Каталитические нейтрализаторы делят на – Каталитический нейтрализатор (катализатор)

Содержание

Каталитический нейтрализатор (катализатор)

Ни для кого не секрет, что транспортные средства оснащенные двигателями внутреннего сгорания является одним из основных источников загрязнения окружающей среды - воздуха. С момента изобретения автомобиля до 80-х годов 20 века на проблему токсичного выхлопа не обращали особого внимания. На первом этапе количество транспортных средств было незначительным, соответственно и выбросы не представляли большой угрозы - концентрация в воздухе незначительная. Но постепенно, автомобиль перестал быть средством роскоши и стал средством передвижения, количество автомобилей росло с геометрической прогрессией, как и количество выбросов. Человеку пришлось задуматься над решением этой проблемы. И выход был найден. Но... состав и качество бензинов не позволяло применить изобретенное устройство, в последствии названное каталитическим нейтрализатором, для бензиновых двигателей, большое содержание свинца "убивало" устройство наповал. В 1992 году страны Евросоюза ввели на своей территории норму Евро-1, которая устанавливала предельно допустимое содержание токсичных веществ в выхлопных газах автомобилей, фактический с этого момента не один автомобиль без каталитического нейтрализатора - не автомобиль.В течение каждых последующих 4-5 лет Евросоюз ужесточал эти нормы.

Еще на этапе разработки современного двигателя внутреннего сгорания главная задача - задача достижения оптимальных параметров работы, настройки, выполнения условий при которых будет достигнуты минимальные выбросы - достижения такого соотношения топливо-воздух (топливо-воздушная смесь), при котором все топливо будет сожжено. Для оптимального сгорания бензина, необходимо выполнение условия - соотношение воздух/бензин должно быть около 14.7/1, это означает, что на каждый литр бензина, необходимо 14,7 литров воздуха, это в теории. На практике, топливо-воздушная смесь далека от оптимального значения. Смесь бедная - воздух/бензин выше, чем 14,7, богатая - воздух/топливо ниже, чем 14.7. Причины - разные режимы работы двигателя, режимы движения.

  • Азот (N2) - Air составляет 78 процентов азота, и большая часть этого проходит сквозь двигатель автомобиля.
  • Углекислый газ (CO2) - это один из продуктов сгорания. Углерода в топливе связей с кислородом в воздухе.
  • Водяной пар (h3O) - это еще один продукт сгорания. Водорода в топливных связей с кислородом в воздухе.

Углекислый газ, способствуют глобальному потеплению. Потому что процесс сгорания никогда не совершенна, некоторые небольшие количества вредных выбросов в атмосферу более производятся также в автомобильных двигателях.

Каталитические преобразователи предназначены для снижения:

  • Окиси углерода (СО) - ядовитый газй, который не имеет цвета и запаха.
  • Углеводорода или летучих органических соединений (ЛОС) являются одним из основных компонентов смога производится в основном из испарилась, несгоревших. Топлива.
  • Оксида азота (NO и NO2, вместе именуемые NOx) являются фактором смога и кислотных дождей, что также вызывает раздражение слизистых оболочек человека.

Так что такое катализатор?

Вспомним химию. Катализатор - вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию. Катализаторы участвуют в реакциях, но ни реагенты, ни продукты реакции, они катализируют. В человеческом организме, ферменты естественных катализаторов ответственность за многие важные биохимические реакции.

При каталитической очистке газов протекают одновременно две химические реакции:

1. Реакция восстановления, в результате которой у некоторых компонентов газов отбирается кислород:

2. Реакция окисления, в результате которой другие компоненты газов окисляются -дожигаются.

На сегодняшний день существует два различных типа работы катализатора: катализатором восстановления и окисления. Оба типа состоят из керамической структуры покрыта металлическим катализатором, обычно платина, родий и(или) палладий. Идея состоит в том, чтобы создать структуру, которая предоставляет максимальную площадь поверхности катализатора в поток выхлопных газов, а также сведение к минимуму количество катализатора требуется, так как материалы стоят очень дорого. Некоторые новейшие преобразователи даже начали использовать золото смешивается с более традиционными катализаторами. Золото стоит дешевле, чем другие материалы и может привести к увеличению окисления, химические реакции, что снижает загрязняющих веществ, до 40 %.

Снижение катализатора первой стадии каталитического нейтрализатора. Он использует платину и родий для снижения выбросов NOx. Когда NO или NO2 молекула связывается с катализатором, катализатор срывает азота атом из молекулы и имеет на нее, освобождая кислород в форме O2.Связи атомов азота с другими атомами азота, которые также застряли в катализаторе, образуя N2.

Пример:

2NO => N2 + O2 2NO2 или => N2 + 2O2

2NO => N2 + O2 2NO2 => N2 + 2O2

Катализатора окисления является вторым этапом каталитического нейтрализатора. Это снижает не сгоревших углеводородов и окиси углерода при сжигании (окислительный) их в присутствии катализатора платины и палладия. Этот катализатор помогает реакция СО и углеводородов, а остальные кислорода в выхлопных газах. Например:

2CO + O 2 => 2CO 2

Есть два основных типа конструкций, используемых в каталитических нейтрализаторов - сотовая и керамические бусы. Большинство автомобилей сегодня используют сотовую структуру.

