ГАЗОРАЗРЯДНО-КАТАЛИТИЧЕСКАЯ  ОЧИСТКА  ОТРАБОТАВШИХ  ГАЗОВ  ДИЗЕЛЬНЫХ  АВТОМОБИЛЕЙ  НА  СТЕНДЕ  ИСПЫТАНИЙ

Денисова  Татьяна  Рамилевна

инженер  кафедры  химии  и  экологии  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  (Приволжского)  федерального  университета,  РФ,  г.  Набережные  Челны

E-mail:  timiryanova.tanya@yandex.ru

Маврин  Геннадий  Витальевич

канд.  хим.  наук,  доцент,  зав.  кафедрой  химии  и  экологии  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  (Приволжского)  федерального  университета,  РФ,  г.  Набережные  Челны

Ахметов  Вильнюс  Мирзахметович

канд.  с.-х.  наук,  доцент  кафедры  химии  и  экологии  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  (Приволжского)  федерального  университета,  РФ,  г.  Набережные  Челны

DISCHARGE-CATALYST  TREATMENT  OF  DIESEL  EXHAUST  AT  A  TRUCKS  RUNNING-IN  STAND

Denisova  Tatiana  Ramilevna

engineer  of  chemistry  and  ecology  department,  Branch  of  Kazan  (Volga  region)  Federal  University,  Russia  Naberezhnye  Chelny

Mavrin  Gennady  Vitalevich

candidate  of  sciences,  assistant  professor,  head  of  chemistry  and  ecology  department,  Branch  of  Kazan  (Volga  region)  Federal  University,  Russia  Naberezhnye  Chelny

Ahmetov  Vilnyus  Mirsahmetovich

candidate  of  sciences,  assistant  professor  of  chemistry  and  ecology  department,  Branch  of  Kazan  (Volga  region)  Federal  University,  Russia  Naberezhnye  Chelny

АННОТАЦИЯ

Во  время  финишных  производственных  испытаний  грузовых  автомобилей  на  стендах  обкатки  отработавшие  газы  выбрасываются  непосредственно  в  воздух  рабочей  зоны,  что  приводит  к  существенному  загрязнению  производственной  среды.  Для  решения  данной  проблемы  на  стенде  испытаний  автомобилей  КАМАЗ  установлен  бокс  с  оборудованием  для  сбора  выхлопных  газов  и  последующей  их  очистки  газоразрядно-каталитическим  методом  и  проведены  исследования  состава  выбросов  для  определения  эффективности  очистки.

ABSTRACT

During  final  industrial  testing  of  trucks  at  running-in  stands  exhaust  gases  emit  into  the  occupational  air,  which  leads  to  considerable  pollution  of  the  work  area.  To  solve  this  problem  the  box  with  the  facilities  for  exhaust  gas  collection  and  their  subsequent  gas-discharge-catalytic  purification  has  been  placed  at  the  KAMAZ  trucks  running-in  stand.  To  determine  exhausts  efficiency  gas  flow  compound  has  been  analyzed. 

Ключевые  слова:  отработавшие  газы  дизельных  автомобилей;  низкотемпературная  плазма;  катализатор;  очистка  выбросов.

Keywords:  diesel  exhaust;  a  non-thermal  plasma;  catalyst;  emissions  purification.

Отработавшие  газы  (ОГ)  дизелей  представляют  собой  сложную  многокомпонентную  смесь  газов,  паров,  капель  жидкостей  и  дисперсных  твердых  частиц.  Всего  ОГ  содержат  около  280  компонентов,  среди  которых  можно  выделить  как  наиболее  массовые  нетоксичные  компоненты  (N₂,  O₂,  СО₂,  Н₂О),  так  и  токсичные  вещества,  образующиеся  в  результате  термического  синтеза  из  воздуха  при  высоких  температурах  (оксиды  азота  NO_X),  продукты  неполного  сгорания  топлива  (монооксид  углерода  СО,  углеводороды  СН_X,  сажа),  а  также  оксиды  серы,  альдегиды,  продукты  конденсации  и  полимеризации.  Кроме  продуктов  сгорания  топлива  в  отработавших  газах  дизелей  присутствуют  продукты  сгорания  смазочного  масла  и  вещества,  образующиеся  из  присадок  к  топливу  и  маслу  [1,  с.  7], 

