Из чего состоит автомобильный катализатор: Драгоценные металлы катализатора. Сколько их и как можно отделить?

как заработать на старом катализаторе

В современном автомобиле кроется немало интересного. Оказывается, в нем есть даже благородные металлы – и на этом факте может неплохо заработать сам автовладелец.

Не все знают, что так называемый катализатор выхлопной системы – а точнее каталитический нейтрализатор отработавших газов – содержит в себе драгоценные металлы платиновой группы. В первую очередь это собственно платина, а также благородные металлы палладий и родий.

В корпусе катализатора скрывается пористая керамическая или металлическая начинка, на которую и напылен тот или иной благородный металл.

Поэтому после выхода автомобильного катализатора из строя – а это обычно случается после 150 – 200 тыс км пробега – его можно не выбрасывать на помойку, а сдавать в специальные перерабатывающие предприятия. Которые умеют извлекать благородный металл для передачи его на переработку для повторного использования.

Читайте также: Расходы на электромобиль и бензиновый: какой выгоднее

Главный нюанс этой процедуры в том, что платина или металлы-платиноиды находятся в катализаторе в виде тончайшего слоя, напыленного на пористые керамические соты. Собственно, устройство нейтрализатора так и задумано – чтобы поверхность контакта выхлопных газов с металлом-катализатором была как можно обширнее. Поэтому собрать распыленную платину с 20 тысяч квадратных метров внутренней поверхности сот не так уж и просто. Для этого приходится «ополаскивать» керамику кислотами, нагревать, гальванизировать, дробить… Но это, собственно говоря, проблемы не автомобилиста, а других людей.

Оптовые партии катализаторов переработчики берут по более высокой, договорной цене.

Для нас куда интереснее вопрос – как определяется цена, по которой принимается катализатор, который отработал свое? Чтобы определить количество платиноидов, используется РФ-спектрометр, он же – рентгенофлуоресцентный анализатор. Но прежде всего нужно распилить корпус, вытащить керамический наполнитель и измельчить его. Затем, соотнеся данные спектрометра и массу перемолотой начинки, приемщик определяет цену.

Средняя цена катализатора, который отработал свое, от 500 до нескольких тысяч гривен, и получить их можно, что называется, не сходя с места – просто сдав ненужную запчасть в пункте приема. Интересно, что приемщики при оценке учитывают текущие котировки драгоценных металлов на мировых биржах – во всяком случае, так они заявляют. А цифра эта относительно платины может испытывать значительные колебания, например: в зависимости от ситуации одна унция этого металла в различные периоды может стоить и несколько сот долларов, и полторы тысячи долларов.

Содержание драгоценных металлов в катализаторе определяют с помощью спектрометра. Он, кстати, умеет отличать металлы-заменители платины.

Для понимания: содержание чистой платины или других платиноидов составляет десятые и сотые доли процента от общей массы начинки катализатора.

Рекомендация Авто24

Принимая во внимание, сколько стоит новый катализатор, который придется покупать на замену вышедшего из строя, сдать старый на переработку будет максимально рациональным шагом. И даже если вы не хотите покупать новый «кат» и собираетесь заменить его обманкой, все равно стоит задуматься над утилизацией – как ни крути, цена стоит времени, потраченного на сдачу драгоценной вторсырья.

Читайте также: Как сделать электромобиль своими руками за несколько сотен долларов

Зачем в США и Британии воруют каталитические конвертеры с автомобилей

Цены на палладий выросли более чем на 50% за последние полгода из-за его дефицита. Благодаря этому металл, используемый в автомобильной промышленности для уменьшения вредных выбросов бензиновых двигателей, в январе впервые с 2002 г. стал стоить дороже золота. Это спровоцировало массовые случаи краж каталитических конвертеров в США и Великобритании, пишет The Wall Street Journal.

На рынке палладия уже давно наблюдается дефицит предложения, и многие эксперты прогнозируют, что он сохранится в ближайшие годы. Это связано с ростом спроса на металл из-за ужесточения экологических требований к автомобилям, особенно после ухудшения репутации дизельных машин после скандала с Volkswagen.

По прогнозам «Норникеля», крупнейшего в мире производителя палладия, дефицит металла на рынке сохранится до 2025 г., а в этом году он достигнет 1,4 млн унций.

В понедельник на Нью-Йоркской товарной бирже мартовский фьючерс на палладий стоил около $1367 за тройскую унцию (почти $44 за 1 г), за унцию золота давали $1309. Между тем с 2002 г. золото было дороже палладия, но в середине января они поменялись местами, а цена палладия даже превысила $1400. Физический дефицит палладия сохранится в краткосрочной и среднесрочной перспективе, даже если производители катализаторов начнут заменять палладий более дешевой платиной, поэтому его цена, «вероятно, продолжит бить рекорды… и может протестировать уровни выше $1500 за унцию», писали в конце января в отчете аналитики «Атона».

Украсть катализатор относительно легко – с этим можно справиться за несколько минут, а на YouTube есть обучающие видео, пишет WSJ. Воры довели этот процесс до совершенства, утверждает полиция Чикаго. По словам ее представителя Говарда Людвига, обычно этим посреди ночи занимается группа грабителей, которая подъезжает на автомобиле, отпиливает у стоящей на парковке машины катализатор с помощью поршневой пилы и тут же уезжает. «За одну ночь они работают в нескольких кварталах. Как минимум один ждет за рулем, а другой работает под автомобилем», – говорит Людвиг.

Выследить грабителей трудно, поскольку они сдают катализаторы на металлолом в тех штатах, где не нужно предъявлять документы. Обычно они получают за один катализатор от $150 до $200. «Продают они не автозапчасти, а именно металл», – утверждает лейтенант Чак Нейгл из Алабамы.

Точной статистики по кражам автомобильных катализаторов нет, отмечает WSJ. Однако полиция Лондона сообщила об учащении таких преступлений еще в сентябре прошлого года (с минимумов в начале 2016 г., когда палладий стоил менее $500 за унцию, он подорожал до $1100 в январе 2018 г., а после продлившейся до августа коррекции начался новый стремительный взлет цены). Причем в британской столице бывали случаи, когда грабители снимали катализаторы даже с гибридных автомобилей Toyota Prius, хотя, по данным компании European Metal Recycling, из катализаторов этих моделей можно извлечь лишь около 2 г палладия, а сами катализаторы можно продать примерно за $450.

Принцип работы и устройство автомобильного катализатора

Требования к экологической чистоте транспорта становятся все жестче, поэтому инженеры автопроизводителей работают над улучшением устройств, отвечающих за очистку выхлопных газов. Одним из них стал катализатор, устройство и принцип работы которого будет рассматриваться далее. Это ответ на все рассуждения по поводу того, что можно оптимизировать качество моторного масла, топлива, рассчитывать оптимальную смесь, при которой происходит лучшее сгорание, но для этих улучшений в какой-то момент приходит предел.

Устройство катализатора

Особенности конструкции

Принцип работы

Классификация

Срок службы катализатора

Удалить катализатор: можно или нет

Самостоятельная диагностика работы катализатора

Ужесточение требований к составу выхлопных газов, образующихся при полноценной работе двигателя внутреннего сгорания, приводит к необходимости использовать более прогрессивные решения для очистки. В состав современной выхлопной системы обязательно входят элементы системы дополнительной очистки: сажевый фильтр, нейтрализатор, система дожига топлива. Их задача состоит в минимизации вредных соединений, которые выбрасываются ТС в атмосферу во время движения.

