Как работает автомобильный катализатор: Катализатор (каталитический нейтрализатор отработавших газов). Устройство автомобильного катализатора

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Содержание

• Что такое катализатор?
• Из каких элементов состоит каталитический нейтрализатор?
  • Подложка
  • Покрытие
  • Драгоценные металлы
  • Корпус
  • Трубы
• Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?
  • Как работает автомобильный катализатор на стадии восстановления?
  • Что происходит на стадии окисления?
  • Двусторонний
  • Трехходовой окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор
• Типы катализаторов в дизельных двигателях
• Как обслуживаются катализаторы?
• Кто изобрел катализатор?
• Вопросы и ответы:

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются отработанные газы, которые не только являются одной из основных причин загрязнения воздуха, но и одной из причин многих заболеваний.

Эти газы, которые выходят из выхлопных систем транспортных средств, состоят из чрезвычайно вредных элементов, поэтому современные автомобили оснащаются особенной системой выхлопа, в которой обязательно присутствует катализатор.

Каталитический нейтрализатор разрушает вредные молекулы выхлопных газов и делает их максимально безопасными для людей и окружающей среды.

Что такое катализатор?

Каталитический нейтрализатор представляет собой тип устройства, основной задачей которого является снижение вредных выбросов от выхлопных газов автомобильных двигателей. Устройство катализатора простое. Это металлическая емкость, которая установлена в выхлопной системе автомобиля.

В емкости есть две трубы. «Вход» преобразователя соединен с двигателем, и через него поступают выхлопные газы, а «выход» соединяется с резонатором выхлопной системы автомобиля.

Когда выхлопные газы двигателя попадают в катализатор, в нем происходят химические реакции. Они разрушают вредные газы и превращают их в безопасные, которые можно выбрасывать в окружающую среду.

Из каких элементов состоит каталитический нейтрализатор?

Чтобы было немного понятнее, как работает автомобильный каталитический нейтрализатор, рассмотрим, каковы его основные элементы. Не вдаваясь в подробности, перечислим только основные элементы, из которых он построен.

Подложка

Подложка представляет собой внутреннюю структуру катализатора, на которую наносятся покрытие катализатора и драгоценные металлы. Существует несколько типов подложек. Их основное отличие — материал, из которого изготавливается. Чаще всего это инертное вещество, которое стабилизирует на его поверхности активные частицы.

Покрытие

Активный материал катализатора обычно состоит из диоксида алюминия и таких соединений, как церий, цирконий, никель, барий, лантан и другие. Цель покрытия — расширить физическую поверхность подложки и служить в качестве основы, на которую наносятся драгоценные металлы.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы, присутствующие в каталитическом нейтрализаторе, служат для проведения чрезвычайно важной каталитической реакции. Обычно используемые драгоценные металлы — это платина, палладий и родий, но в последние годы большое количество производителей начали использовать золото.

Корпус

Корпус представляет собой внешнюю оболочку устройства и содержит подложку и другие элементы катализатора. Материал, из которого обычно делают корпус — нержавеющая сталь.

Трубы

Трубы соединяют каталитический нейтрализатор автомобиля с выхлопной системой автомобиля и двигателем. Они сделаны из нержавеющей стали.

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Для работы двигателя внутреннего сгорания важно, чтобы в его цилиндрах происходил стабильный процесс сгорания воздушно-топливной смеси. Во время этого процесса образуются вредные газы, такие как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и другие.

Если в автомобиле нет каталитического нейтрализатора, все эти чрезвычайно вредные газы после выброса в выпускной коллектор из двигателя будут проходить через выхлопную систему и будут попадать непосредственно в воздух, которым мы дышим.

Если транспортное средство имеет каталитический нейтрализатор, выхлопные газы будут проходить от двигателя к глушителю через соты подложки и вступать в реакцию с драгоценными металлами. В результате химической реакции вредные вещества нейтрализуются, и из выхлопной системы в окружающую среду попадает лишь безвредный выхлоп, состоящий в большей степени из углекислого газа.

Из уроков химии мы знаем, что катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не влияя на нее. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами каталитической реакции.

Есть две стадии, через которые проходят вредные газы в катализаторе: восстановление и окисление. Как это работает?

Когда рабочая температура катализатора достигает от 500 до 1200 градусов по Фаренгейту или 250-300 градусов по Цельсию, происходят две вещи: восстановление, и сразу после этого реакция окисления. Это звучит немного сложно, но на самом деле это означает, что молекулы вещества одновременно теряют и получают электроны, из-за чего меняется их структура.

Восстановление (поглощение кислорода), которое происходит в катализаторе, направлено на превращение оксида азота в экологически чистый газ.

Как работает автомобильный катализатор на стадии восстановления?

Когда закись азота из выхлопных газов автомобиля попадает в катализатор, платина и родий в нем начинают воздействовать на разложение молекул оксида азота, превращая вредный газ в совершенно безвредный.

Что происходит на стадии окисления?

Вторая стадия, которая происходит в катализаторе, называется реакцией окисления, в которой не сгоревшие углеводороды превращаются в диоксид углерода и воду путем смешивания с кислородом (окисление).

Реакции, которые происходят в катализаторе, изменяют химический состав выхлопных газов, изменяя структуру атомом, из которых они состоят. Когда молекулы вредных газов переходят из двигателя в катализатор, он разделяет их на атомы. Атомы, в свою очередь, рекомбинируют в молекулы в относительно безвредные вещества, такие как диоксид углерода, азот и вода, и выбрасываются в окружающую среду через выхлопную систему.

Основными типами каталитических нейтрализаторов, используемых в бензиновых двигателях, являются два: двухсторонний и трехходовой.

