Где применяются катализаторы: Катализаторы в быту — Katalizator1 – Применение катализаторов в промышленности

Катализаторы в быту — Katalizator1

Как известно из школьного курса химии, катализатор представляет собой вещество, вызывающее определенную химическую реакцию, не вступая в контакт с конечным продуктом. Подобные процессы происходят регулярно, а в качестве каталитического элемента может выступать любой компонент, даже вода или песок. Предлагаем познакомиться с наиболее популярными примерами катализаторов в быту.

Разновидности каталитических процессов

Химические реакции, которые происходят с очень маленькой скоростью, требуют присутствия определенных веществ, сохраняющих первоначальные свойства в результате. Яркими примерами такого процесса считаются:

1. Переработка нефти и нефтепродуктов.
2. Брожение при изготовлении алкогольных напитков.
3. Синтез аммиака.
4. Производство эфирных масел.
5. Получение серной кислоты.
6. Преобразование растительного масла в маргарин и другие продукты питания.
7. Фильтрация выхлопных газов.

Без применения веществ, обладающих каталитическими свойствами, подобные действия требовали бы гораздо больше времени или вообще не выполнялись. В роли катализаторов могут выступать простые и сложные химические соединения, газы, оксиды, различные металлы. Например, реакция, без которой было бы невозможно комфортное управление транспортным средством – снижение уровня токсичности выхлопных газов – требует наличия редких драгметаллов. Остановимся на этом процессе более подробно.

Автомобильные катализаторы

Применение автокатализаторов – важнейшее условие сохранения окружающей среды. Эти устройства устанавливаются за коллектором выхлопной системы или перед глушителем, и представляют собой пористую конструкцию, обработанную напылением из драгоценных металлов. Именно платина, палладий, родий обеспечивают запчасти каталитические свойства. Вступая в реакцию с отработанными выхлопными газами, эти элементы окисляют вредные вещества:

• Углеводороды, из-за которых выхлопы имеют неприятный запах.
• Оксиды азота. Эти вещества считаются первой причиной появления озоновых дыр. Наряду с углеводородами, они образуют едкий смог, негативно влияющий на состояние дыхательной системы человека.
• Угарный газ – ядовитое соединение, способное привести не только к ухудшению здоровья, но и к летальному исходу.
• Мелкие частицы сажи, способствующие развитию и возникновению онкологических заболеваний.

В результате контакта с платиносодержащим напылением, токсичные компоненты преобразуются в безвредные для человека углекислый газ, азот и водяной пар. Поэтому использование и своевременная замена автомобильного катализатора – решение каждого ответственного водителя, которому не безразлична экологическая обстановка.

Понравилась информация? Поделись с друзьями

Состав автомобильных катализаторов — Katalizator1

Каталитические нейтрализаторы – неотъемлемая часть выхлопной системы транспортного средства, необходимая для очистки выхлопов от токсичных компонентов. Фильтрация газов происходит за счет напыления из драгоценных металлов. Благодаря дорогостоящему составу автомобильные катализаторы представляют ценность даже после истечения срока эксплуатации. Поступая во вторичную переработку, они используются в различных отраслях промышленности – от нефтехимии до изготовления ювелирных украшений.

Состав автомобильного катализатора

Внутри стального корпуса устройства расположен металлический или керамический носитель из множества ячеек, покрытых напылением из редкоземельных металлов. Палладий, платина, родий характеризуются высокой стоимостью, поскольку получение этих элементов в природе – трудоемкий процесс, отнимающий у добывающих предприятий массу ресурсов. Драгоценное покрытие обеспечивает фильтрацию выхлопов, окисляя вредные компоненты и преображая:

• Углеводород – в водяной пар.
• Азотные оксиды – в азот.
• Угарный газ – в углекислый.

В результате в воздух выбрасываются вещества, не представляющие угрозы для окружающей среды и здоровья человека.

Обратите внимание, что по мере использование ценное напыление стирается – в среднем, катализаторы подлежат замене после прохождения 100 – 120 тысяч километров. Срок службы изделий зависит от изначального количества драгоценных металлов в составе. Самыми «насыщенными» и качественными считаются запчасти импортного производства, которые изготавливаются в соответствии со строгими экологическими требованиями. В России стандарты экологичности продукции пока не так высоки, поэтому отечественные производители нередко заменяют драгметаллы на более дешевые элементы.