Третий этап преобразования системы управления, которая контролирует поток выхлопных газов, и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива. Там на датчик кислорода установлен на входе в каталитический нейтрализатор, то есть это ближе к двигателю, чем преобразователь. Этот датчик сообщает движка, сколько кислорода в выхлопных газах. Двигатель компьютера можно увеличить или уменьшить количество кислорода в выхлопе, регулируя воздух-топливо. Эта схема управления позволяет двигателю компьютер, чтобы убедиться, что двигатель работает на близком к стехиометрической точке, а также чтобы убедиться, что есть достаточное количество кислорода в выхлопе, чтобы окисление катализатора для сжигания не сгоревших углеводородов и СО

Каталитический нейтрализатор делает большую работу по снижению загрязнения, но он все еще может быть существенно улучшилась. Одной из самых больших недостатков является то, что он работает только при достаточно высокой температуре. При запуске холодного автомобиля, каталитический нейтрализатор практически ничего не делает, чтобы уменьшить загрязнение в выхлопных газах.

Одним из простых решений этой проблемы состоит в перемещении каталитический нейтрализатор ближе к двигателю. Это означает, что горячие выхлопные газы достигают конвертер и он нагревается быстрее, но это может также сократить срок службы преобразователя, выставляя его на очень высоких температурах. Большинство автопроизводителей положение преобразователя под передним пассажирским сиденьем, достаточно далеко от двигателя для поддержания температуры до уровня, который не повредит ее.

Подогрев каталитического нейтрализатора является хорошим способом для сокращения выбросов. Самый простой способ для подогрева преобразователя является использование электрических нагревателей сопротивления. К сожалению, 12-вольтовых электрических систем на большинстве автомобилей не обеспечивают достаточной энергии или мощности для нагрева каталитического конвертера достаточно быстро. Большинство людей не будет ждать несколько минут, каталитический нейтрализатор, чтобы нагреться, прежде чем начать свою машину. Гибридные автомобили, которые имеют большой, высокого напряжения батареи может обеспечить достаточно энергии, чтобы разогреть каталитический конвертер очень быстро.

Катализаторы в дизельных двигателях не работают, а также в сокращении выбросов NOx. Одной из причин является то, что дизельные двигатели запустить прохладнее, чем стандартные двигатели и преобразователи работают лучше, так как они нагреваются. Некоторые из ведущих экспертов-экологов автоматического придумали новую систему, которая помогает бороться с этим. Они вводят раствор

мочевины в выхлопную трубу, прежде чем он попадает на преобразователь, испаряться и смешиваться с выхлопными и создают химическую реакцию, которая приведет к снижению выбросов NOx. Мочевина, также известная как карбамид, является органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода. Это обнаруживается в моче млекопитающих и земноводных. Мочевина реагирует с NOx, чтобы производить азот и водяной пар, располагая более чем на 90 процентов окислов азота в выхлопных газах.

Каталитический нейтрализатор(катализатор) - предназначен для понижения токсичности отработанных газов (выхлопных газов). В нейтрализаторе выхлопные газы при контакте с катализатором (веществом) значительно ускоряющим окислительные процессы преобразуется в СО2 и Н2О.

Если разрезать катализатор, то можно увидеть что он разделен на две камеры: камера окисления, камера восстановления. С камерой окисления вроде все понятно, смотри выше, а про камеру восстановления поговорим поподробнее. Камера восстановления - восстановительная среда для NO, позволяет химическим путем связать кислород содержащейся в выхлопных газах. При попадании выхлопных газов в камеру восстановления оксид азота превращается в аммиак, который разлагается в камере окисления.

Каталитические нейтрализаторы по типу носителя делят на керамические и металлические. Носителем выступает керамика в виде сот или метал. На сегодня более распространены керамические катализаторы. Основной недостаток керамического катализатора - хрупкость. Каталитический нейтрализатор находится за приёмной трубой глушителя (встречается объединенный) или непосредственно в выпускном коллекторе, очень редко за ним. При втором варианте ремонт очень трудоемкий и затратный. Катализатор в выпускном коллекторе установлен в большинстве новых автомобилях. Позволяет добиться экологических норм ЕВРО-4.

Катализатор - устройство предназначенное для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами образовавшимися в двигателе внутреннего сгорания автомобиля.

Система нейтрализации отработавших газов - совокупность компонентов, обеспечивающих снижение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при работе двигателя.

Какой срок службы катализатора?
Срок службы автомобильного катализатора главным образом зависит от качества автомобильного бензина. При определенных условиях катализатор можно убить выездив полный бак некачественного топлива. Средний срок службы катализатора от 180 до 200 тысяч километров.

www.avtocar.su

Каталитический нейтрализатор

Расскажем Вам о значении в автомобиле такого агрегата как катализатор.

