Разработка системы нейтрализации выхлопных газов при сервисном обслуживании автомобилей

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ПРИ СЕРВИСНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ АВТОМОБИЛЕЙ

*

А.В.Изместьева, А.А.Якушев

Загрязнение воздуха вредными выбросами автомобилей в конце ХХ века стало одной из глобальных экологических проблем. Путь ее решения только один - автомобиль должен стать экологически чистым. Важное место здесь принадлежит системам нейтрализации, способным в несколько раз снизить токсичность выхлопных газов.

Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов. Вещества, содержащиеся в отработавших газах, по своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека подразделяются на несколько групп:

1) нетоксичные: азот, кислород, водород, водяные пары, а также диоксид углерода;

2) токсичные: оксид углерода, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, альдегиды, сажа. Причем сажа сама по себе нетоксична, но она адсорбирует на поверхности частиц канцерогенные полициклические углеводороды, в том числе наиболее вредный и токсичный бенз(а)пирен. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы - диоксиды серы и сероводород.

Таблица 1

Состав отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей

Компоненты отработавших газов Концентрация, %

Бензиновый двигатель Дизель

Азот 74 - 77 74 - 78

Кислород 0,3 - 8,0 2,0 - 18

Изместьева Анастасия Владимировна, студентка 4 курса СПбГТИ (ТУ); Якушев Андрей Евгеньевич, студент 4 курса ИСАКиБТ СПбГУСЭ; науч.рук. к.х.н., доц. А.А.Боряев

Водяной пар 2,0 - 5,5 0,5 - 9,0

Оксиды углерода 0,5 - 12 0,005 - 0,4

Оксиды азота 0,01 - 0,8 0,004 - 0,6

Диоксид серы - 0,002 - 0,02

Углеводороды 0,2 - 3,0 0,01 - 0,3

Альдегиды 0 - 0,2 0,001 - 0,009

Сажа, г/м3 0 - 0,04 0,01 - 1,1 и более

Токсичные компоненты составляют 0,2-5% от объема отработавших газов, в зависимости от типа двигателя и режима его работы.

За долгое время существования проблемы автомобильных выбросов и загрязнения ими атмосферного воздуха было разработано множество методов и способов, позволяющих уменьшить количества выхлопов или снизить их токсичность. В настоящее время разрабатываются и претворяются в жизнь мероприятия по снижению загрязнения атмосферы выбросами автомобильных двигателей, включающие в себя:

^усовершенствование конструкций двигателей и повышение качеств изготовления;

2)поиск новых видов топлива, применение различных присадок к нему;

3)создание энергосиловых установок для автомобилей, выбрасывающих меньшее количество вредных веществ;

4)разработка устройств, снижающих содержание вредных компонентов в отработавших газах.

Практика показала, что при этом достичь уровня токсичности отработавших газов, требуемого законодательством развитых стран, первыми тремя способами нельзя. Поэтому получила широкое распространение нейтрализация отработавших газов в системе выпуска. В этом случае токсичные пары, вышедшие из цилиндров двигателя, нейтрализуются до выброса их в атмосферу.

Существует несколько методов нейтрализации отработавших газов в выпускной системе автомобиля:

1)окисление отработавших газов путем подачи к ним дополнительного воздуха в термических реакторах;

Разработка системы нейтрализации выхлопных газов при сервисном обслуживании

автомобилей

2)поглощение токсичных компонентов жидкостью в жидкостных нейтрализаторах;

3)применение каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров (на автомобилях с дизельными двигателями) - в настоящее время наиболее актуальный.

Вышеперечисленные методы применяются непосредственно на автомобиле. Мы же предлагаем метод нейтрализации отработавших газов на станциях технического обслуживания автомобилей. Суть метода заключается в каталитическом доокислении токсичного угарного газа СО до нетоксичного углекислого газа СО2 с помощью гопкалита (гопкалит (англ. ^рсаШе) -катализатор, на котором окись углерода окисляется кислородом воздуха до двуокиси углерода; состоит из смеси окислов марганца, меди и серебра).

Недостатком гопкалита является его отравляемость парами воды. Для предотвращения отравления гопкалита нами предлагается использование фильтра на основе силикагеля ^Ю2).

Таблица 2

Характеристика режимов движения автомобиля

Режим работы двигателя Параметры работы двигателя в %

Время работы Расход топлива Объем отработавших газов Выбросы

СО СДл NOx

Холостой 40 15 10 20 17 0

Разгон 18 35 45 30 30 80

Установившийся 30 37 40 38 28 19

Замедление 12 13 5 12 25 1

Полный цикл 100 100 100 100 100 100

В результате проведенных исследований в официальном дилерском центре «Автоцентр Аврора» мы выяснили, что при техническом

обслуживании автомобиля, длительностью 2,5 часа, время работы двигателя составляет 10-12 минут. Так же мы выяснили, что преобладающий режим работы двигателя - холостой ход. При данном режиме работы двигателя в отработавших газах преобладает угарный газ (СО), поэтому наш метод направлен именно на нейтрализацию СО.

Нами были проведены предварительные расчеты количества активного вещества и силикагеля в предлагаемом устройстве. Для получения исходных данных был проведен опыт по определению расходного объема отработавших газов на автомобиле ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-406.2.

Устройство для нейтрализации угарного газа в отработавших газах, будет представлять собой патрон постоянного диаметра 12 см. Он будет разделен на секции, в которых будут находиться силикагель, силикагель-индикатор, гопкалит и силикагель соответственно. Силикагель-индикатор необходим для своевременного определения насыщения основного слоя силикагеля парами воды.

Очистка отработавших газов на предприятиях автосервиса (СТОА) -это совершенно новый подход к решению глобальной экологической проблемы. На сегодняшний день в СТОА не используется вообще никаких систем очистки отработавших газов или используется только система удаления ОГ в атмосферу, что совершенно не решает экологической проблемы загрязнения окружающей среды.

Предлагаемое устройство призвано решить проблему очистки отработавших газов на предприятиях автосервиса, поэтому наша разработка актуальна и своевременна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники/Н.В.Кельцев. - М.: Химия.

1976.

2. Кольцов, С.И. Силикагель, его строение и химические

свойства/С.И.Кольцов, В.Б.Алесковский. - Л.: ГосХимИздат. 1963.

3. Сернионова, Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров/Е.Н.Сернионова. - М.: Высшая школа. 1969.

4. Путинов, А.В. Адсорбционно-каталитические методы очистки газовых средств в химической технологии/А.В.Путинов, С.Л.Кудрявцев, Н.В.Петрухин. - М.: Химия. 1989.