Можно ли извлечь металлы из катализатора в домашних условиях

Самостоятельная добыча драгметаллов из автокатализатора – сложная процедура, требующая практических навыков и знаний. Существует несколько технологий извлечения ценных элементов:

1. Выщелачивание с помощью окислителей.
2. Использование «царской водки».
3. Разогрев металла с последующим фторированием.
4. Гальванический метод.

Применение этих способов целесообразно лишь в том случае, если вы работаете с крупной партией катализаторов. В противном случае, стоимость продажи металлов не окупят расходы на их получение.  Гораздо проще и удобнее сдать отработанные детали в пункт приема металлоконструкций, где всю работу за вас сделают профессиональные сотрудники – вам останется только дождаться оценки драгметаллов и получить вознаграждение.

Понравилась информация? Поделись с друзьями

для чего, замена или удаление. Неисправности и ремонт катализатора

Под каждой машиной находится (или, по крайней мере, должна) металлическая банка, задачей которой является снижение токсичности выхлопных газов. Такая банка работает спокойно и выполняет свою роль до тех пор, пока не сломается. Сколько стоит катализатор? Для чего он? Какие проблемы может вызвать? Каковы симптомы отказа катализатора? Как отремонтировать каталитический нейтрализатор автомобиля? Это можно сделать дешево?

Независимо от того, потребляет ли автомобиль дизель, бензин или газ, у каждого есть выхлопная система. Его первой задачей является удаление всех примесей, возникающих при сжигании топлива. А во-вторых, нейтрализации их достаточно, чтобы представлять наименьший риск для здоровья. И это то, для чего используется наш катализатор, установленный в металлическом цилиндре под машиной.

Первые автомобили, оснащенные катализаторами, появились на европейском рынке в 1986 году. Автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, гордо носили специальную маркировку. С введением стандартов выбросов Евро (Евро 1 с 1993 года) использование катализаторов стало обязательным. Кто не имел катализатора, не получил одобрения и не мог продавать автомобили в ЕС. Сам дизайн развивался. Чем строже были стандарты, тем больше работы должны были выполнять катализаторы.

Катализаторы, используемые в бензине и абсцессах, различаются по структуре активного покрытия, поскольку их состав отработавших газов также отличается.

Строение катализатора?

Катализатор состоит из четырех основных элементов:

1. Корпус — металлический, продолговатый ящик, обычно в форме цилиндра (или более сплющенный) с теплоизоляцией. С передней части автомобиля к нему присоединена выхлопная труба, которая собирает выхлопные газы из выпускного коллектора. Еще одна трубка выходит из катализатора, которая подводит очищенный выхлопной газ к глушителю.
2. Носитель — это внутренняя структура с сотовым сечением, состоящая из тысяч каналов, позволяющих поток выхлопных газов. Он изготовлен из металла (металлическая опора) или керамики (керамическая опора, чаще всего из силиката магния и алюминия).
3. Промежуточное покрытие — оно пористое и покрывает всю поверхность каналов на подложке. Его задача — обеспечить хорошие условия для следующего покрытия.
4. Каталитически активное покрытие — изготовлено из элементов, предназначенных для вступления в химические (каталитические) реакции с вредными компонентами выхлопных газов и нейтрализации их до веществ, безвредных для окружающей среды. Это самая дорогая и самая важная часть катализатора.

Каталитически активное покрытие покрыто редкими и дорогими элементами. Например, типичный трехходовой катализатор использует платину, родий и палладий. И теперь мы знаем, почему катализаторы были украдены или почему они были куплены. Извлекать из них платину после серии процедур.

Ранее мы упоминали, что катализаторы в дизельных и бензиновых автомобилях немного отличаются.

• Окислительные катализаторы — уменьшают количество оксидов углерода и углеводородов, а также твердых частиц в выхлопных газах
• Трехходовые катализаторы — окисляют оксиды углерода и углеводороды и восстанавливают оксиды азота в автоцистернах

Где в машине установлен катализатор? Чаще всего десятки сантиметров позади выпускного коллектора. Есть еще один метод, так называемые картриджи, устанавливаемые в выпускном коллекторе.

Более новые автомобили, которые соответствуют строгим стандартам выбросов, используют два или три катализатора.

Как катализатор работает на практике?

