Из чего состоит катализатор: Как устроен и из чего изготовлен катализатор машины, что ценного содержится автомобильных катализаторах в статье на сайте Лом АКБ

Состав катализатора | Блог Demi Motors Recycling

Сегодня на улицах можно увидеть невероятное количество машин, каждая из них имеет двигатель внутреннего сгорания и производит токсичные газы: оксид азота, монооксид углеводорода и несгораемые компоненты топлива. Поэтому такое устройство как катализатор, подключенный к двигателю перед выхлопной трубой, необходим в автомобиле. В основном состав катализатора – керамические или металлические соты, с иридиево-платиновым напылением. При работе двигателя соты нагреваются и токсичные газы, проходящие сквозь них, догорают. Когда соты забиваются, двигателю тяжело “дышать”, в результате этого падает мощность. 

Состав катализатора устроен таким образом, что этот элемент выпускной системы сокращает выбросы токсичных газов в атмосферу. Газы, которые производит двигатель, попадают в конвертер и выходят из него всего за одну десятую долю секунды. Здесь мы рассмотрим, из чего состоит катализатор. Под нержавеющей крышкой спрятаны два керамических блока, каждый из которых состоит из тысячи каналов. Если взглянуть на них в поперечном разрезе, они напоминают соты. С торцов блоки покрыты драгоценными металлами: платина и родий на первом блоке, платина и палладий на другом. Такие металлы очень дорогие, но они стоят этих денег. Ведь вместе они могут взаимодействовать с токсичными газами и производить вместо них безопасные для здоровья.
Все эти металлы не подвергаются коррозии. 

Хитрость этого устройства в том, чтобы максимально увеличить площадь контакта металлов с газами, для этого и нужны микроканалы. Реакция превращения происходит при достаточно высоких температурах – около 750 градусов за Цельсием. Токсичные газы сами способствуют разогреву покрытия, ведь выходят из двигателя при температуре около 500 градусов. Автомобилю нужно пройти немалый путь, прежде чем наберется нужная температура и произойдет преобразование. Но даже в этом случае, катализаторы сокращают выбросы, в 5 раз меньше их попадает в атмосферу.

Катализатор – деталь, которая может послужить даже отработанной. Ведь драгоценные металлы, находящиеся внутри, можно сдать в наш сервис. Даже небольшое количество платины, палладия и родия в пересчете может составить хорошую компенсацию. Определить содержание поможет спектральный анализ, в среднем показатели следующие: катализатор содержит от 0,05 до 4,95 г палладия, и от 0,1 до 1 г платины.
Каталитические нейтрализаторы бывают керамическими и металлическими. Это определяет состав их внутренних ячеек, изготовленных из керамики или металла. Вид катализатора зависит от марки автомобиля, на котором Вы передвигаетесь.
От пробега автомобиля будет зависеть состояние катализатора, ведь он выходит из строя со временем, поэтому покрытие может вылетать вместе с материалом устройства. Вам как продавцу совсем не выгодно, ведь каждый миллиграмм палладия, родия или платины имеет большую ценность. Поэтому ездить со сломанным катализатором не выгодно ни водителю, ни автомобилю.
На нашем сервисе можно сделать проверку автомобиля. Первые сигналы о поломке Вы можете наблюдать самостоятельно, ведь нейтрализатор – это устройство, которое имеет лямбда-зонд. Он следит за уровнем кислорода, и в случае несоответствия показателей, передает сигнал на бортовой компьютер. Если Вы привезли только отработанный катализатор, его проверят на наличие драгоценных металлов. Даже если таковых не окажется, утилизировать катализатор правильно – обязанность каждого водителя, ведь он накапливает в себе несгоревшие токсические вещества, которые отравляют окружающую среду.

Принесите катализатор нам! Получайте честную компенсацию за биржевой стоимостью. Свяжитесь с нами и оцените качественное обслуживание!

Что такое катализатор — Demi Motors

Что такое катализатор или как его называют автолюбители — автокат? Прежде всего это прибор, который расщепляет частицы вредных газов после их выхода из двигателя, но до того, как они попадают в воздух. Несмотря на то, что изобретение автомобиля сделало мир более удобным, авто также способствует загрязненности, нанося вред окружающей среде и снижая качество жизни людей. Современная технология изготовления автомобильных систем предлагает решение – катализатор.

