Нейтрализация окислов азота на катализаторах

Рассматривая нейтрализацию окислов азота на катализаторах, следует учитывать, что окись углерода и водород взаимодействуют с кислородом с более высокой скоростью, чем с окисью азота N0. Поэтому для сохранения в газовом потоке достаточного для ней­трализации окиси азота количества этих восстановителей    состав отработавших газов, поступающих    на катализатор, должен быть слабовосстановительным или близким к нейтральному. ,      Используя тонкую регулировку состава поступающих на ката­лизатор газов по кислороду, можно добиться достаточно эффектив­ной нейтрализации всех трех основных токсичных    компонентов. На рис. 4 показан характер изменения степени превращения окиси углерода, углеводородов и окислов азота в зависимости от соста­ва рабочей смеси. Из этих приведенных на рис. 4 данных следует, что при изменении в рассматриваемом случае    коэффициента    из­бытка воздуха а в диапазоне 0,97—0,98 степень превращения для всех трех токсичных 'компонентов отработавших газов    двигателя превышает 80%В зависимости от способности инициировать тс или иные реак­ции катализаторы условно делят на:

окислительные, па которых преимущественно протекает реак­ция окисления углеводородов и окиси углерода;

восстановительные, используемые    для восстановления    окиси азота;

трехкомпонентные или бифункциональные, которые могут быть применены для нейтрализации всех трех основных токсичных сое­динений и сочетают одновременно функции окислительных и вос­становительных 'катализаторов.

Приведенная классификация является условной. По существу, на всех катализаторах происходят окислительно-восстановитель­ные процессы. В большинстве случаев один и тот же катализатор в зависимости от состава газового потока, в первую очередь от содержания кислорода, может быть окислительным, восстанови­тельным или трехкомпонентным. При отнесении катализатора к тому или иному типу обычно учитывается его эффективность в основной реакции нейтрализации конкретного токсического компо­нента и способность надежно работать в заданном диапазоне из­менения параметров газового потока.

Помимо упомянутых выше процессов на катализаторе - может протекать ряд побочных реакций, в результате которых обра­зуются соединения или промежуточные продукты, представляю­щие собой самостоятельную опасность для окружающей среды или существенно снижающие эффективность процесса нейтрализации. Наиболее опасными из таких соединений являются аммиак, обра­зующийся при восстановлении окиси азота водородом, и серный ангидрид, выделяющийся при окислении двуокиси серы. Приводят­ся сведения об определенной вероятности формирования в присут­ствии катализатора сероводорода и цианистых соединений [38].

Необходимо отметить, что те концентрации    аммиака, которые могут возникнуть в выпускном тракте  (в.аммиак может превра-

щаться до 75% окиси азота) не велики и н представляют серьезной опасности для зг грязнения атмосферы. Однако для нейтралг зации окиси азота часто используют последе вательно установленные восстановительные окислительные нейтрализаторы, между коте рыми подается дополнительный воздух (дву:> ступенчатая схема). При наличии избыточно го кислорода аммиак способен вновь окис ляться до окиси азота. Поэтому одной из серь езных задач при создании катализаторов вое становления окислов азота является повыше ние их селективности, под которой в рассма! риваемом случае подразумевается обеспече­ние преимущественного  протекания    реакци восстановления в направлении образования молекулярного азота и  подавления  реакции  синтеза  аммиака.

Источником образования двуокиси серы в отработавших газах является сера, содержащаяся в топливе и маслах. В зависимости от условий очистки нефтепродуктов содержание серы в топливе может достигать 0,3% по массе. В присутствии кислорода дву­окись серы окисляется на катализаторе до трехокиси (рис. 5), ко­торая, взаимодействуя с парами воды, образует аэрозоли серной кислоты. Установлено, что при наличии катализатора в серную кислоту переходит от 3 до 40% серы, содержащейся в топливе. При отсутствии нейтрализаторов количество серы, окисляющейся до серного ангидрида, не превосходит 2% [27].

Отрицательным явлением следует считать и восстановление двуокиси серы до сероводорода, который является соединением существенно более токсичным, чем окись углерода и двуокись серы, и обычно образуется на катализаторах восстановления окис­лов азота. В дальнейшем, попадая в нейтрализатор окисления (при двухступенчатой схеме очистки), сероводород вновь окисля­ется до двуокиси и частично трехокиси серы. Однако в момент пуска двигателя, когда температура в окислительном нейтрализа­торе невелика, содержание сероводорода в отработавших газах может быть достаточно велико.

Исходя из количества выделенного при реакциях тепла катали­тические нейтрализаторы могут быть подразделены на так назы­ваемые изотермные, используемые для очистки отработавших газов с малой теплотой сгорания (в частности, дизелей), и адиабатные, применяемые при обработке отработавших газов бензинового дви­гателя. В последнем случае на катализаторе обрабатываются газы с высоким содержанием продуктов сгорания и, следовательно, большой теплотой сгорания.