Двусторонний

Двустенный (двухсторонний) катализатор одновременно выполняет две задачи: окисляет окись углерода до двуокиси углерода и окисляет углеводороды (не сгоревшее или частично сгоревшее топливо) до двуокиси углерода и воды.

Этот тип автомобильного катализатора использовался в дизельных и бензиновых двигателях для снижения вредных выбросов углеводородов и окиси углерода до 1981 года, но поскольку он не мог преобразовывать оксиды азота, после 81 года его заменили трехкомпонентными катализаторами.

Трехходовой окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор

Этот тип автомобильного катализатора, как выяснилось, был представлен в 1981 году, и сегодня его устанавливают на все современные автомобили. Трехходовой катализатор выполняет три задачи одновременно:

• восстанавливает оксид азота до азота и кислорода;
• окисляет окись углерода до двуокиси углерода;
• окисляет не сгоревшие углеводороды до углекислого газа и воды.

Поскольку этот тип каталитического нейтрализатора выполняет обе стадии катализа — восстановление и окисление, он выполняет свою задачу с эффективностью до 98%. Это означает, что если ваш автомобиль оснащен таким каталитическим нейтрализатором, он не будет загрязнять окружающую среду вредными выбросами.

Типы катализаторов в дизельных двигателях

Для дизельных автомобилей до недавнего времени одним из наиболее часто используемых каталитических нейтрализаторов был дизельный катализатор окисления (DOC). Этот катализатор использует кислород в потоке выхлопных газов для преобразования оксида углерода в диоксид углерода и углеводородов в воду и диоксид углерода. К сожалению, этот тип катализатора эффективен только на 90%, и ему удается устранить запах дизеля и уменьшить видимые частицы, но он не эффективен для снижения выбросов NO x.

Дизельные двигатели выделяют газы, которые содержат относительно высокий уровень твердых частиц (сажи), который состоит в основном из элементарного углерода, с которым катализаторы DOC не могут справиться, поэтому частицы должны быть удалены с помощью так называемых сажевых фильтров (DPF).

Как обслуживаются катализаторы?

Чтобы не было проблем с катализатором, важно знать, что:

• Средний срок службы катализатора составляет около 160000 км. Проехав это расстояние, вам нужно подумать о замене преобразователя.
• Если автомобиль оснащен каталитическим нейтрализатором, вы не должны использовать этилированное топливо, так как оно снижает эффективность катализатора. Единственное подходящее топливо в этом случае — неэтилированное.

Несомненно, преимущества этих устройств для окружающей среды и нашего здоровья огромны, но в дополнение к их преимуществам у них есть и свои недостатки.

Одним из их самых больших недостатков является то, что они работают только при высоких температурах. Другими словами, когда вы заводите автомобиль, каталитический нейтрализатор почти ничего не делает для уменьшения выхлопных газов.

Он начинает работать эффективно только после того, как выхлопные газы нагреваются до 250-300 градусов по Цельсию. Вот почему некоторые производители автомобилей предприняли шаги для решения этой проблемы путем перемещения катализатора ближе к двигателю, что, с одной стороны, улучшает производительность устройства, но сокращает его срок службы, поскольку его близость к двигателю подвергает его воздействию очень высоких температур.

В последние годы было решено разместить каталитический нейтрализатор под сиденьем пассажира на расстоянии, которое позволит ему работать более эффективно, не подвергаясь воздействию высоких температур двигателя.

Другими недостатками катализаторов являются частое засорение и обжиг пирога. Выгорание обычно происходит из-за не сгоревшего топлива, попадающего в выхлопную систему, которое воспламеняется в подаче катализатора. Засорение чаще всего происходит из-за плохого или неподходящего бензина, естественного износа, стиля вождения и т.д.

Это очень небольшие недостатки на фоне огромных преимуществ, которые мы получаем от использования автомобильных катализаторов. Благодаря этим устройствам ограничиваются вредные выбросы, производимые автомобилями.

Некоторые критики утверждают, что углекислый газ — тоже вредный выброс. Они считают, что катализатор в автомобиле не нужен, так как из-за таких выбросов усиливается парниковый эффект. На самом деле, если автомобиль не имеет каталитического нейтрализатора и выделяет угарный газ в воздух, этот оксид сам превратится в углекислый газ в атмосфере.

Кто изобрел катализатор?

Хотя катализаторы массово не появлялись до конца 1970-х годов, их история началась намного раньше.

Отцом катализатора считается французский инженер — химик Евгений Гудри, который в 1954 году запатентовал свое изобретение под названием «Каталитический нейтрализатор выхлопных газов».

До этого изобретения Гудри изобрел каталитический крекинг, в котором крупные сложные органические химические вещества разделяются на безвредные продукты. Затем он экспериментировал с различными видами топлива, его целью было сделать его более чистым.

Фактическое применение катализаторов в автомобили имело место в середине 1970-х годов, когда были введены более строгие правила контроля выбросов, требующие удаления свинца из выхлопа из-за некачественного бензина.

Вопросы и ответы:

Как проверить наличие катализатора на авто? Для этого достаточно заглянуть под автомобиль. Помимо основного глушителя и малого глушителя (резонатора, который стоит в передней части выхлопной системы), катализатор – еще одна колба.

Где в машине стоит катализатор? Так как катализатор должен работать в условиях с высокой температурой, то он стоит максимально близко к выпускному коллектору. Он находится перед резонатором.

Что такое катализатор в авто? Это каталитический нейтрализатор – дополнительная колба в выхлопной системе. Она заполнена керамическим материалом, соты которого покрыты драгоценным металлом.

