363
Технології екології: Як токсичні ICE Emissions перетворюються в «Віолет Fragrance»
Адсорбенти та каталізатори, зонди та фільтри, резервуари та керамічні клітини – це ціле міні-підприємництво для обробки хімічних відходів прихована під витяжкою сучасного автомобіля з вуглеводневим двигуном. Сьогодні ми зв’яжемося з темою технологій, створених відповідно до вимог швидко мінливих стандартів навколишнього середовища, розуміємо, як нейтралізуються токсичні викиди двигунів внутрішнього згоряння і намагаємось оцінити перспективи виживання цього сегмента ринку автомобіля з урахуванням існуючих глобальних тенденцій.
Наприкінці минулого року німецький уряд оголосив, що 2050 року не буде автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння, які незабаром стали однією з причин виходу країни до міжнародного союзу ZEV (Zero-Emission Transport), амбітним завданням якого є радикально зменшити викиди парникових газів на глобальному масштабі. І для виробників вуглеводневих автомобілів це більш чітке завдання, чітко визначаючи пріоритет ключових виживання – розвиток ефективних засобів для зменшення викидів транспортних засобів.
І чому, насправді, нейтралізуйте вихлопні гази, ви запитаєте? На сьогоднішній день ми знаємо з навчального курсу, вуглекислий газ і вода утворюються в результаті згоряння будь-якого органічного палива. Але вуглекислий газ не найнебезпечніший продукт реакції, яка виникає в камері двигуна внутрішнього згоряння. По-перше, паливо не спалюється повністю, а процес згоряння супроводжується утворенням дуже токсичної речовини - вуглекислого оксиду (CO) і, по-справжньому, великі обсяги вуглеводнів, які не спалюються до кінця (від носок до парафінів). По-друге, азот (N2) з повітря і домішок, що містяться в бензині - сірці і т.д. активно бере участь в процесі згоряння. У свою чергу, викиди азотних оксидів (NOx) викликають кислотний дощ, смог і озонові отвори, які утворюються сьогодні. Не менш небезпечний для здоров'я людини і все життя є продуктами згоряння, що містять сполуки сірки. Тут ми зазначимо, що в Сполучених Штатах особливу увагу в боротьбі з проблемою зосереджена на концентрації NOx у вихлопних газах, які генерують невідомий каліфорнійський фотохімічний мазок в результаті розкладання під впливом сонячних променів.
Етилітичний нейтралізатор
Як ви знаєте, знову з шкільної програми, каталізатори є речовинами, які прискорюють хімічні реакції, але не вводять в них. Чудовий приклад - благородні метали. Трикомпонентний каталітичний конвертер з паладію (Pd), платинум (Pt) і родієм (Rh) подає керамічні медомани з більш тонким шаром. При цьому загальна площа поверхні таких клітин, в середньому, до 20 000 квадратних метрів. (!) Такий вражаючий район сприяє поліпшенню контакту вихлопних газів з благородними металами, які, на основі одного нейтралізатора, витрачаються лише 2-3 грами. Пристрій з нейтралізатором вигорає залишки вуглекислого оксиду і позбавляє деякі з негорючих вуглеводнів до вуглекислого газу і води. Гармful NOx оксидів до атмосферного азоту відновлення родію.
Робоча температура каталітичного перетворювача становить 400-800 ° С, тому внутрішні фрагменти конструкції агрегату виготовляються з термостійкої кераміки - кремнію карбіду або карбіду. Проблема, яка інженери постійно стикаються, визначає оптимальне розташування нейтралізатора. Справа в тому, що ввести режим робочої температури, останні потребує деякого часу, і холодний двигун виводить майже необроблені суміші в атмосферу. Питання полягає в тому, що нейтралізатор ближче до мотора, де він прогрівається швидше, або ближче до глушника, де пристрій буде працювати в більш ніжному температурному режимі.