Устройство катализатора

Катализатор представляет собой компонент, необходимый для нейтрализации вредных соединений, являющихся составными частями выхлопов. При сгорании топлива формируются углеводороды, окрашивающие выходящие газы в темный цвет, оксидов азота и углерода. Эти соединения и вызывают у экологов негативные реакции.

Работа нейтрализатора, изначально присутствующего в выхлопной системе, направлена на окислительно-восстановительные химические реакции, приводящие к образованию безвредных веществ: воды, углекислого газа и азота. Это треступенчатые нейтрализаторы, которые и используются в большинстве автомобилей последних моделей. Принцип работы автомобильного катализатора обеспечивает превращение опасных для экологии газов в безопасные соединения, выходящие в атмосферу.

Работа нейтрализатора не требует каких-то вспомогательных источников энергии, так как активное покрытие обеспечивает протекание любых реакций. Рабочая температура элемента достаточно высокая, поэтому он находится за выпускным коллектором, но не слишком близко к мотору, чтобы не перегреваться. Такое расположение обеспечивает выход на рабочий режим за счет разогрева раскаленными выхлопными газами.

Принцип работы катализатора обеспечивает его полноценное функционирование после полного прогревания. Контролировать его работу должны лямбда-зонды – датчики кислорода, установленные перед входом в катализатор и после выхода из него. Для электронного блока управления важной является информация по количеству остаточного кислорода в выхлопе, по которому делаются выводы о функционировании мотора. Если требуется коррекция, то ЭБУ передает сигнал на увеличение или уменьшение воздушной и топливной подачи в систему камер сгорания.

Особенности конструкции

Если принцип работы катализатора выхлопных газов понятен, то можно сказать несколько слов об его устройстве.

Нейтрализатор состоит из нескольких ключевых компонентов:

• Сразу за выпускным коллектором размещен цельный стальной корпус, внутри которого есть термоизолирующий слой, защищающий основной компонент.
• Нейтрализатор имеет наполнитель в виде сотовой структуры, покрытой внутри активным слоем. В зависимости от производителя устройства в качестве каталитического вещества может использоваться родий, платина, палладий, платиново-иридиевый сплав. Сотовая структура обеспечивает повышение площади контакта газов с активным вещество, поэтому химические реакции проходят более интенсивно.
• Наполнитель изготовлен из металла или керамики. Выбор материала зависит от конструкции и конечной стоимости оборудования.

Принцип работы

Принцип работы катализатора в автомобиле достаточно прост и базируется на определенной последовательности химических реакций:

• Внутренняя поверхность сот покрыта драгоценными металлами, которые отвечают за активацию процессов окисления.
• Оксид азота в результате реакции разлагается на атомы азота и кислорода. Азот объединяется в молекулы, образуя устойчивый азот. Кислород соединяется с угарным газом до образования углекислого газа.
• Катализатор захватывает из выхлопных газов остаточный кислород, расщепляет углеводороды, давая на выходе такие соединения, как углекислый газ и вода.
• Остаточный кислород на выходе из катализатора фиксируется лямбда-зондом, чтобы передать сведения о работе устройства штатному бортовому компьютеру.

Исправное устройство в оптимальных условиях не накапливает ничего внутри себя: все вещества, которые поступают в нейтрализатор, покидают его сотовую структуру. Но добиться этого практически невозможно, поэтому со временем происходит деградация каталитического нейтрализатора, что не дает ему полноценно справляться с задачей.

Классификация

Катализаторы можно разделить на категории по функциональности: на двух- и трехкомпонентные. Первый тип работает только с обезвреживанием угарного газа с углеводородами. Такие модели считаются устаревшими, поэтому не устанавливаются на автомобилях новых версий. Трехкомпонентные обеспечивают нейтрализацию оксида азота. Этот вид теперь устанавливается на всех современных автомобилях.

Если говорить о материале изготовления, то принято выделять керамические, металлические и спортивные: 

• Керамические считаются самыми дешевыми, но это и наиболее хрупкие катализаторы. При ударе по корпусу происходит разрушение сердцевины. Устройства страдают от перепадов температур, сбоев в системе зажигания авто. Катализатор может постепенно разрушаться, что приводит к образованию большого количества мелкой пыли, которая проникает сквозь выпускной коллектор в мотор, что приводит к поломкам. В результате всех этих неполадок может потребоваться капитальный ремонт.
• Металлические – это дорогие, но надежные устройства, изготовленные из металлической структуры в виде сот. Она отличается упругостью и устойчивостью к механическим и температурным воздействиям. Металл не способен образовывать мелкие частицы, поэтому для двигателя он не представляет опасности.
• Спортивные отличаются повышенной пропускной способностью, поэтому мотор становится мощнее на несколько процентов. Спортивные монтируются в прямоточные системы выхлопных газов. Их считают наиболее надежными, хоть они и самые дорогостоящие.

Срок службы катализатора

Для катализатора средний ресурс составляет 100 тысяч километров пробега, но в условиях правильной эксплуатации он способен исправно отработать до 200 тысяч. Ранний износ может произойти из-за низкого качества топлива (топливно-воздушной смеси) и проблем с мотором.

Если топливная смесь обедненная, то случается перегрев нейтрализатора, если слишком богатая, то это приводит к засорению пористого блока остатками несгоревшего топлива, из-за чего не протекают необходимые химические реакции. Это вызывает проблемы в работе катализатора с его ускоренным выходом из строя.

Механические повреждения тоже часто приводят к возникновению неисправностей. Удары и различные механические воздействия приводят к возникновению трещин. Это становится причиной стремительного разрушения блоков.

 

Если возникает любая неисправность, каталитический нейтрализатор начинает хуже работать, что можно понять по показаниям, поступающим в ЭБУ от лямбда-зонда, установленного на выходе из нейтрализатора. Сообщение о неисправности может высвечиваться на приборной панели в виде ошибки «Check Engine». Помимо этого, о выходе из строя свидетельствует ухудшение динамики, увеличение топливного расхода и дребезжание при движении.

В такой ситуации требуется его замена на новый. При этом можно установить новый оригинальный компонент либо воспользоваться универсальным. Восстановление или чистка не возможны, а так как новый компонент обычно стоит довольно дорого, многие автовладельцы предпочитают удалить его.

Удалить катализатор: можно или нет

Так как повлиять на принцип работы датчика катализатора невозможно, и он будет выдавать ошибку, если компонент вышел из строя, то многие автовладельцы предпочитают использовать альтернативные довольно радикальные подходы. Чаще всего просто удаляют катализатор, а на его место устанавливают пламегаситель, который выравнивает поток выхлопных газов. Его рекомендуется использовать для устранения неприятных шумов, сопровождающих движение транспорта, у которого отсутствует катализатор.

Если было решено удалить катализатор, то рекомендуется его полностью снять, а не прибегать к рекомендации автомобилистов просто пробить отверстие в нем. Такая процедура способна слегка улучшить ситуацию на некоторое время.

В машине, которая соответствует экологическому стандарту Евро-3, требуется не только удалить катализатор, но и выполнить перепрошивку ЭБУ. Обновление выполняется до версии, в которой каталитический нейтрализатор отсутствует.

Дополнительно можно установить эмулятор сигнала от кислородного датчика, чтобы не потребовалось перепрошивать ЭБУ полностью.