Главная » Статьи » Советы автомобилистам » Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

2022-05-26

Как работает автомобильный катализатор ? ⋆ Katalizatoroff.ru

В составе автомобильных газов содержится большое количество вредных веществ. Для того, что они в минимальном количестве попадали в атмосферу, было разработано особое устройство — каталитический нейтрализатор (КН), чаще всего автомобилисты зовут его просто катализатор. Эта деталь устанавливается на автомобиль, являясь частью выхлопной системы. Зная, как работает автомобильный катализатор, можно понять важность данной детали и для автомобиля и для окружающей среды в целом.

Стоит автомобильный катализатор недешево, но приятным бонусом для всех автомобилистов, решившихся на установку данной автомобильной детали, станет тот факт, что можно продать авто катализаторы после того, как они придут в негодность. Сдать старый катализатор можно в специальную организацию, которая занимается скупкой б у катализаторов. Такого рода компаний в настоящее время довольно много.

Устройство катализатора

Каталитический нейтрализатор входит в состав выхлопной системы автомобиля. Его обычно устанавливают перед выхлопной трубой и за выпускным коллектором двигателя. Важно отметить, что катализатор может быть установлен не только на те автомобили, которые работают на бензиновом топливе, но также и на те, для работы которых используется дизельное топливо. 

Катализатор состоит из основных частей:

— корпус, который делают из прочного металла, имеет входной и выходной патрубки;

— монолит. Обычно делают из керамики или металла. Обладает пористой структурой и имеет большое количество ячеек, основная задача который заключается в том, чтобы существенно увеличить общую площадь контакта вредных газов с поверхностью КН;

— особый каталитический слой, представляющий собой напыление, наносимое на ячейки монолита. Этот слой состоит из ценных металлов платиновой группы, а именно: платины, родия, палладия. В современных моделях нейтрализатора используется также и золото. Именно благодаря содержанию ценных металлов в катализаторе есть возможность продать катализатор автомобильный бу.

— кожух из металла, который необходим для теплоизоляции, а также защищает деталь от всякого рода повреждений.

Основная функция автомобильного катализатора заключается в том, чтобы нейтрализовать основные вредные вещества в выхлопе. Чаще всего, действие катализатора направлено на то, чтобы сократить содержание трех основных компонентов: окислов азота, угарного газа, углеводородов. Все эти вещества крайне токсичны и опасны для человека.

Принцип работы

Поскольку катализаторов нейтрализует обычно три группы токсичных компонентов, то его часто называют трехкомпонентным. Принцип действия каталитического нейтрализатора не такой уж сложный. 

Выхлопные газы, которые выходят из двигателя, отправляются внутрь каталитического монолита. Здесь они проникают в имеющиеся ячейки и заполняют их. Каталитический слой, который состоит из ценных металлов (палладий и платина) вступает в реакцию окисления, в результате чего вредные углеводороды распадаются и превращаются в водяной пар, а угарный газ преобразуется в углекислый.

Родий, который выступает в каталитическом слое в качестве восстановительного элемента, превращает оксид азота в обычный азот, который абсолютно безвреден. Таким образом, в атмосферу попадают уже очищенные выхлопные газы. В качестве фильтра на те катализаторы, которые устанавливаются на дизельные автомобили, используют сажевый. Иногда эти две детали могут объединить в одну конструкцию.

В работе автомобильного нейтрализатора важная роль принадлежит температуре. Химические реакции, происходящие в данной детали, начинаются только тогда, когда рабочая температура достигает 300 градусов.

После того, как катализатор придет в негодность, его необходимо вовремя поменять. В настоящее время можно найти целый ряд организаций, которые занимаются скупкой отработанных катализаторов. Именно им стоит доверить процесс утилизации старого катализатора, который должен производиться по особым правилам, чтобы не навредить здоровью человека и состоянию окружающей среды. Катализатор, ремонт которого обычно невозможен, необходимо отправить на переработку.

Как работают каталитические нейтрализаторы?

Как работают каталитические нейтрализаторы? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Транспорт >
Катализаторы

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 18 февраля 2022 г.

Почерневшие здания и удушье
улицы — если это ваш опыт
когда вы открываете входную дверь утром, вы, вероятно, живете в большом
таких городов, как Лос-Анджелес, Лондон, Париж или Пекин. Автомобили, автобусы и
грузовики стали отличным подарком миру, потому что они помогают нам передвигаться
себя (и вещи, которые нам нужны) быстро и эффективно. Но их
загрязнение двигателя портит места, где мы живем и
вредит нашему здоровью. К счастью, сейчас большинство автомобилей оснащены
устройства для снижения загрязнения, называемые каталитическими
преобразователи (иногда называемые «кошками» или «кошками-минусами»), которые превращают
вредные химические вещества в выхлопных газах автомобилей превращаются в безвредные газы, такие как
готовить на пару. Давайте подробнее рассмотрим эти блестящие гаджеты и то, как они
Работа!

Рисунок: Базовая концепция каталитического нейтрализатора: он находится между двигателем автомобиля и выхлопной трубой, всасывает грязный воздух и удаляет из него значительное количество загрязнений с помощью химических катализаторов.

Содержание

1. Почему двигатели загрязняют окружающую среду
2. Что такое каталитический нейтрализатор?
3. Что происходит внутри преобразователя?
4. Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?
5. Как работает каталитический нейтрализатор
6. Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?
7. Кто изобрел каталитический нейтрализатор?
8. Узнать больше

Почему двигатели загрязняют окружающую среду

Автомобильные двигатели работают на бензине или дизельном топливе,
которые сделаны из нефти. Большая часть нашей нефти образуется, когда
останки крошечных морских существ гниют, нагреваются и сдавливаются
слои пород морского дна. Нефть состоит из углеводородов
(молекулы, построенные из атомов углерода и водорода)
потому что живые организмы в основном тоже состоят из этих атомов.