Більшість сучасних автомобілів оснащені системами нейтралізації і в цьому плані не варто залишити машину на газоні з висушеною травою - тілом нейтралізатора, гарячим після поїздки, може добре викликати запалювання трави з загостреними наслідками. Також не доцільно запустити двигун за допомогою кручування, так як це може спровокувати паливо в нейтралізатор, подальше детонування, що супроводжується руйнуванням керамічних клітин.
адсорбція азоту
нейтралізатор LNT (Lean NOx Trap) є одним прикладом сучасних систем, призначених для боротьби з оксидами азоту в дизельному двигуні. Скупчення оксидів в організмі сприяє адсорбенту - оксиду барію або інших. На даний момент, коли конвертер повністю заповнений, комп'ютер дає команду збагачувати паливно-повітряну суміш, що надходить в камери згоряння. На перший погляд це божевільна, тому що суміш, в якій є багато бензину і мало повітря, різко підвищує концентрацію токсичного вуглецевого оксиду в витяжці. Незважаючи на те, що все йде дещо за різними сценаріями: всередині нейтралізатора LNT, вуглекислий оксид реагує з оксидами азоту, позбавляючи їх до абсолютно нешкідливого молекулярного азоту N2 і умовно нешкідливий вуглекислий газ. На момент, коли нейтралізатор повністю очищений від NOx, двигун переходить до нормальної роботи. Як ви розумієте, що це буде неправильно говорити про економіку періодичного переосмислення суміші, але якщо мова йде про такий пріоритет, як екологічні чистоти, включення цих компонентів в робочому циклі виправдано.
Що таке лямбда?
Ефективна нейтралізація передбачає оптимальну концентрацію кисню. Якщо суміш надмірно виснажена, тобто відбувається нестача палива через переважне повітря, то концентрація NOx в витяжних газах збільшується. Збагачення суміші в таких умовах не буде супроводжуватися повним горінням палива, а концентрація вуглекислого оксиду і неокислених вуглеводнів підвищиться вихлоп. Для підтримки оптимального балансу кисню використовується лямбда - датчик, який контролює рівень кисню в вихлопних колекторах двигуна.
Якщо надлишок коефіцієнта повітря, який є співвідношенням об'єму повітря до об'єму суміші λ > 1, то суміш «порош», якщо λ < 1 збагачується. лямбда є своєрідним паливним елементом з платиновими електродами з електролітом діоксиду цирконію. Один з датчиків електроди спілкується з офшорним повітрям, що містить окислювач (окисень), інший електрод з вихлопними газами. «Фуель» для клітини не спалюється бензином. При збагаченні суміші напругу на датчикі збільшується, яка служить сигналом на комп'ютер, щоб надати команду, щоб видалити суміш.
Зонд лямбда являє собою паливну клітинку двох платинових електродів і електроліту діоксиду цирконію. Електроди і електроліти проникні до кисню. Всередині променевого повітря подається ззовні, який нагрівається нагрівальним елементом. Якщо суміш багата і вихлопна містить трохи кисню, концентрацію О2 всередині зонда стає значно вище, ніж зовні. Таким чином, кисень від офшорного повітря проходить через електроди і електроліт у вигляді іонів, тим самим викликаючи електричний струм в зовнішній контур. Як тільки кисневі молекули з'являються в витяжці (з поганою сумішшю), концентрації вирівнюються і різко покривається напруга.
Видобуток газу
Нітроген дуже інертний, і для того, щоб він увійшов до потрібної реакції, він повинен бути сильно стисканий або нагрівається. У циліндрі дизельного двигуна (для бензинових агрегатів це не актуальна, так як ступінь стиснення вони значно нижче). Зниження температури в циліндрі може зменшити концентрацію оксидів азоту в вихлопних умовах. Ця функція обробляється системою рециркуляції відпрацьованих газів EGR, перші модифікації яких були встановлені в 1970-х роках на дизельному транспорті в США. За допомогою спеціального клапана вихлопні гази змішуються з вихлопним повітрям і відправляють назад до циліндра. Частина тепла, що супроводжується згорянням суміші, бере на інертні гази, в результаті чого знижується температура в камері згоряння.
