Спосіб каталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту, та пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до способів та пристроїв каталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту. До цього часу відома значна кількість методів нейтралізації ї очистки газів, що відходять від автотранспорту. Один з методів є спосіб каталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту на пористих носіях зі збільшенням протитиску [див. И.Л.Варшавский, Р.В.Малов «Как обезвредить отработавшие газы автомобиля» - Μ., Транспорт, 1968, - с.78-82.]. Каталізатор нанесений на поверхню трубок, які закріплені на проволоці в корпусі чи кульок, які зібрані в касети. В якості каталізатору використовують платину в кількості 4г на 1кг трубчатого пористого каталізатору і 2г на 1кг кулькового каталізатору. При використанні даного способу каталітичної нейтралізації газів на дизельних двигунах в нейтралізатор додатково вводять повітря через інжектор. На прогрітому двигуну забезпечується практично повну очистку від оксиду вуглецю (її), частково від оксидів азоту і на 80-90% від вуглеводнів. На холостому ході і при низьких навантаженнях двигуна для більш ефективної каталітичної нейтралізації газів збільшують протитиск на випуску газів. Недоліком даного способу є те, що використання даного способу каталітичної нейтралізації газів призводить до значного збільшення кількості сажі, смоли і краплин масла в газах, що відходять. Крім того, на таких двигунах збільшуються витрати палива. Відомий спосіб каталітичної нейтралізації газів, що відходять, від автотранспорту з використанням киплячого шару [див. И.Л.Варшавский, Р.В.Малов «Как обезвредить отработавшие газы автомобиля» - Μ., Транспорт, 1968 - с.85-89]. Шар каталізатору потоком газу приводиться в підвішений стан. Нейтралізатор для даного способу складається з реактора, що представляє собою прямокутний стальний, короб, який на 3/4 заповнений кульками каталізатору і картерів зверху і знизу. Звер ху і знизу реактор закритий сітками для попередження виносу каталізатор. Діаметр кульки каталізатору становить 3-5мм. В якості каталізатора використовується платина. Недоліком даного способу є те, що даний нейтралізатор при його громіздких розмірах можливо встановлювати лише в вертикальному положенні. Його можливо використовувати лише на обмеженій кількості автотранспорту. Крім того використання киплячого шару потребує більш ретельного контролю швидкості газу, щоб попередити осадження чи винос каталізатора. На автомобілі це зробити ще складніше ізза постійні зміні витрат газу при різних режимах роботи двигуна, що призводить чи к затуханню киплячому шару чи виносу каталізатора. Прототипом способу, що пропонується, є спосіб термокаталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту [див. И.Л.Варшавский, Р.В.Малов «Как обезвредить отработавшие газы автомобиля» - Μ., Транспорт, 1968 - с.89-92]. Даний спосіб складається з двох стадій: - полум'яного підігріву газів за рахунок безфорсуночного спалювання палива. Підпалювання газів відбувається за допомогою спіралі свічки чи за допомогою фронту полум'я при режимі горіння, що встановилося. При роботі двигуна на великих навантаженнях подача палива в цілях економії припиняється. Підігрітий газ поступає в циклон, де відбувається догоряння дрібних часток, які раніше не згоріли і осідання в циклоні більш крупних часток; - безпосередньої каталітичної нейтралізації газів на двох шарах каталізатор^: нижньому киплячому шару і верхньому спокійному шарі. Призначення нижнього шару полягає в нейтралізації більшої частки токсичних сполук газів. Верхній призначений для завершення нейтралізації і для попередження виносу часток каталізатору з нижнього шару. В якості каталізаторf використовують платину. Недоліком даного способу є .складність конструкції; необхідність в додаткових витрата х палива; високі температури деяких деталей; великі витрати каталізатору в киплячому шарі; велика вага і габаритні розміри. Недоліком усіх перерахованих способів є те, що в якості каталізатора використовується платина, але платина це дефіцитний метал, який дорого коштує. В основу винаходу поставлено задачу нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту шля хом пропускання потоку газів через два комплекти, кожний з яких складається з сіток з голками і без голок. Спосіб каталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту, який включає високотемпературні двоступінчаті процеси відновлення-окиснення на неметалічних оксидних каталізаторах, додатково включає те, що потік газу пропускають послідовно через електрокаталітичний реактор - два комплекти сіток з