Каталитический нейтрализатор что это – Каталитический нейтрализатор выхлопных газов (катализатор): что это такое, как проверить и на что заменить

Катализатор подробно — Энциклопедия журнала «За рулем»

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Об­щие све­де­ния

Тре­бо­ва­ния по ог­ра­ни­че­нию то­к­сич­но­сти от­ра­бо­тав­ших га­зов дви­га­те­лей вну­т­рен­не­го сго­ра­ния по­я­ви­лись в 70-х го­дах про­шло­го сто­ле­тия в США и Япо­нии, а за­тем и в дру­гих стра­нах. В свя­зи с уве­ли­че­ни­ем ко­ли­че­ст­ва ав­то­мо­би­лей и их от­ри­ца­тель­ным воз­дей­ст­ви­ем на ок­ру­жа­ю­щую сре­ду эти тре­бо­ва­ния по­сто­ян­но уже­сто­ча­ют­ся. На про­тя­же­нии трех де­ся­ти­ле­тий ве­дет­ся ра­бо­та, на­пра­в­лен­ная на ре­ше­ние этой про­б­ле­мы. Все из­вест­ные спо­со­бы сни­зить ко­ли­че­ст­во вред­ных вы­бро­сов за счет ре­гу­ли­ро­вок или из­ме­не­ния кон­ст­рук­ции дви­га­те­ля не да­ли ожи­да­е­мо­го эф­фе­к­та. Кро­ме то­го, их ис­поль­зо­ва­ние при­во­дит к уве­ли­че­нию рас­хо­да то­п­ли­ва и су­ще­ст­вен­но­му сни­же­нию мощ­но­сти.
Не­пол­но­та сго­ра­ния в порш­не­вых бен­зи­но­вых дви­га­те­лях не по­з­во­ля­ет умень­шить ко­ли­че­ст­во ок­си­да уг­ле­ро­да, уг­ле­во­до­ро­дов и оки­слов азо­та в от­ра­бо­тав­ших га­зах до тре­бу­е­мо­го уров­ня

1.
Нейт­ра­ли­за­ция то­к­сич­ных ком­по­нен­тов от­ра­бо­тав­ших га­зов с ис­поль­зо­ва­ни­ем хи­ми­че­ских ре­ак­ций окис­ле­ния и (или) вос­ста­но­в­ле­ния яв­ля­ет­ся наи­бо­лее эф­фе­к­тив­ным спо­со­бом сни­же­ния то­к­сич­но­сти вы­хло­па при со­в­ре­мен­ном уров­не раз­ви­тия тех­ни­ки. С этой це­лью в вы­пу­ск­ную си­с­те­му дви­га­те­ля ус­та­на­в­ли­ва­ют спе­ци­аль­ный тер­ми­че­ский ре­а­к­тор (ней­т­ра­ли­за­тор).
В от­сут­ст­вие ка­та­ли­за­то­ров пол­ное пре­об­ра­зо­ва­ние ок­си­да уг­ле­ро­да и не­сго­рев­ших уг­ле­во­до­ро­дов про­ис­хо­дит в ди­а­па­зо­не тем­пе­ра­тур от 700 до 850°С при ус­ло­вии из­быт­ка ки­с­ло­ро­да. Нейт­ра­ли­зо­вать окис­лы азо­та при этом не­воз­мож­но, так как обя­за­тель­ным ус­ло­ви­ем их вос­ста­но­в­ле­ния яв­ля­ет­ся не­до­с­та­ток сво­бод­но­го ки­с­ло­ро­да.
В при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ров — ве­ществ, ак­ти­ви­зи­ру­ю­щих хи­ми­че­ские ре­ак­ции, тем­пе­ра­ту­ра ней­т­ра­ли­за­ции сни­жа­ет­ся и обес­пе­чи­ва­ет­ся воз­мож­ность пре­об­ра­зо­ва­ния всех то­к­сич­ных ком­по­нен­тов.
Ка­та­ли­ти­че­ские ней­т­ра­ли­за­то­ры ос­но­ва­ны на ис­поль­зо­ва­нии “бла­го­род­ных” ме­тал­лов, что свя­за­но с вы­со­кой хи­ми­че­ской аг­рес­сив­но­стью от­ра­бо­тав­ших га­зов. При­ме­не­ние со­от­вет­ст­ву­ю­щих ка­та­ли­за­то­ров обес­пе­чи­ва­ет воз­мож­ность од­но­вре­мен­но окис­лять ок­сид уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­ды, а так­же вос­ста­на­в­ли­вать окис­лы азо­та. Та­кие ней­т­ра­ли­за­то­ры до­с­та­точ­но дол­го­веч­ны, их при­ме­не­ние не при­во­дит к су­ще­ст­вен­но­му уве­ли­че­нию рас­хо­да то­п­ли­ва и сни­же­нию мощ­но­сти дви­га­те­ля. При оп­ти­маль­ном уп­ра­в­ле­нии про­цес­сом сго­ра­ния и ре­цир­ку­ля­ци­ей от­ра­бо­тав­ших га­зов мо­гут быть вы­пол­не­ны са­мые же­ст­кие эко­ло­ги­че­ские тре­бо­ва­ния, предъ­я­в­ля­е­мые к ав­то­мо­би­лям.

Ус­т­рой­ст­во ней­т­ра­ли­за­то­ра

В штам­по­ван­ном кор­пу­се, из­го­то­в­лен­ном из не­ржа­ве­ю­щей ста­ли, рас­по­ло­жен ка­та­ли­ти­че­ский но­си­тель и эла­стич­ная тер­мо­изо­ля­ци­он­ная про­клад­ка (рис.1).

Устройство автомобильного нейтрализатора выхлопных газов:
1 — штампованный корпус из нержавеющей стали;
2 — каталитический носитель;
3 — эластичная термоизоляционная прокладка. а — керамический носитель; б — металлический носитель из гофрированной фольги.

Ке­ра­ми­че­ский но­си­тель (рис. “а”) про­ни­зан про­доль­ны­ми по­ра­ми-со­та­ми, на по­верх­ность ко­то­рых на­не­сен ак­тив­ный ка­та­ли­ти­че­ский слой. По­ры об­ра­зу­ют мно­же­ст­во тон­ких ка­на­лов для про­пу­с­ка от­ра­бо­тав­ших га­зов. Бла­го­да­ря спе­ци­аль­ной под­лож­ке тол­щи­ной 20—60 ми­к­рон с раз­ви­тым ми­к­ро­рель­е­фом об­щая пло­щадь по­верх­но­сти это­го слоя мо­жет до­хо­дить до 20000 м2. Мас­са ка­та­ли­за­то­ров, на­не­сен­ных на эту ог­ром­ную пло­щадь, со­ста­в­ля­ет все­го 2—3 грам­ма.
Для умень­ше­ния га­ба­ри­тов ке­ра­ми­че­ской де­та­ли и сни­же­ния тер­ми­че­ских на­пря­же­ний в ней но­си­тель из та­ко­го ма­те­ри­а­ла ча­с­то из­го­та­в­ли­ва­ет­ся со­став­ным.