Ін'єкції Urea
Коли екологічні стандарти вступають в гру, уреа потрапляє на допомогу. Оксиди азоту азоту чудово знижуються до молекулярного азоту, реагуючи аміаку (NH3). Ще одне, що не можна зберігати токсичний газ на борту. Як альтернатива зберіганню аміаку, хімічні інженери запропонували за допомогою сечовини ((NH2)2CO) вводять в витяжний тракт автомобіля в окремих порціях. У «тандемі» з вихлопними газами, уреа входить спеціальний нейтралізатор, де перетворюється в аміаку, необхідний для розкладання NOx в азот і воду. описана технологія називається вибірковим каталітичним зменшенням SCR (Selective Catalytic Reduction), і некомфортний для нашого вуха слово "urea" в цій технології замінили сонорний AdBlue. AdBlue є лише 32,5% чистого (NH2)2CO в дистильованої воді.
Як бачимо, екологічні стандарти виявилися потужним стимулом у створенні цілого напрямку хімічної промисловості, а власники дизельних двигунів «уреа» повинні заправляти автомобіль дизельним паливом, а AdBlue, споживання якого дуже помітно і до 6% обсягу палива.
р.
Перед порцією вихлопних газів повертається до циліндра, він повинен бути охолоджений, для якого можна використовувати як рідке охолодження, так і повітря одночасно. На малюнку показано систему переробки вантажівок Scania.
Фільтри для розділення
Нейтралізація прийнятих норм вимагає не тільки газоподібних сумішей вихлопних газів, але і частково. Це такі мікроскопічні частинки кіптяви, починаючи від 10 до 1 мкм, які вводять під час прискорення перевантаження КамАЗ, добре відомі нам всім. Пам'ятки. Ви можете уявити ефект «здорового» цього інтенсивно висипаного мазка на наших легенях. Соот у вихлопах, як NOx, є головним чином проблемою дизельних двигунів, оскільки дизельне паливо є досить важкою часткою нафти, що містить ненасичені сполуки. Це сприяє тому, що концентрація вуглецю в дизельному паливі вище бензину, що означає, що соот під час згоряння буде випущений більше.
Щоб впоратися з проблемою дозволяє кераміка стійкий до високих температур. Ось як працює. До певної точки спеціальні керамічні фільтри DPF (Diesel Particulate Filter) адсорбційні кіптяви від вихлопних газів, а після акумуляції до певного ліміту двигун передається в спеціальний режим роботи, під яким температура газів в витяжній системі різко піднімається до 600 ° С, що з урахуванням наявної кисневої системи, дозволяє окислювати соот, після чого виводиться через вихлопну трубу. Щоб не піддавати фільтру DPF до руйнівних наслідків високих температур, деякі виробники покривають керамічну поверхню тонким шаром платини, що виступає каталізатором. Інженери концерну PSA (Peuqeot-Citroën) пропонують додавати до дизельних паливних добавок на основі шийки матки (Ce), що знижує температуру окислення соот до 450 ° С. Це можна порівняти з нормальною температурою вихлопних газів. У країнах, де на всіх дизельних автомобілях з 2011 року встановлені євро 5 стандартів, що знаходяться на території DPF.
Гібрид низької напруги
Власники транспортних засобів з вуглеводневими двигунами знаходять все більш важко вичавити існуючі технологічні рішення в рамках безперервного затягування екологічних положень. Поточні тенденції все частіше визначають перехід на гібридні рішення. На основі гібридних ланцюгів низької напруги (48В) було запропоновано Bosch. І такі низьковольтні системи в дуже близькому майбутньому дозволять «гібридизувати» багато існуючих моделей автомобілів.