Хотя это может показаться сложным процессом, все достаточно просто. Каталитический нейтрализатор – это металлический прибор, расположенный в нижней части автомобиля. Он состоит из входной и выходной трубы. Входная труба вытягивает горячие пары из двигателя, тогда как выходная труба выталкивает их наружу.

Когда газы от двигателя обдувают катализатор, он провоцирует серию химических реакций, предназначенных для преобразования газов, которые не наносят вред окружающей среде. Хотя каталитические нейтрализаторы не являются на 100% эффективными в сокращении выбросов, они являются важным шагом на пути к уменьшению загрязнения от автомобилей.

Внутри металлической оболочки – керамические блоки, состоящие из тысяч микро клеточных каналов, которые напоминают соты. Поверхности этих керамических блоков покрыты такими драгоценными металлами, как платина, палладий и родий. Находясь возле двигателя, они нагреваются и вызывают химическую реакцию, согласно которой токсичные газы расщепляются и превращаются в углекислый газ и водяной пар, прежде чем попасть в атмосферу.

Эта металлическая коробка, прикрепленная болтами к нижней части вашей машины. Из нее выходит две трубы. Одна из них – “вход” преобразователя, она подключена к двигателю и подает горячие, загрязненные пары из цилиндров двигателя, где топливо сгорает и производит мощность. Вторая труба – “выход” преобразователя, она соединена с выхлопной трубой. По мере испарения газов от паров двигателя на поверхности катализатора происходят химические реакции. Они расщепляют вредные газы и превращают их в другие газы, которые являются достаточно безопасными для воздуха.

Функции катализатора

Определив, что такое катализатор, поговорим о том, для чего он нужен в автомобиле. Основная функция каталитического нейтрализатора – уменьшение загрязнений, выделяемых с выхлопными газами автомобиля. Чтобы увидеть, как это происходит, заглянем внутрь катализатора. Каталитический преобразователь состоит преимущественно из глушителя, содержащего пористые, термостойкие материалы, покрытые платиной или палладием.

Газ окиси углерода и углеводороды, выделяемые из двигателя, двигаются вдоль выхлопной системы пока не достигнут своего катализатора. Реакция между окисью углерода и углеводородов с кислородом внутри конвертора превращает их в продукты диоксида углерода и водяной пар.

Такое превращение начинается только после достижения температуры в 300°С. Когда температура становится от 800 до 1000°С, наблюдается ускоренное старение катализатора. Длительная работа при температуре свыше 1000°С осуществляет пагубное влияние на прибор. Альтернативой керамике, выдерживающий высокие температуры, является металлическая матрица из гофрированной фольги. Катализаторами в такой конструкции выступают платина и палладий.

Фактически три различные химические реакции происходят одновременно. Поэтому мы говорим о трехходовых каталитических нейтрализаторах. Некоторые, менее эффективные преобразователи, проводят только две вторые реакции (окисление), поэтому их называют двусторонними каталитическими преобразователями. После того как катализатор сделал свою работу, из выхлопных газов в основном получается азот, кислород, углерод диоксид и вода (в виде пары).

Современные автомобили оснащены выхлопной системой с установленным каталитическим преобразователем внутри, что позволяет уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу и снизить уровень шума при отводе отработанных газов от двигателя. В результате работы катализатора, в первую очередь, осуществляется решение такого актуального на сегодняшний день вопроса экологии.

Если Вы столкнулись с ухудшением функционала катализатора, наш сервис – то, что Вам нужно! Мы предлагаем широкий спектр услуг по доступным ценам. Свяжитесь с нашей командой, мы сохраним Ваше авто и деньги!

Железный катализатор может удешевить важные химические реакции и сделать их более экологичными — ScienceDaily

Science News

от исследовательских организаций

Дата:

2 июня 2022 г.

Источник:

Окинавский институт науки и технологий (OIST) Высшее учебное заведение

Резюме:

Исследователи создали железный катализатор, который может способствовать важным химическим реакциям, вместо нынешнего катализатора, сделанного из драгоценных металлов.

Поделиться:

ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ

Катализатор является ключевым компонентом многих химических реакций. Он помогает молекуле превратиться в другую молекулу, не изменяясь при этом сам, что означает, что его можно использовать несколько раз. Однако многие катализаторы изготавливаются из драгоценных металлов, что делает их дорогими и потенциально вредными для окружающей среды. Теперь исследователи разработали катализатор из гораздо более распространенного металла — железа — для облегчения важной химической реакции — реакции метатезиса олефинов. Их работа была недавно опубликована в Природный Катализ .