Ме­тал­ли­че­ский но­си­тель (рис. “б”) пред­ста­в­ля­ет со­бой тон­чай­шие со­ты, из­го­то­в­лен­ные из гоф­ри­ро­ван­ной фоль­ги. Это по­з­во­ля­ет уве­ли­чить пло­щадь ра­бо­чей по­верх­но­сти по срав­не­нию с ке­ра­ми­че­ским но­си­те­лем, сни­зить со­про­ти­в­ле­ние дви­же­нию га­зов и ус­ко­рить ра­зо­грев бло­ка до ра­бо­чей тем­пе­ра­ту­ры.

Эла­стич­ная тер­мо­изо­ля­ци­он­ная про­клад­ка слу­жит для ком­пен­са­ции раз­ли­чия тер­ми­че­ско­го рас­ши­ре­ния кор­пу­са и но­си­те­ля. Она так­же пред­на­зна­че­на для за­щи­ты от ви­б­ра­ции, уда­ров, дру­гих ме­ха­ни­че­ских воз­дей­ст­вий и мо­жет из­го­та­в­ли­вать­ся:
— в ви­де про­во­лоч­ной сет­ки из не­ржа­ве­ю­щей тер­мо­стой­кой ста­ли;
— как по­душ­ка из во­ло­кон си­ли­ка­та алю­ми­ния с до­бав­кой слю­ды.

Нейт­ра­ли­за­то­ры для бен­зи­но­вых дви­га­те­лей

Окис­ли­тель­ные ка­та­ли­ти­че­ские ней­т­ра­ли­за­то­ры до­жи­га­ют в при­сут­ст­вии пла­ти­ны и из­быт­ке ки­с­ло­ро­да ок­сид уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­ды.

Не­до­ста­ток за­клю­ча­ет­ся в том, что в этих ус­ло­ви­ях не­воз­мож­но ней­т­ра­ли­зо­вать окис­лы азо­та.

Двух­сту­пен­ча­тые ней­т­ра­ли­за­то­ры при­ме­ня­ют для пре­об­ра­зо­ва­ния всех трех то­к­сич­ных ком­по­нен­тов. Они со­сто­ят из двух ча­с­тей, ус­та­но­в­лен­ных по­с­ле­до­ва­тель­но. Пер­вая сту­пень вос­ста­на­в­ли­ва­ет окис­лы азо­та при де­фи­ци­те ки­с­ло­ро­да, а вто­рая окис­ля­ет ок­сид уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­ды при при­ну­ди­тель­ной по­да­че в нее воз­ду­ха.
Двух­сек­ци­он­ные ней­т­ра­ли­за­то­ры име­ют от­но­си­тель­но слож­ную кон­ст­рук­цию. Ис­поль­зо­ва­ние сме­сей с из­быт­ком то­п­ли­ва, что не­об­хо­ди­мо для вос­ста­но­в­ле­ния оки­слов азо­та, при­во­дит к по­вы­шен­но­му рас­хо­ду то­п­ли­ва.

Трех­ком­по­нент­ные ней­т­ра­ли­за­то­ры спо­соб­ны од­но­вре­мен­но под­дер­жи­вать ре­ак­ции окис­ле­ния и вос­ста­но­в­ле­ния то­к­сич­ных ком­по­нен­тов, со­дер­жа­щих­ся в вы­хлоп­ных га­зах. В ка­че­ст­ве ка­та­ли­за­то­ров для пре­об­ра­зо­ва­ния оки­слов азо­та в азот при­ме­ня­ют пла­ти­ну и ро­дий. Для сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры до­жи­га­ния ок­си­да уг­ле­ро­да и уг­ле­во­до­ро­дов, кро­ме пла­ти­ны, ино­гда ис­поль­зу­ют ру­те­ний. Ре­ак­ции ней­т­ра­ли­за­ции в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ров на­чи­на­ют­ся при тем­пе­ра­ту­ре 250°С. Пре­об­ра­зо­ва­ние наи­бо­лее эф­фе­к­тив­но в ди­а­па­зо­не тем­пе­ра­тур от 400 до 800°С.

Для обес­пе­че­ния ра­бо­ты трех­ком­по­нент­но­го ней­т­ра­ли­за­то­ра не­об­хо­дим сте­хио­мет­ри­че­ский со­став то­п­ли­во-воз­душ­ной сме­си. При этом на 1кг то­п­ли­ва долж­но по­да­вать­ся 14,7—14,9кг воз­ду­ха, что обес­пе­чи­ва­ет наи­бо­лее пол­ное сго­ра­ние.
Си­с­те­ма по­да­чи то­п­ли­ва с элек­трон­ным бло­ком уп­ра­в­ле­ния обес­пе­чи­ва­ет сте­хио­мет­ри­че­ский со­став го­рю­чей сме­си на всех ре­жи­мах ра­бо­ты дви­га­те­ля. Уп­ра­в­ле­ние осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с ис­поль­зо­ва­ни­ем сиг­на­ла, ге­не­ри­ру­е­мо­го спе­ци­аль­ным дат­чи­ком ки­с­ло­ро­да (рис.5), ус­та­но­в­лен­ным в си­с­те­ме вы­пу­с­ка.

Лямбда-Зонд (Дат­чик ки­с­ло­ро­да) вы­да­ет элек­т­ри­че­ский им­пульс в за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия или от­сут­ст­вия ки­с­ло­ро­да в от­ра­бо­тав­ших га­зах. Ес­ли ки­с­ло­род по­я­вил­ся, смесь со­дер­жит из­бы­ток воз­ду­ха (обед­не­на), ес­ли ки­с­ло­род ис­чез, смесь со­дер­жит из­бы­ток то­п­ли­ва (обо­га­ще­на). По сиг­на­лу дат­чи­ка элек­трон­ная си­с­те­ма уп­ра­в­ле­ния дви­га­те­лем по­сто­ян­но под­дер­жи­ва­ет смесь сте­хио­мет­ри­че­ско­го со­ста­ва.

Нейт­ра­ли­за­то­ры для ди­зе­лей

Срав­ни­тель­но не­боль­шое со­дер­жа­ние вред­ных ком­по­нен­тов в от­ра­бо­тав­ших га­зах ди­зе­лей не тре­бо­ва­ло в про­шлом ус­та­нов­ки спе­ци­аль­ных уст­ройств. Од­на­ко уже­сто­че­ние норм то­к­сич­но­сти кос­ну­лось и их. По­я­ви­лись си­с­те­мы сни­же­ния то­к­сич­но­сти вы­хло­па, вклю­ча­ю­щие ре­цир­ку­ля­цию от­ра­бо­тав­ших га­зов, ка­та­ли­ти­че­ский ней­т­ра­ли­за­тор и спе­ци­аль­ный са­же­вый фильтр. Са­жа, со­дер­жа­ща­я­ся в вы­хло­пе, не­то­к­сич­на, но она ад­сор­би­ру­ет на по­верх­но­сти сво­их ча­с­тиц кан­це­ро­ген­ные по­ли­ци­к­ли­че­ские уг­ле­во­до­ро­ды, в том чис­ле бенз-а-пи­рен.