Самое лучшее решение при поломке каталитического нейтрализатора – это его замена на оригинальный компонент в рамках специализированного сервиса, где работают профессиональные мастера с достаточным опытом. Это обеспечивает исключение вмешательства в конструкцию автомобиля, поэтому сохранится соответствие его экологического класса стандарту, прописанному производителем.

Самостоятельная диагностика работы катализатора

Если машина стала ездить хуже, а на приборной панели загорелся «чек», то можно отправиться в сервисный центр, где после тщательной диагностики станет понятно, что произошло. Однако можно самостоятельно выполнить элементарную диагностику функционирования катализатора:

• Оценить оттенок выхлопа: если он черный, то это явный признак того, что нейтрализатор не работает, поэтому через него и проходят все вредные вещества и газу наружу.
• Оценить давление газов, выходящих наружу: если приложить ладонь к отверстию выхлопной трубы, то напор должен быть высоким. Если он низкий, то это свидетельствует о необходимости замены катализатора.
• После длительной поездки заглянуть под машину: если корпус катализатора раскален, то можно говорить о снижении его пропускной способности.
• В сервисе можно проверить давление выхлопа и сравнить его с показателями эталонных данных. Для определения давления манометр размещается там, где обычно установлен лямбда-зонд.
• Визуально можно оценить демонтированный нейтрализатор выхлопа на предмет оплавления, засорения или выгорания.

Заменить катализатор требуется после того, как точно установлено, что проблемы в работе автомобиля возникли из-за оплавленных или забитых сот. Но рекомендуется отыскать причину, по которой случилось засорение нейтрализатора, так как после установке нового элемента он тоже может пострадать от тех же неполадок. Поэтому в современных авто все системы связаны очень сильно, для чего используется большое количество датчиков.

Есть ли драгоценные металлы в каталитических нейтрализаторах?

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинские) острова Фарерские IslandsFijiFinlandFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГуамГватемалаГвинеяГвинея-БисауГайанаГаити Херд и Макдональд IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Киттс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская АравияСенегалСейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСловацкий iaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Minor Отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве

IPA — Международная ассоциация металлов платиновой группы

Автокатализатор представляет собой цилиндр или эллиптическое поперечное сечение, изготовленное из керамики или металла, сформированное в виде мелких сот и покрытое раствором химикатов и комбинацией платины, родия и / или палладия. Он установлен внутри канистры из нержавеющей стали (весь узел называется каталитическим нейтрализатором) и установлен в выхлопной трубе автомобиля, где он преобразует загрязняющие вещества, образующиеся при сгорании топлива, в безвредные газы.

В каталитической системе для бензиновых двигателей при прохождении выхлопных газов через устройство автокатализатор преобразует газообразные HC, CO и NO _x в воду, CO ₂ и азот. В каталитической системе для дизельных двигателей дополнительно используется фильтр для удаления мелких частиц (сажи), которые являются серьезной причиной заболеваний легких и сердечно-сосудистых заболеваний. Фильтр улавливает эти частицы и обычно покрыт МПГ, чтобы помочь сжечь их и регенерировать фильтр.

Дизельные двигатели работают при более низких температурах, чем бензиновые, и работают на более бедном газовом потоке, содержащем много кислорода.В этих условиях платина является более активным катализатором превращения CO и углеводородов в безвредные выбросы. Однако добавление палладия к платиновому катализатору может улучшить его термическую стабильность. Это преимущество при уменьшении выбросов твердых частиц дизельного топлива в выхлопных газах. Этот процесс включает улавливание твердых частиц или сажи в фильтре с последующим повышением температуры системы для окисления сажи до CO ₂ . При этих более высоких температурах палладий улучшает термическую стойкость катализатора, помогая ему работать оптимально в течение всего срока службы автомобиля.

Без PGM желаемые реакции конверсии в каталитическом нейтрализаторе не имели бы места, в результате чего автомобиль не соответствовал бы нормам по выбросам. Были опробованы и другие материалы, но они не отвечали долгосрочным требованиям к активности и долговечности современных систем контроля выбросов.

Активность МПГ ​​позволяет реакциям происходить в условиях низких температур, которые существуют при холодном запуске транспортного средства, когда выбросы наиболее высоки. Долговечность важна, поскольку каталитические нейтрализаторы должны работать в течение всего срока службы автомобиля.Это также означает, что при утилизации автомобиля драгоценный металл, содержащийся в каталитическом нейтрализаторе, доступен для вторичной переработки, создавая ценный дополнительный источник добычи для производства новых автокатализаторов.

Эволюция каталитических нейтрализаторов | Особенность

Вкратце

• Хотя проблема росла, потребовалось много лет, чтобы принять законы против загрязнения воздуха
• Современное законодательство ставит новые задачи при разработке катализаторов

Проблема смога

Еще в 1940-х и 1950-х годах качество воздуха во многих крупных городах мира ухудшилось до такой степени, что необходимо было найти решение.Основным источником этого загрязнения являются фотохимический смог и низкий уровень озона, вызванные загрязнителями, выбрасываемыми автотранспортными средствами.

Для решения этой проблемы в середине 1970-х годов, первоначально в Калифорнии, автомобили были оснащены каталитическими нейтрализаторами для удаления загрязняющих веществ и улучшения качества воздуха, несмотря на некоторое сопротивление со стороны автомобильной промышленности. Постепенно использование каталитических нейтрализаторов распространилось по всему миру.

В последнее время рост популярности дизельных транспортных средств и введение законодательства, охватывающего более широкий спектр типов транспортных средств, привели к новым проблемам, и, поскольку мы смотрим в будущее, ожидаются новые проблемы.

Историческое загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха — не новая проблема для человеческой цивилизации. Фактически, в елизаветинские времена ведьмы Шекспира, помимо поощрения убийств Макбета, также прокомментировали качество воздуха:

ярмарка — это фол, а фол — справедливый: парить в тумане и грязном воздухе.

Еще до этого, в 1306 году, Эдуард I ввел закон о загрязнении воздуха, запрещающий сжигание определенных видов угля для улучшения качества воздуха, что привело к тому, что одна бедняга, нарушившая это правило, была казнена без промедления.

Совсем недавно, после промышленной революции, было зарегистрировано множество случаев загрязнения воздуха, серьезно сказывающегося на мировом населении и здоровье человека. Особо следует отметить эпизод смога в 1952 году в результате сжигания угля, в результате которого погибло около 4000 лондонцев, что привело к принятию парламентом Закона о чистом воздухе в 1956 году, который эффективно сократил сжигание угля.

Современное загрязнение воздуха

Сегодня основными источниками загрязнения во всем мире по-прежнему являются электростанции, работающие на угле или природном газе.Наибольшую озабоченность вызывают продукты сгорания двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине и дизельном топливе.

Эти вредные загрязнители включают окись углерода, несгоревшие углеводороды и твердые частицы (ТЧ) от неполного сгорания топлива. Также присутствуют оксиды азота, образующиеся в цилиндре двигателя при высокой температуре и давлении, и некоторые оксиды серы из серы, содержащейся в топливе и смазочных материалах.

Некоторые из этих химикатов токсичны сами по себе, но в сочетании могут образовывать неприглядный, ядовитый и смертельный фотохимический смог, например, в результате реакции диоксида азота с кислородом и углеводородами.

Долгое ожидание постановления

Первое признание потенциальной потребности в катализаторе для удаления загрязняющих веществ из бензиновых автомобилей было представлено в 1909 году, когда французский химик Мишель Френкель выступил на 7-м Международном конгрессе по прикладной химии в Лондоне. Он предложил «дополнительное сгорание в выхлопной трубе с помощью катализатора». ¹ Эта идея примечательна тем, что прошло всего год после того, как Ford Model T был запущен в серийное производство.

