Қалдық газдарды бейтараптауға арналған катализатор. Ұсынуды негіздеу

4.1. Қалдық газдарды бейтараптауға арналған катализатор. Ұсынуды негіздеу

Автомобильдерді және басқа да көлік құралдарының пайдаланылған газдарының әр түрлі мөлшерде зиянды және улы қосылыстары болады. Олардың компенентері көміртек қостотығы, су буы, қаныққан көмірсулар, сутегі, азот және оттегі болып табылады.

4.1-ші суретте пайдаланылған газдардың құрамына кіретін әр түрлі қосылыстардың температураларының жұмыс интервалы Гиббстың энергия тәуелділігінде көрсетілген.

Жанатын компоненттер – көміртек тотығы, сутек және көмірсутек газдары – ауаның оттегінде жанады.

Жанбайтын уытты компоненттер – азот тотығы мен тотықтық қосылыстары жоғарғы Гиббс энергиясында болады және оның энергиясына теріс, жанғыш газдармен химиялық реакцияға түсуі мүмкін.

Көрсетілген реакциялардың өтуінің теориялық мүмкіндігіне қарамастан іс-әрекеттегі массалардың заңына сәйкес қалдық газдардың болу жағдайында бұл реакциялар аяғына дейін жүрмейді де, ол олардың уыттылығын түсіндіреді. Сондықтан пайдаланылған газдардың дәл бейтараптау олардың катализдеуі арқылы ғана мүмкін болады.

Ең табысты шаралары, көбіне қымбат және тапшы платинді-паладийлі катализатордың көмегімен шетел автомобильдерінде жасалады. Бұндай катализатор 5-6 ай сенімді жұмыс істейді де, одан кейін өзінің каталитикалық қасиеттерін жоғалта бастайды. Өзімізде және шет елде жасалған құрамында қымбат металлдары жоқ катализаторлар керекті тиімділікті бермейді.

Онымен қосабұл жасанды катализаторларды жасау үшін біраз қаражат керек. Айтылғандарды ескере келе, пайдаланылған газдарды жағу үшін табиғи минералды пайдалану ұсынылады. Яғни, тау жынысы – дунит, оның қоры біздің елімізде жетерліктей мөлшерде.

Дунит, ол жасыл реңі бар, күңгүрт түсті зат. Оның құрамына каталитикалық қасиеттері бар көптеген тотықтар , онымен қоса таңба түріндегі платина мен палладий бар. Платинді – палладийлі катализаторларға қарағанда, дуниттің қасиеттері уақыт өтумен өзгермейді.

Қымбат металдарды құрамынан алу үшін дунит жарамайды. Ол табиғи катализатор ретінде бағалы зат болып табылады. Катализаторлар ретінде қолдану үшін дунитті 3-5 мм өлшемінде майдалау керек.

Ресейлік аналогтардың сынағы мынаны көрсетті: дуниттің барлық каталитикалық қасиеттерінде, олар 550-600Стемпературасында тиімділігі ең жоғарғы болады, бірақ та пайдаланылған газдардың температурасы негізінен 450-480С құратындықтан, бұл жағдайда дунит олардың пайдаланылған газдарын бейтараптау үшін барлық кезде қолданылу мүмкін емес. Алыс және ұзақ рейстер жасайтын автомобильдер, қозғалтқыштарының 45-50 минут жұмысынан кейін, дүниттің температурасы газдық қоспалардың жануына байланысты керекті мәніне жетеді.

Мынаны айта кету керек, пайдаланылған газдарды жаққышты пайдалану, катализатордың ішкі кедергісіне байланысты. Қозғалтқыштың қуатын 1-2 от күшіне кемітуі мүмкін.

Жаққыштың гидродинамикалық кедергісін аз мөлшерге келтіру үшін, оның сол құрылымын өзгерту қажет және пайдалану тиімділігін қолдану арқылы жаққышта вакуум жасауымыз керек.

Пайдаланылған газдардың жаңа жаққышты, ұзақ уақыт жұмыс істеген қозғалтқыштарға ғана емес, сонымен қатар басқа да жағдайларда, егер пайдаланылған газдардың катализаторларға кіре берісінде 8 жанармайды жібері құбыры арқылы шамалы жанармай бүріксек, қолдануға болады.

Тұтанған жанармай бұл жағдайда катализатордың температурасын тез көтере бастайды. Жаққыштың температураны өлшейтін термопаралы 2 датчигі болуы қажет: катализаторға кіре берісте және дуниттің ішінде. Дунит температурасы 600С жеткен кезде жанармай жіберілуі тоқталуы керек те, температура 550С түскен кезде жанармай қайта жіберілуі тиіс. Пайдаланылған газдардың жануына байланысты катализатордың температурасы 1200С асуы мүмкін, бірақ бұл қауіпті емес, өйткені дунит отқа шыдамды материал, балқу температурасы 1835С.

4.2. Катализатордың құрылысы
Ұсынылатын катализатордың схемасы графикалық бөлімде көрсетілген. Орналастыру схемасында екі термопара көрсетілмеген, өйткені оларды катализатордың кез-келген ыңғайлы жерлерінде орналастыруға болады.

Сонымен, бейтараптау ретінде дуниттің өзгешеліктері мен құндылығы мыналар болып табылады: оның бағасының төмендігі және оның жоғары пайдалану қасиетіндегі, оған жеңіл қол жетулігі; онымен қоса автомобидльдің қозғалысы кезінде ауа жинағыш арқылы өтетін, ауамен жасалатын, эжекторлы эффекттің арқасында одан пайдаланылған газдарды сору мүмкіндігі.

Пайдаланылған газдарды бейтараптауға арналған өзіндік құрылымды ұсынылған катализаторды пайдалану, осының салдарының экологияға теріс әсерін төмендетеді.

5. ЭКОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛIМ

Екiншi дүниежүзiлiк соғыс бiткелi берi тазаланбаған түтiндi ауаға шығарудың көлемi 2003 пайызға өстi.

Қоршаған орталық ластануына автомобиль көлiгiнiң қосқан үлесi өте үлкен. БҰҰ мєлiметтерi бойынша автомобильдың жалпы саны 2003 жылы 700 асып түстi.

Дүниежүзiлiк автомобильдер көркi жылына 500 млн. тонна жанармай жаратады жєне қоршаған ортаға 200 млн. тонна улы заттар шығарып тастайды.Бензин шығаруға қорғазынның дүниежүзiлiк өнiмiнiң 10 пайызы жаратылады.

Бiздiң елде автомобильдендiрудiң жағымсыз жерлерiн азайту үшiн бiрнеше түрлi iс-шаралар қолданылып жатыр. Қоршаған ортаның проблемалары өте маңызды болып табылады. Автомобиль көлiгi мен қоршаған ауа бассейiнiң ластануының меншiктi салмағы орта есеппен 45-50 пайызды құрайды. Єр жүк жєне жеңiл автомобиль атмосфераға 3,65 кг сутегi қышқылын тєулiгiне шығарады. Ауа бассейiнiң ластануымен күрес жан-жақты профилактикалық сипаттамалы болады. Қоршаған ортаны қорғау заң түрiнде Конституцияда бекiтiлген. Осы себеп бойынша маңызды заң актiлерi қабылданған. Бiздiң ел қоршаған ортаны қорғау бойынша ДДҰ, БҰҰ, ЮНЕСКО жєне де ұйымдар көлемiнде көптеген халық аралық жан-жақты бағдарламаларды өңдеуге қатысады. Зерттеу барысында, автомобильден шығатын газдар адамдар мен жануарлар өмiрiне, өсiмдiктер єлмiне ғана емес, сонымен қатар мекемелер мен құрлыстардың күйреуiне, жер бетiнiң эрозияға ұшырауына , ауа райының жєне атмосфераның, биохимиялық құрылымының өзгеруiне єкелiп соғады. Автомобиль көлiгiнiң қоршаған орта ластануының көрсеткiшiнiң төмендеуiнiң қандай єдiстерi мен жолдары бар. Бұл бiрiншiден автомобильдерiң техникалық жақсаруы: аз улы жанармайларды пайдалану, жолдарды жєне қозғалыстарды ұйымдастыруды жақсарту, қалаларды жобалау шаралары, єкiмшiлiк жєне заң шығару єдiстерi жєне т.б.

Ең жоғарғы тиімділік осы єдiстер жан-жақты өңделiп жєне аз пайдасы бар министрстволар мен ведомствалар көлемiнде реттелгенде болады. Жылжымалы тiзбектiң техникалық жақсаруы iс жүзiндегi қорының дұрыс техникалы баптау жєне жаңартумен қатар өзгеше жаңартылған аз улы транспорттық көлiктi өңдеудi құрайды.

Бұл бағдарламаға сєйкес, конструкторлық тєжiрибелiк институт, жұмыс iстеп шыққан газдарды жоятын жүйе ойлап тауып, ал жүйенi улы газдардың көлемi нормадан тыс болған автобустарға қолданды. СНОГ тазартуыштары шу өшiргiштерiнiң орнына қоңдырылып, асу өшiргiнiң де жұмысын атқарды. Тазартуштардың қоңдырылуы өзiнiң артынан жєне жылдамдық сипаттамасының төмендеуiн єкелген жоқ. Тазартқыштың жұмыс iстеу күшi жүрiстiң 200 мың км-ден көбiн құрайды жєне катализаторды 50 мың км-ден асырмай ауыстырады. Жанармай шығыны сол баяғы көлемiнде қалды, ал бiрақ көмiр қышқылы мен көмiртегiнi ауаға шығарып тастауы көлемi 85 жєне 70 пайызға төмендеп кеттi. Бұл ауырлық қаланың ортасында төмендеуiне єкелiп соғады.

Қазiргi кезде фрацуздардың автомобильдерге орналасып шығарылған тазартқыштары сынақтан өтiп жатыр. Бiр қызығы ол эффектiлiк тазартқыштар ғалымдардың ұсынысы бойынша бұл жерде зиян қосылыстарды дырататын биологиялық катализаторлар қолданды. Бұндай катализаторларды қазiргi кезде теңiз суынан бетеп шығару көзделуде.

Екiншiден улы газдардың көлемiнiң төмендеуiнiң єдiсi – бұл дұрыс техникалық баптау жєне жанармай аппаратурасын реттеу болып табылады. Бұл жерде басты рөлдерде ойнайтын арнайы құрылған техникалық диагностикалау орталықтары , олар ең соңғы шығарылған өлшеугiш құралмен жабдықталған болу керек. Қозғалтқыштың норманың көрсеткiштерiн өте ұқыпты қамтамасыз ету, ауаның ластануың 40 пайызға төмендеуiн қамтамасыз ететiнiң дєлелденген.

Қазiр кейбiр фирмалар қала көямiндегi қоршаған ауа көлемiнiң ластануың көрсететiн жабдықталған өлшегiш жүйелерiн көрсетуде. Осылай SIEMENS фирмасы қоршаған ортаның жағдайын бақылайтын жан – жақты жүйемен таныстырады, ол жүйе өзiнде өлшегiш станцияларды, аймақтың орталық жєне көрсеткiштердi өндеу орталығын қосады. Жуйенiң процессорында єр материалдың газдалғанын, сол магистральдағы автомобильдердiң түтiнiнiң у көлеменiң көрсеткiштерi жиналады. Жүкке егер керiк болса, ластану нормадан асып кеткен ауданға қауiп белгiсiн жiбередi. Осы жүйенiң шарын белгi жүйесiмен бiрге жұмыс iстеу мүмкiндiктерi қарастырылған.

Кейбiр үлкен қалаларда негiзгi көлiк материалдар бойы ауа бассейiнiң ластануын белгiлейтiн сигнализатор мен орнатылған. Олар жасылдан қызыл түске өндерiн ауыстырады, егер сутегi қышқылының өлшемi ауада нормада белгiленгннен асып кетсе, сигнализация жүйесi көлiк ағынын қайталайтын магистральдарға ауыстыруда немесе қозғалыстың тоқтаусыз режимiн орнатады.

Қоршаған ортаның ластануының көрсеткiшiн ұзайтатын едєуiр шараның бiрi болып автомобильдер көркiн дизельдендiру табылады. Дизельдi қозғалтқыштар көмiртегi қышқылын жєне көмiртегiн бiршама аз бөледi. Бiрақта дизельдердiң кемшiлiгiде бар: түтiндi қаб болуi мен үлы болуы.

Шығатын газдардың улылығының денгейiнiң төмендеуiн 1,8-2,5 есе форнамерлi – фонелдi жүйесiн қолдану арқылы қол жеткiзуге болады.

Автомобиль түтiнiнiң улылығының екiншi бағыты болып аз улы жанармайларды өндеп шығарып пайдалану табылады. Қазiргi уақытта ең дұрысы болып автомобильдердi газдандыру болып табылады, ол дегенiмiз автомобильдердi газды отынды қозғалтқышқа айналдыру.

Қазiргi уақытта ТМД өнеркєсiптерi газобалонды жүк автомобильдерiн шығарып жатыр. Шет елдерде газотурбиналы автомобильдер пайдалана бастады. Газотурбинаның негiзгi ерекшелiгi болып жанармайға талғамсыздығы, от алу қарапайымдылығы, жоғары берiктiгi, улылығының төмендiгi, жинақтығы жєне жоғарғы үнемдiлiгi табылады.

Көп елдерде бензосутектi жєне бензоспирттiк жанармай қоспаларын, єртүрлi қоспалар жєне қосымшаларды жасауда жұмыстар жүрiп жатыр. Бұл жанармай шығынын 17 пайызға азайтуға мүмкiндiк беруi. Сонымен қатар көмiртегiнiң жөне көмiрсутегiнiң құрамы 0,1 жєне 0,015 пайыздан аспайды, ал азоттар қышқылының эмиссиясы 2 есе азаяды. Эмульсияның қолданған көмiртегiнiң қышқылдарының құрамын 2 есе төмендетедi, азот қышқылын1,5 есе, метанның 1,4 есе жєне бензиннiң жалпы шығының 12 пайызға қысқартады. Су-жанармаи эмульсияны пайдаланғанда сутектiң қышқылын 2,6 есе, азот қышқылының улылығын 2,5 есе төмендетуге болады.

Көптеген зерттеулер бойынша жанармай негiзiнде сутегiнi қолданамыз. Бұндай автокөлiктер Жигули, Москвич көрсетулерден өтiп, оларды Алматы, Москва, Санк-Петербург жєне Хараковта ғалымдар қарастырған.

Ғалымдардың сутегi отынына көңiл бөлуi кездейсоқ емес. Бiрiншiден сутегi қоры, құрамына кiретiн су, екiншiден, сутегi қурамында шары судан қуралуы жєне ең зиянсыз жанармайдың түрi, iс жүзiнде ешбiр зиян келтiретiн заттың болмауы. Сутегi отынын қолдану технологияда қолданылуы жєне оның қымбаттылығы.

Үлкен қалалардың ауа бассейнiн қорғау үшiн ең басты тиiмдi єдiстердiң бiрi ол ең басты қала транспортын электiр жүйесiне ауыстыру. Қазiр электр күшiмен жүретiн автокөлiктер жүруде. Бiрақ автокөлiк электрофикациясы аккумулятордың электросиымдылығының кемшiлiгiне байланысты.

Қаланың ластануына жол жағдайы жєне қозғалысты ұйымдастыру ең басты рөль атқарады. Кординарлы жєне магистральды техникалық құралын ауаның ластануын 15-20 процентке дейiн төмендейдi.

Ауа бассейнiнiң ластануын төмендету үшiн, жоғары жылдамдықты, көк жолақты автомагистральдер , киберникалық бағдаршам жүйесi, көлiк ағынының рациональды таратылуы, ЭВМ көмегiмен тасымалдауларды оперативтi жоспары, қозғалтқышсыз көлiк құралдарының бөлiнетiн күшiнiң көтерiлуi жєне жүргiзушiлердiң квалификациясын көтеру, қалалардың ауа бассейнiнiң қорғауда маңызды рөль стандарттар жүйесi жєне олардың метеорологиялық қамтамасыз етуi ойнайды.

Шет елдерiнде, қалалардың ауа бассейiнiң қорғаудағы маңызды рөль ретiнде єртүрлi єкiмшiлiк ұймдастырушының iс-шараларға белгiленедi. Осымен кейбiр қалаларда жеңiл автомобильдердiң қала ортасына кiруiн, єжептеуiр төмен ақымен шектеледi. Кейбiр басқа елдерде, жол–жөнекей жолаушыларды ала кететiн автомобильдердiң егелерiне жанармайға жєне техникалық баптауға льготалар жасалады.

Жаяу жєне велосипедпен қозғалу пайдалынады тағы да автомобильдердi кiре берiсте жақын қойып ары қарай қала көлiгiмен жүргенде өкiмет немесе қала єкiмшiлiгi жағынан қолдау табады. Үлкен қалалардың ластануың көрсеткiшi төмендеуiне шет елдерде, єдейi арналған салық жүйесi себеп болады.

Кейбiр зерттеу институттарының мағлұматтары бойынша еңбектiң жартылай жєне коммерциялық жүрiстер хабарлама алмасу үшiн орын алады. Бұл телекоммуникация мен еңбектiк жүрiстi ауыстырады. Соңынан қалалардың қоршаған ортасының ластануымен күрестiң ең тиiмдi шарасы болып жан-жақты сызықша реттеу шешiмi, жоғарыда көрсетiлген негiзгi факторлардың жан-жақты байланыстарын осы проблеманы шешуге мүмкiндiгi бар деп айтуға болады.

Экономикалық жєне єлеуметтiк дамудың негiзгi бағыттарының үкiметтiң табиғат ортасында жєне ластанудың көздерiң қадағалауық єсерiн жоғарлату. Осы қызметтiң техниканың жабдықталуын тиiмдi автоматтарылған қоңдырғы жєне жабдықтармен жақсарту негiзделген.

Қоршаған ауа бассейiнi ластануына єсiресе қалаларда, көбiнесе автомобиль қозғалғыштарының пайдаланылған газдар мен қазiргi күнi ойландырады. Олардың түрi ұзақ дисперсиялық аэрозоль ретiнде, олардың фазасын ең алдымен енiң қатты бөлшектерi құрайды. Күйе кез-келген басқа шоқ сияқты жоғарғы дем алу жолдарының ауруына себеп болуы мүмкiн Бiрақ та оның негiзгi қауiпi бөлшектер олардың беттерiмен жасалынған канцерогендi заттарды тасымалдаушы болып табылады. Өкпеде осы заттар қауiптi iсiктердi пайда қылып, организммен қабылданады.

Канцерогендер организмнен өмiр аяғына дейiн шығарыла алмағандықтан олар аккумуляциянады, ең шектi құрамына дейiн жиналады, сол кезде өкпенiң рак ауруына шалдығуымен өлiмге єкелiп соғады.