Ка­та­ли­ти­че­ские ней­т­ра­ли­за­то­ры в этом слу­чае не тре­бу­ют по­да­чи до­пол­ни­тель­но­го воз­ду­ха, по­сколь­ку ди­зе­ли ра­бо­та­ют на очень бед­ных сме­сях и в вы­хлоп­ных га­зах все­гда при­сут­ст­ву­ет сво­бод­ный ки­с­ло­род. Кон­цен­т­ра­ция про­ду­к­тов не­пол­но­го сго­ра­ния в от­ра­бо­тав­ших га­зах зна­чи­тель­но ни­же, чем в бен­зи­но­вом дви­га­те­ле.
Са­же­вые фильт­ры из­го­та­в­ли­ва­ют в ви­де по­ри­с­то­го фильт­ру­ю­ще­го ма­те­ри­а­ла из кар­би­да крем­ния. Пе­ри­о­ди­че­ски фильт­ры очи­ща­ют от­ра­бо­тав­ши­ми га­за­ми, тем­пе­ра­ту­ру ко­то­рых для это­го по­вы­ша­ют пу­тем впры­ска то­п­ли­ва в ци­лин­д­ры с за­по­зда­ни­ем. Для сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры ре­ге­не­ра­ции при­ме­ня­ет­ся спе­ци­аль­ная при­сад­ка к то­п­ли­ву. Очи­ст­ка фильт­ра про­ис­хо­дит по ко­ман­де бло­ка уп­ра­в­ле­ния по­с­ле ка­ж­дых 400—500 км про­бе­га ав­то­мо­би­ля.

Ре­ко­мен­да­ции

Для обес­пе­че­ния эф­фе­к­тив­ной ра­бо­ты ней­т­ра­ли­за­то­ра не­об­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать толь­ко ка­че­ст­вен­ное не­эти­ли­ро­ван­ное то­п­ли­во, так как со­дер­жа­щий­ся в бен­зи­не те­т­ра­этил­сви­нец (ТЭС) не­об­ра­ти­мо “от­ра­в­ля­ет” ка­та­ли­ти­че­скую по­верх­ность.
Во вре­мя и по­с­ле ра­бо­ты дви­га­те­ля кор­пус ней­т­ра­ли­за­то­ра име­ет до­с­та­точ­но вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру. В свя­зи с этим, во из­бе­жа­ние по­жа­ра, не сле­ду­ет пар­ко­вать ав­то­мо­биль над лег­ко вос­пла­ме­ня­ю­щи­ми­ся пред­ме­та­ми, на­при­мер су­хи­ми ли­сть­я­ми, тра­вой, бу­ма­гой и т.д.
Сле­ду­ет со­блю­дать ос­нов­ные пра­ви­ла, при­ве­ден­ные в ин­ст­рук­ции по экс­плу­а­та­ции ав­то­мо­би­лей. Они на­пра­в­ле­ны на пре­ду­пре­ж­де­ние си­ту­а­ции, ко­гда в ней­т­ра­ли­за­тор мо­жет по­пасть зна­чи­тель­ное ко­ли­че­ст­во не­сго­рев­ше­го то­п­ли­ва. В этом слу­чае воз­мож­ная вспыш­ка мо­жет при­ве­с­ти к его раз­ру­ше­нию. На­и­бо­лее об­щие ре­ко­мен­да­ции мож­но из­ло­жить сле­ду­ю­щим об­ра­зом:

· не сле­ду­ет бес­по­лез­но кру­тить дви­га­тель стар­те­ром дли­тель­ное вре­мя;
· в хо­лод­ное вре­мя го­да, ес­ли дви­га­тель не за­пу­с­тил­ся с пер­вой по­пыт­ки, не­об­хо­ди­мо из­бе­гать по­втор­ных вклю­че­ний стар­те­ра че­рез ко­рот­кие про­ме­жут­ки вре­ме­ни;
· нель­зя пу­с­кать дви­га­тель пу­тем бу­к­си­ров­ки;
· за­пре­ща­ет­ся про­ве­рять ра­бо­ту ци­лин­д­ров, от­клю­чая све­чи за­жи­га­ния.

¹Основным источником образования несгоревших остатков является гашение пламени в пристеночных зонах, в зазоре между поршнем и цилиндром, между поршневыми кольцами и канавками в поршне и т.д. Другая причина — неравномерность состава смеси по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах.

Каталитический нейтрализатор — это… Что такое Каталитический нейтрализатор?



Каталитический нейтрализатор

Каталитический конвертер — нейтрализатор (англ. catalytic converter) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработанных газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. Основным требованием к успешной работе катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и кислорода.

Вредные выбросы

На дороги ежедневно выезжают миллионы автомобилей, и каждый из них — источник загрязнения воздуха. Особенно это чувствуется в крупных городах, где выхлопные газы автомобилей могут создавать большие проблемы.

Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

Принцип работы

Катализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее. Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находятся керамическая сотовая конструкция. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах. В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления. В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы содержат в основном N₂ и СО₂.

Катализаторы в дизельных двигателях

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NO_x. Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем обычные, а преобразователи работают лучше при нагреве. Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток. Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя. При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NO_x. Карбамид, также известный как мочевина — органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода. Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название. Мочевина реагирует с NO_x с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90 процентов.^[1]

Источники

1. ↑ ^{1 2} Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru.

Ссылки

См. также

Выхлопные газы

Wikimedia Foundation. 2010.

• Каталлаксия
• Каталог (файловая система)

Смотреть что такое «Каталитический нейтрализатор» в других словарях:

• каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля — каталитический нейтрализатор Ндп. каталитический дожигатель каталитический конвертер каталитический очиститель Устройство для нейтрализации отработавших газов двигателя автомобиля методом каталитического воздействия. [ГОСТ 17.2.1.02 76]… …   Справочник технического переводчика

• Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля — 18. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля* Каталитический нейтрализатор Ндп. Каталитический дожигатель Каталитический конвертер Каталитический очиститель D Katalytischer Abgasreiniger Е. Catalytic converter F… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Каталитический конвертер — Каталитический конвертер  нейтрализатор (англ. catalytic converter)  устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного… …   Википедия

• ГОСТ 17.2.1.02-76: Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей, автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин — Терминология ГОСТ 17.2.1.02 76: Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей, автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно дорожных машин оригинал документа: 9. Белый дым отработавших газов… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ — самодвижущееся четырехколесное транспортное средство с двигателем, предназначенное для перевозок небольших групп людей по автодорогам. Легковой автомобиль, обычно вмещающий от одного до шести пассажиров, именно этим, в первую очередь, отличается… …   Энциклопедия Кольера

• система — 4.48 система (system): Комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. Примечание 1 Система может рассматриваться как продукт или предоставляемые им услуги. Примечание 2 На практике… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Глушитель (акустический фильтр) — У этого термина существуют и другие значения, см. Глушитель (значения). Глушитель  устройство для снижения шума от выходящих в атмосферу газов или воздуха из различных устройств. В системах вентиляции используются шумоглушители для снижения… …   Википедия

• ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ — изучает химические силы, действующие на поверхности. В общем случае химия поверхности рассматривает свойства трех состояний вещества твердого (Т), жидкого (Ж) и газообразного (Г) и дает описание вещества как фазовой системы. Однако если два… …   Энциклопедия Кольера

• Opel — Adam Opel AG Тип …   Википедия

• Mercedes-Benz G-класс — Mercedes Benz G класс …   Википедия

что это, зачем он нужен, устройство, принцип работы, виды

Выхлопная система современного авто, произведенного за рубежом или собранного по лицензии в России, намного сложнее того, что отечественный автопром устанавливал еще пару десятилетий назад на «Лады» собственного производства.