високолегованих сталей, які розташовані перпендикулярно газовому потоку і на котрі подається висока напруга. Регенерація першого по ходу відновлювального комплекту від сажі і смоли проводять короткочасним введенням додаткового повітря в газовий потік перед електрокаталітичним реактором. Пристрій для здійснення способу включає корпус реактора, що виготовлено із діелектрику, а кожний із електрокаталітичних комплектів складається з сіток високої напруги з голками і сіток низької напруги без голок. Сітки по ходу газу в комплекті розташовані в наступній послідовності, сітка з голками - сітка без голок, причому між комплектами сіток вводиться додаткове повітря, а направлення вістря голок співпадає з направленням газового потоку. На голки з високолегованих сталей сітки високої напруги попередньо нанесені діелектрик (наприклад, gΑl2Ο 3, Na2SiO3) i неплатиновий каталізатор. Джерелом струму є котушка запалення автомобіля. Кількість сіток в відновній і окислювальній, зонах повинно бути парною. Процес базується на відновно-окислювальних процесах, що протікають в зоні розряду на 150-200°С нижче, ніж при звичайному термічному каталізі. Основною різницею електрокаталітичного процесу від термічного є те, що при любих режимах роботи двигуна із-за протікання радикальних реакцій в зоні розряду спостерігається висока ступінь відновлення і окисненкя токсичних сполук, а також повне згорання сажі і смоли. Це можливо за рахунок зниження енергетичних бар'єрних процесів. На Фіг.1 представлена схема нейтралізації газів, що відходять від авто транспорту, на Фіг.2 представлені залежність ступеню очистки від напруги для холостого ходу без введення повітря, на Фіг.3 представлені залежність ступеню очистки від напруги для холостого ходу з введенням повітря, на Фіг.4 представлені залежність ступеню очистки від напруги для ходу під навантаженням без введення повітря, на Фіг.5 представлені залежність ступеню очистки від напруги для ходу під навантаженням з введення повітря. Спосіб, що пропонується, полягає у наступному. Потік газу від двигуна (Фіг.1) направляється в каталітичний нейтралізатор 1. В нейтралізаторі змонтовані два комплекти сіток з голками 2 з вясоколегованих сталей. На кожну голку нанесено діелектрик і каталізатор. Між комплектами сіток через штуцер 3 підводиться повітря. Після нейтралізації потік газу викидається в атмосферу. В якості джерела струму використовується котушка запалення 4. Процес було проведено при різних напругах на сітках і режимах роботи двигуна. По отриманих даним можна зробити висновок, що цим методом можна очистити гази, що відходять від автотранспорту. Електрокаталітичний метод не знижує потужності двигуна, а на деяких режимах навіть підвищує її. Як видно з Фіг.2-5, введення повітря в газовий потік суттєво впливає на процес нейтралізації. Без введення повітря ступінь очистки дуже висока для усіх сполук, особливо для двигуна під навантаженням (Фіг.2 і 4). З введенням повітря ступінь очистки від оксидів азоту знижується, а для вуглеводів і оксиду вуглецю (II) збільшується (Фіг.3 і 5) незалежно від того чи холостий хід, чи двигун під навантаженням. Для усіх випадків, як з введенням повітря, так і без введення його ступінь очистки збільшується зі збільшенням напруги. В таблицях 1, 2 наведені експериментальні дані, які були використанні для створення способу каталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту. При використанні даного способу нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту, досягається значно більша ступінь нейтралізації токсичних сполук, ніж при інших методах. Відсутність зниження потужності двигуна призводить до економії палива і більш тривалої експлуатації двигуна. Даний спосіб може бути використаний на будь-якому виді авто транспорту. Спосіб є "промислово використовуваним", так як не потребує кардинальних змін в будові автотранспорту. Таблиця 1 Дані експериментів по нейтралізації токсичних сполук для холостого ходу Компонент Без введення повітря 3 введенням повітря СО NO CnHm CO NO CnHm 0 10 3,75 2,67 9 5,25 4,43 5 Сі, % 6,8 3,75 2,68 8 5,25 3,4 Напруга, кВ 10 X, % Сі, % 32 4 0 3,4 -0,37 1,44 11,1 6 0 5,25 23,3 3 15 X, % 60 9 46,07 33,3 0 32,3 Сі, % 1,6 2,4 0,4 4 5,25 2,5 X, % 84 36 85 55,5 0 43,6 Таблиця 2 Дані експериментів по нейтралізації токсичних сполук для ходу з навантаженням Компонент Без введення повітря 3 введенням повітря СО NO CnHm CO NO CnHm 0 7,08 20 1,44 6,3 20 4,4 5 Сі, % 5,4 13,9 0,89 5,5 10,5 2 Напруга, кВ 10 X, % Сі, % 23,7 4,8 30,5 13,6 38,9 0,59 12,7 5,5 47,5 9 54,5 1,5 15 X, % 32,2 32 59 12,7 50,5 65,9 Сі, % 3,2 14 83,6 4,4 10,5 1,5 X, % 54,8 30 85 16 47,5 65,9