Современные автомобили в обязательном порядке оснащаются каталитическим нейтрализатором. Причем это касается, как дизельных, так и бензиновых машин. Практические все страны ограничивают допуск автомобилей к участию в дорожном движении экологическими нормами. Пример – Евро4, Евро5.

Слово «катализатор» ассоциируется у рядового автолюбителя с двумя вещами:

1. Экология.

2. Разорительные затраты при его замене.

Разберем более подробно, что это, как устроено и как работает.

Как устроен и работает катализатор

Обычно катализатор находится за приемной трубой выпускной системы, в некоторых моделях авто он прикреплен к фланцу на выпускном коллекторе. В состав катализатора входят:

1. Блок-носитель.

2. Корпус.

3. Теплоизоляция.

Блок состоит из большого количества ячеек, напоминающих своим видом соты, которые имеют специальное рабочее химическое покрытие. Это покрытие начинает свою работу после прогрева катализатора до 300 C.

Каталитический нейтрализатор до конца сжигает оксид углерода в выхлопных газах, сажу и прочие вещества, которые пагубно влияют на слизистую оболочку человека. Ячейки нейтрализатора покрыты микропленкой из платины и иридия. Этот состав при сильном нагревании и дожигает несгоревшие вредные вещества. Для лучшего горения в этом процессе участвует оставшийся в отработанных газах кислород. После прохождения выхлопных газов через катализатор из него выходят безвредные N2 и CO2. Выхлопные газы современного автомобиля с исправно работающим катализатором практически не имеют запаха.

Разновидности катализаторов

Каталитические нейтрализаторы делятся по типу внутренних картриджей на металлические и керамические. Большую популярность получили блоки из керамики, которые не подвергаются коррозии и выдерживают очень высокую температуру. Еще одним преимуществом керамики является ее малая себестоимость.

Помните – ударив корпус катализатора о препятствие на дороге, вы практически всегда расколите керамические части внутри его. Это и есть его основной минус керамики, так как расположение катализатора под днищем машины увеличивает вероятность ее повреждения, например, о бордюр.

Минус катализатора с металлическим картриджем – его весьма высокая стоимость.

Правильная эксплуатация катализатора

Для уменьшения вероятности выхода из строя катализатора необходимо использовать качественное топливо, и приобретать его на проверенных АЗС. Некачественное топливо содержит вещества, уничтожающие покрытие сот. Наибольшее негативное влияние на покрытие сот оказывает тетраэтилсвинец. Кстати, его официальное использование теперь запрещено в цивилизованных странах, а активно использовался он в конце прошлого века для увеличения октанового числа.

Из-за высокой стоимости и невозможности найти в автомагазинах и на рынке новый катализатор для своего автомобиля многие автолюбители устанавливают пламегаситель или резонатор (в народе – «обманка»). После такой установки необходимо перепрошивать блок управления, поэтому уточняйте на СТО, сделают ли они это. В противном случае на панели приборов будет гореть ошибка, а сам автомобиль будет работать неправильно.

Не забывайте о том, что катализатор очень сильно (до 300 градусов) раскаляется во время работы, поэтому не стоит парковаться на сухой траве, листьях и других местах, которые содержат легковоспламеняющиеся частицы. Были известны случаи возгорания автомобилей от этого.

Для предотвращения попадания в катализатор несгоревшего топлива, водителю не стоит:

1. Часто крутить стартером для заводки машины, если она не запускается с первого раза.

2. Производить вращение коленчатого вала стартером с отключенными свечами зажигания.

3. Заводить автомобиль при помощи буксировки.

При несоблюдении этих правил высока вероятность попадания в катализатор несгоревшего топлива, которое при воспламенении даст вспышку внутри картриджа, что с большой вероятностью сразу же разрушит его.

В случае поломки катализатора

Первым сигналом о его поломке будет горящая лампочка ошибки на приборной панели. Обычно это ошибка «checkengine» (в народе - «джекичан»). Также на слух вы можете уловить некое дребезжание из-под днища. Это гремят осыпавшиеся соты. При этих симптомах стоит ехать на диагностику выхлопной системы. При отказе запуска двигателя, стоит попытаться завести его, отключив фишку лямбда-зонда, находящегося в катализаторе. Если после этого машина завелась – катализатор неисправен.

Но! Чаще выходит из строя лямбда-зонд, чем катализатор, и ошибка на панели будет гореть точно такая же. Поэтому диагностируйтесь в проверенных местах, чтоб не платить лишние деньги.

Покупая новый катализатор, помните: есть оригинальные и универсальные катализаторы. Первые очень сильно опустошат ваш кошелек. Главное не попасть в ситуацию, когда вы оплатили первый, а поставили вам второй. Лучше сразу рассчитывайте на установку универсального катализатора, как делают многие автолюбители.

Еще более бюджетным вариантом будет установка пламегасителя. Установка такой «обманки» сбережет еще больше денег, чем установка универсального катализатора. Таким приемом пользуются владельцы автомобилей с огромным пробегом, так как срок службы катализатора в таких авто сокращается в разы. При установке «обманки» лямбда-зонд также стоит «обмануть», ну и перепрошить блок управления (как было сказано выше). Но зато срок службы такого устройства равен сроку службы металла, из которого он сделан.

