Главная Обозрение Когда речь идёт не об экологии, а о безопасности людей

Когда речь идёт не об экологии, а о безопасности людей

А.Г. Тарарыкин, А.Ю. Успенская
Печать

Каталитическое обезвреживание выхлопных газов тяжёлой техники

Каталитическое обезвреживание выхлопных газов тяжёлой техники
Что служит основным источником загрязне- ния воздуха?

В общем деле загрязнения атмосферы вследствие человеческой деятельности двигатели внутреннего сгорания (ДВС), безусловно, находятся на первом месте. И не просто лидируют, а значительно опережают все остальные вместе взятые техногенные источники. Первенство объясняется просто подавляющим численным преимуществом именно этих загрязнителей, по сравнению с суммой всех остальных техногенных источников.

Бензиновые ДВС

Относительно малотоксичный бензиновый ДВС, кроме полезной работы, производит вредные выбросы в атмосферу, лишь из того, что у него имеется в бензобаке. Поэтому, в выхлопе бензинового двигателя содержится какое-то количество недогоревшего топлива (СхНy) и угарного газа (СО). Для успешного их окисления в нейтрализаторе бензинового ДВС существуют вполне благоприятные условия: вредные продукты легко окисляемы, а необходимый для реакции каталитического окисления (сжигания) кислород в достаточном количестве присутствует в выхлопе двигателя.

Поэтому, нормально отрегулированный бензиновый двигатель, оснащённый каталитическим нейтрализатором выхлопных газов, достаточно легко и надёжно окисляет вредные примеси до безопасных уровней: углекислого газа (CO2) и воды (H2O):

СхНy + nO2→CO2 + H2O;
СО + 1/2 O2→СО2,

Дизельный двигатель существенно вреднее своего бензинового «собрата».

Как источник загрязнения атмосферы, дизельный ДВС существенно более опасен. И дело вовсе не в распространенном заблуждении, что дизельное топливо (в просторечии солярка), якобы хуже или грязнее бензинов высоких экологических стандартов.

Дизельный ДВС также, как и работающий на бензине, разумеется, обеспечивает поступление в атмосферу стандартного набора из угарного газа и остатков недогоревшего топлива. К сожалению, этим дело не ограничивается. Повышенная опасность дизельных ДВС обеспечивается ещё двумя дополнительными и абсолютно объективными причинами.

Первая причина. Более высокие параметры работы дизеля, а именно – давление и температура в цилиндрах, уже достаточны для запуска процесса химического синтеза высокотоксичного «букета» – оксидов азота, общей формулы (NОх). Причём, сырьём для этого химического процесса служат кислород (О2) и азот (N2), то есть, обычный чистый воздух, потребляемый дизельным двигателем для работы:

N2 + O2 → NOx

Ни качество топлива, ни регулировки двигателя, или какие-либо другие параметры не способны отменить законы химии и термодинамики при работе дизельного ДВС. Цилиндры двигателя становятся «химическими реакторами», синтезирующими одни из самых токсичных видов атмосферных загрязнений непосредственно из чистого воздуха.

Вторая причина повышенной опасности. В то время как нейтрализация выхлопа бензинового ДВС – это окисление примесей имеющимся в достатке кислородом, нейтрализация же оксидов азота NOx – это строго противоположный процесс химического восстановления. И присутствие кислорода в выхлопе двигателя препятствует процессу нейтрализации, вплоть до полного его прекращения. Таким образом, при каталитической нейтрализации токсичных продуктов дизельного ДВС нужно организовать протекание в нейтрализаторе двух несовместимых процессов – окисления и восстановления одновременно. Тем не менее, современные разработки катализаторов уже дают примеры достаточно результативного обезвреживания выхлопа дизельных ДВС.


Дизельные двигатели карьерной, дорожной и строительной техники.

Каталитическое обезвреживание выхлопных газов тяжёлой техники Дизельный ДВС грузового автомобиля, равномерно двигающегося по карьерной дороге или шоссе, или его стационарный аналог, например, работающий в составе дизель-электрогенератора, основное время работы выдают полезную мощность в стационарном режиме.

Существенно снизить вред, наносимый окислами азота организму человека и окружающей среде, в таком случае возможно с помощью современных каталитических нейтрализаторов, например, работающих по технологии Селективного Каталитического Восстановления (SCR), где используются специальные катализаторы или даже химические добавки-реагенты.