Теоретически, если вы сжигаете любое углеводородное топливо с кислородом воздуха, вы выделяете много
энергии и не производят ничего, кроме углекислого газа и воды, которые чисты и относительно безвредны. Однако на практике бензин представляет собой смесь
около 150 различных химикатов, не только углеводородов, но и добавок, и горит не так чисто, как хотелось бы.
Это означает, что вы обычно получаете
загрязнение воздуха как
побочный продукт. Загрязняющие газы, выделяемые двигателями автомобилей, включают
ядовитый газ, называемый окисью углерода, а также ЛОС (летучие органические
соединения) и оксиды азота, вызывающие смог (вид удушающего, облачного загрязнения транспортных средств, которое мы все знаем и ненавидим).

Фото: Колонны Парфенона в Афинах, Греция, почернели из-за загрязнения автомобилями. Афины — один из самых загрязненных дорожным движением городов мира. Фото Майкла М. Редди предоставлено
Геологическая служба США.

Рекламные ссылки

Что такое каталитический нейтрализатор?

Загрязняющие газы состоят из вредных молекул, но эти молекулы
состоят из относительно безвредных атомов. Итак, если бы мы могли найти способ
расщепление молекул после того, как они покидают двигатель автомобиля и до
их выбрасывают в воздух, мы могли бы решить проблему
загрязнение — или часть его, во всяком случае. Это работа, которую выполняет каталитический нейтрализатор.

Эти гаджеты намного проще, чем кажутся. Катализатор
это просто химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию без самого себя
меняется в процессе. Это немного похоже на тренера по легкой атлетике, который стоит
рядом с дорожкой и кричит бегунам, чтобы они шли быстрее.
тренер никуда не бежит; он просто стоит там, машет руками,
и заставляет бегунов ускоряться. В каталитическом нейтрализаторе
работа катализатора заключается в ускорении удаления загрязнения.
Катализатор изготовлен из платины или аналогичного платиноподобного металла.
таких как палладий или родий.

Катализатор представляет собой большую металлическую коробку, привинченную к днищу автомобиля, из которой выходят две трубы. Один из них («вход» преобразователя) подключен к двигателю и вводит горячие загрязненные пары из цилиндров двигателя (где горит топливо и вырабатывается мощность). Вторая труба («выход» преобразователя) соединена с выхлопной трубой (выхлопной). Когда газы от выхлопных газов двигателя обдувают катализатор, на его поверхности происходят химические реакции, в результате которых загрязняющие газы распадаются на части и превращаются в другие газы, достаточно безопасные для безвредного выброса в воздух.

Фото: Экспериментальный новый каталитический нейтрализатор
предназначен для уменьшения загрязняющего воздействия несгоревшего топлива, оксидов азота и твердых частиц.
Изображение предоставлено Окриджской национальной лабораторией.
опубликовано на Flickr
по лицензии Creative Commons (CC BY 2.0).

Очень важно отметить, что каталитические нейтрализаторы требуют от вас
использовать неэтилированный бензин, так как свинец в обычном топливе
«отравляет» катализатор и препятствует тому, чтобы он поглощал загрязняющие вещества с выхлопными газами.
газы.

Что происходит внутри преобразователя?

Фото: Инженеры постоянно пытаются улучшить производительность
каталитических нейтрализаторов, например, путем разработки катализаторов, которые работают более эффективно при
более низкие температуры. Это пример катализатора низкотемпературного окисления, изготовленного из оксида олова и платины. Фотография CPL Bryant V предоставлена ​​Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Внутри преобразователя газы проходят через плотные соты
конструкция из керамики с покрытием
с катализаторами. Сотовая структура означает, что газы касаются
большая площадь катализатора сразу, поэтому они преобразуются быстрее и
эффективно.

Как правило, в одном
каталитический нейтрализатор:

• Один из них борется с загрязнением оксидами азота, используя
  химический процесс, называемый восстановлением
  (удаление кислорода). Это расщепляет оксиды азота на азот и
  кислородные газы (которые безвредны, потому что они уже существуют в воздухе
  вокруг нас).
• Другой катализатор работает в противоположном химическом процессе, называемом окислением (добавление
  кислород) и превращает монооксид углерода в диоксид углерода. Другая реакция окисления превращает несгоревшие углеводороды в выхлопных газах в углекислый газ и воду.

По сути, одновременно происходят три разные химические реакции. Вот почему мы говорим о трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах. (Некоторые, менее эффективные преобразователи выполняют
только две вторые реакции (окисления), поэтому они называются двухкомпонентными каталитическими нейтрализаторами.)
После того, как катализатор сделал свое дело, из выхлопной трубы выходит
в основном азот, кислород, углекислый газ и вода (в виде
готовить на пару).

Насколько эффективны каталитические нейтрализаторы?

Cats существенно сокращают выбросы, а трехкомпонентные преобразователи дают значительные дополнительные преимущества по сравнению с двухкомпонентными преобразователями:

Таблица: Эффективность каталитических нейтрализаторов. Цифры показывают загрязняющие вещества в граммах на километр на 80 000 километров. Диаграмма, составленная «Объясните, что Stuff.com» с использованием данных для легковых автомобилей, работающих на бензине, из Агентства по охране окружающей среды США (1990 г. ), приведенных в таблице 3.2 (стр. 75) «Загрязнение воздуха от автомобилей: стандарты и технологии для контроля выбросов», Faiz et al, World Bank, 1996.

