RP-Energie-Lexikon - каталитичен преобразувател на отработени газове, каталитичен конвертор за окисление, трипътен каталитичен конвертор,
Определение: устройство за намаляване на съдържанието на замърсители в отработените газове
По-конкретни термини: окислителен каталитичен конвертор, трипътен каталитичен конвертор, каталитичен конвертор за съхранение, SCR каталитичен конвертор
Оригинално създаване: 29.04.2012; последна промяна: 28.04.2020
Каталитичните преобразуватели са устройства, които намаляват съдържанието на замърсители в отработените газове z. Б. от двигатели с вътрешно горене или от големи пещи на електроцентрали, така че увеличете качеството на отработените газове. Отработените газове съдържат редица замърсители, някои от които са причинени от непълно изгаряне или нежелани химични странични реакции:
- Изгорелите газове съдържат неизгорени въглеводороди - или оригинални компоненти на горивото, или химически междинни продукти. Те са токсични, в някои случаи дори канцерогенни (напр. Бензен = бензен).
- Токсичен въглероден оксид (CO) също може да се получи в значителни количества. Вдишаният въглероден оксид намалява транспорта на кислород в кръвта.
- При високи температури на горене от азота и кислорода във въздуха за горене се получават азотни оксиди като NO2 (азотен диоксид) и NO (азотен моноксид). Те също са отровни и увреждат z. Б. белите дробове.
Всички тези замърсители по принцип биха могли да бъдат избегнати, ако процесите на горене са завършени и окисляването на азота не се осъществи. Приблизително това би било така, ако изгарянето, при достатъчен приток на въздух, не се случи твърде бързо и при благоприятни температури. Температурата в пламъка трябва да стане достатъчно висока и да не пада твърде бързо на излизане от пламъка. Такива условия обаче са напр. Б. едва ли е осъществимо при бензинови двигатели и дизелови двигатели, особено при по-високи обороти. Променящите се случаи на натоварване също затрудняват контрола на горивните процеси.
Сега проблемът може да бъде решен или поне значително намален с каталитичен преобразувател на отработени газове като допълнителна мярка за двигателя; говори се за последваща обработка на отработените газове, за разлика от намаляването на суровите емисии чрез вътрешни мерки на двигателя. Функцията на катализатора е да ускорява определени желани химични реакции дори при по-ниски температури (няколкостотин градуса по Целзий):
- Казва се, че въглеродният оксид и въглеводородите са окислени; H. те трябва да реагират с останалия кислород в отработените газове и да станат нетоксични въглероден диоксид и водни пари.
- Азотните оксиди, от друга страна, трябва да бъдат намалени, т.е. H. окисляването на азота трябва да се обърне.
Тези реакции по принцип могат да протичат и без катализатор, но биха били твърде бавни. Казано по-просто, ускорението на реакциите в каталитичния конвертор работи по такъв начин, че молекулите на замърсителя временно да се прикрепят към елементи на каталитичния конвертор (и да образуват слаба връзка там), докато се срещнат с други подходящи молекули (например молекули кислород), с които могат може да реагира. След този процес каталитичният конвертор остава непроменен и следователно може да преобразува допълнителни замърсителни молекули.
Химичните реакции, които протичат в каталитичния конвертор, са до голяма степен екзотермични: по-енергийните вещества се превръщат в по-малко енергийни. Това отделя топлина в каталитичния конвертор. Ако каталитичният преобразувател е твърде силно натоварен с богати на енергия вещества като въглероден окис и/или неизгорели въглеводороди (което е особено в случая с двутактовите двигатели), това може дори да доведе до прегряване, стига да е наличен и кислородът, необходим за окисляването.
Каталитичният преобразувател на превозно средство обикновено съдържа силно пукнатина керамична или метална структура с голяма вътрешна повърхност, която също е смесена с много фини частици от благородни метали като платина, паладий и родий. Желаните реакции протичат главно върху тези частици от благородни метали.