реклама

«Реакция метатезиса олефинов является одной из наиболее широко применяемых каталитических реакций для образования двойных углерод-углеродных связей», — объяснил Сатоши Такебаяси, исследователь из Окинавского института науки и технологий, аспирант университета (OIST), который принимал участие в работе. «Углерод-углеродные двойные связи — важная связь, присутствующая во многих химических продуктах».

Олефины представляют собой класс соединений с двойными углерод-углеродными связями. Реакция метатезиса олефинов приводит к образованию новых углерод-углеродных двойных связей путем замены атомов углерода в олефинах. Катализатор облегчает этот обмен, разрывая исходные двойные связи и вызывая образование новых.

В настоящее время один из самых популярных катализаторов этой реакции производится из драгоценного металла рутения. Цель этого исследования заключалась в том, чтобы облегчить реакцию с использованием катализатора, изготовленного из гораздо более распространенного металла, железа, что сделало бы весь процесс более дешевым и экологически безопасным. Научное сообщество давно стремилось к этой цели, поскольку рутений и железо находятся в одной группе в периодической таблице и, следовательно, ожидается, что они будут иметь схожие свойства.

Для этого исследования исследователи разработали новый комплекс железа и продемонстрировали, что его можно использовать в качестве катализатора в реакции метатезиса олефинов. Они показали, что это работает, создав полимер — молекулу с длинной цепью, состоящую из более мелких химических единиц.

Несмотря на успех этого исследования, Такебаяши подчеркнул, что современные катализаторы на основе рутения по-прежнему гораздо более применимы, чем недавно созданные катализаторы на основе железа. Железо-катализатор неустойчиво и менее активно при воздействии воздуха и влаги. Эти ограничения необходимо устранить, прежде чем железный катализатор сможет заменить рутениевый.

«Это исследование может быть полезно другим исследователям в этой области», — заключил Такебаяси. «Я надеюсь, что катализаторы на основе железа можно будет развивать дальше, используя эти знания».

изменить мир к лучшему: спонсируемая возможность

Источник истории:

Материалы предоставлены Окинавский институт науки и технологий (OIST) Университет выпускников . Оригинал написан Люси Дики. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Ссылка на журнал :

1. Сатоши Такебаяши, Марк А. Айрон, Моран Феллер, Орест Ривада-Уилаган, Грегори Лейтус, Яэль Дискин-Познер, Линда Дж. В. Шимон, Лиат Аврам, Раанан Вольф Кармиели, , Илит Коэн-Офри, Раджашекхарайя А. Сангурамат, Рой Шенхар, Морис Эйзен, Дэвид Мильштейн. Катализируемая железом метатезисная полимеризация олефинов с раскрытием кольца и изучение механизмов . Природный Катализ , 2022; DOI: 10.1038/s41929-022-00793-4

Цитировать эту страницу :

• MLA
• АПА
• Чикаго

Окинавский институт науки и технологий (OIST) Высшее образование. «Железный катализатор может сделать важные химические реакции более дешевыми и экологически безопасными». ScienceDaily. ScienceDaily, 2 июня 2022 г. .

Окинавский институт науки и технологий (OIST) Университет. (2022, 2 июня). Железный катализатор может сделать важные химические реакции более дешевыми и экологически чистыми. ScienceDaily . Получено 26 декабря 2022 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220602114226.htm

Окинавский институт науки и технологий (OIST), аспирантура. «Железный катализатор может сделать важные химические реакции более дешевыми и экологически безопасными». ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220602114226.htm (по состоянию на 26 декабря 2022 г.).

реклама

Эволюция каталитических нейтрализаторов | Статья

От ранних проблем со смогом до современных опасений по поводу загрязнения воздуха катализаторы прокладывают путь к контролю выбросов двигателей внутреннего сгорания

Коротко

• Хотя проблема росла, потребовалось много лет, чтобы принять закон против загрязнения воздуха
• Современное законодательство ставит все более сложные задачи при проектировании катализаторов

Проблема смога

Уже 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 был фотохимический смог и низкий уровень озона, вызванные загрязняющими веществами, выбрасываемыми автомобилями.