Каталитические нейтрализаторы в основном предназначены для снижения непосредственного локального загрязнения воздуха — грязного воздуха в местах, где вы едете, — и эта диаграмма определенно свидетельствует о том, что они эффективны. Тем не менее, люди иногда задаются вопросом, действительно ли они такие зеленые, как кажутся. Важно помнить, что они сократить выбросы , а не полностью их устранить.

Одна проблема заключается в том, что они действительно работают только при высоких температурах (более 300°C/600°F или около того), когда двигатель успел прогреться. Ранним типам каталитических нейтрализаторов обычно требовалось около 10–15 минут для прогрева, поэтому они были совершенно неэффективны в течение первых нескольких километров / миль пути (или любой части очень короткого путешествия).
Современные преобразователи прогреваются всего за 2–3 минуты; даже в этом случае в это время все еще могут происходить значительные выбросы.

Таблица: Каталитические нейтрализаторы становятся эффективными только при высоких рабочих температурах. На этой диаграмме показана эффективность типичного устройства при преобразовании монооксида углерода в диапазоне различных температур. Оксиды азота конвертируются с несколько большей эффективностью, а углеводороды — с несколько меньшей эффективностью. При высоких температурах монооксид углерода преобразуется с наименьшей эффективностью из трех.

Другой вопрос, увеличивают ли они выбросы парниковых газов. Мы думаем об углекислом газе как о безопасном газе, потому что он не токсичен в повседневных концентрациях. Тем не менее, это не совсем безвредно, потому что теперь мы знаем, что это основная причина глобального потепления и изменения климата. Некоторые люди считают, что каталитические нейтрализаторы усугубляют изменение климата, потому что они превращают монооксид углерода в диоксид углерода. На самом деле, угарный газ, производимый вашим автомобилем, в конечном итоге сам по себе превращается в углекислый газ в атмосфере, поэтому каталитический нейтрализатор не имеет значения в этом отношении: он просто уменьшает количество угарного газа, выбрасываемого автомобилем на улицу во время движения. улучшение качества местного воздуха.

Но когда дело доходит до изменения климата, автоинженеры и экологи уже давно отмечают еще одну серьезную проблему. Хотя кошки превращают большую часть оксидов азота в азот и кислород, в процессе они также производят небольшое количество закиси азота (N2O) — парникового газа, который более чем в 300 раз сильнее углекислого газа. Проблема в том, что при таком количестве автомобилей на дорогах даже небольшое количество закиси азота создает серьезную проблему. Еще в 2000 г.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата отметила: «Внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве меры по борьбе с загрязнением в большинстве промышленно развитых стран приводит к значительному увеличению
Выбросы N2O от автомобилей с бензиновым двигателем».
К счастью, новые каталитические нейтрализаторы производят гораздо меньше закиси азота, чем старые.
Тем не менее, несмотря на то, что каталитические нейтрализаторы, безусловно, помогли нам справиться с краткосрочным загрязнением воздуха,
опасения, что, когда дело доходит до долгосрочного изменения климата, они могут усугубить ситуацию.

Как работает каталитический нейтрализатор

До изобретения каталитических нейтрализаторов выхлопные газы автомобильного двигателя выбрасывались прямо в выхлопную трубу.
выхлопную трубу и в атмосферу. Каталитический нейтрализатор находится между двигателем и выхлопной трубой, но он
не работает как простой фильтр: он изменяет химический состав выхлопных газов, перестраивая
атомы, из которых они сделаны:

1. Молекулы загрязняющих газов перекачиваются из двигателя мимо сотового катализатора, сделанного
   из платины, палладия или родия.
2. Катализатор расщепляет молекулы на атомы.
3. Затем атомы рекомбинируются в молекулы относительно безвредных веществ, таких как углекислый газ, азот и вода,
   которые безопасно выдуваются через выхлоп.

Работают ли каталитические нейтрализаторы для дизельных двигателей?

Лишь небольшая часть выбросов дизельного двигателя (около одного процента) представляет собой загрязнение. Этот один процент состоит в основном из оксидов азота (около 50 процентов) и твердых частиц с относительно небольшими количествами окиси углерода, углеводородов и двуокиси серы.

Таблица: Грязные дизеля? Нарисовано с использованием данных из книги «Выбросы загрязняющих веществ от автомобилей с дизельными двигателями и системы доочистки выхлопных газов» Ибрагима Аслана Решитоглу и др., «Чистые технологии и политика в отношении окружающей среды», январь 2015 г., том 17, выпуск 1, а сами данные цитируются из книги «Выбросы дизельных двигателей и их контроль» М. Хайр и В. Маевский. Общество автомобильных инженеров, Inc., Уоррендейл, Пенсильвания: 2006.

Дизельные двигатели могут и используют каталитические нейтрализаторы, но есть несколько важных отличий.
от того, как они работают в бензиновых двигателях.

