2.3.Очистка отходящих газов от оксидов углерода и азота
Анализ информации по использованию химических технологий для мини-мизации негативного воздействия на природную и техносферную среду выбросов газов, содержащих оксиды углерода и азота, проведен нами на примере автотранспорта. Последнее обусловлено тем, что в Москве около 90% загрязнения атмосферы вредными компонентами газовых выбросов создает именно автотранспорт. Результаты анализа обобщены в табл.2.2., согласно которым большинство существующих и проектируемых технологий обеспечения минимизации токсичных компонентов в выбросах направлены на снижение выброса продуктов сгорания углеродсодержащего топлива (С-топлива). Ситуация осложнена тем, что ранее считавшийся безвредным процесс сжигания с получением диоксида углерода в последнее десятилетие признано опасным на международном уровне, о чем свидетельствует принятие и действие Киотского соглашения о снижении выброса парниковых газов для решения проблемы глобального потепления.
Сторонники того, что использование биотоплива, получаемого из растительного сырья, решает проблему снижения негативного воздействия выбросов оксидов углерода, так как сколько СО2 было использовано при выращивании растений по процессу природного фотосинтеза, столько же будет выделяться при сжигании такого же объема растительного сырья.
На наш взгляд, это мнение ошибочно, поскольку эффективность фотосинтеза далеко не стопроцентная и соответственно сжигание биотоплива,
Таблица 2.2. Способы снижения содержания экотоксичных
Компонентов в выбросах двигателей автомобилей
которое представляет собой по составу аналог природного газа, так как содержат метан и его гомологи, способствует увеличению объема выбросов оксидов углерода.
Позитивным является то, что биотопливо производится из возобновляемого сырья.
Вариант электромобилей, работающих на аккумуляторах, по-существу является полумерой, так как он обеспечивает экологическую безопасность именно в том месте, где используют электромобили. Но нельзя забывать о том, что около 70% электроэнергии, необходимой для зарядки аккумуляторов, вырабатывают ТЭЦ (тепловые электростанции), на которых сжигают уголь, природный газ, выделящие при этом углекислый газ - один из главных парниковых газов.
Для очистки выбросов газа промышленных предприятий от оксидов азота разработан ряд эффективных технологий с соответствующим аппаратурным оформлением. Реактор для селективной каталитической очистки газов от оксидов азота обеспечивает следующие показатели очистки газа:
Производительность по газу 5-10 тыс.м3/ч.
Количество катализатора АВК-10 -6 м3 (5,4 т).
Количество инертной насадки -14 м3 (9,8 т).
Концентрация оксидов азота 2-3 г/м3,
Температура нитрозных газов 20-30oС,
Температура газа в аппарате:
- максимальная, в зоне реакции, 450oС,
- рабочая, в слое катализатора, 320-350oС,
- на входе-выходе газа в аппарат переменная в течение полуцикла 20-200oС,
- начала химической реакции 180-200oС.
Расчетное гидравлическое сопротивление 400 мм вод. ст.
Суммарная расчетная мощность электронагревателя 56 кВт.
Для осуществления процесса по заданным условиям - объема газа, концентрации примесей, количества катализатора и инертной насадки, гидравлического сопротивления и др. требований, диаметр реактора составил 2,8 м с общей его высотой 7,4 м.
Расчетные теплопотери от аппарата в окружающую среду составляют до 10500 ккал/ч (при окружающем воздухе с температурой - 40oС), что составляет ~21% от установленной мощности электронагревателей.
Дизельные двигатели содержат в выбросах меньше токсичного оксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН).Это обусловлено тем, что
в цилиндр дизельного мотора подаётся воздух, который при сжатии сильно нагревается и когда поршень почти достигает верхней мёртвой точки (ВМТ) происходит дозированный впрыск топлива, воспламеняющийся от высокой температуры. Большую часть времени двигатель работает на обеднённой смеси и поэтому в отработавших газах содержится мало СО и СН.
Однако из-за быстрого сгорания в цилиндре двигателя развивается очень высокая температура, окисляется азот воздуха и образуются оксиды азота NОx,
объем которых не соответствовал экологического стандарта Евро-3.
Установили, что трёхкомпонентные каталитические нейтрализаторы, как на автомобилях с бензиновыми двигателями, применять в дизелях бесполезно, поскольку они рассчитаны на другой состав горючей смеси.
Кроме того, температура отработавших газов в коллекторе дизельного двигателя ниже, чем в коллекторе бензинового: во время рабочего хода давление в цилиндре падает сильнее, и благодаря этому дизели имеют более высокий кпд. А низкая температура снижает эффективность действия катализатора.
Снижение выброса NOX обеспечили аккумуляторные топливные системы с электронным управлением, аналогичные инжекторным системам в бензиновых двигателях (рис.2.9).Они осуществляют многофазное впрыскивание — порция топлива подаётся в цилиндр не сразу, а несколькими зарядами.
Рис.2.9 Схема падения давление и подкачки