Незважаючи на привабливість нововведень, запропонованих інженерами з точки зору впливу на навколишнє середовище, остаточна вартість двигуна внутрішнього згоряння, а сам автомобіль, «поранений» зеленими технологіями, значно підвищується. Тому, якщо описана тенденція продовжується, в очікуваному майбутньому використання двигунів внутрішнього згоряння на фоні популяризації та вдосконалення інфраструктури електромобілів стане неефективним. Видання
P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Приєднуйтесь до нас на Facebook, VKontakte, Odnoklassniki
Джерело: geektimes.ru/company/dronk/blog/275958/
Наприкінці минулого року німецький уряд оголосив, що 2050 року не буде автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння, які незабаром стали однією з причин виходу країни до міжнародного союзу ZEV (Zero-Emission Transport), амбітним завданням якого є радикально зменшити викиди парникових газів на глобальному масштабі. І для виробників вуглеводневих автомобілів це більш чітке завдання, чітко визначаючи пріоритет ключових виживання – розвиток ефективних засобів для зменшення викидів транспортних засобів.
І чому, насправді, нейтралізуйте вихлопні гази, ви запитаєте? На сьогоднішній день ми знаємо з навчального курсу, вуглекислий газ і вода утворюються в результаті згоряння будь-якого органічного палива. Але вуглекислий газ не найнебезпечніший продукт реакції, яка виникає в камері двигуна внутрішнього згоряння. По-перше, паливо не спалюється повністю, а процес згоряння супроводжується утворенням дуже токсичної речовини - вуглекислого оксиду (CO) і, по-справжньому, великі обсяги вуглеводнів, які не спалюються до кінця (від носок до парафінів). По-друге, азот (N2) з повітря і домішок, що містяться в бензині - сірці і т.д. активно бере участь в процесі згоряння. У свою чергу, викиди азотних оксидів (NOx) викликають кислотний дощ, смог і озонові отвори, які утворюються сьогодні. Не менш небезпечний для здоров'я людини і все життя є продуктами згоряння, що містять сполуки сірки. Тут ми зазначимо, що в Сполучених Штатах особливу увагу в боротьбі з проблемою зосереджена на концентрації NOx у вихлопних газах, які генерують невідомий каліфорнійський фотохімічний мазок в результаті розкладання під впливом сонячних променів.
Етилітичний нейтралізатор
Як ви знаєте, знову з шкільної програми, каталізатори є речовинами, які прискорюють хімічні реакції, але не вводять в них. Чудовий приклад - благородні метали. Трикомпонентний каталітичний конвертер з паладію (Pd), платинум (Pt) і родієм (Rh) подає керамічні медомани з більш тонким шаром. При цьому загальна площа поверхні таких клітин, в середньому, до 20 000 квадратних метрів. (!) Такий вражаючий район сприяє поліпшенню контакту вихлопних газів з благородними металами, які, на основі одного нейтралізатора, витрачаються лише 2-3 грами. Пристрій з нейтралізатором вигорає залишки вуглекислого оксиду і позбавляє деякі з негорючих вуглеводнів до вуглекислого газу і води. Гармful NOx оксидів до атмосферного азоту відновлення родію.
Робоча температура каталітичного перетворювача становить 400-800 ° С, тому внутрішні фрагменти конструкції агрегату виготовляються з термостійкої кераміки - кремнію карбіду або карбіду. Проблема, яка інженери постійно стикаються, визначає оптимальне розташування нейтралізатора. Справа в тому, що ввести режим робочої температури, останні потребує деякого часу, і холодний двигун виводить майже необроблені суміші в атмосферу. Питання полягає в тому, що нейтралізатор ближче до мотора, де він прогрівається швидше, або ближче до глушника, де пристрій буде працювати в більш ніжному температурному режимі.
Більшість сучасних автомобілів оснащені системами нейтралізації і в цьому плані не варто залишити машину на газоні з висушеною травою - тілом нейтралізатора, гарячим після поїздки, може добре викликати запалювання трави з загостреними наслідками. Також не доцільно запустити двигун за допомогою кручування, так як це може спровокувати паливо в нейтралізатор, подальше детонування, що супроводжується руйнуванням керамічних клітин.