• Вместо трехкомпонентных катализаторов в дизелях используются двухкомпонентные катализаторы окисления.
  (которые справляются только с угарным газом и углеводородами) и специально разработанные
  для работы с дизельными выхлопами, которые значительно холоднее бензиновых выхлопов.
• Так как у них нет восстановительных катализаторов,
  дизельные двигатели производят гораздо более высокие выбросы оксидов азота из выхлопных газов, чем бензиновые двигатели. (Существуют различные другие механизмы, которые дизельные двигатели могут использовать для сокращения выбросов NOx, но мы не будем здесь вдаваться в подробности.)
• Каталитические нейтрализаторы на дизельных двигателях помогают снизить выбросы твердых частиц (в основном сажи), хотя и незначительно; в частности, они борются с одним типом твердых частиц, известным как растворимая органическая фракция SOF, состоящая из углеводородов, связанных с сажей. Дизельные сажевые фильтры (DPF) должны использоваться, чтобы существенно снизить выбросы сажи двигателем.
• Автомобили в стороне, дизельные двигатели, как правило, приводят в движение более крупные транспортные средства, чем бензиновые двигатели (например, огромные строительные машины).
  со значительно большей мощностью выхлопа. Вместо одного каталитического нейтрализатора, установленного между
  двигатель и выхлопная труба, они могут иметь несколько отдельных блоков, установленных параллельно, чтобы справиться с более крупным выхлопом
  объем газа (как на диаграмме ниже).

Художественное произведение: большие дизельные двигатели могут производить гораздо больший объем выхлопных газов, поэтому они могут нуждаться в использовании
несколько каталитических нейтрализаторов «параллельно». В этой конструкции Caterpillar 1990-х годов огромный преобразователь (серого цвета) имеет диаметр около 1 м (3,3 фута). Выхлопной газ поступает слева (1), равномерно разделяется на потоки узлом распределения потока (2, синий), проходит через один из семи отдельных блоков каталитического нейтрализатора (3, красный), глушится системой глушителя шума (4 , зеленый), и выходит, несколько очищенный, через выхлопную трубу (5).
Работа из патента США 5,578,277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотта Т. Уайта и др., Caterpillar, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел каталитический нейтрализатор?

» Я люблю, чтобы что-то происходило, и это то, что делают инженеры — они берут фундаментальную науку и заставляют вещи происходить. . »

Джон Дж. Муни, пионер каталитического нейтрализатора

Кого мы благодарим за то, что улицы и города стали чище и безопаснее? Французский инженер-химик
Юджин Гудри (1892–1962) запатентовал то, что, кажется, было самым первым
каталитический нейтрализатор в США, подача заявки на изобретение 5 мая 19 г.50 и получив его
(Патент США 2 674 521: Каталитический нейтрализатор для выхлопных газов)
четыре года спустя, 6 апреля 1954 года. Хоудри ранее изобрел каталитический крекинг , промышленный процесс,
в котором многие крупные сложные органические химические вещества в нефти разделяются на десятки полезных продуктов, включая бензин.
После этого он экспериментировал с производством различных видов автомобильного топлива и сделал их чище.

Хотя он осознавал растущую проблему загрязнения воздуха, его идеи намного опередили свое время:
каталитические нейтрализаторы были «отравлены» свинцовыми присадками, используемыми в бензине для улучшения характеристик.
К счастью, в 19В 70-х люди начали осознавать опасность свинца, токсичного тяжелого металла. В 1973 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало отчет, демонстрирующий, как свинец вредит здоровью людей, что положило начало медленному процессу удаления свинца из бензина. Первые практические каталитические нейтрализаторы появились вскоре после этого, в середине 1970-х годов, и с тех пор используются в автомобилях.

Работа: оригинальный каталитический нейтрализатор Юджина Хоудри из его патента 1950 года. По сути, это набор концентрических металлических трубок (синего цвета), через которые проходят выхлопные газы. Чистый воздух всасывается через вентиляционные отверстия (желтые) с помощью трубки Вентури (оранжевые). Как и в случае с современной кошкой, Ходри объясняет, что «осажденный мелкодисперсный металлический катализатор предпочтительно представляет собой платину», хотя можно использовать и другие подобные металлы; в отличие от современного кота, катализатор (зеленый) расположен не в виде сот, а установлен в виде шестнадцати отдельных колец (красных) с промежутками вдоль трубы, каждое из которых работает параллельно. Изображение из патента США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Houdry изобрел основной катализатор окисления для борьбы с угарным газом. Усовершенствованные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые также могли бороться с оксидами азота, были разработаны в начале 1970-х гг.
Карл Кейт (1920–1988), Джон Муни (1929–2020) и инженеры-химики в Engelhard Corporation. Помимо удаления большего количества загрязняющих веществ, они начинают очищать выхлопные газы намного быстрее, чем более ранние нейтрализаторы, поэтому они более эффективны при коротких поездках.

Иллюстрация: В улучшенной конструкции Карла Кейта и Джона Муни есть два отдельных каталитических нейтрализатора. Загрязненные газы вытекают из двигателя (красный, 10) и выпускного коллектора (оранжевый, 11) через первый каталитический нейтрализатор (зеленый, 13), а затем второй (25), на некотором расстоянии, перед выходом через выхлопную трубу (серый). , 26). Работа из патента США 3,896,616: Процесс и устройство, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнайте больше

На этом сайте

• Загрязнение воздуха
• Автомобильные двигатели (бензиновые двигатели)
• Изменение климата и глобальное потепление
• Электростатические осадители дыма
• Фотокаталитические очистители воздуха

Книги

• Каталитический контроль загрязнения воздуха: коммерческая технология Рональда М. Хека, Роберта Дж. Фаррауто, Суреша Т. Гулати. John Wiley & Sons, 2016. Тщательно исчерпывающее руководство по теме, которая начинается с базовой химии катализа, а затем переходит к преобразователям бензиновых и дизельных двигателей, стационарным источникам и таким темам, как контроль озона в самолетах и ​​очистка атмосферного воздуха.
• Загрязнение воздуха автотранспортными средствами: стандарты и технологии контроля выбросов, Асиф Фаиз, Кристофер С. Уивер и Майкл П. Уолш. Публикации Всемирного банка, 1996 г. Интересный технический отчет с акцентом на то, как на практике контролируются выбросы в наиболее развитых и загрязненных городах мира. Включает множество полезных рисунков и таблиц, а также сравнение эффективности законодательства о выбросах в разных странах. Вы также можете загрузить его в формате PDF с исследовательского сайта Всемирного банка.
• Автомобильные каталитические нейтрализаторы Кэтлин С. Тейлор. Спрингер, 1984/2012. Несколько устарело, но все еще полезно для справочной информации.

