1. Тарарикін А.Г., Успенська А.Ю. Що є основним джерелом забруднення повітря?
2. бензинові ДВС
3. Дизельний двигун істотно шкідливіше свого бензинового «побратима»
4. Дизельні двигуни кар'єрної, дорожньої та будівельної техніки
5. Найгірший варіант - дизельні двигуни важкої техніки, поміщені в шахту, тунель, глибокий кар'єр
6. Чи існують способи вирішення цієї проблеми?
7. Чи служить каталітичний нейтралізатор панацеєю, яка знімає всі проблеми?

Тарарикін А.Г., Успенська А.Ю.

Що є основним джерелом забруднення повітря?

У спільній справі забруднення атмосфери внаслідок людської діяльності, двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ), безумовно, знаходяться на першому місці. І не просто лідирують, а значно випереджають всі інші разом узяті техногенні джерела. «Першість» пояснюється просто переважною чисельною перевагою саме цих забруднювачів, у порівнянні з сумою всіх інших техногенних джерел.

бензинові ДВС

Щодо «малотоксичний» бензиновий ДВС, крім корисної роботи, «виробляє» шкідливі викиди в атмосферу, лише з того, що у нього є в бензобаку. Тому в вихлопі двигуна внутрішнього згоряння міститься якась кількість недогоревшей палива (СxНy) і чадного газу (СО). Для успішного їх окислення в нейтралізаторі бензинового ДВС існують цілком сприятливі умови:

шкідливі продукти - легко окислюваність, а необхідний для реакції каталітичного окислення (спалювання) кисень в достатній кількості присутній в вихлопі двигуна.

Тому, нормально відрегульований двигун внутрішнього згоряння, оснащений каталітичним нейтралізатором вихлопних газів, досить легко і надійно окисляє шкідливі домішки до безпечних рівнів: вуглекислого газу (CO2) і води (H2O):

СХНy + nO2 -CO2 + H2O; СО + ½O2-СО2.

Дизельний двигун істотно шкідливіше свого бензинового «побратима»

Як джерело забруднення атмосфери, дизельний ДВС істотно більш небезпечний. І справа зовсім не в поширеному омані, що дизельне паливо (в просторіччі солярка), нібито - гірше або брудніше бензинів високих екологічних стандартів.

Дизельний ДВС також, як і що працює на бензині, зрозуміло, забезпечує надходження в атмосферу стандартного набору з чадного газу і залишків недогоревшей палива. На жаль цим справа не обмежується. Підвищена небезпека дизельних ДВС «забезпечується» ще двома додатковими і абсолютно об'єктивними причинами. Перша причина. Більш високі параметри роботи дизеля, а саме - тиск і температура в циліндрах вже достатні для запуску процесу хімічного синтезу високотоксичного «букета» - оксидів азоту, загальної формули (NОх).

Причому сировиною для цього хімічного процесу, служать кисень (О2) і азот (N2), тобто звичайний чисте повітря, споживаний дизельним двигуном для роботи:

N2 + O2 → NOx.

Ні якість палива, ні регулювання двигуна, або які-небудь інші параметри не здатні скасувати закони хімії та термодинаміки при роботі дизельного ДВС. Циліндри двигуна стають «хімічними реакторами», яка синтезує одні з найбільш токсичних видів атмосферних забруднень безпосередньо з чистого повітря.

Друга причина підвищеної небезпеки. У той час як нейтралізація вихлопу бензинового ДВС - це окислення домішок наявними в достатку киснем, нейтралізація ж оксидів азоту NOx - це строго протилежний процес хімічного відновлення. І присутність кисню у вихлопі двигуна перешкоджає процесу нейтралізації, аж до повного його припинення. Таким чином, при каталітичної нейтралізації токсичних продуктів дизельного ДВС, потрібно організувати протікання в нейтралізаторі двох, строго кажучи, несумісних процесів - окислення і відновлення одночасно. Проте, сучасні розробки каталізаторів вже дають приклади досить результативного знешкодження вихлопу дизельних ДВС.