Совсем иное дело – работающий экскаватор, оснащённый дизельной силовой установкой. Назвать эксплуатацию его дизельного двигателя «нестационарной» было бы сильным преувеличением: мгновенный набор мощности, остановки, вибрации, рывки и удары и снова остановки. Ни о каких оптимальных регулировках работы двигателя здесь не может быть и речи. Процесс дозирования и смешения реагентов, как и сам химический процесс нейтрализации инерционны, и для режимов работы тяжёлой горной техники неприменимы по определению. Видимо, поэтому на экскаваторах, грейдерах, гидромолотах даже ведущие мировые производители нейтрализаторы не устанавливают, предполагая, что свежий ветер стройки и карьера способен разогнать облака токсичных выхлопов.

Наихудший вариант – дизельные двигатели тяжёлой техники, помещенные в шахту, тоннель, глубокий карьер.

В ситуации закрытого объёма (тоннель, шахта, глубокий разрез) все ядовитые компоненты выброса остаются в призабойном пространстве работы машины, где свежего ветра не предвидится. Даже качественная вентиляция не способна полностью устранить проблему локальных избыточных концентраций токсичных веществ. А проблема из области экологии переходит в область здоровья и безопасности людей.

Существуют ли способы разрешения этой проблемы?

И всё-таки, устранение проблемы возможно с помощью каталитических технологий очистки выхлопных газов ДВС.

Для этого достаточно использовать грамотно спроектированный каталитический реактор-нейтрализатор, устанавливаемый вместо штатного глушителя (фото 1). В корпусе нейтрализатора располагается перфорированная корзина, куда засыпается гранулированный катализатор (ШПК-1), изготавливаемый на основе специального шарикового носителя с платиной в качестве активного каталитического элемента (фото 2).

Нейтрализатор, смонтированный в выхлопной тракт Фото 1.
Нейтрализатор, смонтированный в выхлопной тракт

В комплексе это позволяет преодолеть большинство трудностей, возникающих при эксплуатации в замкнутых объёмах шахт и тоннелей таких сложных объектов, как тяжёлая горная техника. Механические воздействия – вибрации и удары не сильно сказываются на работоспособ ности шарикового катализатора. Дымовые выбросы элементарной сажи компенсируются самоочищающимся действием вибрирующего слоя катализатора. Локальные термические перегревы в сочетании с выбросом водяных паров не способны привести к растрескиванию шарикового носителя, как это бывает с монолитными керамическими блоками сотовой структуры, где имеются узкие длинные микроканалы, которые, помимо растрескивания, могут забиваться сажей и коксовыми отложениями.

Гранулированный платиносодержащий катализатор ШПК-1 Фото 2.
Гранулированный платино­содержащий катализатор ШПК-1

Отработанная конструкция самого реактора, предусматривающая гранулированную засыпку, исключает необходимость в специальных уплотнениях блоков, термокомпенсациях и прочих ухищрениях. А если нет уплотнений, то, следовательно, нечему и разрушаться, создавая каналы, через которые отработанные газы выбрасываются в атмосферу неочищенными. Такая система проверена несколькими десятилетиями успешной эксплуатации нейтрализаторов.

Служит ли каталитический нейтрализатор панацеей, снимающей все проблемы?

Условия эксплуатации, которые рассмотрены в данной статье, не могут принести полного устранения проблемы очистки и токсичных выхлопов. Однако, такие компоненты как угарный газ (СО) и остатки топлива (СхНy) могут быть нейтрализованы практически полностью, а объёмы выбросов наиболее сложных – оксидов азота, за счёт высокого качества катализатора реально снижаются на 15-40%.

Несколько сотен единиц работающей в нашей стране техники, оснащённой такими нейтрализаторами, реально и ежедневно подтверждают это.

А.Г. Тарарыкин,
генеральный директор;
А.Ю. Успенская,
специалист коммерческого отдела ЗАО «Редкинский катализаторный завод»
г. Москва

 

ЗАО «Редкинский катализаторный завод» Тел./факс (495) 411-94-25, сайт: www.recatalys.ru,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

 
Дорогие читатели! Вы можете прокомментировать данный материал. Интересные идеи, непредвзятые точки зрения и конструктивные замечания - приветствуются.
Информация

Выставки и форумы одной строкой

Дата проведения: 12.09.2017 - 15.09.2017. 13-я Международная выставка и конференция по о... далее
Дата проведения: 23.05.2017 - 24.05.2017. XIV Всероссийский Конгресс «Государственн... далее
Дата проведения: 17.10.2017 - 19.10.2017. 10-я специализированная выставка «Горное дело: Технол... далее

Котировки

Курсы Валют  Дата ЦБ РФ
USD
29.04.17 56,9838
EUR
29.04.17 62,0440
100 KZT
29.04.17 18,1226
10 CNY
29.04.17 82,6140
LME - Лондонская биржа цветных металлов цены ($/тн):
 

Подписка на новости

Подпишитесь на новости. Введите Ваш e-mail

Подписка на RSS канал

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter