Роль окислительного катализа в процессах нейтрализации отработавших газов дизелей

Введение (постановка задачи и актуальность). Окислительный катализ, помимо нейтрализации СО и НС, обеспечивает необходимую эффективность и работоспособность дизельных фильт ров улавливания дисперсных частиц и систем селективной очистки оксидов азота. Кроме того, окислительные нейтрализаторы могут быть инструментом обезвреживания выбросов метана и некоторых ненормируемых, но весьма опасных полициклических и частично окисленных углеводородов. Есть и слабо изученные теоретические вопросы окислительного катализа, связанные со взаимным влиянием токсичных компонентов, содержащихся в отработавших газах дизелей.

Цель исследования – уточнение роли окислительного катализа в общей проблеме нейтрализации токсичных выбросов дизелей, разработка и испытания катализаторов и нейтрализаторов для обезвреживания токсичных продуктов сгорания двигателей, работающих на природном газе.

Методология и методы. Исследование катализаторов в проточных условиях с привлечением современных методов газового анализа, ИК-спектроскопия, моторные испытания разработанных нейтрализаторов.

Результаты и научная новизна. Показана роль окислительного катализа в решении общих проблем нейтрализации вредных выбросов дизелей, включая как прямую нейтрализацию токсичных соединений, так и обеспечивающие функции. Разработаны катализаторы повышенной эффективности и серия нейтрализаторов для газовых двигателей. Предложены оригинальные методы повышения устойчивости окислительных катализаторов к оксидам серы. Практическая значимость. Разработанные катализаторы и конструкции нейтрализаторов рекомендованы к внедрению на газовых двигателях КАМАЗ-820.52-260 и Cummins 250 и 280.

1. Тер-Мкртичьян Г.Г., Демидов А.А., Старков Е.Е. Комбинированные аккумуляторные системы с мультипликаторами давления – новый этап развития топливной аппаратуры дизелей грузовых автомобилей // Труды НАМИ. – 2013. – № 255. – С. 88–113.

2. Матышак В.А., Газаров Р.А., Панчишный В.И., Кадушин А.А. Взаимодействие оксида углерода и оксида азота в присутствии кислорода на нанесённом платиновом катализаторе // Кинетика и катализ. – 1988. – Т. 29. – № 6. – С. 1382–1388.

3. Матышак В.А., Газаров Р.А., Панчишный В.И., Кадушин А.А. Влияние О2 на взаимодействие СО и NO на нанесённых платиновых, родиевых и платинородиевых катализаторах // Кинетика и катализ. – 1988. – Т. 29. – № 6. – С. 1389–1392.

4. Панчишный В.И. Нейтрализация ненормируемых токсичных компонентов отработавших газов дизелей // Труды НАМИ. – 2020. – № 2 (281). – С. 44–54.

5. Bondareva N.K., Shpiro E.S., Panchishnyi V.I., Baeva G.N. On NO2 formation and its role in SCR of NOx over Cu-ZSM-5 / EUROPACAT-II, Congr.: Abstracts. – Maastricht: Elsevier BV, 1995.

6. Панчишный В.И., Бондарева Н.К., Скляров А.В., Розанов В.В., Чадина Н.П. Окисление оксида углерода и углеводородов в присутствии диоксида серы на платиновых и палладиевых катализаторах // Журнал прикладной химии. – 1988. – № 5. – С. 1093–1098.

7. Matyshak V.A., Bondareva N.K., Panchishni V.I. Suppression of SO2 poisoning effect in the processes of NO x reduction and CO oxidation over Platinum group support metals, Catalysis and Automotive Pollution Control / Proceedings of the Third International Symposium (CaPoC3-). – Brussels, Belgium, April 20–22, 1994.

8. Кадушин А.А. Оптическая спектроскопия поверхностных соединений и кластеров в условиях каталитического окисления и метатезиса олефинов: дисс. ... д-ра хим. наук. – М.: ИХФ АН СССР, 1983. – 410 с.

9. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия / пер. с англ. – М.: Мир, 1974. – 1133 с.

10. He L., Fan Y., Bellettre J., Yue J., Luo L. A review on catalytic methane combustion at low temperatures: Catalysts, mechanisms, reaction conditions and reactor de-signs // Renewable and Sustainable Energy Reviews journal. – 2020. – No. 119. URL: http://www.elsevier.com/locate/rser (дата обращения: 07.03.2023).

11. Li Zh., Gar B., Hoflund A. Review on Complete Oxidation of Methane at Low Temperatures // Journal of Natural Gas Chemistry. – 2012. – No. 3. – P. 153–160.

12. Speccia S., Palmisano, Fonocchio E., Busca G. Ageing mechanism on PdOx – based catalysts for natural gas combustion in premixed burnes // Chem Eng Sci. – 2010. – No. 65 (1). – P. 186–192.

13. Schwartz WR., Ciuparu D., Pfefferle L. Combustion of Methane on Palladium based catalysts; catalytic deactivation and role of the support // J. Phys. Chem. – 2012. – P. 8587–8593.

14. Gholami R., Alyani M., Smith K.J. Deactivation of Pd catalysts by water during low temperature methane oxidation relevant to natural gas vehicle converters // Catalysts. – 2015. – No. 5. – P. 561–594. DOI: 10.3390/catal5020561.

15. Adijanto L., Bennett D.A., Chen C., Yu A.S., Cargnello M., Fornasiero P., Gorte R.J., Vohs J.M. Exceptional thermal stability of Pd/СeO2 core-shell catalyst nanostructures grafted onto an oxide surface // Nano Lett. – 2013. – No. 13. – P. 2252–2257.

16. Gannouni A., Albela B., Zina M.S., Bonneviot L. Metal dispersion, accessibility and catalytic activity in methane oxidation of mesoporous templated aluminosilica supported paladium // Appl. Catal. A. – 2013. – P. 116–127, 464–465.

17. Панчишный В.И., Воробьёв И.Ю. К вопросу о моделировании систем нейтрализации автомобильных дизелей // Труды НАМИ. – 2018. – № 4 (275). – С. 23–37.