адсорбція азоту
нейтралізатор LNT (Lean NOx Trap) є одним прикладом сучасних систем, призначених для боротьби з оксидами азоту в дизельному двигуні. Скупчення оксидів в організмі сприяє адсорбенту - оксиду барію або інших. На даний момент, коли конвертер повністю заповнений, комп'ютер дає команду збагачувати паливно-повітряну суміш, що надходить в камери згоряння. На перший погляд це божевільна, тому що суміш, в якій є багато бензину і мало повітря, різко підвищує концентрацію токсичного вуглецевого оксиду в витяжці. Незважаючи на те, що все йде дещо за різними сценаріями: всередині нейтралізатора LNT, вуглекислий оксид реагує з оксидами азоту, позбавляючи їх до абсолютно нешкідливого молекулярного азоту N2 і умовно нешкідливий вуглекислий газ. На момент, коли нейтралізатор повністю очищений від NOx, двигун переходить до нормальної роботи. Як ви розумієте, що це буде неправильно говорити про економіку періодичного переосмислення суміші, але якщо мова йде про такий пріоритет, як екологічні чистоти, включення цих компонентів в робочому циклі виправдано.
Що таке лямбда?
Ефективна нейтралізація передбачає оптимальну концентрацію кисню. Якщо суміш надмірно виснажена, тобто відбувається нестача палива через переважне повітря, то концентрація NOx в витяжних газах збільшується. Збагачення суміші в таких умовах не буде супроводжуватися повним горінням палива, а концентрація вуглекислого оксиду і неокислених вуглеводнів підвищиться вихлоп. Для підтримки оптимального балансу кисню використовується лямбда - датчик, який контролює рівень кисню в вихлопних колекторах двигуна.
Якщо надлишок коефіцієнта повітря, який є співвідношенням об'єму повітря до об'єму суміші λ > 1, то суміш «порош», якщо λ < 1 збагачується. лямбда є своєрідним паливним елементом з платиновими електродами з електролітом діоксиду цирконію. Один з датчиків електроди спілкується з офшорним повітрям, що містить окислювач (окисень), інший електрод з вихлопними газами. «Фуель» для клітини не спалюється бензином. При збагаченні суміші напругу на датчикі збільшується, яка служить сигналом на комп'ютер, щоб надати команду, щоб видалити суміш.
Зонд лямбда являє собою паливну клітинку двох платинових електродів і електроліту діоксиду цирконію. Електроди і електроліти проникні до кисню. Всередині променевого повітря подається ззовні, який нагрівається нагрівальним елементом. Якщо суміш багата і вихлопна містить трохи кисню, концентрацію О2 всередині зонда стає значно вище, ніж зовні. Таким чином, кисень від офшорного повітря проходить через електроди і електроліт у вигляді іонів, тим самим викликаючи електричний струм в зовнішній контур. Як тільки кисневі молекули з'являються в витяжці (з поганою сумішшю), концентрації вирівнюються і різко покривається напруга.
Видобуток газу
Нітроген дуже інертний, і для того, щоб він увійшов до потрібної реакції, він повинен бути сильно стисканий або нагрівається. У циліндрі дизельного двигуна (для бензинових агрегатів це не актуальна, так як ступінь стиснення вони значно нижче). Зниження температури в циліндрі може зменшити концентрацію оксидів азоту в вихлопних умовах. Ця функція обробляється системою рециркуляції відпрацьованих газів EGR, перші модифікації яких були встановлені в 1970-х роках на дизельному транспорті в США. За допомогою спеціального клапана вихлопні гази змішуються з вихлопним повітрям і відправляють назад до циліндра. Частина тепла, що супроводжується згорянням суміші, бере на інертні гази, в результаті чого знижується температура в камері згоряння.