Выбросы автомобилей в атмосферу

Незаменимые в быту и хозяйственной деятельности человека автомобили представляют наибольшую опасность для среды обитания человека. Вредное воздействие продуктов сгорания автомобильных двигателей имеет глобальные и локальные последствия:

• Глобальные. Толщина и площадь озонового слоя, защищающего Землю от космических излучений, за последние десятилетия катастрофически уменьшилась, что в перспективе создает опасность для существования человечества.
• Локальные. В мире есть еще немало территорий с чистой экологией. Но это никак не касается городов, где уже сегодня дышать чистым воздухом практически невозможно.

Как в этих процессах участвуют наши автомобили? Самым непосредственным образом! Их доля в загрязнении окружающей среды составляет не менее 70%. Всего за один год эксплуатации среднестатистический автомобиль выбрасывает в атмосферу:

• 135 кг окиси углерода;
• 25 кг оксидов азота;
• 20 кг углеводородов;
• 4 кг двуокиси серы;
• 1,2 кг твердых частиц;
• до 10 кг бензопропилена.

Всего получается не менее 12 миллионов тонн веществ, которые уничтожают не только среду обитания человека, но и разрушают защитный озоновый слой планеты. С каждым годом количество автомобилей увеличивается, что в перспективе не сулит ничего хорошего.

В связи с этим на международном уровне приняты стандарты качества топлива и количества вредных веществ, попадающих в атмосферу в процессе его сгорания в автомобильном двигателе. С 2005 года в странах Евросоюза установлен экологический стандарт Евро-5 для всех производимых транспортных средств. В России переход на стандарт Евро-4 осуществлен в 2015 году.

Зачем нужен катализатор

Каталитический нейтрализатор выхлопных газов – элемент выхлопной системы автомобиля, ответственный за нейтрализацию вредных для экологии продуктов сгорания бензина – углеводородов, окисей азота и углерода, сажи. В любой каталитический реакции обязательно присутствую активные реагенты. В автомобильном катализаторе нейтрализация вредных веществ осуществляется в мелкоячеистых порах, покрытых тонким слоем редкоземельных и благородных металлов – палладий, иридий, платина. Благодаря им несгоревшие вещества принудительно и практически бесследно дожигаются.

Принцип работы

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор действует следующим образом:

• исходящие из цилиндров двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы заполняют покрытые платиной и палладием ячейки, размещенные в керамических блоках;
• металлическое покрытие ячеек инициирует химическую реакцию, в результате которой происходит преобразование несгоревших углеводородов в водяной пар, а угарный газ превращается в углекислый;
• проходя через покрытые родием ячейки, оксид азота распадается на нейтральный азот и кислород;
• результат – из выхлопной трубы наружу поступают полностью очищенные от вредных компонентов газы.

Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то совместно с катализатором работает сажевый фильтр.

Устройство

Нейтрализатор всегда расположен после выпускного коллектора двигателя. В его состав входит:

• изготовленный из металла корпус с патрубками на входе и выходе;
• монолитный керамический блок, представляющий собой пористую структуру с многочисленными ячейками, обеспечивающими максимально большую площадь рабочей поверхности, с которой соприкасаются отработанные газы;
• каталитический слой, состоящий из редкоземельного палладия, иридия и благородной платины, а в некоторых моделях и менее дорогостоящего золота;
• теплоизоляционный металлический кожух, защищающий устройство от механических повреждений.

Катализатор предназначен для нейтрализации трех вредоносных компонентов выхлопных газов:

• ядовитых окислов азота, которые участвуют в образовании смога, провоцируют кислотные дожди;
• угарного газа, смертельно опасного для человеческого организма;
• канцерогенных углеводородов.

Виды

В современных автомобилях производители устанавливают катализаторы различных типов и модификаций. Вне зависимости от устройства и используемых для нейтрализации вредных продуктов сгорания топлива, все они более или менее в равной степени обеспечивают соответствующую европейским нормам степень очистки.

В современных автомобилях используются катализаторы:

• химические;
• металлические;
• керамические;
• магнитно-стрикционные.

Металлические

Это дорогостоящие катализаторы, в процессе производства требуют сложного технологического оборудования. В результате устройство не подвержено механическим воздействиям, колебаниям температуры. Металлическая передняя часть блока может служить нагревательным элементом. Тонкие стенки несущего материала обеспечивают невысокое аэродинамическое сопротивление, что позволяет использовать катализатор во всех разновидностях техники, в том числе повышенной мощности. Среди преимуществ – пониженный расход топлива и длительный срок эксплуатации.

Керамические катализаторы

Наиболее популярная сотовая конструкция, которая устанавливается на большинстве современных моделей автомобилей. Керамическая поверхность покрывается перечисленными выше благородными и редкоземельными металлами, которые активизируют свои каталитическое свойства под воздействием тепла. Срок службы керамического устройства в Европе не превышает 120 000 км. Это обстоятельство несколько смущает покупателей подержанных автомобилей. Но ввиду низкого качества бензина отечественного производства замену катализатора придется апроизвести после пробега максимум 80 000 км. Керамика – материал хрупкий и поэтому тряска наших дорог на ее целостности отражается самым негативным образом.

Сажевый фильтр

Если в бензиновом автомобиле используется каталитический нейтрализатор, то для очистки выхлопа дизеля устанавливается сажевый фильтр. Его задача – улавливание частиц сажи. Сажевый фильтр не имеет целью нейтрализацию вредных отходов в отработанных газах. В некоторых моделях авто производители устанавливают в сажевый фильтр дополнительные ячейки, предназначенный для улавливания содержащихся в газах вредных веществ.

Спортивный

Повышенная эффективность спортивного катализатора достигается за счет увеличенного слоя катализаторов. Напыления драгметаллов превосходит стандартные нейтрализаторы в 3-8 раз. В результате увеличивается его пропускная способность и срок эксплуатации. Спортивное устройство предназначено вовсе не для любителей экстремальной езды. Его можно установить и на дорогой спорткар, и на простой б/у автомобиль среднего класса.

Двухсторонние

Такие катализаторы предназначены для:

• преобразования вредного для здоровья угарного газа в нейтральный углекислый газ;
• окисления не полностью сгоревших углеводородов в воду и обычный углекислый газ.

Такие устройства нашли применение в дизельных двигателях.

Трехсторонние

Этот тип нейтрализатора решает следующие задачи:

• разложение окиси азота на составляющие – чистый азот и кислород;
• окисление угарного газа до углекислого газа;
• преобразование несгоревших продуктов в углекислый газ и воду.