Чтобы решить эту проблему, в середине 1970-х, первоначально в Калифорнии, автомобили были оснащены каталитическими нейтрализаторами для удаления загрязняющих веществ и, таким образом, улучшения качества воздуха, несмотря на некоторое сопротивление со стороны автомобильной промышленности. Постепенно внедрение каталитического нейтрализатора распространилось по всему миру.

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

Историческое загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха не является новой проблемой для человеческой цивилизации. На самом деле в елизаветинские времена ведьмы Шекспира, помимо поощрения убийства Макбета, также комментировали качество воздуха: 

справедливое — это грязное, а грязное — справедливое: Парите сквозь туман и грязный воздух.

Еще раньше, в 1306 году, Эдуард I издал закон о загрязнении воздуха, запрещающий сжигание некоторых видов угля для улучшения качества воздуха, что привело к тому, что один бедняга, нарушивший это правило, был без промедления казнен.

Совсем недавно, после промышленной революции, было зарегистрировано множество сообщений о загрязнении воздуха, которое значительно повлияло на население и здоровье людей во всем мире. Особо следует отметить эпизод смога 1952 года, возникший в результате сжигания угля, в результате которого погибло около 4000 лондонцев, что привело к принятию парламентом Закона о чистом воздухе в 1919 году.56, эффективно уменьшая сжигание угля.

Современное загрязнение воздуха

Основными сегодняшними источниками загрязнения во всем мире по-прежнему являются электростанции, работающие на угле или природном газе. Серьезную озабоченность в настоящее время вызывают продукты сгорания двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине и дизельном топливе.

Эти вредные загрязняющие вещества включают окись углерода, несгоревший углеводород 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 химических веществ сами по себе токсичны, но в сочетании могут образовывать неприглядный, ядовитый и смертельный фотохимический смог, например, в результате реакций диоксида азота с кислородом и углеводородами.

Долгое ожидание постановления

Первое признание потенциальной потребности в катализаторе для удаления загрязняющих веществ из автомобилей с бензиновым двигателем было сделано в 1909 году, когда французский химик Мишель Френкель выступил на 7-м Международном конгрессе по прикладной химии в Лондоне. Он предложил «дожигание в выхлопной камере с помощью катализатора». ¹ Эта идея была примечательна тем, что это произошло всего через год после того, как модель T Ford пошла в серийное производство.

Однако даже пророческому прозрению Френкеля предшествовал Закон о консолидации железнодорожных пунктов 1845 года, первый в мире регламент, касающийся транспортных выбросов, в данном случае выбросов дыма от паровых двигателей в Англии.

Источник: © JOHNSON MATTHEY

Проверка характеристик выбросов дизельного грузовика большой грузоподъемности на испытательном полигоне 9 в Милбруке0003

Несмотря на эти ранние попытки привлечь внимание к влиянию транспортных выбросов на качество воздуха, мир ждал до 1975 года, когда США ввели правила, обязывающие устанавливать каталитические нейтрализаторы на автомобили с бензиновым двигателем в попытке улучшить качество воздуха и ограничить образование фотохимический смог.

Ранние катализаторы

Первые устройства представляли собой относительно простые катализаторы окисления, состоящие из платины, нанесенной на мелкие частицы оксида алюминия, упакованные в металлический контейнер, вваренный в выхлоп. Их роль заключалась в окислении несгоревших углеводородов и угарного газа с помощью дополнительного воздуха, впрыскиваемого в выхлопные газы.

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

Отравление свинцом

Серьезной проблемой, возникшей в первые дни, было отравление катализатора свинцом, добавляемым в топливо для обеспечения плавной работы двигателя. Именно потребность в катализаторах на транспортных средствах, а также опасения по поводу воздействия свинца на здоровье человека привели к постепенному отказу от свинцовых присадок к топливу.

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

Источник: © JOHNSON MATTHEY

Рис. 1 Катализатор нанесен на стенки керамической сотовой монолитной конструкции. Показаны различные типы

Благодаря очистке выбросов углеводородов из воздуха был немедленно удален один из ингредиентов фотохимического смога. Однако большинство автомобилей выбрасывают большое количество NO _x , и это само по себе токсично.