Уменьшение  выбросов  загрязняющих  веществ  с  ОГ  дизелей  может  быть  достигнуто  благодаря  использованию  метода  очистки,  включающего  совместное  действие  низкотемпературной  неравновесной  плазмы  и  катализатора  на  токсичные  вещества  [4,  с.  28].  Поскольку  неравновесная  плазма  представляет  собой  многообразие  активных  частиц  (электронов,  высоковозбужденных  атомов  и  молекул,  ионов  и  радикалов),  химические  процессы  протекают  в  ней  очень  быстро,  т.  е.  плазма  служит  катализатором,  инициирующим  быстрые  цепные  разветвленные  реакции,  которые  в  нормальных  условиях  не  протекают.

В  различных  исследованиях  рассматривается  возможность  применения  коронного  [3,  с.  1334;  2,  с.  179]  и  барьерного  [4,  с.  28]  разрядов  для  удаления  оксидов  азота,  серы,  окиси  углерода  и  углеводородов  из  загрязненного  воздуха,  а  также  зависимость  эффективности  очистки  от  скорости  газового  потока,  объема  реактора  и  частоты  импульсов. 

Под  действием  активных  молекул,  атомов  и  радикалов,  таких  как  О,  О₃,  ОН,  N,  НО₂,  образующихся  в  зоне  плазмы,  органические  примеси  окисляются  до  углекислого  газа  и  воды,  а  оксиды  азота  подвергаются  как  окислению,  так  и  восстановлению:

2CO  +  O₂  →  2CO₂,

СH_Х  +  (1  +  0,25х)O₂  →  CO₂  +  0,5хH₂O,

2NO  +  2H₂  →  N₂  +  2H₂O,

NO  +  O  +  M  →  NO₂  +  M,

NO₂  +  O  →  NO  +  O₂.

Поскольку  оксиды  азота  в  присутствии  кислорода  не  могут  быть  полностью  восстановлены  до  молекулярного  азота,  для  полного  удаления  их  из  отработавших  газов  используется  катализатор.

Готовые  грузовые  автомобили  проходят  финишные  испытания  ходовой  части  и  тормозной  системы  на  стендах  обкатки  и  проверки  тормозов.  По  результатам  выполненных  нами  измерений,  в  цехе  комплектации  и  сдачи  автомобильного  завода  на  стендах  испытаний  в  атмосферу  выбрасываются  оксид  азота,  диоксид  азота,  сернистый  ангидрид,  оксид  углерода,  ацетальдегид,  пентан,  октан,  ацетон,  октен,  этилацетат,  метилэтилкетон,  бензол,  пропилацетат,  толуол.  Существующие  в  цехе  вытяжные  системы  работают  неэффективно,  в  результате  чего  большинство  ОГ  автомобилей  остается  в  воздухе  производственного  помещения. 

Для  решения  данной  проблемы  на  одном  из  стендов  обкатки  в  цехе  комплектации  и  сдачи  автомобилей  был  установлен  специальный  бокс  с  оборудованием  для  сбора  выхлопных  газов  дизельных  автомобилей  и  последующей  их  очистки  газоразрядно-каталитическим  методом. 

ОГ  поступают  в  газоразрядно-каталитическую  установку  с  помощью  заборных  патрубков,  расположенных  на  полу,  в  нижней  части  бокса  (на  уровне  выхлопных  труб  автомобилей)  и  крыше  бокса,  что  позволяет  эффективно  улавливать  выхлопные  газы  автомобилей  разных  марок.  С  торцов  предусмотрены  пластиковые  завесы,  обеспечивающие  сквозной  проезд  испытуемых  автомобилей.  Весь  объем  очищенных  газов  вновь  поступает  в  производственное  помещение,  что  позволяет  в  холодное  время  года  экономить  энергию,  необходимую  на  обогрев  приточного  воздуха.