После запуска силового агрегата выхлопные газы двигателя уходят на катализатор. Катализатор должен нагреваться как минимум до 300 градусов Цельсия, чтобы происходили каталитические реакции. Катализатор работает оптимально, когда он имеет температуру от 400 до 800 градусов Цельсия. Для ускорения нагрева катализатора используются дополнительные растворы — чаще всего теплоизоляция под кожухом катализатора (поскольку это самое дешевое решение), реже нагреватели или дополнительная подача воздуха в выпускной коллектор.

Лямбда-зонды (лямбда-значения, определяющие соотношение топлива и воздуха), датчики, измеряющие процент содержания воздуха в выхлопных газах, размещены перед катализатором и прямо за ним. Датчики подают сигнал на компьютер, который управляет двигателем. Если содержание выхлопных газов слишком высокое, это означает, что двигатель работает на ненасыщенной смеси. Компьютер увеличивает количество впрыскиваемого топлива. И наоборот. Если содержание кислорода в смеси слишком низкое, доза топлива уменьшается.

Какое это имеет отношение к катализатору? Наряду с изменениями в составе топливной смеси в катализаторе происходят процессы восстановления и окисления с использованием кислорода. Процессы восстановления уменьшают количество токсичных оксидов азота, процессы окисления уменьшают количество оксидов углерода (восстановление до диоксида углерода) и углеводородов УВ (восстановление до пара и диоксида углерода). Процессы восстановления и окисления происходят поочередно, и благодаря им увеличивается степень конверсии катализатора (то есть его эффективность) — до 98%.

Давайте посмотрим, как катализатор очищает выхлопные газы на практике (источник: журнал Autoexpert 10/2007)

• Угарный газ — до катализатора 1%, после катализатора — 0,1%
• Углеводороды углеводородов — перед катализатором: до 100 ч / млн, ниже по потоку от катализатора: до 20 ч / млн
• Диоксид углерода — перед катализатором — до 14%, после катализатора — до 15,4%

Введение новых стандартов радикальных выбросов означает, что одних катализаторов уже недостаточно для очистки выхлопных газов дизельных двигателей. Также стало необходимым использовать сажевые фильтры DPF / FAP (от Евро 4) и системы селективного каталитического восстановления SCR (от Евро 6). Кроме того, обязательна система рециркуляции выхлопных газов EGR, снижающая содержание оксидов азота (для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями).

Отказ катализатора (каталитический нейтрализатор) — почему катализаторы выходят из строя?

Автомобильный каталитический нейтрализатор подвергается очень тяжелым рабочим условиям. Выхлопная система вибрирует во время работы, и при движении по неровной поверхности возникает дополнительная вибрация.

Катализатор подвергается очень высоким тепловым перегрузкам. Выхлопные газы двигателя достигают температуры до 600 градусов по Цельсию (в зависимости от скорости и долговечности вождения), а с другой стороны, на его корпус влияет температура наружного воздуха (минус зимой). Кроме того, из-за расположения под автомобилем он подвержен механическим повреждениям и коррозии.

Катализатор обладает определенной прочностью. Каталитически активное покрытие стареет в процессе эксплуатации. Трудно определить, когда это произойдет. Тем не менее можно предположить, что он колеблется от 180 до 200 тысяч. км пробега.

Однако существует ряд факторов, которые могут значительно сократить технический срок службы катализатора.

И чаще всего они являются причиной его отказа и, следовательно, необходимости замены. Например:

• Въезд на машине в глубокую лужу. Катализатор нагревают до температуры нескольких сотен градусов по Цельсию через выхлопные газы. Попадание воды вызывает ее ударное охлаждение и усадку металлического корпуса. Это, в свою очередь, сжимает вставку внутри катализатора и измельчает ее.
• Отказ системы зажигания, вызывающий выпадение зажигания. В зависимости от конструкции и возраста автомобиля это может быть связано с повреждением высоковольтных проводов, купола устройства зажигания, распределительного пальца или отдельных катушек зажигания. Несгоревшие остатки топлива попадают на катализатор и вызывают его разрушение.
• Неправильно установленный момент зажигания — слишком длительная задержка зажигания приводит к повышению температуры в катализаторе примерно до 1000 ° C, что приводит к его разрушению.
• Старение двигателя, связанное с износом поршневых колец, вызывает сгорание моторного масла и попадание его остатков в катализатор. Порошок, образующийся после сгорания моторного масла, закупоривает каналы катализатора.
• Частая / подавляющая езда по городу — значительно сокращает срок службы катализатора.
• Неправильно отрегулированная газовая установка — также вызывает ускоренный износ этого элемента
• Механические повреждения — столкновение днища автомобиля с выступающим элементом может привести к вмятине корпуса и повреждению внутренней вставки.

