Введение к работе
Актуальность темы. Исследования оптимальных решений проблемы загрязнения окружающей среды отработавшими газами позволили сделать вывод о том, что актуально применение в выхлопной системе отремонтированных дизельных двигателей бесплатиновых каталитических нейтрализаторов отработавших газов, особенно в условиях работы в закрытых помещениях.
Существует огромное количество нейтрализаторов, адаптированных для различных марок техники, применяемых в различных условиях работы. Актуально использование бесплатиновых каталитических нейтрализаторов для дизельных двигателей в закрытых помещениях, таких как теплицы, ангары, хранилища, и прочие. В таких помещениях загрязнение воздуха усугубляется отсутствием достаточной циркуляции воздуха. В условиях ограниченного воздухообмена в закрытых помещениях, загрязнение воздуха влечет значительные потери в урожайности сельскохозяйственных культур, снижает продуктивность и качественные показатели животноводческой продукции. Отрицательное воздействие оказывается и на организм человека, ухудшаются условия труда
Ведутся исследования каталитических композиций на основе
платины, которые обладают высокой каталитической активностью. Но они обладают высокой ценой, поэтому не так доступны для владельцев отремонтированной автотракторной техники. В этой связи актуальны разработки каталитически активных составов на основе оксидов металлов. Улучшение экологических характеристик отремонтированных дизельных двигателей при условии применения каталитических нейтрализаторов, в настоящее время, является одним из самых практичных решений для снижения качественных и количественных показателей загрязняющих веществ в отработавших газах.
Степень разработанности темы: При анализе методов и способов
очистки отработавших газов сельскохозяйственной дизельной техники в
условиях закрытых помещений наблюдается тенденция применения
каталитических нейтрализаторов зарубежного производства, в
каталитической основе которых используются металлы платиновой группы. Более того, предлагаемые средства очистки зачастую малоэффективны в условиях ограниченного воздухообмена. При этом практически не учитывается концентрация загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны и приземном слое воздуха, так как эти параметры в условиях открытых пространств незначительны в силу условий работы автотракторных единиц.
Исследования в этой области велись ведущими научными организациями: «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.Тимирязева» (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева), ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева», ФГБНУ ГОСНИТИ. Исследования
направлены на поиск путей снижения нагрузки на воздушную среду, а именно на поиски оптимальных характеристик для бесплатиновых каталитических нейтрализаторов, применяемых на отремонтированной технике работающей в условиях закрытых помещений.
Актуальна разработка и использование каталитических
нейтрализаторов на основе оксидов металлов. Степень очистки
отработавших газов увеличивается за счет комбинаций нескольких каталитически активных компонентов. Существенным моментом является снижение стоимости применения систем очистки отработавших газов, разработанных на основе металооксидов.
Целью работы является улучшение экологических характеристик отремонтированных дизельных двигателей путем разработки бесплатиновых каталитических нейтрализаторов отработавших газов с обоснованием технических характеристик. Достижение поставленной цели требует выполнения следующих задач:
- провести анализ загрязнений окружающей среды
отремонтированными дизельными двигателями в условиях закрытых
помещений;
- провести анализ систем снижения токсичности отработавших газов,
рассмотреть различные типы устройств очистки выхлопных газов, учитывая
особенности каждого типа или вида очистки;
- разработать бесплатиновое каталитически активное покрытие для
керамических блоков;
- провести испытания опытного образца разработанного устройства;
- выявить экономическую эффективность от применения
каталитических нейтрализаторов в хозяйствующих субъектах.
Предметом исследования является зависимость степени очистки отработавших газов дизельных двигателей от увеличения удельной поверхности керамических блоков каталитического нейтрализатора.
Объект исследования - процесс очистки отработавших газов дизельного двигателя, в ходе химических реакций протекающих в каталитических нейтрализаторах отработавших газов, на отремонтированных дизельных двигателях.