Видео, которое рассказывает о том, что такое катализатор:

Видео о том, как сделать пламегаситель взамен катализатора:

autoportal.pro

22.3.66. Каталитические нейтрализаторы. Область применения.

Назначение: Каталитический метод очистки выхлопных газов автотранспорта и промышленных газов от окиси углерода, углеводородов, окислов азота Область применения: Автомобильная промышленность. Горнодобывающая промышленность

Краткое описание Каталитический нейтрализатор представляет собой сотовую структуру со множеством продольных каналов. Устанавливается вместо штатного глушителя или в выхлопной линии. Эффективность очистки составляет: по СО - 90-100 %; по углеводородам - 85-95 %; по окислам азота для дизельного двигателя - 35 %. Преимущества: Надежность, дешевизна.

При сгорании рабочей смеси образуется ряд вредных для здоровья человека продуктов сгорания, в частности, окись углерода (СО), различные углеводороды (СН) и окислы азота (NO). Хотя эти вещества и составляют всего 1% от общего выхлопа (остальное – это азот, двуокись углерода и водяной пар), они очень вредны и требуют нейтрализации. Существует несколько способов борьбы с вредными выхлопами – например, обеднение смеси, на которой работает двигатель или рециркуляция выхлопа – но ни один из них не сравнится по эффективности с каталитическим нейтрализатором.

Каталитический нейтрализатор – это простое устройство, в котором происходит сложный химический процесс. Внутри корпуса из нержавеющей стали находится керамический или металлический "кирпич", имеющий сотовую структуру. У этого монолита огромная площадь поверхности, причем вся она покрыта тончайшим слоем специального сплава – собственно катализатора, содержащего платину, родий и палладий. Именно эти драгоценные металлы отвечают за чудесные свойства катализатора, они же определяют его высокую стоимость. Выхлопные газы "омывают" поверхность монолита, и, когда температура достигает "критического" значения 270° С, начинается каталитическая реакция. Окись углерода превращается в двуокись (углекислый газ), углеводороды превращаются в воду и опять же двуокись углерода, а окислы азота превращаются в воду и азот. Все это для окружающей среды менее вредно.

Каталитические нейтрализаторы способны довольно эффективно снижать токсичность выхлопа, при этом они не влияют на потребление топлива и мощность двигателя. При наличии катализатора слегка возрастает обратное давление выхлопа, от чего двигатель теряет 2–3 л.с., но это, практически, вся "плата" за очистку выхлопа. Однако, установка каталитического нейтрализатора – не идеальное решение. Теоретически, он должен служить бесконечно, так как вышеупомянутые драгметаллы служат лишь катализатором, который при химической реакции, как известно, не расходуется. На практике же жизнь катализатора имеет свой предел...

ЧТО ЕГО ГУБИТ Отказ каталитического нейтрализатора может произойти по нескольким причинам, хотя, обычно, это процесс постепенный, уловить который без специального оборудования невозможно. "Сердцевина" большинства катализаторов изготовлена из керамики – материала, который известен своей хрупкостью. Автомобиль может на скорости попасть в выбоину, удариться обо что-то или даже просто "чиркнуть" корпусом катализатора по камню, и от этого каталитический "кирпич" может треснуть. После этого потеря "сердцевиной" своих рабочих качеств – дело времени. Конверторы нового поколения, содержащие металлический монолит, не столь уязвимы по этой части. Разбить их, конечно, можно, но, во всяком случае, не так просто.

ВРАГИ КАТАЛИЗАТОРА Кроме физического разрушения существует еще одна частая причина выхода из строя катализатора. Топливо. Он чрезвычайно чувствителен к составу топлива. Если бензин этилированный, то тетраэтил свинца, содержащийся в нем, откладывается на активной поверхности каталитического "кирпича" и быстро "засаливает" ее, от чего всякие реакции прекращаются. Уж, кажется, на заправках и наконечники шлангов стали ставить разного размера, и раздаточные колонки красят в разные цвета, и пишут об этом на каждом углу, а все равно потребители иногда путают и заливают не тот бензин. А ведь достаточно "сжечь" полбака такого бензина, и катализатор погибнет безвозвратно. Но не только этилированный бензин – враг катализатора. Катализатор можно погубить и неэтилированным, если неисправна система управления двигателем, неполностью сгорает смесь или двигатель сильно изношен.

Тройные каталитические нейтрализаторы ("тройные" потому, что катализатором служит совокупность трех драгоценных металлов) устанавливают только на те машины, двигатели которых оборудованы замкнутой системой контроля выхлопа. Перед катализатором установлен кислородный датчик, который отслеживает состав выхлопа и передает эти данные в центральный процессор. В зависимости от содержания кислорода в выхлопе, БЭУ регулирует состав горючей смеси и зажигание так, чтобы поддерживались их оптимальные значения. Это служит главной защитой для катализатора, а также обеспечивает экономию топлива и эффективность работы двигателя. Катализатор не переносит больших отклонений в составе рабочей смеси. Плохо отрегулированный двигатель с повышенным содержанием углеводородов в выхлопе просто гробят катализатор. Если же смесь слишком бедная, это может вызвать резкий перегрев катализатора, от чего снова пострадает монолит, только уже "физически". Таким образом, "жизнь" катализатора зависит от исправности системы управления двигателем.