Что делать, если катализатор вышел из строя

Катализатор ремонту не подлежит. Любая попытка обмануть бортовой компьютер приведет к тому, что ваш автомобиль превысит допустимые в цивилизованных странах пределы содержания вредных веществ в выхлопных газах. Цивилизованное решение – сдать вышедшую из строя деталь в утиль и установить новую, обеспечивающую безопасность для окружающих.

Катализ — Википедия

Ката́лиз (греч. κατάλυσις от καταλύειν «разрушение») — избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов), который, согласно теории промежуточных соединений, многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий.^[1]

Термин «катализ» был введён в 1835 году шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом.

Катализа́ция (явление катализа) распространена в природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в производстве серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и др.: большая часть всех промышленных реакций — каталитические).

Случай, когда катализатором является один из продуктов реакции или её исходных веществ, называют автокатализом.

Катализатор изменяет механизм реакции на энергетически более выгодный, то есть снижает энергию активации. Катализатор образует с молекулой одного из реагентов промежуточное соединение, в котором ослаблены химические связи. Это облегчает его реакцию со вторым реагентом. Важно отметить, что катализаторы ускоряют обратимые реакции как в прямом, так и в обратном направлениях. Поэтому они не смещают химическое равновесие^[2].

По влиянию на скорость реакции катализ многие источники делят на положительный (скорость реакции растет) и отрицательный (скорость реакции падает). В случае ингибирования цепных реакций, ингибитор расходуется в процессе реакции, поэтому данный случай нельзя считать отрицательным катализом.

Катализ бывает гомогенным и гетерогенным (контактным). В гомогенном катализе катализатор состоит в той же фазе, что и реактивы реакции, в то время как гетерогенные катализаторы отличаются фазой.

Гомогенный катализ[править | править код]

Примером гомогенного катализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:

H₂О₂ + I → H₂О + IO H₂О₂ + IO → H₂О + О₂ + I

При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации.

При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела — катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель.

Механизм гетерогенного катализа сложнее, чем у гомогенного. Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они обратимы.

1. Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества
2. Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем их хемосорбция
3. Химическая реакция между реагирующими молекулами
4. Десорбция продуктов с поверхности катализатора
5. Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток

Примером гетерогенного катализа является окисление SO₂ в SO₃ на катализаторе V₂O₅ при производстве серной кислоты (контактный метод).

Течение реакции именно на поверхности катализатора можно продемонстрировать на опыте, в котором пластинку из платины нагревают в пламени газовой горелки, затем пламя тушат и пускают на пластинку струю газа из горелки, при этом пластинка снова раскаляется докрасна — окисление метана происходит на поверхности металла^[3].

Металлическая платина (показана стрелками), стабилизированная на носителе — оксиде алюминия

Носитель катализатора, иначе подложка (катализатора) (англ. carrier или support) — инертный или малоактивный материал, служащий для стабилизации на его поверхности частиц активной каталитической фазы.

Роль носителя в гетерогенном катализе состоит в предотвращении агломерации или спекания активного компонента, что позволяет поддерживать высокую площадь контакта активного вещества (см. активная каталитическая фаза) и реагентов. Количество носителя, как правило, гораздо больше количества нанесенного на него активного компонента. Основными требованиями к носителям являются большая площадь поверхности и пористость, термическая стабильность, химическая инертность, высокая механическая прочность. В ряде случаев носитель влияет на свойства активной фазы (эффект «сильного взаимодействия металл-носитель»). В качестве носителей применяют как природные (глины, пемза, диатомит, асбест и др.), так и синтетические материалы (активные угли, силикагель, алюмосиликаты, оксиды алюминия, магния, циркония и др.)^[4].

Химия катализа изучает вещества, изменяющие скорость химических реакций. Вещества, замедляющие реакции, называются ингибиторами. Ферменты — это биологические катализаторы. Катализатор не находится в стехиометрических отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты. Несмотря на появление новых способов активации молекул (плазмохимия, радиационное и лазерное воздействия и другие), катализ − основа химических производств (относительная доля каталитических процессов составляет 80-90 %).

Реакция, накормившая человечество (решение проблемы связанного азота) — цикл Габера-Боша. Аммиак получают с катализатором — пористым железом. Протекает при Р = 30 МПа и Т = 420—500 °C

3Н₂ + N₂ = 2NH₃

Водород для синтеза NH₃ получают путём двух последовательных каталитических процессов: конверсии СН₄(СН₄ + Н₂О → СО + 3Н₂) на Ni⁻катализаторах и конверсии образующегося оксида углерода (СО + Н₂О → СО₂ + Н₂). Для достижения высоких степеней превращения последнюю реакцию осуществляют в две стадии: высокотемпературная (315—480 °C) — на Fe⁻Cr⁻оксидных катализаторах и низкотемпературная (200—350 °C) — на Cu⁻Zn⁻оксидных катализаторах. Из аммиака получают азотную кислоту и другие соединения азота — от лекарств и удобрений до взрывчатых веществ.

Различают катализы »гомогенный, гетерогенный, межфазный, мицеллярный, ферментативный.

Энергия активации E каталитических реакций значительно меньше, чем для той же реакций в отсутствие катализатора. Например, для некаталитического разложения NH₃ на N₂ + Н₂E ~ 320 кДж/моль, для того же разложения в присутствии платины Е ~ 150 кДж/моль. Благодаря снижению E обеспечивается ускорение каталитических реакций по сравнению с некаталитическими.

Применение катализа в промышленности[править | править код]

Гидрирование[править | править код]

Большое число каталитических реакций связано с активацией атома водорода и какой-либо другой молекулы, приводящей к их химическому взаимодействию. Этот процесс называется гидрированием и лежит в основе многих этапов переработки нефти и получения жидкого топлива из угля (процесс Бергиуса). Производство авиационного бензина и моторного топлива из угля было развито в Германии во время Второй мировой войны, поскольку в этой стране нет нефтяных месторождений. Процесс Бергиуса заключается в непосредственном присоединении водорода к углю. Уголь нагревают под давлением в присутствии водорода и получают жидкий продукт, который затем перерабатывают в авиационный бензин и моторное топливо. В качестве катализатора используют оксид железа, а также катализаторы на основе олова и молибдена. Во время войны на 12 заводах Германии с помощью процесса Бергиуса получали примерно 1400 т жидкого топлива в сутки. Другой процесс, Фишера — Тропша, состоит из двух стадий. Вначале уголь газифицируют, то есть проводят реакцию его с водяным паром и кислородом и получают смесь водорода и оксидов углерода. Эту смесь превращают в жидкое топливо с помощью катализаторов, содержащих железо или кобальт. С окончанием войны производство синтетического топлива из угля в Германии было прекращено. В результате повышения цен на нефть, последовавшего за нефтяным эмбарго в 1973—1974, были предприняты энергичные усилия по разработке экономически выгодного способа получения бензина из угля. Так, прямое ожижение угля можно проводить более эффективно, используя двухстадийный процесс, в котором сначала уголь контактирует с алюмокобальтомолибденовым катализатором при относительно низкой, а затем при более высокой температуре. Стоимость такого синтетического бензина выше, чем получаемого из нефти.