Методика исследования. Поставленные задачи решены путем применения методов эмпирического познания, теоретического анализа и синтеза, математической статистики, математического моделирования, наблюдения. Оценка свойств покрытий, их топография, эксплуатационные наблюдения проводились по общим и частным методикам с использованием современного научно-исследовательского оборудования и средств измерений ЦКП «Нано-центр». Обработка результатов исследований осуществлялась методами математической статистики.
Теоретические исследования, направленные на рассмотрение
дизельного двигателя как источника загрязнения окружающей среды позволили выдвинуть рабочую гипотезу: улучшение экологических
показателей отремонтированных двигателей возможно при использовании каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Научная новизна заключается в том, что:
- на основании результатов ранее проводимых исследований,
разработана методика послойного нанесения химических составов на
несущий блок бесплатинового каталитического нейтрализатора;
- получена зависимость эффективности каталитических реакций от
величины удельной поверхности; зависимость величины удельной
поверхности от концентрации суспензии связующего слоя и слоя подложки;
- получена керамическая поверхность, с нанесенными слоями бемита,
характеризующаяся развитой внутренней структурой и множеством пор
малых размеров.
Основные положения, выносимые на защиту:
- обоснование необходимости очистки отработавших газов дизельных
отремонтированных двигателей в условиях ограниченного воздухообмена;
- этапы разработанной методики послойного нанесения химических
составов на несущий керамический блок;
- результаты теоретических исследований для выявления
каталитической эффективности металооксидных нейтрализаторов;
- результаты экспериментальных испытаний нейтрализаторов и
штатных глушителей;
- внедрение и оценка эффективности результатов исследования;
- экономическая эффективность при улучшении экологических
характеристик отремонтированных дизельных двигателей применением
бесплатиновых каталитических нейтрализаторов отработавших газов.
Теоретическая и практическая значимость работы:
-
Способ нанесения подложки на сотовый керамический блок для каталитического нейтрализатора выхлопных газов, который защищен патентом Российской Федерации (RU №2553004).
-
Выявление зависимости величины удельной поверхности несущих блоков и степени каталитической очистки отработавших газов.
3.Рекомендации по применению систем очистки для
отремонтированных дизельных двигателей в условиях ограниченного воздухообмена.
Достоверность исследований подтверждается:
1. Корректностью применения математического анализа при
обосновании степени увеличения удельной поверхности, повышающей
интенсивность каталитической активности системы очистки отработавших
газов.
-
Согласованностью данных лабораторных исследований с данными эксплуатационных испытаний.
-
Количеством проведенных экспериментов, применением приборной базы и оборудования.
Реализация и внедрение: Результаты научной работы успешно
применялись в ООО «Транс Трейд», ООО «Вердика», ООО
СтройИндустрия», ООО «ТехСервисОснастка», ООО «Проф-Системс» на дизельных тракторах МТЗ-82. Бесплатиновые нейтрализаторы приняты на постоянную эксплуатацию в организациях, рекомендованы к работе в условиях закрытых помещений.
Апробация работы: материалы исследования по теме диссертации
доложены и обсуждены на 1-ой Конференции молодых ученых и
специалистов Отделения механизации, электрификации и автоматизации,
ФГБНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии (2012); 2-й Конференции молодых
ученых и специалистов Отделения механизации, электрификации и
автоматизации «Научное обеспечение инновационных процессов в
агропромышленной сфере» ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии и была посвящена 145-летию академика ВАСХНИЛ В.П. Горячкина, в рамках секции «Инновации в механизации и в технологиях и средствах технического обслуживания в сельском хозяйстве» (2013); 6-й Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Инновации в сельском хозяйстве» (2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных статей в журналах, в том числе 6 статей опубликованы в печатных изданиях, которые находятся в перечне ВАК. Получен 1 патент.
Структура и объем исследования. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка из 161 литературных источников, из них 8 на иностранном языке, 6 приложений. Текст изложен на 172 страницах машинописного текста, в котором представлены 22 таблицы, 30 рисунков.