Многое зависит и от исправности самого кислородного датчика. С "возрастом" он становится "ленивым" или совсем выходит из строя, что сказывается на составе смеси и, соответственно, на исправности катализатора.

Испортить катализатор может и выхлоп сильно изношенного двигателя, сжигающего масло. Оно, попадая вместе с выхлопом в катализатор, "запекается" на поверхности монолита, подобно лаку, и не дает катализатору работать.

Есть и другие вредные факторы. Например – свечи. Неподходящие свечи не будут давать полного сгорания, что может вызвать в катализаторе губительную реакцию расплавления.

Будьте очень осторожны в применении присадок к бензину или маслу. Большинство об этом не задумывается, а ведь присадки тоже могут вредно воздействовать на катализатор. Если на продукте не написано: "совместим с катализатором", лучше не рискуйте.

Еще один опасный случай – запуск двигателя буксировкой. При этом может происходить попадание в катализатор просто чистого бензина. Это, во-первых, отравляет катализатор, но также может вызвать мгновенную реакцию и даже взрыв. Смотрите также, куда едете – старайтесь не попадать в глубокие лужи. Рабочая температура катализатора составляет порядка 900° С. Внезапное попадание его в воду может быть фатальным.

В целом, замечено, что на срок службы катализатора влияют условия эксплуатации. Больше страдают катализаторы на машинах, эксплуатируемых в городских условиях, когда двигатель часто заводят. С другой стороны, при длительной высокоскоростной езде по магистралям катализатор также портится от того, что перегревается. Наконец, вы поступите разумно, если станете регулярно осматривать всю систему выхлопа. Если сломаны кронштейны или отвалились резиновые подвески, выхлопная труба будет вибрировать, передавая на катализатор ненужные нагрузки.

studfiles.net

Каталитический нейтрализатор - структура и типы. Каталитические нейтрализаторы окислительного и восстановительного типа

Каталитический нейтрализатор имеет внутри корпуса носитель, на поверхность которого наносится покрытие из каталитического материала. В качестве носителя применяется гранулированная или монолитная керамическая основа. Монолитная структура характеризуется следующими преимуществами: максимальным использованием каталитической поверхности, долговечностью, физической прочностью, низкой тепловой инерционностью.

Каталитический нейтрализатор

Активный каталитический слой состоит из тончайшего покрытия благородными металлами (Pt, Rh, Pd), чувствительными к содержанию свинца в топливе, при отложении которого активность каталитического слоя быстро падает. Поэтому двигатели с каталитическими нейтрализаторами должны эксплуатироваться исключительно на неэтилированном бензине. Степень эффективности нейтрализатора является функцией рабочей температуры. Нейтрализатор начинает работать при достижении температуры приблизительно 2500С. Рабочие температуры в диапазоне 400…8000С обеспечивают оптимальную нейтрализацию отработавших газов и большого срока службы нейтрализатора.

При размещении нейтрализатора отработавших газов непосредственно вблизи двигателя ускоряется его прогрев до рабочей температуры, что приводит к оптимальной эффективности нейтрализатора, но одновременно – к высоким тепловым нагрузкам. Так как максимальная допустимая температура находится в диапазоне 10000С, нейтрализаторы обычно устанавливаются под полом автомобиля. Нарушения в работе двигателя, например пропуски воспламенения, могут приводить к увеличению температуры нейтрализатора и его разрушению. Для устранения этого эффекта должны использоваться надежные и не требующие обслуживания системы зажигания.

Каталитические нейтрализаторы окислительного типа осуществляют окисление CO и CH за счет использования избыточного воздуха в обедненных смесях или подачи дополнительных порций воздуха.

Нейтрализаторы восстановительного типа, с другой стороны, могут работать при дефиците воздуха, т.е. обеспечивают снижение выбросов NOx без подачи воздуха.

Каталитические нейтрализаторы восстановительного и окислительного типа могут также комбинироваться для получения двухсекционных нейтрализаторов. В таком устройстве применяется подача дополнительного воздуха между двумя секциями, что позволяет осуществлять снижение не только NOx, но также CO и CH. Его недостатками являются конструктивная сложность и необходимость работы двигателя в условиях высокого расхода топлива (λ = 0,9).

Трехкомпонентный или селективный нейтрализатор с лямбда-зондом является наиболее эффективной системой очистки отработавших газов. Он обеспечивает требуемый уровень всех трех основных токсичных компонентов отработавших газов двигателя, работающего на стехиометрической смеси.

Системы контроля токсичности отработавших газов

В США, Европе и Японии только каталитическая очистка отработавших газов с использованием трехкомпонентных нейтрализаторов и системой с обратной связью обеспечивает удовлетворение существующим нормам по предельным концентрациям CO, NOx, и CH в отработавших газах.