Дизельні двигуни кар'єрної, дорожньої та будівельної техніки

Дизельний ДВС вантажного автомобіля, рівномірно рухається по кар'єрних дорозі або шосе або його стаціонарний аналог, наприклад, працює в складі дизель-електрогенератора, основний час роботи видають корисну потужність в стаціонарному режимі.

Істотно знизити шкоду, що наноситься оксидами азоту організму людини і навколишньому середовищу, в такому випадку можливо за допомогою сучасних каталітичних нейтралізаторів, наприклад працюють за технологією Селективного каталітичного відновлення (SCR), де використовуються спеціальні каталізатори або навіть хімічні добавкіреагенти.

Зовсім інша справа - що працює екскаватор, оснащений дизельною силовою установкою. Назвати експлуатацію його дизельного двигуна «нестаціонарної» було б великим перебільшенням: миттєвий набір потужності, зупинки, вібрації, ривки і удари, і знову зупинки. Про жодні оптимальних регулювань роботи двигуна, тут не може бути й мови. Процес дозування і змішування реагентів, як і сам хімічний процес нейтралізації - інерційні, і для режимів роботи важкої гірничої техніки - непридатні за визначенням. Мабуть тому на екскаваторах, грейдерах, гідромолот навіть провідні світові виробники нейтралізатори не встановлюють, припускаючи, що свіжий вітер будівництва та кар'єра, здатний розігнати хмари токсичних вихлопів.

Найгірший варіант - дизельні двигуни важкої техніки, поміщені в шахту, тунель, глибокий кар'єр

У ситуації закритого обсягу (тунель, шахта, глибокий розріз) все отруйні компоненти викиду залишаються в прізабойном просторі роботи машини, де свіжого вітру - не передбачається. Навіть якісна вентиляція - не здатна повністю усунути проблему локальних надлишкових концентрацій токсичних речовин. А проблема з області екології переходить в область здоров'я і безпеки людей.

Чи існують способи вирішення цієї проблеми?

І все-таки, усунення проблеми можливо за допомогою каталітичних технологій очищення вихлопних газів ДВС.

Для цього досить використовувати грамотно спроектований каталітичний реактор-нейтралізатор, що встановлюється замість штатного глушника.

У корпусі нейтралізатора розташовується перфорована корзина, куди засипається гранульований каталізатор (ШПК-1), що виготовляється на основі спеціального кулькового носія з платиною в якості активного каталітичного елементу.

У комплексі це дозволяє подолати більшість труднощів, що виникають при експлуатації в замкнутих обсягах шахт і тунелів таких складних об'єктів, як важка гірнича техніка. Механічні дії - вібрації і удари - не сильно позначаються на працездатності кулькового каталізатора. Димові викиди елементарної сажі компенсуються самоочисним дією вібруючого шару каталізатора. Локальні термічні перегріви в поєднанні з викидом водяної пари не здатні привести до розтріскування кулькового носія, як це буває з монолітними керамічними блоками стільникової структури, де є вузькі довгі мікроканали, сформованими незалежно від розтріскування, можуть забиватися сажею і коксовими відкладеннями.

Відпрацьована конструкція самого реактора, що передбачає гранульовану засипку, виключає необхідність в спеціальних ущільненнях блоків, термокомпенсацією і інших хитрощах. А якщо немає ущільнень, то, отже, нема чому і руйнуватися, створюючи канали, через які відпрацьовані гази викидаються в атмосферу неочищеними. Така система перевірена кількома десятиліттями успішної експлуатації нейтралізаторів.

Чи служить каталітичний нейтралізатор панацеєю, яка знімає всі проблеми?

Умови експлуатації, які розглянуті в даній статті, не можуть принести повного усунення проблеми очищення і токсичних вихлопів. Однак, такі компоненти як чадний газ (СО) і залишки палива (СХНy) можуть бути нейтралізовані практично повністю, а обсяги викидів найбільш складних - оксидів азоту, за рахунок високої якості каталізатора реально знижуються на 15-40%.

Кілька сотень одиниць працює в нашій країні техніки, оснащеної такими нейтрализаторами, реально і щодня підтверджують це.

www.recatalys.ru

Журнал "Гірська Промисловість" №2 2013