Однако даже пророческому прозрению Френкеля предшествовал Закон о консолидации железнодорожных статей 1845 года, первые в мире правила, касающиеся выбросов от транспорта, в данном случае выбросов дыма от паровых двигателей в Англии.

Несмотря на эти ранние попытки привлечь внимание к влиянию транспортных выбросов на качество воздуха, мир ждал до 1975 года, когда США ввели правила, принудительно устанавливающие каталитические нейтрализаторы на бензиновые автомобили в попытке улучшить качество воздуха и ограничить образование фотохимических веществ. смог.

Ранние катализаторы

Первые устройства представляли собой относительно простые катализаторы окисления, состоящие из платины, нанесенной на мелкие частицы оксида алюминия, упакованные в металлический контейнер, приваренный к выхлопной трубе.Их роль заключалась в окислении несгоревших углеводородов и окиси углерода с помощью дополнительного воздуха, впрыскиваемого в выхлопные газы.

Высокоценная и дорогая платина была выбрана в качестве катализаторов после долгих экспериментов с более дешевыми альтернативами. Платина более устойчива в выхлопных газах и менее подвержена отравлению соединениями серы, образующимися из серы в топливе.

Отравление свинцом

Основной проблемой, с которой столкнулись в первые дни, было отравление катализатора свинцом, добавленным в топливо для обеспечения бесперебойной работы двигателя.Это была необходимость в катализаторах для транспортных средств, а также опасения по поводу воздействия свинца на здоровье человека, что привело к постепенному отказу от свинцовых добавок к топливу.

Позже катализаторы были нанесены на керамические сотовые монолитные конструкции ( рис. 1) . Сейчас они обычно изготавливаются из силиката магния и алюминия, называемого кордиеритом (2MgO.5SiO ₂ .2Al ₂ O ₃ ). Они сами по себе инертны в каталитическом процессе и представляют собой огромный технологический прорыв по сравнению с предложением Френкеля 1909 года о горном льне или картоне!

За счет очистки выбросов углеводородов из воздуха был немедленно удален один из ингредиентов фотохимического смога.Однако большинство автомобилей выбрасывают большие количества NO _x , и это само по себе токсично.

Окисление CO над Pt / Pd:

2CO (г) + O ₂ (г) → 2CO ₂ (г)

Окисление углеводородов над Pt / Pd, например:

C ₈ H ₁₈ (г) + 12½O ₂ (г) → 8CO ₂ (г) + 9H ₂ O (г)

NO снижения (CO) над Rh:

2NO (г) + 2CO (г) → N ₂ (г) + 2CO ₂ (г)

Работа с NO

_x

Следующим шагом была борьба с выбросами оксида азота (NO _x ).Последовательно были установлены два катализатора:

.

• Катализатор восстановления для удаления NO _x
• Катализатор окисления, как и раньше.

Двигатель был откалиброван для работы на богатой (избыток топлива, чтобы можно было уменьшить подачу для удаления NO _x ). Затем перед катализатором окисления был добавлен воздух — довольно громоздкий подход!

Будущие авансы

По-настоящему большой технологический прорыв произошел в 1980-х годах, когда было реализовано устройство, которое могло объединить все функции катализатора в одном катализаторе.Он был назван трехкомпонентным катализатором (TWC) и по сей день является основой контроля выбросов бензиновых автомобилей.

TWC включает платину или палладий для катализа реакций окисления и родий для восстановления NO _x , что стало возможным благодаря ряду крупных технологических достижений, которыми автомобильная промышленность смогла воспользоваться:

1. Замена карбюраторов системами электронного впрыска топлива, позволяющая поддерживать более точные смеси воздуха и топлива
2. Измерение уровня кислорода в выхлопе с помощью кислородных датчиков
Микропроцессор
3. для передачи информации от кислородного датчика (двигатель на обедненной / богатой смеси) в систему впрыска.

Эффективное сгорание

Эти достижения означали, что теперь стало возможным запускать бензиновый двигатель с точной стехиометрической смесью воздуха, используемого в качестве топлива для реакции сгорания.

Ранее двигатели работали либо на богатой (избыток топлива, т. Е. В восстановительных условиях), либо на обедненной смеси (избыток воздуха, т. Е. В окислительных условиях). Таким образом, двигатель постоянно пытается работать с идеальным соотношением воздуха, но поскольку регулирование соотношения воздух / топливо зависит от контура обратной связи, небольшие и быстрые колебания происходят по обе стороны от стехиометрического отношения.Таким образом, выхлоп циклически меняется от слегка богатого до слегка обедненного.

Для улучшения характеристик TWC в этих изменяющихся условиях также добавляется оксид церия. Оксид церия легко может переключаться между состояниями окисления, обеспечивая кислород в слегка богатых условиях и способствуя восстановлению, когда выхлоп слегка обеднен.

2CeO ₂ + CO → Ce ₂ O ₃ + CO ₂

Ce ₂ O ₃ + ½O ₂ → 2CeO ₂

Помимо постепенных технических достижений, направленных на соблюдение ужесточающихся правил, это был бы почти конец истории, и за последние два десятилетия было написано много о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. ³ Но в последние годы растет беспокойство по поводу экономии топлива и выбросов углекислого газа, а также растет популярность более эффективных транспортных средств с дизельным двигателем.

Дизель

Немец Рудольф Дизель изобрел дизельный двигатель в конце 19 века, но при жизни его изобретение не вызвало особого интереса. К сожалению, жизнь Дизеля закончилась, окутанная тайнами и теориями заговора, когда он пропал без вести во время плавания через Ла-Манш в Великобританию в 1913 году.Однако после значительных разработок в последующие десятилетия, направленных на то, чтобы преодолеть шумную и дымную репутацию дизельного двигателя, сегодня его двигатель используется в половине легковых автомобилей, продаваемых в Европе. Они обычно устанавливаются на корабли, поезда, автобусы, грузовики, сельскохозяйственную или строительную технику.

Новые вызовы

Состав выхлопных газов дизельных двигателей представляет собой совершенно новый набор проблем для химиков и инженеров по сравнению с обычными бензиновыми автомобилями.Поскольку сгорание происходит в избытке воздуха (обедненной смеси), все процессы контроля выбросов также должны работать в окислительных условиях.

Растущая популярность дизельных автомобилей также принесла с собой новое законодательство. Это касается тех же загрязняющих веществ, которые содержатся в выхлопных газах бензина, но теперь также включает PM, что является серьезной проблемой. Обычно он состоит из углеводородов и оксидов серы, адсорбированных на твердом углеродистом веществе.

Катализаторы для дизельного топлива

Как и в случае с бензиновыми автомобилями, катализатор снижения выбросов для дизельного топлива не новость.Самым простым устройством для установки на дизельный автомобиль является катализатор окисления дизельного топлива, который основан на нанесенном платиновом или палладиевом катализаторе. При этом избыточный воздух из двигателя используется для окисления окиси углерода и углеводородов до двуокиси углерода и воды. Первые такие устройства были установлены на вилочных погрузчиках в 1960-х годах, ² , но сейчас их можно встретить на большинстве дорожных транспортных средств с дизельным двигателем.