Кислотный катализ[править | править код]

Каталитическая активность большого класса катализаторов обусловливается их кислотными свойствами. Согласно Й. Брёнстеду и Т. Лоури, кислота — это соединение, способное отдавать протон. Сильные кислоты легко отдают свои протоны основаниям. Концепция кислотности получила дальнейшее развитие в работах Г. Льюиса, который дал определение кислоты как вещества, способного принимать электронную пару от вещества-донора с образованием ковалентной связи за счет обобществления этой электронной пары. Эти идеи вместе с представлениями о реакциях с образованием карбений-ионов помогли понять механизм разнообразных каталитических реакций, особенно тех, в которых участвуют углеводороды.

Силу кислоты можно определить с помощью набора оснований, изменяющих цвет при присоединении протона. Оказывается, некоторые промышленно важные катализаторы ведут себя как очень сильные кислоты. К ним относится катализатор процесса Фриделя — Крафтса, такой, как HCl-AlCl₂O₃ (или HAlCl₄), и алюмосиликаты. Сила кислоты — это очень важная характеристика, поскольку от неё зависит скорость протонирования — ключевого этапа процесса кислотного катализа.

Активность таких катализаторов, как алюмосиликаты, применяющихся при крекинге нефти, определяется присутствием на их поверхности кислот Брёнстеда и Льюиса. Их структура аналогична структуре кремнезема (диоксида кремния), в котором часть атомов Si⁴⁺ замещена атомами Al³⁺. Лишний отрицательный заряд, возникающий при этом, может быть нейтрализован соответствующими катионами.

Активность кислотных катализаторов обусловливается их способностью реагировать с углеводородами с образованием в качестве промежуточного продукта карбений-иона. Алкилкарбений-ионы содержат положительно заряженный углеродный атом, связанный с тремя алкильными группами и/или атомами водорода. Они играют важную роль как промежуточные продукты, образующиеся во многих реакциях с участием органических соединений. Механизм действия кислотных катализаторов можно проиллюстрировать на примере реакции изомеризации н-бутана в изобутан в присутствии HCl-AlCl₃ или Pt-Cl-Al₂O₃. Сначала малое количество олефина С₄Н₈ присоединяет положительно заряженный ион водорода кислотного катализатора с образованием третичного карбений-иона. Затем отрицательно заряженный гидрид-ион Н^— отщепляется от н-бутана с образованием изобутана и вторичного бутилкарбений-иона. Последний в результате перегруппировки превращается в третичный карбений-ион. Эта цепочка может продолжаться с отщеплением гидрид-иона от следующей молекулы н-бутана и т. д.

Существенно, что третичные карбений-ионы более стабильны, чем первичные или вторичные. Вследствие этого на поверхности катализатора присутствуют в основном именно они, а потому основным продуктом изомеризации бутана является изобутан.

Кислотные катализаторы широко применяются при переработке нефти — крекинге, алкилировании, полимеризации и изомеризации углеводородов. Установлен механизм действия карбений-ионов, играющих роль катализаторов в этих процессах. При этом они участвуют в целом ряде реакций, включая образование малых молекул путём расщепления больших, соединение молекул (олефина с олефином или олефина с изопарафином), структурную перегруппировку путём изомеризации, образование парафинов и ароматических углеводородов путём переноса водорода.

Одно из последних применений кислотного катализа в промышленности — получение этилированных топлив присоединением спиртов к изобутилену или изоамилену. Добавление кислородсодержащих соединений в бензин уменьшает концентрацию оксида углерода в выхлопных газах. Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) с октановым числом смешения 109 тоже позволяет получить высокооктановое топливо, необходимое для работы автомобильного двигателя с высокой степенью сжатия, не прибегая к введению в бензин тетраэтилсвинца. Организовано также производство топлив с октановыми числами 102 и 111.

Гидрирование растительного масла[править | править код]

Одна из важнейших в практическом отношении реакций гидрирования — неполное гидрирование растительных масел до маргарина, кулинарного жира и других пищевых продуктов. Растительные масла получают из соевых бобов, семян хлопчатника и других культур. В их состав входят эфиры, а именно триглицериды жирных кислот с разной степенью ненасыщенности. Олеиновая кислота СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН имеет одну двойную связь С=С, линолевая кислота — две и линоленовая — три. Присоединение водорода с разрывом этой связи предотвращает окисление масел (прогоркание). При этом повышается их температура плавления. Твердость большинства получаемых продуктов зависит от степени гидрирования. Гидрирование проводят в присутствии мелкодисперсного порошка никеля, нанесенного на подложку, или никелевого катализатора Ренея в атмосфере водорода высокой степени очистки.

Дегидрирование[править | править код]

Дегидрирование — это тоже важная в промышленном отношении каталитическая реакция, хотя масштабы её применения несравнимо меньше. С её помощью получают, например, стирол — важный мономер. Для этого дегидрируют этилбензол в присутствии катализатора, содержащего оксид железа; протеканию реакции способствуют также калий и какой-нибудь структурный стабилизатор. В промышленных масштабах осуществляют дегидрирование пропана, бутана и других алканов. Дегидрированием бутана в присутствии алюмохромового катализатора получают бутены и бутадиен.

Аммиак[править | править код]

Один из самых простых с химической точки зрения процессов гидрирования — синтез аммиака из водорода и азота. Азот весьма инертное вещество. Для разрыва связи N-N в его молекуле необходима энергия порядка 200 ккал/моль. Однако азот связывается с поверхностью железного катализатора в атомарном состоянии, и для этого нужно всего 20 ккал/моль. Водород связывается с железом ещё более охотно.

Основный катализ[править | править код]

Активность катализаторов обуславливается их основными свойствами. Давним и хорошо известным примером таких катализаторов является гидроксид натрия, применяющийся для гидролиза или омыления жиров при получении мыла, а один из последних примеров — катализаторы, используемые при производстве полиуретановых пластиков и пенопластов. Уретан образуется при взаимодействии спирта с изоцианатом, а ускоряется эта реакция в присутствии оснóвных аминов. В ходе реакции происходит присоединение основания к атому углерода в молекуле изоцианата, в результате чего на атоме азота появляется отрицательный заряд и его активность по отношению к спирту повышается. Особенно эффективным катализатором является триэтилендиамин. Полиуретановые пластики получают при взаимодействии диизоцианатов с полиолами (полиспиртами). Когда изоцианат реагирует с водой, ранее образовавшийся уретан разлагается с выделением CO2. При взаимодействии смеси полиспиртов и воды с диизоцианатами образующийся пенополиуретан вспенивается газообразным CO₂.