Күйе бөлшектерiнiң ондық бөлiмiнiң бiрнеше ондық микроб өлшемдерiнен үлкен айырмашылық болғанда, организмге едєуiр қауiп төне бермейдi. Қырық микробтан үлкен диаметрлi бөлшектер, ауырлық күшiнiң арқасында жер бетiне отрады жєне ауа құрамынан шығарылады. Ауаның теңестiрiлмеген жағдайында ұзақ уақыт бойы алынады (тєулiк жєне одан да жоғары) күйе бөлiктерi қауiптi болып табылады. Бұл метеорологтардың терминологиясы емес.

Көптеген елдердiң оқымыстылары , адам организмде күйе бөлiгiнiң єсерi тақырыбына зерттеулер жүргiзiп, тєжiриебелер жасауда. Мұндай үлгiде аэрозольдың қоспалардың санитарлық гигиеналық санасы көрсеткiштерiн тiркейтiн прибор жеткiлiктi аз өлшемдегi бөлiгiнiң қатысуын негiзiнде реттеуi тиiс. Керiсiнше жағдайда, дұрыс емес нєтижелер жсалануы мүмкiн.

Соңғы кездерге дейiн автошаруашылықтарда түтiндiктi ретке келтiрiп қадағалауды ұйымдастыру приборлардың жетiспеуiнен мүмкiн болған жоқ.

Анализ прибордың бiрiн түсiнеуiнен түтiн өлшегiш СИДА – 107 жетiлдiрiлдi. Ол автомобильдердi жасап шығаратын заводында, ал сондай-ақ автошаруашылықтарды қолдану кезiнде түтiн шығаратын бақылауға арналған. Пайдалануы шарты ауаның температурасы 5-тен 50 С – дейiн, оның қысымы 79,9 –дан 106,4 кПа дейiн. Осыған сєйкес ылғалдылығы 50-80 процентi түтiн өлшегiштiң жұмысы үшiн тұтынылатын электр керлеуi 220 В жєне 18 м/н жұмыс кезiнде сырылған ауа қысымы 0,15 –0,20 кПа аралығында.

Қазiргi кезде түтiн өлшегiштер шығарылады жєне пайдалынатын автомобильдердiң шығарылтын газ мүмкiндiгiн бақылау үшiн автошаруашылықтарда пайдалынады, Оның сєйкестiгi нормативтiң құжаттарды єсер етуi тиiс.

Кейбiр жағдайда аналит прибордың бiрiгуi аз габариттi автокомдың, индикаторлық түтiн өлшегiштер жол жағдайларында МАИ қызметкерлерi үшiн шығарылған экспресс бақылау үшiн жобаланған.

Экологиялық нәйттердің ластау дәйектіліктері ластау формасына байланысты әр- түрлі мүмкін. Қарастырып отырған автомобилизацияның дану қарқындылығына байлынысты біз зиянды қоспалардың алу басейиндері ластаудың жолдары туралы жоғарыда айтылған бөлімдерде көз жүгіртік. Енді осы зиянды әсерлердің немесе улы заттардың болу түрлеріне тоқталайық.Химиялық құрылымдың түріне байланысты біз автокөліктердің негізгі улы заттарының комполентері осы технологиялық бөлімде қарастырамыз. Олар: СО- көміртек оксиді, СН- көмірсутегі, NО₂- азот оксидтері.Өйткені бұл улы заттар ең көп бөлінетін қоспалар болып табылыды.

Автокөліктердің қиылыстардағы қозғалыс жылдамдығы шамамен 20-30 км/сағ. құрайды, ал бұл құбылыс улы қоспалардын толық жанбауына әкеліп соқтырады. Автокөліктердің көптеген экологиялық әдебиеттеріне жолдаулар жасап. Звонов В.А. «Современное состояние и перспективы уменьшения воздуха автомобилями» әдебиеті бойынша автокөліктерден бөлінетін ластайтын заттардың меншікті шығарып тастаулары 4.1 кестеге келтіріліген.