Коэффициент избытка воздуха λ используется для определения пропорций воздуха и топлива в рабочей смеси и отношений между действительным и стехиометрическим составами смеси.

Система с обратной связью для λ = 1

Эта система обеспечивает снижение до минимума концентрации токсичных компонентов в отработавших газах. Двигатель должен работать в узком диапазоне значений λ = 1 ± 0,005 («окно» каталитического нейтрализатора). Такая точность достигается использованием системы с обратной связью по составу рабочей смеси с лямбда-зондом, установленным перед нейтрализатором. Второй аналогичный кислородный датчик располагается за нейтрализатором, что еще более увеличивает точность формирования состава смеси.

Система с обратной связью при λ > 1 (обедненная смесь)

Основным преимуществом такого контроля является снижение расхода топлива в результате сгорания обедненной смеси (качественное регулирование без дросселирования). Эффективность системы определяется использованием нейтрализаторов, которые могут снизить выбросы NOx во время сгорания обедненной смеси. Для двигателей с искровым зажиганием пределом обеднения смеси является λ ≈ 1,7. Превышение этого значения ведет к возникновению пропусков воспламенения, несмотря ни на какие конструктивные меры.

Другие статьи по системам нейтрализации отработавших газов

carspec.info

Каталитическая нейтрализация

Каталитическая нейтрализация позволяет дожигать продукты неполного сгорания СО и углеводородов и разлагать NОx Каталитическое действие нейтрализаторов основано на беспламенном поверхностном окислении токсичных веществ в присутствии катализатора, ускоряющего химическую реакцию. Процесс окисления происходит во время прохождения ОГ через слой носителя с нанесенным на него катализатором, причем скорость реакции зависит от температуры носителя.

В качестве активных компонентов каталитических нейтрализаторов для углеводородов и СО применяют благородные металлы платину, палладий (до 1–3 г), а также оксиды переходных металлов (медь, кобальт, никель, ванадий, хромата железа, марганца). Для нейтрализации оксидов азота применяют радий.

Каталитический нейтрализатор представляет собой собственно активный каталитический слой, нанесенный на инертное тело – носитель. Наибольшее распространение получили блочные (монолитные) носители. Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из специальной керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали толщиной 0,1-0,5 мм. На ячейки нанесена специальная шероховатая подложка, что позволяет максмально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами – до величин ~20 тыс. м2. Керамика огнеупорная – выдерживает температуры до 800-850°С. Для носителей из тончайших металлических сот – температурный диапазон 1000-1050°С.

Блок носитель помещают внутри корпуса нейтрализатора из жаропрочной нержавеющей стали толщиной около 1,5 мм. Между блоком-носителем и корпусом ставится специальная терморасширяющаяся прокладка.

Каталитические нейтрализаторы:

1) двухсекционные: 1-ая секция – уменьшение концентрации NОx, 2-ая секция – подается дополнительно воздух, снижается концентрация СО и углеводородов.

2) трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, оборудованные λ-зондом. Эффективен при определенном составе горючей смеси: воздух/топливо=14,5–14,7. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и углеводородов, если беднее – оксидов азота.

Рисунок 4.1 – Устройство каталитического нейтрализатора

 

Температура активации катализатора 250–350°С. Для уменьшения времени достижения температуры активации применяют:

1) приближение каталитического нейтрализатора к выпускному коллектору (катколлектор)

2) термоизоляция труб коллектора (для снижения тепловых потерь)

3) подача в ОГ дополнительной порции воздуха и одновременно обогатить смесь. Топливо догорает уже на выпуске, температура выхлопных газов растет, и каталитический нейтрализатор быстрее выходит на рабочий режим.

Основной недостаток каталитического нейтрализатора:

1) высокая стоимость

2) требовательность к бензину (категорически нельзя этилированный бензин).

 

   
Рисунок 4.2 – Механизм действия каталитического нейтрализатора

 


Похожие статьи:

poznayka.org

ТМ МАШ. Катализаторы, каталитические нейтрализаторы

В конце 2016 года ООО «ТМ МАШ» совместно со структурами «Росатома» разработали линейку катализаторов для дизель-генераторных установок и газопоршневых электростанций, а также для промышленных дизельных и газовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). С точки зрения технической грамотности, данное оборудование следует называть «каталитический нейтрализатор» либо просто «нейтрализатор», но в отечественной терминологии принято называть их просто катализаторами. Мы используем только каталитические блоки, изготовленные на предприятиях «Росатома». Вся остальная инженерная и производственная работа осуществляется силами «ТМ МАШ». Мы определяем количество и формат каталитических блоков, учитывая требования к катализу и противодавлению. В нашем цеху изготавливаются все корпусные и монтажные узлы, устанавливается специальные межблочные прокладки.