Новостные статьи

• Воры по всей стране пробираются под машины, выкрадывая каталитические нейтрализаторы Хироко Табучи, The New York Times, 21 февраля 2021 г. Драгоценные металлы по-прежнему делают каталитические нейтрализаторы привлекательной целью для воров.
• Джон Дж. Муни, изобретатель каталитического нейтрализатора, умер в возрасте 9 лет0 Сэм Робертс, The New York Times, 25 июня 2020 г. Оглядываясь назад на жизнь
  инженер, который первым изобрел трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы.
• Заявление изобретателя о более чистом двигателе: BBC News, 22 января 2010 г. Шотландский изобретатель утверждает, что разработал двигатель с охлаждением, который практически не производит твердых частиц (сажи).
• По мере роста платины каталитический нейтрализатор нагревается Мэтью Феникс. Wired, 17 февраля 2008 г. Почему воры считают, что из-за стремительного роста цен на платину стоит воровать каталитические нейтрализаторы
• Автомобильные конвертеры сокращают смог, но усугубляют глобальное потепление, Мэтью Уолд. The New York Times, 29 мая 1998 г. Агентство по охране окружающей среды выпускает отчет, в котором освещаются проблемы, связанные с оксидом азота.
• Каталитические нейтрализаторы действительно «зеленые»?: The Guardian, Notes and Queries. Читатели высказывают свое мнение о том, действительно ли кошки помогают планете.

Каталитический нейтрализатор

• : большое «если» 1975 года Роберта В. Ирвина. The New York Times, 13 октября 1974 г. Эта статья из архива показывает, как автомобильная промышленность серьезно беспокоилась об эффективности каталитических нейтрализаторов, когда они были впервые представлены в середине 19-го века.70-е годы.

Патенты

• Патент США 2,674,521: Каталитический нейтрализатор выхлопных газов, автор Юджин Хоудри, 6 апреля 1954 г. В этом очень легко читаемом патенте Ходри объясняет, почему он разработал каталитические нейтрализаторы, и различные технические проблемы, которые ему пришлось решать в процессе ( таких как борьба с газами, образующимися в самых разных условиях вождения).
• Патент США 3 896 616: Процесс и устройство, авторы Карл Д. Кейт и Джон Дж. Муни, 29 июля 1975 г. Еще один очень удобный для чтения патент описывает улучшенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, используемый в большинстве современных автомобилей.
• Патент США 4 672 809: Каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, Ричард К. Корнелисон и Уильям Б. Реталлик, WR Grace and Co, 16 июня 1987 г. Описывает некоторые проблемы, связанные с работой каталитического нейтрализатора с выбросами дизельного двигателя.
• Патент США 5 578 277: Модульный каталитический нейтрализатор и глушитель для двигателя внутреннего сгорания Скотт Т. Уайт и др., Caterpillar, 26 ноября 1996 г. В этом патенте объясняется, как
  несколько каталитических блоков работают вместе над выбросами выхлопной трубы очень большого дизельного двигателя.

Практические статьи

• Проверка и ремонт каталитических нейтрализаторов Морт Шульц, Popular Mechanics, декабрь 1985 г. Датированная, но все же очень интересная статья, в которой объясняются различные типы каталитических нейтрализаторов и исследуются причины их выхода из строя.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007/2020) Катализаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/catalyticconverters.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Связь
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда
• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и инструменты
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Каталитические нейтрализаторы | Поговорим о науке

AB
12
Химия 30 (2007 г. , обновление 2014 г.)
Модуль B: Электрохимические изменения

MB
12
Химия 12 класс (2013)
Тема 1: Реакции в водных растворах

NL
12
Химия 3202 (2005)
Блок 4: Электрохимия

НС
12
Химия 12 (2009, 2019)
Электрохимия

НУ
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Электрохимические изменения

ON
12
Химия, 12 класс, Колледж (СЧ5С)
Нить D: Электрохимия

ON
12
Химия, 12 класс, университет (СЧ5У)
Нить F: Электрохимия

ПЭ
12
Химия 621А (проект 2021 г.)
Знание контента: CK 4.1, 4.2

YT
12
Химия 12 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.)
Большая идея: Окисление и восстановление — это взаимодополняющие процессы, включающие приобретение или потерю электронов.

СК
12
Химия 30 (2016)
Электрохимия

НТ
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Раздел B: Электрохимические изменения

AB
12
Химия 30 (2007 г., обновление 2014 г.)
Модуль A: Термохимические изменения

МБ
12
Химия 12 класс (2013)
Тема 3: Химическая кинетика

NB
12
Химия 121/122 (2009)
Модуль 2: От решений к кинетике к равновесию

NL
12
Химия 3202 (2019)
Модуль 1: От кинетики к равновесию

NS
12
Химия 12 (2009), 2019)
Решения, кинетика и равновесие

NU
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г. , обновлено в 2014 г.)
Модуль A: Термохимические изменения

ON
12
Химия, 12 класс, университет (СЧ5У)
Цепь D: изменения энергии и скорости реакции

PE
12
Химия 621А (проект 2021 г.)
Знание содержания: CK 2 .2

QC
Раздел V
Химия
Скорость реакции

NT
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок A: Термохимические изменения