Окисление CO на Pt/Pd: 

2CO(г) + O ₂ (г) → 2CO ₂ (г) 

Окисление углеводородов на Pt/Pd, например: 

17 H 90902 C 8 18 (г) + 12½O ₂ (г) → 8CO ₂ (г) + 9H ₂ O(g)

Восстановление NO (CO) над Rh:

2NO(g) + 2CO(g) → N ₂ (g) + 2CO ₂ (g)

Работа с NO

_x

Следующим шагом была работа с выбросами оксида азота (NO _x ). Два катализатора были установлены последовательно:

• Восстановительный катализатор для удаления NO _x
• Катализатор окисления, как и прежде.

Двигатель был откалиброван для работы на обогащенной смеси (избыток топлива, чтобы обеспечить возможность уменьшения подачи для NO 9удаление 0171 x ). Затем перед катализатором окисления добавлялся воздух — довольно громоздкий подход!

Будущие достижения

По-настоящему большой технологический прорыв произошел в 1980-х годах, когда было реализовано устройство, которое могло объединить все функции катализатора в один катализатор. 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 , и стало возможным благодаря ряду важных технологических достижений, которыми смогла воспользоваться автомобильная промышленность: 

1. замена карбюраторов электронными системами впрыска топлива, позволяющими поддерживать более точную смесь воздух/топливо
2. измерение уровня кислорода в выхлопных газах с помощью датчиков кислорода
3. микропроцессорное управление для передачи информации от кислородного датчика (двигатель работает на обедненной/богатой смеси) в систему впрыска.

Эффективное сгорание

Эти усовершенствования означали, что теперь можно использовать бензиновый двигатель с точно стехиометрической смесью воздуха и топлива для реакции сгорания.

Ранее двигатели работали либо на обогащенной смеси (избыток топлива, т.е. условия восстановления), либо на обедненной смеси (избыток воздуха, т.е. условия окисления). Таким образом, двигатель всегда пытается работать с идеальным соотношением, но поскольку управление соотношением воздуха и топлива зависит от контура обратной связи, небольшие и быстрые колебания происходят по обе стороны от стехиометрического соотношения. Таким образом, выхлопные газы меняются между слегка богатыми и слегка обедненными.

Для улучшения характеристик TWC в этих различных условиях также добавляется оксид церия. Оксид церия может легко переключаться между состояниями окисления, обеспечивая кислород в слегка обогащенных условиях и способствуя восстановлению, когда выхлопные газы немного обеднены.

2CEO ₂ + CO → CE ₂ O ₃ + CO ₂

CE ₂ O ₃ + ½O ₂ O ₃ + ½O ₂ O ₃ + ½O ₂ o ₃ + ½O ₂ o ₃ + ½ . лет, чтобы соответствовать постоянно ужесточающимся правилам, это было бы почти концом истории, и за последние два десятилетия много было написано о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. ³ Но в последние годы наблюдается рост опасений по поводу экономии топлива и выбросов углекислого газа, а также рост популярности более экономичных автомобилей с дизельным двигателем.

Дизель

Немец Рудольф Дизель изобрел дизельный двигатель в конце 19 века, но при жизни его изобретение не вызывало 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. обнаружен в половине легковых автомобилей, продаваемых в Европе. Они обычно устанавливаются на корабли, поезда, автобусы, грузовики и сельскохозяйственную или строительную технику.

Источник: © JOHNSON MATTHEY

Разработка последних поколений автомобильных катализаторов контроля выбросов в Европейском технологическом центре Johnson Matthey в Ройстоне химик и инженер, по сравнению с обычными автомобилями с бензиновым двигателем. Поскольку сгорание происходит при избытке воздуха (бедной смеси), все процессы контроля выбросов также должны работать в окислительных условиях.

Растущая популярность дизельных автомобилей также привела к принятию нового законодательства. Это относится к тем же загрязняющим веществам, которые содержатся в выхлопных газах бензина, но теперь также включает ТЧ, что вызывает серьезную озабоченность. Обычно он состоит из углеводородов и оксидов серы, адсорбированных твердым углеродистым веществом.

Катализаторы для дизельного топлива

Как и в случае с бензиновыми автомобилями, катализ для снижения выбросов дизельных двигателей не новинка. Самым простым устройством для установки на дизельном транспортном средстве является катализатор окисления дизельного топлива, который основан на нанесенном платиновом или палладиевом катализаторе. При этом избыток воздуха от двигателя используется для окисления окиси углерода и углеводородов до двуокиси углерода и воды. Первые такие устройства были установлены на вилочные погрузчики в 19 веке.60s, ² , но теперь их можно найти на большинстве дорожных транспортных средств с дизельным двигателем.

