Результаты применения пористых проницаемых СВС-каталитических блоков в многоступенчатых нейтрализаторах отработавших газов дизелей

Введение. По заявлениям ведущих специалистов дизелестроения для выполнения вводимых норм на уровни вредных выбросов в атмосферу необходимо применение фильтров твердых частиц и каталитических нейтрализаторов, которые позволят повысить эффективность конверсии отработавших газов и улучшить экологические показатели дизельных двигателей.

Цель. Сокращение вредных выбросов в атмосферу, улучшение качества и снижение стоимости очистки отработавших газов при реализации жизненных циклов объектов транспортной энергетики путем применения пористых СВС-блоков в каталитических нейтрализаторах и сажевых фильтрах.

Материалы и методы. Были проведены стендовые испытания опытных образцов нейтрализаторов конструкции АлтГТУ с одной, двумя и тремя ступенями очистки. Первая ступень – сажевый фильтр из пористого проницаемого СВС-материала, вторая ступень – окислительный СВС-блок, третья ступень – каталитический восстановительный СВС-блок.

Для получения каталитических блоков методом СВС был использован следующий состав шихты: железная окалина 18Х2Н4МА – 47,5%; оксид хрома ПХ-1 по ТУ 882-76 – 17,7%; порошок никеля ПНК-ОТ-1 по ГОСТ 9722-79 – 4,9%; порошок алюминия по ТУ 485-22-87 марки АСД – 1–15%, медь – 11%; оксид алюминия – 3,8%; иридий – 0,01%. В состав шихты восстановительного блока входило 14,5% меди. Полученные блоки имели проницаемую структуру и высокую прочность. Средний размер пор составил 180 мкм. Нейтрализаторы устанавливались встык с турбокомпрессором.

Результаты. Выявлено, что выбросы NOх по нагрузочной характеристике дизеля КамАЗ-740 при 2600 мин-1 уменьшаются при средних эффективных давлениях Ре, равных 0,03; 0,55; 0,77 МПа с 3,82…11,62…9,49 г/м3 соответственно до 3,23…6,52…4,61 г/м3 или примерно на 13…44…53%. Уменьшение выбросов твердых частиц при тех же нагрузках составило 75; 45; 63%, углеводородов – 72; 53; 54%. Минимальный удельный расход топлива наблюдался в интервале 1600…2000 мин-1 по внешней скоростной характеристике. При использовании нейтрализатора с двумя, установленными последовательно каталитическими блоками, выбросы с ОГ углеводородов уменьшились с 3,12…1,21 до 0,90…0,29 г/м3, или на 71…76%. Степень конверсии СО, составила 78…73%; NOx – 4…52%, а суммарный коэффициент очистки составил 0,58.

Коаксиальная установка дополнительных блоков из СВС-каталитических материалов привела к улучшению качества очистки до 0,698. За 360 часов работы эффективность конверсии ТЧ уменьшилась с 55 до 45%, СО – с 58 до 46%, NO_x – с 65 до 44%, что свидетельствовало о начале дезактивации катализаторов.

Заключение. Использование многоступенчатых нейтрализаторов с СВС-каталитическими блоками позволяет уменьшить выбросы углеводородов в 1,95 раза, оксида углерода в 3,6 раза, оксидов азота в 2 раза, твердых частиц в 3 раза, обеспечивая выполнение стандартов России.