Удаление окиси углерода и углеводородов из выхлопных газов дизельного двигателя представляет ряд проблем, в основном преобразование этих загрязняющих веществ, часто при низкой температуре, характерной для выхлопных газов дизельных двигателей.Однако наибольшую озабоченность вызывают NO _x и PM как с точки зрения простоты удаления, так и с точки зрения их пагубного воздействия на здоровье человека. Все основные новые разработки были сделаны во внедрении устройств для удаления этих загрязнителей.

Селективное каталитическое восстановление

Для контроля NO _x были предложены два решения. Первый известен как селективное каталитическое восстановление (SCR), при котором восстановитель, обычно раствор мочевины, распыляется в выхлопные газы для создания условий, необходимых для восстановления NO _x .Мочевина испаряется и разлагается до аммиака, который затем реагирует с NO _x над катализатором SCR, обычно нанесенным оксидом ванадия (V ₂ O ₅ ), или железом или медью, нанесенными на цеолит, который нанесен на монолит (как для TWC). Эти реакции происходят при температуре выше 200 ° C.

В некоторых ситуациях, например, в странах с холодным климатом зимой, эту температуру получить трудно. Установив катализатор окисления перед SCR, можно преобразовать некоторое количество NO в NO ₂ .Если может быть достигнута стехиометрия 1: 1, реакция СКВ будет происходить при более низкой температуре, хотя в действительности возможно лишь небольшое температурное преимущество, поскольку разложение мочевины начинает становиться ограничивающим скорость ниже 200 ° C. Альтернативно, использование катализатора, который экструдирован из материала катализатора, а не нанесен на инертную структуру носителя, также может усилить реакцию. Эти каталитические материалы стали доступны для автомобильной промышленности только в последние несколько лет.

Разложение мочевины:

NH ₂ CONH ₂ → NH ₃ + HNCO

Гидролиз:

HNCO + H ₂ O → NH ₃ + CO ₂

НЕТ SCR:

4NH ₃ + 4NO + O ₂ → 4N ₂ + 6H ₂ O

НЕТ ₂ SCR:

8NH ₃ + 6NO ₂ → 7N ₂ + 12H ₂ O

Быстрая SCR:

2NH ₃ + NO + NO ₂ → 2N ₂ + 3H ₂ O

Одной из основных проблем с SCR является проблема введения правильного количества мочевины для реакции, чтобы аммиак не выходил через выхлопную трубу.Резкий запах аммиака в воздухе точно не приветствуется. В качестве страховки может быть установлен катализатор для преобразования любого прорыва аммиака. Также необходимо обеспечить согласие оператора транспортного средства, который теперь должен покупать раствор мочевины исключительно в экологических целях.

Lean NO

_x Ловушка

Вторая система контроля NO _x известна как ловушка обедненного NO _x , и это более сложный путь, чем SCR. Вероятно, это будет преобладать для небольших дизельных транспортных средств, таких как легковые автомобили, по крайней мере, в ближайшей перспективе, поскольку это более экономичное решение для этих транспортных средств, чем SCR.

В ловушке NO _x компонент-накопитель NO _x , обычно оксид щелочного или щелочноземельного металла, например оксид бария, добавляется к платиновому и родиевому катализатору. В нормальных условиях обедненного дизельного топлива в нем накапливается NO _x в виде нитрата, но каждые 60-120 секунд или около того нитрат регенерируется при запуске двигателя с большим количеством топлива в течение нескольких секунд, так что некоторое количество монооксида углерода и углеводорода может снизить содержание нитрата до безвредного. азот.

Бережливое производство (рис. 2а)

NO окисления:

2НО _(г) + O _{2 (г)} → 2НО ₂

Хранение NO ₂ в виде нитрата:

MO + 2NO ₂ + ½O ₂ → M (NO ₃ ) ₂

Регенерация (рис. 2b )

Снижение содержания нитратов в CO (или H ₂ ):

M (НЕТ ₃ ) ₂ + 3CO → MO + 2NO + 3CO ₂

NO сокращения (CO):

2NO _(г) + 2CO _(г) → 2CO _{2 (г)} + N _{2 (г)}

NO редукции (H ₂ ):

2NO _(г) + 2H _{2 (г)} ⇋ N _{2 (г)} + 2H ₂ O _(г)

Конструкция двигателя

Это требует сложной конструкции и эксплуатации двигателя, а также приводит к тому, что для очистки выхлопных газов используется топливо, а не движущая сила, поэтому некоторые преимущества использования дизельного двигателя теряются.Технология также основана на топливе с очень низким содержанием серы, поскольку сера может храниться в виде сульфата на материале для хранения. Поскольку он очень стабилен, ухудшаются характеристики катализатора, что требует периодической стадии высокотемпературной десульфатирования. Это удаляет серу после накопления определенного уровня, тем самым регенерируя катализатор.

Ловушка непрерывного действия

Одним из наиболее успешных устройств для контроля ТЧ является система фильтрации, известная как ловушка непрерывной регенерации (CRT®), которая теперь установлена ​​на 100 000 автомобилей.Он включает катализатор окисления дизельного топлива для удаления монооксида углерода и углеводородов, а также для окисления некоторой части NO до NO ₂ . Уже было показано, что это может быть полезно для катализатора SCR, и это также имеет место здесь. В этом устройстве NO ₂ реагирует с ТЧ, улавливаемыми вторым компонентом, сажевым фильтром (DPF), при температуре выше 200 ° C. Это называется пассивной регенерацией и представляет собой непрерывный процесс.

Обычно изготовленные из кордиерита, карбида кремния (SiC) или титаната алюминия (Al ₂ TiO ₅ ), эти устройства улавливают твердые частицы в их пористой структуре стенки, когда газ проталкивается через стенку от входного канала к выходному отверстию. канал ( рис 3 ).

Еще более высокая эффективность пассивной регенерации может быть достигнута путем добавления в фильтр платинового катализатора; это устройство CCRT® (Catalyzed CRT). В некоторых случаях использование пассивной регенерации невозможно.

Другой способ регенерировать DPF — периодически повышать температуру системы примерно до 500 ° C, чтобы кислород в выхлопных газах можно было использовать для окисления PM. Тепло обеспечивается за счет впрыска дополнительного топлива. Он окисляется на катализаторе, вызывая экзотермический эффект, который, в свою очередь, нагревает фильтр.В этом случае важно, чтобы управление регенерацией было тщательно настроено, так как опять же это дополнительное топливо частично сводит на нет преимущество дизельного двигателя. Если температура не контролируется должным образом и ее поднимают слишком высоко, это может привести к расплавлению, растрескиванию или разрушению фильтра, что дорого обходится владельцу.

Современные исследования

Для удаления NO _x и PM две системы объединяются, например, CRT с последующим катализатором SCR, и это является основой системы SCRT® ( fig4) .

Вместо последовательного размещения катализаторов можно также включить регулирующий катализатор NO _x на сам фильтр. Это является предметом последних современных исследований, в которых катализаторы SCR или LNT наносятся на фильтр, что позволяет удалять загрязняющие вещества NO _x и PM на одном каталитическом устройстве. Теперь можно спроектировать систему, которая сэкономит ценное пространство на транспортном средстве и, возможно, также будет стоить. Они известны как четырехкомпонентные катализаторы.

Недавно была предложена еще одна идея — нанести катализаторы один на другой. Например, наслоение системы ловушки / СКВ NO _x дает катализатор с более широкими функциональными возможностями, но это исследование все еще находится в зачаточном состоянии.

