Замена катализатора на пламегаситель плюсы и минусы: плюсы и минусы, замена на пламегаситель

Восстановление NO (CO) над Rh:

2NO(g) + 2CO(g) → N ₂ (g) + 2CO ₂ (g)

Работа с NO

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 0073 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 крупных 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 бедной/богатой смеси) в систему впрыска.

Эффективное сгорание

Эти достижения означали, что теперь можно было 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 → 2cepo ₂ + ½O ₂ → 2cepo ₂ + ½o ₂ → 2cepo ₂ + ½ ₂ → 2. 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 эффективных 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.

Как и в случае с бензиновыми автомобилями, катализ для снижения выбросов дизельных двигателей не является чем-то новым. 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 над катализатором SCR, обычно нанесенным на оксид ванадия (V ₂ O ₅ ), или железом или медью, нанесенными 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.

Urea decomposition:

NH ₂ CONH ₂  → NH ₃  + HNCO 

Hydrolysis:

HNCO + H ₂ O → NH ₃  + CO ₂  

NO SCR:

4NH ₃  + 4NO + O ₂  → 4N ₂  + 6H ₂ O 

NO ₂  SCR:

8NH ₃  + 6NO ₂  → 7N ₂  + 12H 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 Lean NO

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 к платино-родиевому катализатору добавляют накопительный компонент NO _x , обычно оксид щелочного или щелочноземельного металла, например оксид бария. В нормальных условиях обедненного дизельного топлива в нем сохраняется NO 9.0073 x в виде нитрата, но каждые 60-120 секунд или около того 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 HAROUS (Рис. 2A)

Нет окисления:

2NO _(G) + O _{2 (G)} → 2NO ₂

Хранили :

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 загрязняющих веществ PM, подлежащих 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). Агентство по охране окружающей среды США в настоящее время предлагает конкретный N ₂ O правила также для введения в действие с 2014 года. 

Для решения этих проблем химикам и инженерам требуется больше, чем когда-либо прежде, для совершенствования уже имеющихся технологий контроля выбросов и изобретения новых способов решения проблемы загрязнения окружающей среды автотранспортными средствами.

Эндрю работает в Исследовательской группе по контролю выбросов в Технологическом центре Джонсона Матти в Рединге, а также является приглашенным научным сотрудником Кембриджского университета.

Eastern Catalytic™ — AP Emissions Tech, LLC.

Каталитические нейтрализаторы, соответствующие требованиям EPA и CARB

:

Быстрые ссылки

Компания Eastern Catalytic производит каталитические нейтрализаторы, предназначенные для профессиональных техников. Наши линейки преобразователей Universal, Direct-fit, EPA и CARB имеют широкий охват и предназначены для простой установки и длительного срока службы. Покрытие Eastern для легковых автомобилей, фургонов, грузовиков и внедорожников является наиболее полным в отрасли и включает труднодоступные приложения.

Рынки

Автомобили и легкие грузовики

ВОСТОЧНЫЕ КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Каталитические нейтрализаторы с прямой посадкой

Просмотреть каталоги

КАТАЛОГ АП

КАТКО КАТАЛОГ

ВОСТОЧНЫЙ КАТАЛОГ

КАТАЛОГ ДЮРАФИТ

Каталитические нейтрализаторы прямого монтажа

Конструкция коллектора и днища для точной подгонки и легкой установки

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРЕИМУЩЕСТВА:

• Преобразователи, одобренные Федеральным агентством по охране окружающей среды (EPA) и Калифорнией (CARB)

9 Специально разработаны для автомобилей с OBDII и

90 Усовершенствованная технология катализаторов Aristo Clean by Design® для решения самых сложных проблем с выбросами

Увеличение содержания драгоценных металлов

Улучшенное хранение и выпуск O2

Точное расположение датчиков O2

Меньший уровень выбросов

Долгосрочная надежность

Не горит индикатор MIL

Самый полный охват в отрасли

409 Конструкция корпуса и горловины из нержавеющей стали для увеличения срока службы необходимо)

Обеспечивает более быструю и легкую установку

ПРЕИМУЩЕСТВА ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ:

• Изготовлено из высококачественных материалов
• 5-летняя/50 000 миль гарантия на корпус гидротрансформатора
• 50 000 миль гарантия на выбросы

Универсальные каталитические нейтрализаторы

Просмотреть каталоги

КАТАЛОГ АП

КАТКО КАТАЛОГ

ВОСТОЧНЫЙ КАТАЛОГ

КАТАЛОГ ДЮРАФИТ

Универсальные каталитические нейтрализаторы

Предоставляет профессиональным специалистам возможность немедленной установки

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРЕИМУЩЕСТВА:

• Преобразователи, одобренные Федеральным агентством по охране окружающей среды (EPA) и Калифорнией (CARB)
• Специально разработаны для автомобилей с OBDII и до OBDII проблемы
• Увеличение содержания драгоценных металлов
• Улучшение хранения и выделения O2
• Снижение выбросов
• Долгосрочная надежность
• Не горит индикатор MIL
• Наиболее полное покрытие отрасли
• 409 Строительство раковины и шеи из нержавеющей стали для более длительного срока службы

Потребитель Бенфит

• Произведено из высококачественных материалов
• 5-летний/50 000 миль на корпусе конвертера
• 50 000-
• . мильная гарантия на выбросы

Резка и сварка обязательны для универсальных котов. Мы рекомендуем профессиональную установку.

Коллектор с прямой посадкой и каталитические нейтрализаторы с подогревом

Просмотр каталогов

КАТАЛОГ АП

КАТКО КАТАЛОГ

ВОСТОЧНЫЙ КАТАЛОГ

КАТАЛОГ ДЮРАФИТ

Коллектор с прямой посадкой и каталитические нейтрализаторы с подогревом

Сокращение времени ремонта за счет точной посадки нейтрализатора с коллектором

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРЕИМУЩЕСТВА0010

ПРЕИМУЩЕСТВА ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ 0986