Подержанный автомобиль каталитический нейтрализатор — каковы признаки отказа?

Есть несколько симптомов, которые указывают на отказ / износ катализатора:

• Гремит во время вождения — когда вход внутри катализатора откололся
• Индикатор проверки двигателя загорается после превышения определенной скорости. С течением времени скорость будет уменьшаться.
• После подключения автомобиля для диагностики наиболее распространенной ошибкой является PO420 (низкая производительность катализатора)
• Ухудшение двигателя, который иногда не имеет мощности, может иногда дергаться — это указывает на засоренный катализатор
• Падение мощности двигателя
• Возможно увеличение расхода топлива

В случае сбоя не все перечисленные выше симптомы возникают всегда.

Ремонт поврежденного каталитического нейтрализатора автомобиля — дорого? 

Какие решения есть у водителя?

• Удаление катализатора
• Замена катализатора на новый — оригинальный или универсальный
• Замена катализатора на использованный

Давайте посмотрим на все решения.

Удаление катализатора

Можно ли снять автомобильный каталитический нейтрализатор? Нет. Удаление запрещено законом. Если диагност обнаруживает, что в машине отключен каталитический нейтрализатор, он не должен подписывать технический осмотр. Автомобиль без каталитического нейтрализатора не соответствует нормам выбросов и не должен быть допущен к движению.

Несмотря на это, вы можете легко найти компании, которые занимаются удалением катализаторов. Выключение катализатора — только полумера, потому что лямбда-датчики обнаруживают его отсутствие и переводят двигатель в аварийный режим. Вместо катализатора, так называемый стримеры — они имеют форму катализатора, а расположение листов внутри них облегчает удаление дыма. Также необходимо вмешаться в программное обеспечение двигателя, чтобы второй лямбда-зонд не переводил его в аварийный режим. На практике для второго лямбда-зонда также используется простое механическое решение, заключающееся в том, чтобы зафиксировать его таким образом (с помощью специального металлического элемента), чтобы он не погружался в поток выхлопных газов.

Стоит помнить о катализаторе при покупке подержанного автомобиля. Может случиться, что предыдущий владелец отключит его, и у покупателя будут незапланированные расходы.

Замена катализатора новым — оригинальным или универсальным

Это самое дорогое решение, но в то же время самое надежное и долговечное.

При правильных условиях они могут выдержать до 200 000 км пробега, как те, что использовались для первой сборки. Сколько стоит такой катализатор? Все зависит от модели автомобиля и версии двигателя.

Они довольно долговечны.

Универсальные катализаторы в зависимости от размера и нормы выбросов являются самыми дешевыми. Однако они не очень долговечны.

Для катализаторов, установленных внутри выпускного коллектора, приобретаются специальные вкладыши. К сожалению, обмен довольно дорогой, потому что механик должен снять коллектор, разрезать его и попасть во вставку. Сам корпус также иногда приходится разрезать, чтобы вставить в него новую вставку.

Как происходит замена:

• Отсоедините разъемы лямбда-зондов (они могут быть расположены в среднем туннеле рядом с коробкой передач).
• Снятие всей выхлопной системы
• Старый катализатор вырезали с помощью угловой шлифовальной машины
• Сварка нового катализатора вместо старого. Возможно, потребуется установить несколько дополнительных проставок.
• Установка выхлопной системы
• Подключение штекеров лямбда-зондов

Дополнительные расходы могут возникнуть во время замены, потому что выхлопная система может быть сильно изношена. Неосторожный механик также может перекрутить лямбда-зонд (иногда вам нужно открутить его, когда он установлен в корпусе катализатора) или сломать его кабель.

Как выбирается автомобильный катализатор? Вам нужны данные, такие как:

• Марка, модель, год выпуска автомобиля
• Версия двигателя, мощность
• Стандарт эмиссии
• Диаметр выхлопной трубы
• Размеры и форма (обычно второстепенная проблема, за исключением катализаторов, установленных в выпускном коллекторе)

Как снизить стоимость замены катализатора на новый? Старый, разобранный катализатор можно продать. Работает много компаний, которые их покупают. Цена зависит от уровня истощения.

Замена катализатора на использованный

Это метод ремонта с наибольшим риском. Использованные катализаторы чаще всего покупают на шротах или онлайн-аукционах. Они не самые дешевые, и за их установку нужно платить столько же, сколько и за установку новых.