Очистка  отработавших  газов  газоразрядно-каталитическим  методом  производится  в  несколько  стадий:  предварительной,  газоразрядной  и  каталитической,  что  реализуется  в  виде  трех  раздельных  основных  блоков.

После  предварительной  фильтрации  загрязненного  воздуха  от  пылевых  и  аэрозольных  частиц  выхлопные  газы  поступают  в  газоразрядный  блок.  Барьерный  разряд  образуется  между  электродами,  расположенными  в  газоразрядном  блоке,  при  подаче  на  них  высокого  напряжения.  Пары  электродов  выполнены  в  виде  металлической  сетки:  один  из  них  герметично  размещен  внутри  стеклянной  пластины,  что  позволяет  увеличить  долговечность  изделия,  второй  имеет  перпендикулярно  расположенные  к  его  плоскости  шипы.  Такая  конструкция  газоразрядной  камеры  с  возможностью  одновременного  взаимодействия  первого  электродами  с  двумя  ответными  обеспечивает  увеличение  количества  создаваемых  разрядов,  а  соответственно  и  эффективность  работы.  окончательная  очистка  газо-воздушной  смеси  производится  на  комбинированном  катализаторе.

В  результате  физико-химических  реакций,  протекающих  между  частями  молекул  загрязнений,  кислородом  и  озоном  в  газоразрядном  блоке,  происходит  окисление  образовавшихся  атомов  и  радикалов  до  безвредных  СО₂  и  Н₂О.  Окончательная  очистка  воздуха  от  загрязнений  и  остаточных  количеств  озона  производится  на  комбинированном  катализаторе.

Для  определения  эффективности  работы  газоочистного  оборудования  были  проведены  серии  измерений  состава  и  параметров  газовоздушной  смеси  при  помощи  переносного  газоанализатора  ДАГ-510  на  входе  в  установку  и  на  выходе  с  нее,  а  также  были  отобраны  параллельные  пробы  для  последующего  анализа  на  газовом  хроматографе.  Результаты  анализов  представлены  в  табл.  1.

Таблица  1.

Результаты  измерений  состава  отработавших  газов

По  результатам  количественных  химических  анализов  средняя  эффективность  очистки  ОГ  по  14  веществам  составила  90  %. 

Таким  образом,  проведенные  исследования  показали,  что  применение  газоразрядно-каталитического  метода  очистки  позволяет  существенно  снизить  выброс  загрязняющих  веществ  с  выхлопными  газами  дизельных  автомобилей.

Список  литературы:

1. Марков  В.А.,  Баширов  Р.М.,  Габитов  И.И.  Токсичность  отработавших  газов  дизелей.  2-е  изд.,  перераб.  И  доп.  М.:  Изд-во  МГТУ  им.  Н.Э.  Баумана,  2002.  —  376  с.,  ил.
2. Филимонова  Е.А.,  Амиров  Р.Х.  Моделирование  конверсии  оксидов  азота  и  серы  в  стримерной  короне  в  присутствии  углеводородов  //  III  Междун.  симпозиум  по  теор.  и  прикладной  плазмохимии  (ISTAPC-2002):  Сб.  материалов.  Иваново.  2002.  —  c.  179—182.
3. Baksht  R.B.,  Yankelevich  Y.,  Wolf  M.,  Pokryvailo  A.,  Oreshkin  V.  Effect  of  pulse  repetition  rate  on  the  efficiency  of  gas  treatment  using  pulsed  corona  discharge  //  28  International  conference  on  phenomena  in  Ionized  Gases,  Czech  Republic,  Prague,  2007.  —  P.  1334—1337.
4. Cha  M.S.,  Song  Y.-H.,  Lee  J.-O.,  Kim  S.J.  NO_x  and  Soot  Reduction  Using  Dielectric  Barrier  Discharge  and  NH₃  Selective  Catalytic  Reduction  in  Diesel  Exhaust  //  International  Journal  of  Plasma  Environmental  Science  &  Tecnology.  —  2007,  March,  —  Vol.  1,  —  №  1.  —  P.  28—33.