Ждем вперед

Сейчас, во втором десятилетии 21-го, ^-го, -го века, и спустя более ста лет после презентации Френкеля в Лондоне, многие проблемы остаются или их можно предвидеть. Производители автомобилей и двигателей сталкиваются с проблемой одновременного повышения эффективности и выбросов загрязняющих веществ, поэтому технологии двигателей будут продолжать развиваться быстрыми темпами.В конечном итоге это приведет к созданию двигателя, сочетающего в себе преимущества бензиновых и дизельных двигателей.

Двигатели станут меньше и будут работать на новых транспортных средствах, которые будут включать топливный элемент или батареи в качестве второго источника движущей силы.

Будущее принесет гораздо более широкий спектр видов топлива, таких как синтетическое топливо и биотопливо, полученное из сельскохозяйственных культур или альтернативное ископаемое топливо, то есть уголь или природный газ, а также водород, природный газ в качестве топлива и смешанные виды топлива. Уровни содержания серы будут продолжать снижаться в соответствии с требованиями законодательства, общественности и индустрии катализаторов.Также будет необходимо разработать катализаторы, которые могут работать при более низких температурах, что является постоянной проблемой, чтобы загрязняющие вещества могли удаляться даже при холодных выхлопных газах, например, сразу после запуска двигателя.

По мере того, как дорожные выбросы продолжают улучшаться, основное внимание будет уделяться другим источникам загрязняющих веществ, таким как корабли и, что самое серьезное, самолеты. Законодательство будет продолжать ужесточаться и включать новые правила, например, по закиси азота, которая является сильным парниковым газом, в 300 раз более эффективным, чем диоксид углерода, а также по количеству твердых частиц, выбрасываемых из выхлопных газов.Фактически, последнее теперь включено в последнее законодательство, которое вступит в силу в 2014 году (законодательство Euro 6). Агентство по охране окружающей среды США в настоящее время предлагает особые правила N ₂ O, также для внедрения с 2014 года.

Для решения этих проблем больше, чем когда-либо прежде, требуется, чтобы химики и инженеры продвигали уже существующие технологии контроля выбросов и изобрели новые способы решения проблемы загрязнения автомобильным транспортом.

Эндрю работает в исследовательской группе по контролю выбросов в Технологическом центре Джонсона Матти в Ридинге, а также является приглашенным научным сотрудником в Кембриджском университете.

Типы и применение каталитических нейтрализаторов

В этом выпуске сегмента автомобильной техники мы представляем вам актуальность, классификацию и функционирование каталитических нейтрализаторов. Прежде чем мы начнем объяснять, что такое каталитические нейтрализаторы, давайте обсудим, из чего состоят выбросы выхлопных газов автомобиля.Обычное топливо (бензин или дизельное топливо) состоит из углеводородов. Это означает, что атомы водорода и углерода, расположенные в различных пропорциях, образуют молекулы бензина или дизельного топлива. По сути, после обработки природных ресурсов конечный продукт, который мы получаем, — это углеводородные цепи. В зависимости от количества атомов углерода и длины цепи он классифицируется как бензиновый или дизельный.

Также прочтите: Как регулируемые фазы газораспределения и подъема повышают эффективность двигателя?

Зачем нужны каталитические преобразователи?

Во время фазы сгорания внутри цилиндра двигателя топливно-воздушная смесь почти никогда не сгорает полностью.Полное сгорание называется когда конечными продуктами сгорания являются углекислый газ и вода. Но при работе двигателя внутреннего сгорания в силу разных причин и факторов полное сгорание практически не происходит. Это означает, что в выхлопной системе двигателя присутствует множество нежелательных и токсичных газов. Эти газы не только вредны для загрязнения окружающей среды, но и вызывают серьезную опасность для здоровья при их вдыхании. Поскольку эти газы токсичны и ядовиты по своей природе, они разрешены в незначительных количествах в соответствии с нормами выбросов BS6, которые вступили в силу в 2019 году.

Также прочтите: Что такое компоненты выхлопных газов? Что такое продувка выхлопных газов и ее преимущества?

Тенденция во всем мире такая же. Практически каждый год нормы выбросов становятся строже, чем годом ранее, поскольку все больше и больше людей и правительств становятся экологически сознательными. Цель — полностью избавиться от двигателей внутреннего сгорания и полностью перейти на электромобили. Но очевидно, что эта цель слишком далека от реалий, в которых мы живем в настоящее время.Кроме того, перейти на электромобили за несколько лет невозможно. Это займет много времени, но пока что мы должны поддерживать поставленные цели, чтобы конечная цель была достигнута раньше, чем позже. Для этого требуется тонна технологий, чтобы контролировать выбросы и соблюдать столь незначительные нормы для вредных газов, таких как оксид углерода, оксиды азота и несгоревшее топливо (углеводороды).

Также прочтите: Как работает сгорание в двигателе? Для чего нужны свечи зажигания и топливные форсунки?

Назначение каталитических преобразователей

Вот где каталитические преобразователи вступают в игру.Каталитические нейтрализаторы вступают в реакцию с вредными выхлопными газами, в результате чего образуются безвредные газы, обычно присутствующие в атмосфере. Это включает преобразование монооксида углерода в диоксид углерода и оксидов азота в газообразный азот и кислород. Несгоревшее топливо (углеводороды) также восстанавливается до двуокиси углерода и воды и удаляется из двигателя в атмосферу. В конечном счете, все газы являются теми же газами, которые присутствуют в атмосфере. Это единственное предназначение каталитических нейтрализаторов в автомобилях.В зависимости от сложности существуют различные формы каталитических нейтрализаторов.

Также прочтите: Что такое переназначение, настройка и калибровка двигателя? Стоит ли переназначать свою машину?

Типы химических реакций в выхлопной системе

В основном, есть два типа химических реакций, которые происходят внутри выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания. Это восстановление и окисление. Как именно они возникают, выясним.

Реакции восстановления

Существуют металлы, которые действуют как катализаторы, вызывая мгновенное протекание химической реакции.Это платина и родий. Когда выхлопные газы проходят по поверхности каталитического нейтрализатора, оксиды азота восстанавливаются до отдельных атомов азота и кислорода. Это простая химическая реакция, которую вы должны изучить в школьные годы. Конечные продукты, кислород и азот, безвредны и выбрасываются в окружающую среду.

Читайте также: Типы муфт — Сухие, Мокрые, Однодисковые и Многодисковые — Плюсы и Минусы каждого!

Реакции окисления

Катализаторы, используемые внутри каталитического нейтрализатора для ускорения химической реакции, — это платина и палладий, и происходит простая реакция.Атомы азота и кислорода, выходящие из реакции восстановления, соединяются с монооксидом углерода и несгоревшими углеводородами с образованием диоксида углерода и паров воды в качестве конечных продуктов. Таким образом, все три основных аспекта выбросов выхлопных газов, а именно монооксид углерода, оксиды азота и несгоревшие углеводороды, обрабатываются в каталитическом нейтрализаторе, а загрязнение окружающей среды сводится к минимуму.

Двухкомпонентный каталитический нейтрализатор

Двухкомпонентный каталитический нейтрализатор — это катализатор, который может выполнять только две задачи из трех, упомянутых выше.Это углеводороды и окись углерода. Выбросы NOx в этом каталитическом нейтрализаторе не обрабатываются. Для этого существуют другие системы в дополнение к двухкомпонентному каталитическому нейтрализатору, который обрабатывает оксиды азота в выхлопной системе. Одним из примеров этого является селективный каталитический нейтрализатор.