Вы никогда не знаете, в каком состоянии находится катализатор и как долго он будет работать. Если мы хотим сэкономить — лучше купить самый дешевый, универсальный катализатор.

Если ваш автомобиль показывает признаки износа каталитического нейтрализатора автомобиля

Если вы хотите заменить катализатор на новый оригинальный или универсальный

Если вам нужна помощь в выборе и покупке катализатора

Принцип работы автомобильного катализатора, для чего нужен

Из курса химии известно о существовании веществ, ускоряющих или вызывающих процесс химической реакции, при этом не участвующие в составе веществ этой реакции. Медь, никель, золото, палладий, родий, хром – это еще не самый полный перечень веществ, ускоряющих процесс химической реакции, но именно они применяются при производстве катализаторов для автомобилей. Катализаторы автомобильные основаны на способности веществ-катализаторов к ускорению реакции горения бензина, который поступает из цилиндров двигателя из-за неполной его реализации.

Принцип работы катализатора и схема устройства

Работа автомобильного катализатора основана на применении веществ, ускоряющих горение нереализованного топлива в цилиндрах, тем самым, снижая до минимума выделение вредных веществ в атмосферу.

Огромное количество машин использует двигатель внутреннего сгорания, выхлоп которых представляет токсичные газы: оксид азота, монооксид углерода и несгорающие компоненты топлива. В целях сохранения экологически чистого воздуха в окружающей среде ученые разработали устройство, способное за 0,1 секунды выделить в токсичном газе вредные вещества и нейтрализовать их, не создавая при этом разрушительных воздействий двигателю. Катализатор (или каталитический конвертор, или нейтрализатор) переработав токсичные газы выделяет пары воды и кислород, углекислый газ.

Чтобы понять, как работает катализатор, необходимо увидеть его структуру внутри корпуса. Если разрезать верхнюю часть корпуса катализатора, то под нержавеющей крышкой конструкция представит собой два керамических блока, каждая из которых состоит из большого количества каналов (от 1000 до 3000).

С торцов блоки покрыты драгоценным металлом. Платина и родий на первом блоке, платина и палладий на втором, при этом первый является восстанавливающим, уменьшающим выбросы оксида азота, а второй окислительный. Окислительный катализатор (блок) уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода. Процесс происходит при высоких температурах, достигающих 750 градусов по шкале Цельсия.

Совместное использование драгметаллов обеспечивают реагирование с токсичными газами и производить на выходе из глушителя автомобиля безопасные продукты горения. Используемые драгметаллы (платина, родий, палладий) не подаются коррозии, но по ценовой политике – это самые дорогие материалы, используемые в катализаторах. В среднем, производителям катализаторов драгметаллы обходятся за 1 кг в 50000 долларов, но цена окупается прежде всего получением экологически чистых газов на выхлопе.

Чтобы максимально увеличить поверхность контакта металла с газами и была разработана система микроканалов, которые обеспечивают общую площадь металлов примерно равную площади футбольного поля.

Отработанный газ из цилиндров устремляется с огромной скоростью в каталитический нейтрализатор и в первую очередь проходит через соты (каналы) первого блока (восстанавливающий) платиново-родиевым покрытием. Молекулы платины, родия и оксида азота вступают в химическую реакцию. Эти металлы притягивают к себе молекулы кислорода, а свободные атомы азота взаимодействуют между собой. Результат – оксид азота превращается в кислород и азот, которые вместе составляют 99% того газа чем мы дышим.

Далее газы поступают во второй блок (окислительный), через тысячи микроканалов, покрытых платиной и палладием. Эти драгметаллы притягивают кислород. Высокие температуры заставляют объединяться монооксиду углерода с еще одной молекулой кислорода и, в результате наступает преобразование токсичного газа в углекислый газ – газ, из которого состоит обычная питьевая газировка.

Помимо этого, еще есть молекулы негорючих веществ. Экстремально высокие температуры заставляют их рекомбинировать с молекулами кислорода. В результате, еще вырабатывается больше углекислого газа и вода.

Схема химических реакций, протекающих в блоках выглядят следующим образом:

• CH+O₂ -> CO₂+H₂O;
• NO+CO -> N₂+CO₂;
• CO+O₂ -> CO₂;
• NO+H₂ -> N₂+H₂O.