Това, което катализаторът не може да направи, е да премахне нежеланите химически елементи като Б. Сярата като компонент на серен диоксид (SO2). Дори може да се случи, че много по-токсичният и силно миришещ сероводород (H2S) се образува от серен диоксид; тогава отработените газове от колата миришат на изгнили яйца. В други случаи се получава нежелан серен триоксид (SO3), което води до образуването на сярна киселина и след това до сулфати, които в крайна сметка възникват като емисии на частици (фин прах). Във всеки случай катализаторите не могат да предотвратят емисиите на въглероден диоксид (CO2); в крайна сметка това е най-малко увреждащата форма, при която въглеродът, съдържащ се в горивото, може да напусне системата.
Видове каталитични преобразуватели
Идеалният катализатор ще позволи всички споменати желани химични реакции да протичат бързо и напълно, но в същото време да няма нежелани реакции. Това обаче не е технически възможно; ефективността на процесите на почистване на отработените газове зависи от вида на катализатора, но също така силно от условията на работа. Често катализаторът може да стимулира само една конкретна реакция.
Катализатор на окисляване
Под окислителен каталитичен конвертор се разбира каталитичен конвертор, който може да окислява само замърсители като въглероден окис и въглеводороди, но не и да намалява азотните оксиди. Това се отнася за много каталитични преобразуватели, когато отработените газове съдържат излишък на кислород. Това обикновено се отнася за отработените газове от бензинов двигател със слабо изгаряне или дизелов двигател; и двете работят с високо съотношение на въздуха за горене. В миналото катализаторите с чисто окисление (неконтролирани катализатори) често са били използвани като модернизиращи катализатори за бензинови двигатели.
Сега се разработват и окислителни катализатори за печки за изгаряне на дърва. Те могат да бъдат закрепени, например, в горивната камера близо до изхода към комина. Тъй като там понякога са изложени на много високи температури, те трябва да бъдат направени от съответно устойчив на висока температура материал. С помощта на такъв каталитичен конвертор емисиите на въглероден окис, въглеводороди и прахови частици могат да бъдат значително намалени.
Контролиран трипътен каталитичен конвертор
Трипосочен каталитичен конвертор днес се използва най-вече за четиритактови бензинови двигатели, работещи на бензин или природен газ. Това може в същото време да окисли въглеродния окис, да окисли въглеводородите и да намали азотните оксиди (следователно „три начина“ в смисъл на отстраняване на три различни замърсителя). Последното се случва чрез реакцията с въглероден окис, който извлича кислород от азотните оксиди и се превръща в нетоксичен въглероден диоксид.
Остатъчното съдържание на кислород в отработените газове се определя от съотношението на въздуха за горене, известно също като ламбда стойност (стойност λ). За трипосочния каталитичен преобразувател е необходима ламбда стойност, близка до 1. Това е технически възможно само с помощта на автоматично управление, което изисква сигнал за грешка от така наречената ламбда сонда.
За съжаление, така нареченото обогатяване с пълно натоварване се използва в много превозни средства, когато газът е силен. Това означава, че гореспоменатата уредба е умишлено изключена, за да работи двигателят с „богата” смес. Това позволява да се постигне малко по-висока мощност на двигателя и в същото време предотвратява прегряването на каталитичния конвертор. Това обаче, от една страна, значително увеличава емисиите на замърсители, а от друга страна разходът на гориво се увеличава поради намалената ефективност на двигателя.
За повече подробности вижте статията за трипътни катализатори.
Каталитичен преобразувател за съхранение на NOx
В двигателите с ниско горене и дизеловите двигатели денитрификацията не работи в конвенционален каталитичен преобразувател, тъй като въглеродният окис или неизгорелите въглеводороди не присъстват в отработените газове в достатъчни количества. Едно решение за този случай е каталитичният конвертор за съхранение на NOx. Съдържа вещества, които молекулите на азотен оксид (NO2) първоначално се натрупват. Когато капацитетът на каталитичния конвертор е изчерпан, каталитичният конвертор трябва да бъде регенериран. За целта двигателят се превключва за кратко на богата смес (както при пълно обогатяване) и температурата на отработените газове се повишава. Промяната в състава на отработените газове (с малко кислород и малко въглероден оксид) позволява азотните оксиди да бъдат елиминирани в каталитичния конвертор: те реагират с въглероден окис, към който освобождават кислорода.