Также читайте: Типы турбонагнетателей — VGT, Twin-Scroll, Twin-Turbo, Sequential Turbo и E-Turbo!

Селективный каталитический нейтрализатор (SCR)

Селективный каталитический нейтрализатор требует дополнительного резервуара для хранения, заполненного мочевиной.После двухкомпонентного каталитического нейтрализатора находится форсунка, управляемая ЭБУ (электрическим блоком управления) автомобиля. ЭБУ сигнализирует инжекторам о необходимости распыления определенного количества мочевины в выпускной коллектор в зависимости от данных, которые ЭБУ получает от датчиков двигателей. Соответственно, впрыскивается количество мочевины, необходимое для преобразования оксидов азота в отдельные атомы азота и кислорода. Поскольку эта система немного сложна и требует дополнительного хранения и заправки мочевины в автомобиле, она немного дорога и поэтому используется только в бюджетных автомобилях начального уровня.

Также прочтите: Что такое прямой впрыск бензина? Почему это актуально в современных автомобилях?

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

Трехкомпонентный катализатор используется в основном в транспортных средствах. Все три реакции восстановления и окисления происходят внутри единого каталитического нейтрализатора, и нет необходимости вводить другой химикат или компонент. Эффективность работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора обычно составляет около 90%, чего достаточно практически для любых условий.

Также прочтите: Все, что вам нужно знать о 4WD и AWD — Что такое дифференциал?

Вы, должно быть, слышали недавно новости о том, что многие автопроизводители в Индии полностью избавились от дизельных двигателей в своем парке. На международном уровне многие OEM-производители полностью прекратили производство дизельных двигателей. Это связано с тем, что для дизельного двигателя потребуется технология, о которой мы упоминали ранее, избирательное каталитическое восстановление, что делает автомобили очень дорогими. Вдобавок к этому, внедрение бензиновых двигателей с турбонаддувом сделало дизельные двигатели практически бесполезными.Можно легко получить почти такой же уровень крутящего момента на низких оборотах, что и в дизельных двигателях, и для бензиновых двигателей требуется гораздо меньше сложностей и менее дорогие трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы для контроля всех токсичных и вредных выхлопных газов. Однако будущее движется к еще более чистым формам энергии, таким как электрификация. Даже сегодня тонна автомобилей в той или иной форме электрифицирована, и полностью электрические автомобили постепенно выходят на основной автомобильный рынок по всему миру.

Изображение предоставлено Cars.com

Металлы платиновой группы в каталитических преобразователях

В этой статье мы рассмотрим:

• Какие металлы платиновой группы?
• Металлы платиновой группы как катализаторы.
• Металлы платиновой группы для контроля выбросов в автомобилях.
• Как МПГ сокращают выбросы углерода.
• Преимущество платины перед другими каталитическими материалами.
• Более чистые дороги, светлое будущее с МПГ.

Количество транспортных средств на наших дорогах увеличивается на , в то же время ужесточаются международные нормы по выбросам.Это представляет собой головоломку как для производителей, так и для потребителей, но один из ответов заключается в том, чтобы снизить количество загрязняющих веществ на на автомобиль на .

Это может показаться невозможным, но, к счастью, экзотические металлы платиновой группы (МПГ) могут сыграть ключевую роль. Здесь наш руководитель отдела роста Бен Смай объясняет, как это сделать.

Какие металлы платиновой группы?

Семейство металлов платиновой группы состоит из самых плотных известных металлов и включает шесть элементов переходных металлов, которые структурно и химически очень похожи.Это платина, палладий, родий, иридий, рутений и осмий. Обладая высокой прочностью и более длительным сроком службы, МПГ используются в различных приложениях с высокими требованиями .

Металлы платиновой группы как катализаторы

Одно из самых популярных применений PGM — это каталитические преобразователи , используемые для удаления оксидов азота, оксида углерода или выбросов углеводородов из несгоревшего топлива. Каталитические нейтрализаторы содержат металлы и химические вещества, в частности катализаторы, которые удаляют или нейтрализуют вредные загрязнители из выхлопных газов автомобилей.

Внутри конвертера газы проходят через плотную сотовую структуру , изготовленную из керамики и покрытую катализаторами. Сотовая структура означает, что газы сразу соприкасаются с большей площадью катализатора, поэтому они преобразуются быстрее и эффективнее.

Грязный выхлоп проходит через две камеры. Первая камера, катализатор восстановления, содержит платину и родий для удаления вредного оксида азота (NO). Остается только безвредный азот и кислород. Выхлопные потоки поступают во вторую камеру, катализатор окисления , , который содержит платину и палладий .Затем более чистый выхлоп выходит через выхлопную трубу автомобиля.

Металлы платиновой группы для контроля выбросов в автомобилях

МПГ являются хорошими катализаторами контроля выбросов в автомобилях , потому что они используются в для катализирования NO до азота и для окисления монооксида углерода (CO) и углеводородов (HC) .

Platinum — один из наиболее популярных катализаторов благодаря своим свойствам хорошего катализатора окисления. Палладий и родий также широко используются в преобразователях наряду с такими металлами, как церий, медь, железо, марганец и никель, и следует отметить, что не все из них являются драгоценными металлами.

В стандартном катализаторе содержится от 3 до 7 граммов металлов платиновой группы, но их количество зависит от производителя и модели.

Что касается степени их использования, то в стандартном катализаторе обычно содержится около от 3 до 7 граммов МПГ.Однако сумма варьируется в зависимости от размера устройства. Малые каталитические нейтрализаторы могут содержать только половину или меньше платины, обнаруженной в более крупных промышленных преобразователях. Агрегаты большего размера становятся все более востребованными для строительной и сельскохозяйственной техники на многих рынках.

Рост рынка МПГ составит , в основном за счет производства и потребления автомобилей , особенно в регионах Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона (APAC).

Как МПГ сокращают выбросы углерода

Популярность

Platinum объясняется не только его свойствами, но и той важной ролью, которую она может сыграть в , помогая сократить выбросы углерода в транспортных средствах .

По оценкам Международной ассоциации металлов платиновой группы (IPA), каталитические нейтрализаторы, установленные внутри выхлопной трубы автомобиля , могут преобразовывать более 90 процентов углеводородов, CO и NO из двигателя в менее вредный диоксид углерода (CO ₂ ) , азот и водяной пар .

Каталитический нейтрализатор или «кот» преобразует вредные выбросы из камеры сгорания двигателя в водяной пар и диоксид углерода. Окисление превращает оксид углерода в диоксид углерода и углеводороды в диоксид углерода и воду.Хотя эти газы по-прежнему вредны для атмосферы, они менее вредны, чем газы, производимые двигателем.

Для автомобилей с бензиновым двигателем , где существует баланс между восстановителями и окислителями в выхлопных газах, платина и палладий могут быть одинаково эффективными, и выбор между этими материалами обычно определяется стоимостью.

Родий обычно используется в дополнение к этим двум элементам как часть трехкомпонентного катализатора , который способен восстанавливать NO до азота, а также окислять CO и HC.

Преимущество платины перед другими каталитическими материалами

В то время как другие переходные элементы могут катализировать реакции окисления, платина имеет несколько преимуществ перед этими элементами .

Во-первых, его высокая температура плавления . Хотя это может показаться несущественным, поскольку платина никогда не приблизится к температуре плавления в каталитическом нейтрализаторе, это свойство указывает на общую термическую стойкость материала.