Ін'єкції Urea
Коли екологічні стандарти вступають в гру, уреа потрапляє на допомогу. Оксиди азоту азоту чудово знижуються до молекулярного азоту, реагуючи аміаку (NH3). Ще одне, що не можна зберігати токсичний газ на борту. Як альтернатива зберіганню аміаку, хімічні інженери запропонували за допомогою сечовини ((NH2)2CO) вводять в витяжний тракт автомобіля в окремих порціях. У «тандемі» з вихлопними газами, уреа входить спеціальний нейтралізатор, де перетворюється в аміаку, необхідний для розкладання NOx в азот і воду. описана технологія називається вибірковим каталітичним зменшенням SCR (Selective Catalytic Reduction), і некомфортний для нашого вуха слово "urea" в цій технології замінили сонорний AdBlue. AdBlue є лише 32,5% чистого (NH2)2CO в дистильованої воді.
Як бачимо, екологічні стандарти виявилися потужним стимулом у створенні цілого напрямку хімічної промисловості, а власники дизельних двигунів «уреа» повинні заправляти автомобіль дизельним паливом, а AdBlue, споживання якого дуже помітно і до 6% обсягу палива.
р.Перед порцією вихлопних газів повертається до циліндра, він повинен бути охолоджений, для якого можна використовувати як рідке охолодження, так і повітря одночасно. На малюнку показано систему переробки вантажівок Scania.
Фільтри для розділення
Нейтралізація прийнятих норм вимагає не тільки газоподібних сумішей вихлопних газів, але і частково. Це такі мікроскопічні частинки кіптяви, починаючи від 10 до 1 мкм, які вводять під час прискорення перевантаження КамАЗ, добре відомі нам всім. Пам'ятки. Ви можете уявити ефект «здорового» цього інтенсивно висипаного мазка на наших легенях. Соот у вихлопах, як NOx, є головним чином проблемою дизельних двигунів, оскільки дизельне паливо є досить важкою часткою нафти, що містить ненасичені сполуки. Це сприяє тому, що концентрація вуглецю в дизельному паливі вище бензину, що означає, що соот під час згоряння буде випущений більше.
Щоб впоратися з проблемою дозволяє кераміка стійкий до високих температур. Ось як працює. До певної точки спеціальні керамічні фільтри DPF (Diesel Particulate Filter) адсорбційні кіптяви від вихлопних газів, а після акумуляції до певного ліміту двигун передається в спеціальний режим роботи, під яким температура газів в витяжній системі різко піднімається до 600 ° С, що з урахуванням наявної кисневої системи, дозволяє окислювати соот, після чого виводиться через вихлопну трубу. Щоб не піддавати фільтру DPF до руйнівних наслідків високих температур, деякі виробники покривають керамічну поверхню тонким шаром платини, що виступає каталізатором. Інженери концерну PSA (Peuqeot-Citroën) пропонують додавати до дизельних паливних добавок на основі шийки матки (Ce), що знижує температуру окислення соот до 450 ° С. Це можна порівняти з нормальною температурою вихлопних газів. У країнах, де на всіх дизельних автомобілях з 2011 року встановлені євро 5 стандартів, що знаходяться на території DPF.
Гібрид низької напруги
Власники транспортних засобів з вуглеводневими двигунами знаходять все більш важко вичавити існуючі технологічні рішення в рамках безперервного затягування екологічних положень. Поточні тенденції все частіше визначають перехід на гібридні рішення. На основі гібридних ланцюгів низької напруги (48В) було запропоновано Bosch. І такі низьковольтні системи в дуже близькому майбутньому дозволять «гібридизувати» багато існуючих моделей автомобілів.
Незважаючи на привабливість нововведень, запропонованих інженерами з точки зору впливу на навколишнє середовище, остаточна вартість двигуна внутрішнього згоряння, а сам автомобіль, «поранений» зеленими технологіями, значно підвищується. Тому, якщо описана тенденція продовжується, в очікуваному майбутньому використання двигунів внутрішнього згоряння на фоні популяризації та вдосконалення інфраструктури електромобілів стане неефективним. Видання
P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Приєднуйтесь до нас на Facebook, VKontakte, Odnoklassniki
Джерело: geektimes.ru/company/dronk/blog/275958/