Большинство газопоршневых двигателей работают по принципу сжигания бедных смесей, при котором благодаря значительному избытку воздуха показатели NOx уже при сгорании не превышают предельных значений NOx ≤ 500  мг/м3. То есть, экологические требования по NOx обеспечиваются текущими настройками ДВС. Поэтому каталитические нейтрализаторы снижают только уровень CO. Для удовлетворения современных экологических требований NOx ≤ 500 мг/м3 дизельные двигатели должны быть оснащены системами дополнительной обработки ОГ со стороны установки. Поэтому для дизельных генераторных установок (ДГУ, ДЭС) применяются такие же катализаторы, как и для газопоршневых установок (ГПУ, ГПА).

Основываясь на имеющемся опыте в производстве утилизаторов тепла, специалисты «ТМ МАШ» знают параметры работы большинства генераторных и промышленных ДВС. Мы разработали ряд катализаторов таким образом, чтобы закрыть потребность в данном оборудовании для ДГУ и ГПУ электрической мощностью от 200 кВт до 4000 кВт. «ТМ МАШ» производит следующие виды катализаторов:

Наименование

ТММ-КН.300(200)

ТММ-КН.400(250)

ТММ-КН.600(300)

ТММ-КН.850(350)

ТММ-КН.1200(400)

ТММ-КН.1600(450)

ТММ-КН.2000(500)

Диаметр газохода, Dn мм

200

250

300

350

400

450

500

Диаметр газохода, Dn дюйм

8

10

12

14

16

18

20

Расход дымовых газов, кг/ч

1300-1800

1800-2500

2700-3500

3500-5500

5500-7500

7500-9000

9000-12500

Объемный расход при температуре 450 °С, м3/час

2600-3600

3600-5000

5000-7000

7000-11000

11000-15000

15000-18000

18000-25000

Температура дымовых газов, °С

От 380 до
500 °С

Соответствующая мощность, кВт

220-320

320-450

450-700

700-1000

1000-1350

1350-1800

1800-2300

Вес катализатора, кг

66

80

94

175

195

235

295

Длина L, мм

845

845

985

1325

1185

1525

1585

Ширина B, мм

440

440

590

940

790

1140

1140

Высота A, мм

610

760

610

610

910

760

910

Потеря давления, кПа (мбар)

от 0,7 (7)
до 1 (10)

 

Рекомендации по установке и использованию катализаторов:

Для надежной работы катализаторов необходимо учитывать следующее:

  • Катализатор встраивается перед глушителем, чтобы предотвратить засорение
    отделяющимися
    волокнами абсорбера. Засорение катализатора приводит к повышению противодавления
    и снижению эффективности устранения вредных
    веществ. Волокна очень сложно удалять из каналов катализатора.
  • Для катализаторах ГПУ во избежание теплового старения следует
    поддерживать температуру ОГ на входе в катализатор на уровне 400 — 560°C. Экзотермическая
    реакция в катализаторе приводит к
    повышению температуры ОГ.
    Эта температура не
    должна превышать 650°C.
  • Катализаторы, встраиваемые после дизельных двигателей, должны работать при
    температуре более 430°C, т.к. только в этом случае не происходит загрязнение частицами сажи.
  • Во влажном состоянии необходимо обеспечить защиту катализатора от замерзания.Единственное исключение: остаточная влага от конденсата, образуемого при холодном запуске при низкой температуре окружающей среды. Например, допускается монтаж на крыше контейнера, если полностью исключена возможность проникновения наружной влаги в выпускную трубу.
  • В биогазовых установках и
    при работе со свалочными или очистными газами
    и при работе ДГУ на сырой/товарной нефти или мазуте применение стандартных катализаторов не предусмотрено.
  • Твердые вещества, которые содержатся в потоке ОГ и образуют отложения на катализаторе, не наносят непосредственного вреда, однако со временем эффективность катализатора снижается. Активная
    поверхность частично закрывается. По мере роста отложений происходит засорение отдельных каналов. Поток ОГ может протекать только через оставшиеся свободные каналы. В результате увеличивается
    объемная скорость и ухудшается обмен. Рост противодавления в
    выхлопной системе приводит к снижению мощности и последующему отключению двигателя. Этот процесс можно контролировать путем простого измерения разности давления.

Срок службы катализаторов во многом
определяется качеством топлива и настройкой ДВС. Обычно замена катализатора происходит либо
при его засорении (в этом случае растет противодавление системы) либо при
постепенном устаревании каталитических блоков
(в этом случае противодавление не растет, но ухудшается качество
окисления CO, что может быть замерено специальным зондом). Как правило, срок
службы катализатора составляет от 1 года до 3 лет.

Ниже приведена некоторая информация о производителе каталитических блоков (завод – входит, в структуру «Росатом»)

  • Создание научно-исследовательской лаборатории катализаторов в 1989
  • Запуск производства автомобильных катализаторов и поставки продукции
    на Европейский рынок в 1994

Производство замкнутого цикла:

  1. Отделение контроля качества
  2. Лаборатория Катализаторов НИР и ОКР
  3. Автоматизированная линия изготовления каталитических блоков
  4. Закупки сырья
  5. Отделение приготовления растворов драгоценных металлов
  6. Отделение приготовления суспензии

tmmash.ru

Нейтрализация отработавших газов. Каталитическая. — Студопедия.Нет

Каталитический нейтрализатор предназначен для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами.