AB
12
Наука 30 (2007 г., обновлено в 2014 г.)
Раздел B: Химия и окружающая среда

АВ
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.)
Модуль C: Химия окружающей среды

AB
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Блок D: Поток энергии в глобальных системах

AB
9
Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль C: Химия окружающей среды

МБ
10
Старший 2 науки (2001)
Кластер 2: Химия в действии

МБ
11
Химия 11 класс (2006)
Тема 2: Газы и атмосфера

NL
12
Науки об окружающей среде 3205 (пересмотрено в 2010 г.)
Раздел 5: Атмосфера и окружающая среда

НУ
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г. )
Модуль C: Химия окружающей среды

NU
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль C: Химия окружающей среды

NU
12
Science 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Химия и окружающая среда

NU
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Модуль D: поток энергии в глобальных системах

ON
10
Естествознание, 10 класс, академический (SNC2D)
Цепь D: Изменение климата

ON
10
Прикладные науки 10 класса (SNC2P)
Направление D: Динамический климат Земли

ВКЛ.
11
Химия, 11 класс, университет (СЧ4У)
Группа F: Газы и химия атмосферы

ON
11
Наука об окружающей среде, 11 класс, университет/колледж (SVN3M)
Направление B: Научные решения современных экологических проблем

ON
11
Наука об окружающей среде, 11 класс, университет/колледж (SVN3M)
Категория C: Здоровье человека и окружающая среда

ON
11
Экология, 11 класс, рабочее место (SVN3E)
Направление B: Воздействие человека на окружающую среду

ON
11
Экология, 11 класс, рабочее место (SVN3E)
Направление C: Здоровье человека и окружающая среда

ВКЛ.
12
Химия, 12 класс, Колледж (СЧ5С)
Strand F: Химия в окружающей среде

PE
12
Наука об окружающей среде 621A (2011)
Экологические вызовы и успехи

КК
Раздел IV
Экологические науки и технологии
Земля и космос

КК
Раздел IV
Наука и окружающая среда
Живой мир

SK
10
Наука 10 (2016)
Динамика климата и экосистем

SK
11
Наука об окружающей среде 20 (2016)
Атмосфера и здоровье человека

NT
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9(Альберта, редакция 2009 г.)
Модуль C: Химия окружающей среды

NT
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль C: Химия окружающей среды

NT
12
Science 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Химия и окружающая среда

NT
10
Science 10 (Альберта, 2005 г., обновлено в 2015 г.)
Блок D: Поток энергии в глобальных системах

AB
11
Наука 24 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль A: Применение вещества и химических изменений

AB
11
Наука 20 (2007 г., обновлено в 2014 г. )
Блок А: Химические изменения

АВ
11
Наука 24 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

AB
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

AB
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Модуль A: Энергия и материя в химическом изменении

AB
9
Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

до н.э.
10
Естествознание 10 класс (март 2018 г.)
Большая идея: требуется изменение энергии, поскольку атомы перестраиваются в химических процессах.

до н.э.
11
Химия 11 (июнь 2018 г.)
Большая идея: материя и энергия сохраняются в химических реакциях.

МБ
9
Старший 1 Наука (2000)
Кластер 2: Атомы и элементы

NB
9
Наук 9 лет — 50111 (2011)
Атомы и элементы

NB
10
наук 10 лет — 50211/50212 (2011)
Les processus chimiques

NB
11
Химия 111/112 (2009)
Блок 2: Стехиометрия

NB
12
Химия 121/122 (2009)
Раздел 1: Термохимия

NB
11
Chimie 11 лет 52311/52312 (2007)
1. Материальное обеспечение и связи

Обратите внимание
11
Науки о природе, 11 лет (2005 г.)
Тема 1: Sécurité et produits chimiques

NL
9
9 класс Наука
Блок 2: Атомы, элементы и соединения (пересмотрено в 2011 г.)

NL
10
Наука 1206 (2018)
Блок 2: Химические реакции

NL
12
Химия 3202 (2005)
Раздел 3: Термохимия

NL
12
Наука 3200 (2005)
Модуль 1: Химические реакции

NS
9
Наука 9 (2021)
Атомы и элементы

NS
10
Наука 10 (2012, 2019)
Физические науки: химические реакции

Н.С.
12
Химия 12 (2009, 2019)
Термохимия

НУ
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

NU
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

NU
11
Science 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.).
Модуль A: Применение вещества и химических изменений

NU
11
Science 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль A: химические изменения

NU
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г. , обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

НУ
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Модуль A: Энергия и материя в химическом изменении

NU
10
Наука, 10 класс (Британская Колумбия, июнь 2016 г.)
Большая идея: требуется изменение энергии, поскольку атомы перестраиваются в химических процессах.

ВКЛ.
10
Прикладные науки 10 класса (SNC2P)
Strand C: Химические реакции и их практическое применение

ON
10
Естествознание, 10 класс, академический (SNC2D)
Цепь C: Химические реакции

ON
11
Химия, 11 класс, университет (СЧ4У)
Нить C: Химические реакции

ВКЛ.
12
Наука, 12 класс, рабочее место (SNC4E)
Цепь C: Химические вещества в потребительских товарах

PE
10
Наука 421А (2019)
Знание содержания: CK 2.1

PE
10
Наука 431A (без даты)
Блок 2: Химические реакции

КК
Раздел IV
Прикладная наука и технологии
Материальный мир

КК
Раздел IV
Наука и технология
Материальный мир

КК
Раздел V
Химия
Энергетические изменения в реакциях

YT
11
Химия 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.