Удаление окиси углерода и углеводородов из выхлопных газов дизельных двигателей сопряжено с рядом проблем, в основном преобразование этих загрязняющих веществ часто происходит при низкой температуре выхлопных газов дизельных двигателей. Однако наибольшие опасения вызывают NO _x и PM, как с точки зрения простоты удаления, так и с точки зрения их вредного воздействия на здоровье человека. Именно в реализации устройств для удаления этих загрязнителей были сделаны все основные новые разработки.

Селективное каталитическое восстановление

Для контроля NO _x были предложены два решения. Первый известен как селективное каталитическое восстановление (SCR), при котором восстановитель, обычно раствор мочевины, впрыскивается в выхлопные газы, чтобы обеспечить условия, необходимые для восстановления NO _x . Мочевина испаряется и разлагается до аммиака, который затем реагирует с NO _x на катализаторе SCR, обычно нанесенном на оксид ванадия (V ₂ O ₅ ), или на железо или медь, нанесенные на цеолит, который нанесен на монолит (как и для ТВК). Эти реакции происходят при температурах выше примерно 200°C.

В некоторых ситуациях, например в холодных странах зимой, эту температуру трудно получить. Установив катализатор окисления перед SCR, можно преобразовать некоторое количество NO в NO ₂ . Если стехиометрия 1:1 может быть достигнута, реакция СКВ будет происходить при более низкой температуре, хотя в действительности возможно лишь небольшое температурное преимущество, поскольку скорость разложения мочевины начинает ограничиваться при температуре ниже 200°C. Альтернативно, использование катализатора, который выдавливается из каталитического материала, а не нанесен на инертную структуру носителя, также может ускорить 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 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + .

4NH ₃ + 4NO+ O ₂ → 4N ₂ + 6H ₂ O

NO ₂ SCR:

8NH _{3 72+ 60172 SCR:}

8NH _{3 72+ 60172+ 60172. 2 O} 

Быстрая SCR:

2NH ₃  + NO + NO ₂  → 2N ₂  + 3H ₂ O 

выхлопная труба. Резкий запах аммиака в воздухе точно не приветствуется. Катализатор может быть установлен для преобразования любого прорыва аммиака в качестве страховки. Также необходимо обеспечить соответствие требованиям оператора транспортного средства, который теперь должен приобретать раствор мочевины исключительно в экологических целях.

Ловушка NO

_x Lean

Вторая система управления NO _x известна как ловушка NO _x Lean, и это более сложный маршрут, чем SCR. Он, вероятно, будет преобладать для небольших дизельных транспортных средств, таких как легковые автомобили, по крайней мере, в ближайшем будущем, поскольку это более экономичное решение для этих транспортных средств, чем SCR.

В ловушке NO _x накопительный компонент NO _x , обычно оксид щелочного или щелочноземельного металла, например оксид бария, добавляется к платино-родиевому катализатору. В нормальных условиях обедненного дизельного топлива в нем сохраняется NO 9.0171 x в виде нитрата, но примерно каждые 60-120 секунд нитрат регенерируется за счет работы двигателя на большем количестве топлива в течение нескольких секунд, так что некоторое количество угарного газа и углеводорода может восстановить нитрат до безвредного азота.

Lean operation (fig 2a)

NO oxidation:

2NO _(g)  + O _2(g)  → 2NO ₂  

Storage of NO ₂  as nitrate :

МО + 2НО ₂  + ½O ₂ → M (№ ₃ ) ₂

Источник: © Джонсон Мэтти

Рис. Regeneration (fig 2b ) 

Nitrate reduction by CO (or by H ₂ ):

M(NO ₃ ) ₂  + 3CO →  MO + 2NO + 3CO ₂

NO редукция (CO):

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

NO. 2(g) ⇋ N _2(g)  + 2H ₂ O _(g)  

Конструкция двигателя

Это требует сложной конструкции и эксплуатации двигателя, а также приводит к использованию топлива для очистки выхлопных газов. а не движущая сила, поэтому некоторые преимущества использования дизельного двигателя теряются. Эта технология также основана на топливе с очень низким содержанием серы, поскольку сера может храниться в виде сульфата на материале для хранения. Так как он очень стабилен, производительность катализатора снижается, что требует периодической высокотемпературной десульфатации. Это удаляет серу после накопления определенного уровня, тем самым регенерируя катализатор.

