности фильтра. Следует ещё раз отметить, что падение характеристик каталитической системы на всех графиках на отметке в 1 ООО минут пришлось на момент заправки дизельным топливом на АЗС «Энергорегион». Отметим, что нормы Евро (де-факто являющиеся стандартами экологических параметров автомобилей) выполнимы, лишь при условии применения в двигателе внутреннего сгорания качественного топлива, параметры которого регламентированы Правилами ЕЭК ООН. При использовании топлива, не соответствующего этим требованиям, уложиться в нормы токсичности не смогут даже автомобили наиболее совершенной конструкции.

Проведенные испытания показали перспективность дальнейшей разработки каталитической системы нейтрализации отходящих газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия на основе высокопористых ячеистых блочных катализаторов.

Библиографические ссылки

1. Жегалин О.И., Лупачев П.Д.Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. 120 с.

2. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей / МГТУ им. Н.Э. Баумана; М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 376 с.

3. «Чистый» дизель // Анализ технического уровня и тенденций развития двигателей внутреннего сгорания: Научно-информ. отчет. - М.: Информ-центр-НИИД, 2000. Вьш.35. С. 56-57.

УДК 547.599.2

А. И. Козлов, А. В. Беспалов, В. Н. Грунский, И. А. Козлов, А. С. Новоселов, Т. И. Долинский

Российский химико-технологический университет им, Д.И.Менделеева. Москва. Россия

ОЧИСТКА СУЛЬФАТНОГО СКИПИДАРА ОТ

СЕРООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

The new purification method of the sulfated turpentine in relation to the sulfur is proposed. The temperature and the feed of the sulfated turpentine effect on the hydrodesulphurization process on the block high porous cellular catalysts with different catalyst carriers was investigated. The activation energy of the hydrodesulphurization process 011 the block high porous cellular catalysts with different catalyst earners is determined.