Проблем с тази технология е, че е трудно да се поддържа работната температура на катализатора в оптималния диапазон по време на работа на автомобила. При неблагоприятни обстоятелства, които често се случват (напр. В градския трафик), ефективността на почистването на отработените газове може да намалее значително - особено при дизелови двигатели, които имат температури на отработените газове, които варират значително в зависимост от товара. Също така често е трудно да се достигнат повишените температури, необходими за регенерация, особено ако регенерацията се извършва по време на бавно шофиране.
Допълнителни подробности можете да намерите в статията за катализаторите за съхранение.
SCR каталитичен конвертор
Днешният най-ефективен метод за денитрифициране на дизеловите отработени газове разчита на SCR каталитичен конвертор. Селективната каталитична редукция (SCR), която се извършва там, обикновено изисква дозирано добавяне на амонячен газ (NH3) или разтвор на карбамид (например AdBlue), който се разпада на амоняк и водни пари (и е по-лесен за транспортиране в превозни средства, отколкото амоняк) . Амонякът е отровен газ, но той до голяма степен се превръща в каталитичния конвертор, така че едва ли трябва да присъства в пречистените отработени газове - освен ако няма предозиране на амоняк или карбамид.
Съществуват също така наречените пасивни SCR каталитични преобразуватели, които използват неизгорени въглеводороди, присъстващи в отработените газове като редуциращи агенти, т.е.не изискват никакви допълнителни консумативни течности. Следователно те могат да се използват само за отработени газове със съответен състав и в някои случаи също са обект на допълнителни ограничения, например поради по-ниска толерантност към сяра. С тази технология двигателят може да. U. вече не оптимизира за оптимална ефективност.
Допълнителни подробности можете да намерите в статията за SCR катализаторите.
Използване на два каталитични преобразувателя
В някои превозни средства за последваща обработка на отработените газове се извършва с комбинация от два каталитични преобразувателя. Например за бензинов двигател относително малък предкаталитичен преобразувател, монтиран в близост до двигателя, може да се комбинира с по-голям основен каталитичен преобразувател, монтиран в долната част на превозното средство. Предкаталитичният преобразувател достига температурата си на светлина по-бързо след студен старт, но все още не почиства напълно отработените газове; след това основният катализатор поема по-нататъшната детоксикация.
В някои случаи два различни вида катализатори също се комбинират един с друг. Например, някои дизелови двигатели използват първо окислителен каталитичен преобразувател и след това SCR каталитичен преобразувател (за селективна каталитична редукция).
Отровни катализатори
Някои вещества могат да „отровят“ катализатора, тоест да го направят неефективен. Например, малки количества тетраетил олово („оловен“) се добавяха към бензина, за да се увеличи устойчивостта на удар, и това направи използването на каталитични преобразуватели невъзможно, защото те щяха да бъдат отровени за кратко време. Подобно на някои други метали (като кадмий и живак), оловото образува химически съединения с каталитичните компоненти, които вече не са каталитично активни. Една от причините, поради които беше необходимо въвеждането на безоловен (безоловен) бензин.
Сярата може да действа и като катализаторна отрова, ако горивото не е напълно без сяра. Това е особено проблематично при използване на каталитични преобразуватели за съхранение за дизелови двигатели, ако дизеловото гориво не е надеждно достъпно с високо качество с ниско съдържание на сяра.
Чувствителността на катализатора обаче зависи от неговия тип; в някои случаи тя може да бъде намалена чрез включване на някои допълнителни вещества. В някои случаи съществува и възможност за регенерация, което обаче не е задължително възможно при нормална експлоатация на превозното средство.
При пилотните инжекционни двигатели за биогаз отровите от катализатора често са проблем или често предотвратяват използването на катализатор.
