Повышение эффективности процесса очистки выхлопных газов на высокопористых ячеистых катализаторах

• Автор: Шаймарданов, Антон Славикович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 186 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1Описание характеристик газовых выбросов, методы их очистки

1.1.1 Основные источники газовых выбросов.

1.1.2 Общая характеристика методов очистки газов от токсичных веществ

1.1.3 Нейтрализация автомобильных газовых выбросов.

1.2 Описание характеристик высокопористых ячеистых материалов как носителей катализатора, методы получения.

1.2.1 Носители катализатора на основе высокопористых ячеистых материалов

1.2.2 Получение высокопористых ячеистых материалов.

1.2.3 Строение высокопористых ячеистых материалов

1.2.4 Свойства высокопорнстых ячеистых материалов

1.3 Моделирование характеристик высокопористых ячеистых катализаторов.
1.3.1 Экспериментальный метод
1.3.2 Расчетные методы.
1.4 Описание каталитической активности высокопористых ячеистых катализаторов
1.4.1 Промежуточный носитель.
1.4.2 Активная фаза
1.5 Выводы по Главе 1, постановка задач исследования
ГЛАВА 2. Математическое моделирование течения ньютоновской жидкости через слой катализатора
2.1 Математическое моделирование элементарной ячейки высокопорнстого ячеистого материала и ее характеристик
2.1.1 Модель элементарной ячейки высокопорнстого ячеистого материала
2.1.2 Связь степени перекрытия с пористостью.
2.1.3 Геометрическая удельная поверхность
2.2 Математическое описание течения ньютоновской жидкости
через слой ВПЯМ.
2.3 Численная реализация математической модели течения ныогоиовсокой жидкости через слой ВПЯМ
2.4 Реализация модели течения ньютоновской жидкости через
слой ВПЯМ в пакете АпзуБПиет.
2.5 Выводы но Главе 2.
ГЛАВА 3. Математическое моделирование кинетики
нейтрализации выхлопных газов и се численная реализация с привлечением пакета Сап1сга
3.1 Гетерогенный катализ
3.2 Кинетика газофазных реакций.
3.3 Кинетика поверхностных реакций
3.4 Разработка механизма поверхностных реакций
3.5 Детальный механизм нейтрализации выхлопных газов
3.5.1 Катализаторы для нейтрализации выхлопных газов.
3.5.2 Окисление СО на платиновом катализаторе.
3.5.3 Окисление СзНб на платиновом катализаторе
3.5.4 Восстановление 0 на платиновом катализаторе
3.5.5 Реакции окислениявосстановления на родиевом
катализаторе
3.6 Численная реализация механизма нейтрализации
выхлопных газов.
3.7 Реализация механизма нейтрализации выхлопных газов в пакете Сап1ега
3.8 Выводы по Главе
ГЛАВА 4. Совмещенная модель нейтрализации выхлопных газов
4.1 Подходы к моделированию гетерогенных процессов в пористых средах.
4.2 Диффузия в гидродинамической модели течения
мультикомпоиентной смеси через слой ВПЯМ
4.3 Реализация совмещенной гидродинамической и кинетической модели в пакете АпвузЫиеп
4.4 Моделирование гидродинамических и каталитических
процессов, протекающих при нейтрализации выхлопных газов в блочном катализаторе сотовой структуры
4.4.1 Оценка критериев сходимости.
4.4.2 Результаты моделирования гидродинамических и каталитических процессов, протекающих при нейтрализации выхлопных газов в блочном катализаторе сотовой структуры
4.5 Моделирование гидродинамических и каталитических
процессов, протекающих при нейтрализации выхлопных газов в высокопористом ячеистом катализаторе
4.6 Применение разработанной модели совмещенных гидродинамических и каталитических процессов для расчета параметров каталитического блока ВПЯМ для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания
4.7 Выводы по Главе 4.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Контрольная и регулирующая аппаратура должна четко отслеживать содержание оксидов серы и азота в газах и подавать стехиометрическое количество аммиака, иначе будет происходить проскок этого реагента или улавливаемых вредных компонентов. Окислительный метод очистки подразделяется на термический высокотемпературный и каталитический низкотемпературный. Термический дожиг при высоких температурах применяется для очистки от трудноокисляемых органических смесей, в том числе в присутствии тврдых веществ сажа, древесная пыль и др. Метод эффективен при наличии возможно меньшего объема отработанного загрязненного газа воздуха и максимально большой концентрации горючих загрязняющих веществ в нем . Степень очистки . Термокаталитический метод за счт снижения температуры процесса до С в ,5 раза дешевле изза уменьшения расхода энергии на подогрев газов . Этот метод применяется для очистки газов, содержащих СО, органические соединения, и обеспечивает более полное удаление примесей ,9, чем термическое дожигание . Однако в ряде случаев в процессе сжигания могут возникать вторичные загрязнители атмосферы, обезвреживание которых требует дополнительных мер. Каталитический дожиг в стационарном режиме протекает при более низких температурах, чем воспламенение органических веществ, что повышает безопасность очистки. Каталитическое дожигание органических веществ и оксида углерода является одним , из наиболее перспективных методов газоочистки Г1, так как дат возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей , добиваться высоких степеней очистки , вести процесс непрерывно, избегать в большинстве случаев образования вторичных загрязнителей. Каталитическая очистка оптимальна для удаления низких концентраций летучих органических соединений , оксида углерода , озона , аммиака в газовых выбросах предприятий и воздуха на рабочих местах и жилищах . Основные преимущества каталитического способа сжигания по сравнению с ближайшим аналогом термическим, заключаются в его высокой эффективности, экономичности и отсутствии вредных побочных явлений. Один из наиболее известных применений этого метода очистка газовых выбросов двигателей внутреннего сгорания . Нейтрализация автомобильных газовых выбросов. Нейтрализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее. Внутри корпуса каталитического нейтрализатора обычно находятся керамическая сотовая конструкция, на поверхность которой нанесен тонкий слой илатиноиридиевого трехфункционального катализатора . Катализатор снижает выбросы трех основных загрязнителей выхлопных газов несгоревших углеводородов СИ, оксида углерода СО и оксидов азота x . Рисунок 1. Основным требованием к эффективной работе двигателя рисунок 1. При оптимальном составе воздушнобензиновой смеси, когда на ,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, коэффициент избытка воздуха в топливновоздушной смеси X равен 1. Окно эффективной работы катализатора очень узкое X 1 0,. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным дискретным впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбдазонда. Рисунок 1. Избыток воздуха в смеси измеряется косвенным методом путм определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода . Лямбдазонд действует но принципу гальванического элемента с тврдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония гЮ2. Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх не нанесены токопроводящие пористые электроды из платины. Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива ЭБУ, а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путм изменения количества подаваемого в цилиндры топлива рисунок 1. На некоторых современных моделях автомобилей имеется еще один лямбдазонд, расположенный на выходе из катализатора, этим достигается большая точность приготовления смеси и обеспечивается контроль эффективности работы катализатора. Рисунок 1. Как видно из таблицы 1. Таблица 1. Состав автомобильных выхлопных газов. Н пары, об. С, об. СО, об. Оксиды азота, об. Углеводороды, об. Альдегиды, об.