2.5.1. Нейтрализаторы отработавших газов

В последние годы для нейтрализации выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания применяют каталитические методы очистки. Главным исполнительным аппаратом в этом технологическом процессе является нейтрализатор.

Нейтрализатор – устройство каталитического действия, предназначенное для обработки отработавших газов двигателей. Нейтрализаторы делятся на окислительные и окислительно-восстановительные.

Окислительный каталитический нейтрализатор работает при температуре 680-880 К и осуществляет окисление СО и низкомолекуляных углеводородов в углекислый газ с эффективностью до 75-95%. Блок-носитель делают из керамической сотовой структуры, гофрированной фольги (нержавеющая сталь толщиной 0,03-0,04 мм). Катализатор в виде гранул из оксида алюминия с нанесенными на них металлами платиновой группы укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками.

Окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор бензиновых двигателей по конструкции не отличается от окислительного, но дополнительно комплектуется кислородным датчиком после нейтрализатора, системой впрыска топлива (вместо карбюратора), для того чтобы дозировать топливо с высокой точностью.

Для комплексной очистки выхлопных газов – окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксида азота – применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор (рис. 2.19). Установка состоит из последовательно соединенных восстановительного 2 и окислительного 4 катализаторов. Отработавшие газы через патрубок 1 поступают к восстановительному катализатору 2, на котором происходит нейтрализация оксидов азота:

NО + СО → ½ N₂ + CO₂, (2.27)

NО + H₂ → ½ N₂ + H₂O. (2.28)

Рис. 2.19. Двухступенчатый каталитический нейтрализатор

1 – патрубок для ввода выхлопных газов; 2 – восстановительный катализатор;

3 – патрубок для ввода вторичного воздуха; 4 – окислительный катализатор

В качестве восстановительного катализатора применяют монельметалл (медноникелевый сплав) или катализатор из благородных металлов (платина на глиноземе).

После восстановительного катализатора к отработавшим газам для создания окислительной среды через патрубок 3 подводят вторичный воздух. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация продуктов неполного сгорания – оксида углерода и углеводов:

СО + ½ O₂ → CO₂, (2.29)

С_хН_у + (х + у/4) O₂ → хCO₂ + (у/2)H₂O. (2.30)

Для окислительных процессов применяют катализатор из благородных металлов или оксидов переходных металлов (медь, никель, хром и др). Содержание оксида углерода в выхлопных газах при этом уменьшается в 10 раз, а углеводов – в 8 раз.

Широкому применению каталитических нейтрализаторов препятствует использование этилированного бензина, который содержит определенное количество свинца. Свинец дезактивирует (отравляет) катализаторы в течение 100-200 ч.

Нейтрализацию отработавших газов дизелей осуществляют несколько иначе. Процессы окисления (дожига) СО, С_хН_у, сажи и восстановления NО_x выполняют в следующей последовательности: на первом этапе – дожиг сажи, на втором – восстановление NО_x, на третьем – окисление СО и С_хН_у.

Для инициирования процесса каталитического дожигания и объемного окисления сажи применяют ванадиевые катализаторы с электроразогревом носителя в электрическом поле высокого напряжения. Для восстановления NО_x можно использовать медь, обеспечив ее элекроразогрев и удаление окалины. Процессы окисления СО и С_хН_у не отличаются от процессов, протекающих в каталитических нейтрализаторах двигателей с искровым зажиганием.