Катализаторы двойного действия[править | править код]

Эти катализаторы ускоряют реакции двух типов и дают лучшие результаты, чем при пропускании реагентов последовательно через два реактора, каждый из которых содержит только один тип катализатора. Это связано с тем, что активные центры катализатора двойного действия находятся очень близко друг к другу, и промежуточный продукт, образующийся на одном из них, тут же превращается в конечный продукт на другом. Хороший результат дает объединение катализатора, активирующего водород, с катализатором, способствующим изомеризации углеводородов. Активацию водорода осуществляют некоторые металлы, а изомеризацию углеводородов — кислоты. Эффективным катализатором двойного действия, который применяется при переработке нефти для превращения нафты в бензин, является мелкодисперсная платина, нанесенная на кислый глинозем. Конверсия таких составляющих нафты, как метилциклопентан метилциклопентан (МЦП), в бензол повышает октановое число бензина. Сначала МЦП дегидрируется на платиновой части катализатора в олефин с тем же углеродным остовом; затем олефин переходит на кислотную часть катализатора, где изомеризуется до циклогексена. Последний переходит на платиновую часть и дегидрируется до бензола и водорода. Катализаторы двойного действия существенно ускоряют риформинг нефти. Их используют для изомеризации нормальных парафинов в изопарафины. Последние, кипящие при тех же температурах, что и бензиновые фракции, ценны тем, что обладают более высоким октановым числом по сравнению с неразветвлёнными углеводородами. Кроме того, превращение н-бутана в изобутан сопровождается дегидрированием, способствуя получению МТБЭ.

Стереоспецифическая полимеризация[править | править код]

Важной вехой в истории катализа явилось открытие каталитической полимеризации-олефинов с образованием стереорегулярных полимеров. Катализаторы стереоспецифической полимеризации были открыты К.Циглером, когда он пытался объяснить необычные свойства полученных им полимеров. Другой химик, Дж. Натта, предположил, что уникальность полимеров Циглера определяется их стереорегулярностью. Эксперименты по дифракции рентгеновских лучей показали, что полимеры, полученные из пропилена в присутствии катализаторов Циглера, высококристалличны и действительно имеют стереорегулярную структуру. Для описания таких упорядоченных структур Натта ввел термины «изотактический» и «синдиотактический». В том случае, когда упорядоченность отсутствует, используется термин «атактический».

Стереоспецифическая реакция протекает на поверхности твердых катализаторов, содержащих переходные металлы групп IVA-VIII (такие, как Ti, V, Cr, Zr), находящиеся в неполностью окисленном состоянии, и какое-либо соединение, содержащее углерод или водород, который связан с металлом из групп I—III. Классическим примером такого катализатора является осадок, образующийся при взаимодействии TiCl₄ и Al(C₂H₅)₃ в гептане, где титан восстановлен до трехвалентного состояния. Эта исключительно активная система катализирует полимеризацию пропилена при обычных температуре и давлении.

Каталитическое окисление[править | править код]

Применение катализаторов для управления химизмом процессов окисления имеет большое научное и практическое значение. В некоторых случаях окисление должно быть полным, например при нейтрализации СО и углеводородных загрязнений в выхлопных газах автомобилей. Однако чаще нужно, чтобы окисление было неполным, например во многих широко применяемых в промышленности процессах превращения углеводородов в ценные промежуточные продукты, содержащие такие функциональные группы, как -СНО, -СООН, -С-СО, -СN. При этом применяются как гомогенные, так и гетерогенные катализаторы. Примером гомогенного катализатора является комплекс переходного металла, который используется для окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, эфиры которой служат основой производства полиэфирных волокон.

Получение этилена путём дегидродимеризации метана[править | править код]

Синтез этилена посредством дегидродимеризации позволяет превращать природный газ в более легко транспортируемые углеводороды. Реакцию 2CH₄ + 2O₂ → C₂H₄ + 2H₂O проводят при 850 °С с использованием различных катализаторов; наилучшие результаты получены с катализатором Li-MgO. Предположительно реакция протекает через образование метильного радикала путём отщепления атома водорода от молекулы метана. Отщепление осуществляется неполностью восстановленным кислородом, например О2−
2. Метильные радикалы в газовой фазе рекомбинируют с образованием молекулы этана и в ходе последующего дегидрирования превращаются в этилен. Ещё один пример неполного окисления — превращение метанола в формальдегид в присутствии серебряного или железомолибденового катализатора.

Катализаторы гетерогенного окисления[править | править код]

Эти катализаторы обычно являются сложными твердыми оксидами. Каталитическое окисление проходит в два этапа. Сначала кислород оксида захватывается адсорбированной на поверхности оксида молекулой углеводорода. Углеводород при этом окисляется, а оксид восстанавливается. Восстановленный оксид взаимодействует с кислородом и возвращается в исходное состояние. Используя ванадиевый катализатор, неполным окислением нафталина или бутана получают фталевый ангидрид.

• Боресков Г. К. Катализ. Вопросы теории и практики. — Новосибирск, 1987.
• Гейтс Б. Химия каталитических процессов / Б. Гейтс, Дж. Кетцир, Г. Шуйт. — М.: Мир, 1981. — 551 с.
• Журнал «Кинетика и катализ».
• Колесников И. М. Катализ и производство катализаторов. — М.: Техника, 2004. — 399 с.
• Яблонский Г. С., Быков В. И., Горбань А. Н. Кинетические модели каталитических реакций. — Новосибирск: Наука (Сиб. отделение), 1983. — 255 c.

что такое? Зачем нужен катализатор на автомобиле?

Существует в современных автомобилях одна деталь, которая много лет является причиной очень жарких баталий автомобилистов. Но в этих спорах трудно понять аргументы каждой стороны. Одна часть автолюбителей «за», а другая «против». Деталь эта – каталитический нейтрализатор. Зачем нужен катализатор, что такое важное он выполняет в конструкции автомобиля, почему о нем вечно спорят? Попробуем в этом разобраться.

Каталитический нейтрализатор

Эта деталь отличается простой конструкцией, однако роль, которую она играет в автомобиле, очень большая и серьезная. Работа любого двигателя внутреннего сгорания сопровождается выбросом множества самых разных и очень вредных веществ (все эти вещества и токсичные газы через выходной тракт автомобиля выпускаются прямо в атмосферу). Нейтрализатор позволяет значительно снизить уровень токсичности выбросов, тем самым улучшая экологическую ситуацию.

Так, при помощи специальных химических реакций особо токсичные вещества, не самым лучшим образом влияющие на состояние атмосферы, превращаются в менее токсичные газы, которые затем и выводятся через выхлопную трубу.

В выхлопной системе кроме нейтрализатора также трудятся кислородные датчики. Они управляют качеством горючей смеси и влияют на работу каталитического нейтрализатора. Найти это устройство можно в выхлопном тракте между глушителем и двигателем. Устройство дополнительно защищено металлическим экраном, ведь при работе устройство нагревается. Посмотрите, как выглядит катализатор – фото его размещено ниже.

История создания

В 60-х годах в правительстве всех развитых стран мира обратили внимание на уровень экологии и озаботились количеством выбросов из выхлопных труб многочисленных автомобилей. А нужно сказать, что закон тогда уровни выбросов никак не регулировал.

В 1970 году были приняты самые первые стандарты, которые довели до сведения руководства автомобильных концернов. В этих стандартах был представлен список указаний по содержанию и количеству в выхлопных токсичных газах особо вредных веществ.