Температура плавления материала всегда имеет решающее значение при выборе, следует ли использовать его в высокотемпературных приложениях. Эта температура часто принимается равной половине точки плавления материала.

Это дает платине преимущество над другими каталитическими материалами, такими как серебро и золото . Это видно по температуре Таммана последнего материала. Температура Таммана материала составляет половину его точки плавления. Когда металл приближается к этой температуре, он больше не твердый, но еще не жидкий, и его частицы могут сливаться с другими материалами в процессе, называемом спеканием.

Каталитические преобразователи для автомобильной промышленности используют 33% мировой платины, а на ювелирные изделия — 29%. Остальные 8% составляют платиновые монеты, слитки и слитки, используемые в инвестиционных целях.

И серебро, и золото имеют температуру Таммана , что намного ниже средней температуры выхлопных газов. Например, это обычно будет от 600 до 700 градусов по Цельсию для бензинового автомобиля, движущегося по автомагистрали.

Однако, чтобы достоверно заявить об этом, важно, чтобы инженеры удостоверились, что у них есть как можно больше информации о тепловых свойствах МПГ.Исторически это оказалось сложной задачей, в результате чего многие производителей автомобилей и работали с конкретными поставщиками. С оцифровкой данных о материалах, поддерживаемой базами данных материалов, такими как Matmatch, ситуация меняется, и появляется возможность легко получить доступ к проверенным, заслуживающим доверия данным о материалах.

Кроме того, металлов, таких как серебро и медь, имеют тенденцию реагировать с ядовитыми серосодержащими молекулами с образованием соединений , таких как сульфаты или сульфиды металлов.Такие взаимодействия оставляют на меньше металла, доступного для проведения полезных каталитических реакций . При контакте платина не отравляется полностью или необратимо.

Кусочки сломанного каталитического нейтрализатора.

Наконец, еще одно преимущество платины состоит в том, что она может быть эффективно переработана .

Более чистые дороги, светлое будущее с МПГ

Экологические проблемы будут в значительной степени стимулировать спрос на МПГ . Как жизненно важный компонент автомобильных каталитических нейтрализаторов , они окажутся критически важными в , снижая выбросы углерода в транспортных средствах — особенно с учетом более строгих государственных правил в этом отношении.Поскольку нормы выбросов ужесточаются, это может быть время для платины , а также других МПГ, чтобы проявить себя по мере роста спроса.

Инженеры-конструкторы могут использовать бесплатную онлайн-базу данных Matmatch, чтобы изучить уникальные химические и физические свойства PGM и подобрать подходящие материалы и области применения. В нашей базе данных представлены все МПГ с высокой чистотой, высокими температурами плавления и отличной устойчивостью к коррозии — плюс, конечно же, их исключительные каталитические свойства.Регулярно добавляются новые поставщики и материалы.

Вам также может понравиться:

Каталитический нейтрализатор

: как он работает в выхлопных системах

Каталитический нейтрализатор должен прослужить долго, но со временем он может засориться. Современные автомобили будут предупреждать вас, когда что-то пойдет не так (дополнительную информацию см. В нашем сообщении о предупреждениях на приборной панели), поэтому у вас должно быть достаточно предупреждений, чтобы решить проблему.

Старые автомобили, оснащенные карбюратором, более подвержены проблемам со смесью газов и воздуха, из-за чего двигатель работает более интенсивно (горячее), чем должен.Много топлива покидает камеру сгорания, не загораясь, попадая в котел. Основной износ (например, уплотнения) также может привести к попаданию в каталитический нейтрализатор разного рода мусора. Засорение в конечном итоге приводит к большему нагреву, чем может выдержать металл внутри, поэтому он плавится.

К счастью, неисправности легко распознать — вот некоторые признаки неисправного каталитического нейтрализатора:

• Как уже упоминалось, современный автомобиль загорится сигнальной лампой двигателя, а современные диагностические инструменты обнаружат проблему.
• Газ содержит серу, которая является одной из частиц, которые кошка должна разрушить. Если он не работает должным образом, сера выйдет наружу. Так что, если вы чувствуете запах тухлых яиц, проверьте кошку.
• Двигатель требует полностью исправной выхлопной системы. Неисправный блок заблокирует систему и приведет к потере мощности.
• В некоторых штатах или расположенных в них районах (в основном в городах) требуются периодические испытания на выбросы. Точно так же от вас могут потребовать проверить выбросы автомобилей перед продажей.Автомобиль с неисправным каталитическим нейтрализатором, очевидно, не выдержит этих испытаний.
• Неисправный каталитический нейтрализатор, несомненно, повлияет на работу всего двигателя. Он не будет работать оптимально, что обычно приводит к увеличению расхода топлива.
• Наконец, если вы слышите дребезжащий звук под автомобилем, это также может указывать на проблему с кошкой. Это наиболее заметно, когда вы заводите машину, но вы также услышите дребезжание под полом во время движения. Труднее диагностировать, если автомобиль хорошо изолирован.

После диагностики проблемы у вас может возникнуть вопрос, что лучше: отремонтировать или полностью заменить. Если вы обнаружите проблему достаточно рано, каталитический нейтрализатор можно очистить с помощью присадки или вручную удалить и очистить его. Если слишком долго не проверять, кошка растает, и в этот момент потребуется замена. Цена замены не указана на камне, но ожидается, что она будет стоить от 1000 до 3000 долларов.

Что такое каталитический нейтрализатор и как он работает?

Что это?

Каталитические нейтрализаторы (или сокращенно «коты») — одна из важнейших частей выхлопной системы современных автомобилей.Каталитический нейтрализатор, обычно расположенный рядом с двигателем, устраняет загрязнения, выходящие из выхлопной трубы.

Проще говоря, это металлический ящик, который очищает выбросы, выходящие из задней части вашего автомобиля, но наука, лежащая в основе этого, намного сложнее, чем это.

Как это работает?

Каталитические нейтрализаторы содержат катализаторы — химические вещества, которые ускоряют процесс химических реакций, которые сами по себе не изменяются во время этого процесса.Катализаторы разрушают вредные выхлопные газы, выходящие из двигателя, разделяя атомы, составляющие эти молекулы.

Обычно внутри обычного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора находятся два разных катализатора: один устраняет оксид азота путем удаления кислорода с помощью процесса, называемого восстановлением, а другой превращает оксид углерода в диоксид углерода путем добавления кислорода, называемого окислением.

2

Существует также вторая реакция окисления, которая происходит внутри каталитического нейтрализатора, которая превращает несгоревшие углеводороды в диоксид углерода и воду.

Все это сводится к тому, что выхлопные газы автомобилей выходят из выхлопных газов автомобилей с меньшим количеством дыма и запаха, чем до введения каталитических нейтрализаторов австралийскими властями в 80-х годах для всех продаваемых здесь автомобилей.

Также стоит отметить, что каталитические нейтрализаторы — одна из причин, по которой сегодня мы должны использовать неэтилированное топливо в автомобилях, поскольку этилированное топливо, которое больше не продается в Оз, препятствует разрушению катализаторами загрязняющих веществ в выхлопных газах.

Почему это важно?

Возможно, если бы не использовались каталитические нейтрализаторы, города были бы намного более дымными, чем они есть, и смог бы нанести гораздо больший вред окружающей среде и людям.

Поскольку каталитические нейтрализаторы играют жизненно важную роль в сокращении краткосрочного загрязнения воздуха, они, безусловно, могут считаться полезными, хотя у них есть свои недоброжелатели.

No related posts.