Условием эффективной работы каталитического нейтрализатора является температура 300°С.. При такой температуре задерживается порядка 90% вредных веществ. Современные каталитические нейтрализаторы – трехкомпонентные. В нейтрализаторах отработавшие газы проходят через слой катализатора, значительно ускоряющего протекание окислительных реакций, при которых СО и СИ преобразуются в С02 и Н20. Для восстановления NOx необходимо создать восстановительную среду, т. е. химически связать кислород, находящийся в отработавших газах. Поэтому катализатор разделен на две камеры: восстановления и окисления. В первой камере оксид азота под действием катализатора превращается в аммиак, который подвергается разложению во второй камере, где происходит дожигание оксида углерода и углеводородов

 

 

Предварительный стартовый нейтрализатор

Поскольку на режимах пуска и прогрева расход ОГ через нейтрализатор невелик, в некоторых системах используют специальные стартовые нейтрализаторы. Имея в сравнении с основным меньшие габариты и массу, стартовый нейтрализатор устанавливается перед основным или же параллельно ему.

Накопительный нейтрализатор.

По конструкции он не отличается от обычного трехкомпонентного нейтрализатора.

Помимо выполнения функций трехкомпонентного нейтрализатора он способен накапливать оксиды азота. Принцип действия накопительного нейтрализатора заключается в следующем. В накопительном нейтрализаторе помимо трех прослоек из платины, родия и палладия предусмотрена четвертая прослойка из оксида бария. Эта прослойка способна связывать оксиды азота при работе двигателя на бедных смесях. Процесс связывания оксидов азота начинается с их преобразования в диоксид азота в присутствии платины и завершается реакцией, в результате которой оксид бария переводится в нитрат бария.

 

Датчики кислорода и содержания оксидов азота.

Кислородный датчик (другое наименование лямбда-зонд, датчик концентрации кислорода) служит для определения количества кислорода в отработавших газах.

Для обеспечения эффективной (экономичной и экологичной) работы двигателя внутреннего сгорания соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси должно быть постоянным на всех режимах работы. Это достигается использованием кислородного датчика в выпускной системе. Сам процесс управления содержанием кислорода в выхлопных газах называется лямбда-регулирование.

Так, при недостатке воздуха в топливно-воздушной смеси, углеводороды и угарный газ полностью не окисляются. С другой стороны, при избытке воздуха оксиды азота полностью не разлагаются на азот и кислород.

Датчик оксидов азота вворачивается в выпускную систему непосредственно за накопительным нейтрализатором. Он позволяет определять концентрации оксидов азота и кислорода в отработавших газов. Сигналы с датчика передаются на вход блока управления.

По сигналам датчика определяется соответствие настройки установленного перед нейтрализатором широкополосного датчика кислорода на стехиометрическую смесь, работоспособность нейтрализатора, необходимость регенерации нейтрализатора по оксидам азота и сере.

 

 

Сажевые фильтры.

С введением норм Евро-5 в январе 2011 года применение СФ на легковых автомобилях с дизельным двигателем является обязательным. Дизельный СФ предназначен для снижения выброса сажевых частиц в атмосферу с отработавшими газами. Применения фильтра позволяет добиться снижения частиц сажи в отработавших газах до 99,9 %. В выпускной системе СФ располагается за каталитическим нейтрализатором. В ряде конструкций СФ объединен с каталитическим нейтрализатором окислительного типа и располагается сразу за выпускным коллектором там, где температура отработавших газов максимальна. Он называется СФ с каталитическим покрытием. В работе СФ различается два последовательных этапа: фильтрация и регенерация сажи. При фильтрации происходит захват частиц сажи и оседание их на стенках фильтра. Наибольшую сложность для задержания представляют частицы сажи малого размера (от 0,1 до 1 мкм). Их доля невелика (до 5%), но это самые опасные для человека выбросы. Современные СФ задерживают и эти частицы. Пассивная регенерация СФ осуществляется за счет высокой температуры отработавших газов (порядка 600°С), которая достигается при работе двигателя с максимальной нагрузкой. Активная регенерация СФ производится путем принудительного повышения температуры отработавших газов в течение определенного промежутка времени. Накопленная при этом сажа окисляется (сгорает).

 

41.Очистка отработавших газов по принципу SCR.

В процессе очистки ОГ по принципу SCR (селективное каталитическое восстановление) в них добавляется восстановитель, например, раствор мочевины с концентрацией 32,5% по массе. В гидролизном нейтрализаторе из раствора мочевины добывается аммиак. Аммиак реагирует в нейтрализаторе SCR c NOX, в результате чего образуется азот и вода. Современные нейтрализаторы SCR могут исполнять функции гидролизного нейтрализатора, так что последний становится не нужен. Нейтрализаторы работающие по принципу SCR, применяются в основном на грузовых автомобилях. Таким образом с этой системой можно сэкономить до 10% топлива.

studopedia.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о