Данный стандарт указывал на то, чтобы в новых автомобилях обязательно использовали катализатор, что такое устройство позволит значительно снизить объемы угарного газа и продуктов сгорания углеводородов.

С 1975 года катализаторами стали оснащать все производимые автомобили. Эта деталь стала обязательной.

Устройство и принцип работы

Зачастую устанавливают этот прибор после выходной трубы двигателя либо же он может быть закреплен непосредственно на фланце выпускного коллектора.

Состоит устройство из специального блока-носителя, металлического корпуса и теплоизоляционных материалов.

Носитель состоит из множества ячеек, похожих на пчелиные соты. Он выполняет в устройстве практически всю работу. Эти соты имеют специальное покрытие – рабочий состав. Интересно, что деталь начитает работать не сразу, а лишь после того, как температура в выхлопном тракте поднимется до 200-300 градусов.

Нейтрализатор дожигает окись углерода, которая содержится в продуктах сгорания топлива, а также углеводороды. Также есть и другие вещества, которые нейтрализует катализатор. Что такое эти вещества? Это NOx. Газ очень токсичен и вреден. Он разрушает слизистые оболочки человека.

Ячейки-нейтрализаторы покрыты очень тонкой пленкой на основе уникального платино-иридиевого сплава. Те остатки токсичных веществ, которые не сгорели в двигателе, при касании горячей поверхности мелких ячеек мгновенно догорают. Для данного процесса катализатор забирает остаток кислорода, который остается в уже отработанных токсичных газах. В результате работы этой детали из выхлопной трубы выходят уже не токсичные вещества.

Виды

Картриджи катализатора могут быть изготовлены из керамических материалов или же из металла. Среди автомобилистов более распространены и популярны именно керамические изделия. Они отлично выдерживают высокие температуры, и на них не воздействует коррозия. Среди достоинств — невысокая цена на такой катализатор (что такое вещество, как керамика, имеет невысокую себестоимость, знают специалисты).

Есть у керамического катализатора и минусы. Это его хрупкость. Деталь абсолютно неустойчива к разного рода механическим повреждениям, а так как устройство расположено под дном машины, существует немалая вероятность встречи прибора с бордюром, камнем, с чем угодно. Тогда деталь сломается. Аналоги из металла гораздо крепче, но цена их очень высокая из-за платинового сплава. Например, катализатор ВАЗа в случае поломки не ремонтируется, а новый многие не покупают из-за высокой стоимости.

Катализаторы на разных марках автомобилей

Автомобили в зависимости от своего производителя могут существенно различаться. То же самое относится и к нейтрализаторам. Они также различны от модели к модели. Мы рассмотрим самые популярные марки автомобилей.

ВАЗ

Катализатор на ВАЗах ничем особенным не отличается. Они все металлические, часто выходят из строя ввиду различных повреждений. Найти устройство в автомобиле можно под дном, в районе выпускной трубы двигателя. Зачастую в случае выхода из строя ремонт катализатора невозможен.

«Форд»

В отличие от отечественных автопроизводителей, компания «Форд» позаботилась о водителях. Так, устройство для нейтрализации токсичных газов в машинах этой марки изготовлено на основе керамики.

Чтобы регулировать объем кислорода, для качественного прохождения химической реакции в устройстве используются лямбда-зонд, который интегрирован в ЭБУ.

Так, катализатор «Фокуса» состоит из одного каталитического коллектора и двух датчиков. С мощными двигателями работает два коллектора, а также 4 датчика. Последние можно отыскать и до и после устройства. Работу нейтрализатора можно контролировать с приборной панели.

Прибор рассчитан на 120 тыс. км пробега. Если использовать с двигателем некачественное топливо, эта деталь может выйти из строя значительно быстрее. При выходе из строя отремонтировать катализатор «Форда» невозможного. В этом случае выполняется только замена.

Проверку работоспособности можно выполнить очень просто, а понять, что необходима замена, также просто. С нерабочим катализатором мощностные характеристики существенно падают. Чтобы проверить работу устройства, необходимо выполнить замеры вредных веществ в выхлопе машины. Если фильтры забиты, тогда уровень вредных токсинов будет зашкаливать.

Также проверить работоспособность можно, удалив датчик, установленный до нейтрализатора.

Затем с помощью специального переходника необходимо подключить манометр и выполнить замеры давления при различной нагрузке на двигатель. Даже если устройство вышло из строя, ремонт катализатора не представляется возможным.

Если забился катализатор «Форда», в этом случае снимают старое устройство, а на его место устанавливают новый с увеличенными нормами. Также можно установить вместо катализатора пламегаситель либо универсальный нейтрализатор.

«Тойотовский» катализатор

«Тойота» в данном вопросе также не отличается ничем примечательным. Это те же соты с напылением золота или платино-иридиевого сплава. В новых автомобилях этой марки таких устройств три – они соединены друг с другом последовательно. Каждый из них предназначен для очистки газов от одного конкретного типа вредных веществ.

Правильная эксплуатация катализатора

Чтобы устройство как можно дольше берегло экологическую ситуацию, необходимо правильно его использовать. Так, первая и самая главная рекомендация, которая продлит оборудованию жизнь, – это качественное топливо от известных и популярных брендов. Некачественное горючее может содержать вещества, которые способны без труда уничтожить напыление сот. Особенно плохо влияет на катализатор («Калина» не исключение) такой металл, как тетросвинец. Это вещество уже давно запрещено во многих развитых странах.

Также необходимо помнить, что нейтрализатор работает под воздействием очень высоких температур, поэтому не следует парковать машину там, где валяются легковоспламеняющиеся предметы, листья, бумага или что-то другое.

Водитель при желании сберечь катализатор не должен часто включать стартер, если машина не завелась.

Лучше сделать паузу. Также не стоит вращать коленчатый вал, отключив при этом свечи зажигания. Не следует также производить запуск мотора с помощью буксира.

Как понять, что он сломался

Если, к примеру, на автомобиле установлен катализатор («Шевроле-Авео» в том числе) и необходимо понять, работает он или нет, то для этого существует несколько способов.

Когда машина нормально работает, тогда при любых режимах лампа на приборной панели, сообщающая о проблеме катализатора, не загорится.

Если деталь находится в полурабочем состоянии, тогда ощущается отсутствие тяги двигателя на высоких оборотах. Утром автомобиль хуже заводится. Также машина теряет обороты и увеличивается расход топлива. Все это сигналы того, что деталь требует замены.

Ремонт своими руками

На многочисленных СТО автолюбителям говорят, что ремонт этих устройств невозможен. На самом деле так и есть. Однако если деталь забилась, можно попробовать ее промыть. Если нейтрализаторов в машине несколько, тогда первый удаляют, а второй промывают. Вы можете видеть такой катализатор — фото его ниже.

Промывать рекомендуют смесью для очистки карбюраторов. Если в результате выводится слишком много отложений, то следует замочить деталь на одну ночь в ведро с дизельным топливом.

Далее устройство можно собрать и наслаждаться результатом. Однако для полноценной работы все-таки рекомендуют приобрести новое устройство. Существуют универсальные модели, подходящие на многие автомобили.