Таким образом, реализация в катализаторах ускорителей в виде драгметаллов позволяет получить химические реакции, нейтрализующие токсичные, вредные вещества CO, CH_x и NO_x с получением на выходе безвредной воды H₂O, азота N₂ и углекислого газа CO₂.

Краткая справка по применяемым в катализаторах драгметаллов

Платина – благородный металл серебристо-белого цвета. Название платине дали испанские завоеватели Южной Америки. В связи со сходством этого металла с серебром, но очень сильной тугоплавкостью им пренебрегали и даже топили в море, отделяя от россыпи золото, вследствие этого платина с испанского языка в буквальном смысле означает пренебрежительное к серебру слово «серебришко».

Началом применения платины в катализаторах послужило открытие в 1821 немецким химиком И.В. Деберейнером способности платиновой руды протеканию и ускорению ряда химических реакций, при этом сам драгметалл не претерпевал никаких изменений.

Родий – благородный драгоценный металл группы платиноидов с ярко изумительным холодным блеском серебристо-белого цвета, дорогой по цене, очень твердый, но хрупкий.

Металл с такими характеристиками является королем бриллиантов и самоцветов, находится в одном ряду по ценности с такими металлами как серебро, золото и платина.
Родий – металл, получаемый путём переработки платины, при этом для получения 1 кг родия необходимо ее несколько тонн.

Применение родия в массовом количестве направлено в основном в автомобильной отрасли. Около 97% материала-сырья уходит на производство катализаторов — узлов выхлопной системы. Именно родий, являющийся катализатором по своей природе, способен перерабатывать выходящие из цилиндров двигателя токсичные газы.

Палладий – переходный металл серебристо-белого цвета с гранецентрированной кубической решёткой, в чистом виде довольно мягкий металл.

Палладий часто применяется как катализатор, в основном, в процессе гидрогенизации жиров и крекинге нефти и в настоящее время активно используется в производстве автомобильных катализаторов.

Практическое применение катализатора на автомобиле

Любой современный автомобиль с бензиновым и дизельным двигателем оснащается системой очистки токсичных газов — катализаторами.

Устанавливается катализатор непосредственно после приемной трубы или соединяется через разветвленные трубы к головке блока цилиндров и называется такая конструкция катколлектором. Второй способ наиболее чаще стал применяться на автомобилях, так как происходит ускоренный нагрев элементов катализатора. После катализатора на автомобилях, принадлежащих к экологическим нормам Евро-3, Евро-4 и Евро-5 устанавливается датчик кислорода, который выполняет функции диагностические. Иными словами, диагностируемый датчик кислорода выполняет контроль эффективности работы катализатора и в случае превышения норм выхлопа загорается на панели приборов ошибка, сообщающая о критической работе катализатора. В этом случае необходимо проверить параметры работы двигателя и установить причину превышения норм допустимого выхлопа токсичных газов.

Ресурс катализатора составляет ориентировочно от 100000 до 200000 километров пробега, но если двигатель на этом этапе работал без пропусков воспламенения в цилиндрах или их было незначительное число раз, то функционирование достигает и до 500000 км.

Как уберечь катализатор от повреждений и раннего износа?

Для этого необходимо знать причины, вызывающие ранний износ или его повреждение. Прежде всего необходимо обращать внимание к качеству заливаемого в бензобак топлива. В случае некачественного топлива, насыщенного искусственно ферритами, марганцем и другими инородными веществами, включая водяной конденсат, происходит засорение микроканалов, что приводит к противодавлению в выхлопной системе. Обратный отскок выхлопных газов значительно нарушает работу газораспределительного механизма и в силу поступления в впускной тракт горячих отработанных газов усиливает износ поршневой группы и клапанов. Такое явление на некоторых типах автомобилей учитывается и устанавливается специальное устройство, называемое рециркулятором.

В бензиновых двигателях может быть внутренняя система рециркуляции и внешняя. Внутренняя система проектируется таким образом, чтобы выпускной клапан оставался некоторое время открытым в то время, когда уже открылся впускной клапан. Такое положение клапанов называют «перекрытием», обеспечивающей внутреннюю рециркуляцию газов и не требующей дополнительных компонентов. Внешняя работает с дополнительным компонентом, называемым клапан рециркуляции (EGR).