Различни недостатъци и ограничения на ефективността на катализаторите
Съвременните каталитични преобразуватели могат значително да намалят съдържанието на замърсители в отработените газове, но имат и редица недостатъци и не винаги са напълно ефективни:
Ефективността на каталитичните преобразуватели в автомобилите може да варира значително в отделни случаи. Отлични резултати могат да бъдат постигнати, когато се използва солидна техника, с изключение на много къси разстояния. С използването на добри технологии катализаторът на отработени газове може да остане много ефективен дори при силно ускорение или висока скорост на движение (без, разбира се, да реши проблема с увеличените емисии на CO2). За съжаление, много превозни средства днес са проектирани по такъв начин, че качеството на отработените газове да бъде значително нарушено при пълна газ, например защото се използва обогатяване с пълно натоварване (при бензинови двигатели) или защото системата за почистване на отработените газове на дизелов двигател не може ефективно да контролира емисиите на азотни оксиди Възможни са значителни отклонения между практиката и официалните процедури за измерване, ако производителите използват законни или незаконни условия на нереални тестове [2, 3].
Мониторинг на ефективността на катализаторите за отработени газове на превозното средство
Ефективността на каталитичния конвертор, например в превозно средство, може да бъде застрашена по различни начини - не само чрез възможни повреди на каталитичния конвертор, напр. Б. в случай на прегряване по време на работа, но също и поради смущения в регулирането на съотношението на въздуха за горене. При такива обстоятелства емисиите на замърсители от автомобила могат да се увеличат значително.
Съответните проблеми могат да бъдат открити чрез измерване на отработени газове на стенд за изпитване, напр. Б. като част от теста за емисии, който обикновено се провежда на всеки две години в Германия и е част от основната проверка от 2010 г. насам. (Оттогава отделен стикер вече не е необходим за теста за емисии.)
Тъй като стандартът за емисии Euro 3, превозните средства трябва да бъдат оборудвани и с вградена диагностична система (EOBD), която следи за функционалността на основните компоненти на системата за обработка на отработени газове и при необходимост активира предупредителна светлина. Ако това светне, водачът трябва да провери системата в сервиз възможно най-скоро и да отстрани всички повреди.
Въпроси и коментари от читатели
Защо според вас системата за контрол на емисиите вече не може да контролира добре емисиите на NOx, когато дизеловият двигател е с пълно натоварване?
По принцип може; просто трябва да бъде проектиран за това. За съжаление това не винаги е така, главно защото приложимите методи за измерване на разхода на гориво и стойностите на отработените газове дори не отчитат работното състояние на пълно натоварване, така че правилното функциониране не е необходимо за преминаване на теста.
Тук можете да предложите въпроси и коментари за публикуване и отговор. Авторът на RP-Energie-Lexikon ще вземе решение за приемането според определени критерии. По същество въпросът е, че въпросът е от широк интерес.
Ако получите помощ тук, може да искате да върнете услугата с дарение, с което подкрепяте по-нататъшното развитие на енергийния речник.
Защита на данните: Моля, не въвеждайте тук никакви лични данни. И без това не бихме ги публикували и скоро щяхме да ги изтрием. Вижте и нашата политика за поверителност.
Ако искате лична обратна връзка или съвет от автора, моля, пишете му по имейл.
С изпращането си давате съгласието си да публикувате вашите записи тук в съответствие с нашите правила.
литература
| [1] | В. Франко и др., „Реални емисии на отработени газове от съвременни дизелови автомобили“, Международен съвет за чист транспорт, http://www.theicct.org/sites/default/files/publications/ICCT_PEMS-study_diesel-cars_20141010.pdf |
| [2] | Статия в блога: Дизелови превозни средства от Volkswagen: Спазване на ограниченията за емисии с незаконни трикове |
| [3] | Статия в блога: Емисиите на азотен оксид от съвременните дизелови превозни средства - значително по-високи от очакваното |
| [4] | Статия в блога: Влияние на стила на шофиране върху емисиите на замърсители в автомобила |
Ако харесвате този уебсайт, моля, уведомете вашите приятели и колеги - д. Б. чрез социалните медии, като кликнете тук:
Тези бутони за споделяне са настроени по начин, удобен за защита на данните!
Код за връзки на други уебсайтове
Ако искате да публикувате връзка към тази статия другаде (например на вашия уебсайт, социални медии, дискусионни форуми или в Уикипедия), можете да намерите кода тук. Такива връзки могат да бъдат Б. бъдете много полезни за обяснения на думи.
HTML връзка към тази статия:
С изображение за предварителен преглед (вижте полето точно над това):
Ако смятате за подходящо да поставите линк в Уикипедия, напр. Б. под "== Уеб връзки ==":