Ловушка с непрерывной регенерацией

Одним из наиболее успешных устройств для контроля над твердыми частицами была система фильтрации, известная как ловушка с непрерывной регенерацией (CRT®), которая в настоящее время установлена ​​на 100 000 транспортных средств. Он включает дизельный катализатор окисления для удаления окиси углерода и углеводородов, а также для окисления некоторого количества NO до NO ₂ . Уже было показано, что это может быть полезно для катализатора СКВ, и здесь это также имеет место. В этом устройстве NO ₂ вступает в реакцию с ТЧ, попавшими на второй компонент, сажевый фильтр (DPF), при температуре выше 200°C. Это называется пассивной регенерацией и представляет собой непрерывный процесс.

Источник: © JOHNSON MATTHEY

Рис. 3 Работа дизельного сажевого фильтра улавливают ТЧ в своей пористой структуре стенки, когда газ проталкивается через стенку из входного канала в выходной 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 невозможно использовать пассивную регенерацию.

Другой способ регенерации сажевого фильтра – периодическое повышение температуры системы примерно до 500 °C, чтобы кислород в выхлопных газах можно было использовать для окисления твердых частиц. Тепло обеспечивается за счет впрыска дополнительного топлива. Он окисляется на катализаторе, создавая 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 поднимается слишком высоко, результатом может стать расплавление, растрескивание или разрушение фильтра, что может дорого обойтись владельцу.

Современные исследования

Для удаления NO _x и PM две системы объединяются, например, CRT с последующим катализатором SCR, и это основа системы SCRT® ( рис.4) .

Источник: © JOHNSON MATTHEY

Рис. 4 ЭЛТ с последующим катализатором SCR, основа системы SCRT® контрольный катализатор на самом фильтре. В центре внимания последних, современных исследований, когда катализаторы SCR или LNT наносятся на фильтр, позволяя NO _x и загрязняющие вещества ТЧ, подлежащие удалению на одном каталитическом устройстве. Теперь можно разработать систему, которая экономит ценное пространство на транспортном средстве и, возможно, также снижает затраты. Они известны как четырехкомпонентные катализаторы.

Еще одна недавно предложенная идея состоит в том, чтобы накладывать катализаторы один на другой. Например, наслоение системы ловушки/СКВ NO _x дает катализатор с более широкой функциональностью, но это исследование все еще находится в зачаточном состоянии.

С нетерпением жду

Теперь во втором десятилетии 21 ^-й -й век и более чем через сто лет после презентации Френкеля в Лондоне многие проблемы остаются или могут быть предвидены. Производители транспортных средств и двигателей сталкиваются с проблемой одновременного повышения эффективности и снижения выбросов загрязняющих веществ, поэтому технология двигателей будет продолжать развиваться с большой скоростью. Это в конечном итоге приведет к двигателю, который сможет сочетать в себе преимущества бензиновых и дизельных двигателей.

Двигатели станут меньше, они будут работать в новых конструкциях транспортных средств, которые включают топливные элементы 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 альтернативные ископаемые виды топлива, т. е. уголь или природный газ, а также водород, природный газ в качестве топлива и смешанные виды топлива. Уровень содержания серы будет продолжать снижаться в соответствии с требованиями законодательства, общественности и производителей катализаторов. Также будет необходимо разработать катализаторы, которые могут работать при более низкой температуре, что является постоянной проблемой, чтобы загрязняющие вещества могли удаляться даже при холодных выхлопных газах, например, сразу после запуска двигателя.

Поскольку выбросы от дорог продолжают снижаться, основное внимание будет уделяться другим источникам загрязняющих веществ, таким как корабли и, что крайне важно, самолетам. Законодательство будет продолжать ужесточаться и включать новые правила, например, в отношении закиси азота, которая является сильным парниковым газом, в 300 раз более эффективным, чем углекислый газ, а также количества твердых частиц, выбрасываемых из выхлопных газов. Фактически, последнее теперь включено в последнее законодательство, которое вступит в силу в 2014 году (законодательство Евро-6).