Главная страница
Сведения об авторах

Снижение токсичности выхлопных газов процессов окисления углеводородного топлива

Яковишин В. А., Савенков А. С., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина

До 80 % энергии, потребляемой человечеством, производится в процессах глубокого окисления топлива, при которых образуются и выбрасываются в атмосферу токсичные и парниковых газы. Каталитическое окисление углеводородного топлива — эффективный способ решения этой проблемы. Однако широкое его применение до последнего времени тормозилось отсутствием недорогих и устойчивых к условиям процесса (высокая температура, большое количество термосмен, присутствие катализаторных ядов) катализаторов и сложностью их размещения в реакционном объеме.

Нами предлагается технология катализатора глубокого окисления углеводородов на основе сложных оксидов металлов 4-го периода, нанесенных на оксидированную поверхность сплава алюминия. Принципиальная схема процесса представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема нанесения каталитического покрытия:

1, 2 — приготовление растворов солей активных компонентов; 3 — смешивание растворов; 4 — пропитка оксидированной поверхности; 5 — провяливание; 6 — сушка; 7 — прокалка

Носителем служила сложная смесь оксидов алюминия (50 % α-Аl₂О₃, 20 % γ-Аl₂О₃ и др.), полученная гальвано-плазменной обработкой поверхности сплава алюминия в щелочном электролите при напряжении 800—1 200 В и плотности тока 80—150 А/дм².

Оксидированную поверхность многократно пропитывали водным раствором нитратов активных компонентов, провяливали, сушили при температуре до 120 °С и прокаливали при температуре до 400 °С.

Предлагаемый катализатор испытан в процессе сжигания дизельного топлива и бензина в двигателе внутреннего сгорания. Активный слой наносили на донышко поршня.

Испытания показали, что использование катализатора позволяет снизить выбросы:

—  углеводородов, в том числе канцерогенных (бенз[а]пирен и др.), более чем в 3 раза;

—  СО более чем в 3 раза;

—  оксидов азота, в том числе N₂O, вызывающего парниковый эффект, в 2 раза.

Кроме того, применение катализатора уменьшает расход топлива на 9,5—13,0 % (рис. 2).

Рис. 2. зависимость расхода топлива от мощности двигателя:

1 — серийный поршень; 2 — поршень с каталитическим покрытием

Полученные результаты объясняются увеличением полноты окисления углеводородов топлива и незначительным снижением температуры процесса. При этом другие рабочие характеристики двигателя не ухудшились.

Предлагаемая технология может быть использована в стационарных и автотранспортных двигателях внутреннего сгорания, работающих на дизельном топливе, бензине, биотопливе, в различных теплоэнергетических агрегатах при сжигании газообразного или жидкого углеводо­родного топлива и др.

Таким образом, применение предлагаемого катализатора позволяет повысить экологические показатели процесса глубокого окисления углеводородов и снизить расход топлива. Катализатор не содержит благородных металлов, устойчив к условиям процесса, прост в получении. Авторы ищут партнеров для широкого практического внедрения разработки.