Благодаря системе рециркуляции отработанные газы, попадающие обратно во впускную систему, охлаждаются, что снижает расход топлива и количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Следующим фактором, влияющим на износ катализатора, является неисправность двигателя. Несбалансированная работа двигателя влечет к изменению топливоподачи. Топливо в значительном количестве начинает поступать в катализатор, забивая микроканалы и эффективность его резко падает. И, наоборот, если в систему поступает слишком мало топлива, бедная смесь, то катализатор начинает сильно греться, вызывая очень высокую температуру (выше 800 градусов), вследствие чего элементы с драгметаллом начинают плавиться. И в том, и в другом случае дорогостоящий катализатор подлежит замене, так как ремонту он не пригоден.

Механические удары также могут быть причиной раннего износа катализатора, так как в образовавшуюся трещину начинает поступать воздух вызывая перегрев и проникновение инородных частиц, забивающих микроканалы, препятствующих прохождению отработанных газов.

Катализатор является частью выхлопной системы двигателя и соответственно его неисправность отражается на работе мотора. В основном неисправность катализатора выражается в его разрушении (на основе керамики) или оплавлении (на металлической основе), а также в засорении микроканалов. Если катализатор начал плохо пропускать отработанные газы, то это отразится на работе двигателя:

• трудный продолжительный запуск;
• заводится и глохнет;
• падает тяговая характеристика;
• увеличивается расход топлива;
• возникает неприятный запах, напоминающий сероводород;
• при разгоне возникают провалы;
• горит аварийная лампа неисправности двигателя.

 

Быстрая реакция: Зачем нужны катализаторы

Заслуги катализаторов перед экологией не сводятся к перечисленным выше. Существует целая группа химических ускорителей, отвечающих непосредственно за чистоту воздуха (их называют каталитическими нейтрализаторами). Их задача — связывать угарный газ, оксиды азота и серы, а также недогоревшие органические соединения различной природы. Весь этот букет присутствует в выхлопных газах автомобилей и дымах промышленных предприятий. Каталитические нейтрализаторы превращают эти яды в менее токсичные вещества типа H ₂, умеренно вредный углекислый газ CO₂ и уж совсем нейтральную воду.

Оксид ванадия под микроскопическим увеличением

Трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор стал чрезвычайно удачным образцом химического инжиниринга и ставится сейчас практически в каждый автомобиль. На пористом керамическом монолите, покрытом тонким слоем платины и родия, проходят трансформацию три главных загрязнителя: CO, NO и несгоревшие углеводороды. Реакции выглядят так:

СО + О₂ = СО₂

С_xH_y + O₂ = CO₂

NO + CO = N₂ + CO₂.

Доля кислорода в этих процессах должна регулироваться, потому что его избыток может пойти на полное окисление угарного газа, и, как следствие, оксиды азота останутся в составе выхлопных газов. Уровень кислорода контролируется лямбда-зондом, который подаёт корректирующие сигналы двигателю о составе топливно-воздушной смеси. Оптимальным является соотношение воздуха и топлива в пропорции 14,7:1.

Рабочий диапазон каталитического нейтрализатора лежит в пределах от 3500 до 6500°С, что создаёт трудности при холодном запуске двигателя.

Нейтрализатор

Автомобильные нейтрализаторы впервые внедрили в массовое производство в США в 1975 году. Это стало одной из мер по борьбе с удушающими смогами, которые накрывали мегаполисы с их избытком автомобилей.

Непрогретый катализатор не выполняет защитную функцию, и в воздух попадают все три токсичных отхода: СO, NO и С _xH_y. Именно поэтому в некоторых странах (к примеру, скандинавских) запрещено прогревать мотор на холостых оборотах — только в движении. Так быстрее.

Промышленные выбросы, содержащие оксид серы SO ₂, стали причиной кислотных дождей во второй половине XX века. И тогда химики придумали с помощью расплава V₂O₅ каталитически окислять оксид серы (IV) до оксида серы (VI), а затем до жидкой серной кислоты.

Экологические последствия кислотных дождей

Многие промышленные предприятия стали попутно серную кислоту производить! Бороться с NО _x в дымовых трубах пришлось более сложными методами — добавляя восстановитель-аммиак и катализатор на основе оксидов титана и ванадия. Каталитическая реакция в полном виде:

4NH₃ + 4NO + O₂ = 4N₂ + 6H₂O.

Каталитическая химия находится в зените славы — её достижения экономят гигантские ресурсы и помогают бережно относиться к природе. В то же время это одна из самых сложных и малоизученных областей химии, а значит, главные каталитические прорывы ещё впереди.