Каталитический конвертер

Принцип работы

Чаще всего расположен нейтрализатор сразу после приемной трубы, однако иногда его устанавливают прямо на приемной трубе. Делают это для более быстрого прогрева, так как эффективно работает он только при температуре свыше 300 °C. Однако, большой минус такого расположения — слишком высокие температуры и, следовательно, маленький срок службы катализатора.

Основные вещества, вырабатываемые при работе двигателя, являются безвредными. Ими являются:

• азот (N₂) — воздух состоит на 78 % из азота;
• вода (H₂O);
• углекислый газ (CO₂) — сам по себе безвреден, однако считается, что его переизбыток ведет к глобальному потеплению;

Однако процесс горения не совершенен и, помимо безвредных веществ, при работе двигателя выделяются токсичные и вредные вещества. Этими веществами являются:

• углеводороды (CH_x) — основной компонент смога;
• оксиды азота (NO_x) — еще один компонент смога;
• окись углерода (CO) — ядовитый газ без цвета и запаха;

Современные катализаторы являются трехкомпонентными, то есть оснащены тремя каталитическими преобразователями, по одному на каждое вещество, количество которого необходимо снизить. Трехкомпонентный катализатор представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором находится «сотовая» конструкция или, реже, конструкция типа «керамические бусины». Сотовая конструкция бывает металлической или керамической и покрыта веществами-катализаторами, обычно это платина, родий или палладий (в последнее время на некоторых моделях начинают применять золото, так как оно дешевле других металлов-катализаторов).

Керамическая конструкция более распространена, так как дешевле, однако у такой конструкции есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты осыпались. В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: восстанавливающий и окислительный.

Восстанавливающий катализатор использует платину и родий, чтобы уменьшить выбросы оксидов азота. Когда молекула оксида или диоксида азота встречается с молекулами катализатора, от неё отделяется атом азота, высвобождая кислород. Атом азота же связывается с другим атомом азота, образуя газообразный азот.

Окислительный катализатор уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода путём их сжигания (окисления) с помощью платины и палладия. Этот катализатор также помогает оксиду углерода вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ. В упрощенном виде эти химические реакции выглядят следующим образом:

• CH + O₂ -> CO₂ + H₂O;
• NO + CO -> N₂ + CO₂;
• CO + O₂ -> CO₂;
• NO + H₂ -> N2 + H₂O.

Вследствие этих реакций токсичные вредные вещества CO, CH_x и NO_x восстанавливаются или окисляются в безвредную воду H₂O, азот N₂ и углекислый газ CO₂.

Применяющиеся в автомобилях нейтрализаторы требуют, чтобы двигатель работал при коэффициенте избытка воздуха (α) максимально приближенном единице. Это не дает возможность использовать обедненную смесь (α>1) для повышения экономичности и богатую смесь (α

Температура — катализатор

Выяснилось, что температура катализатора в диапазоне 140 — 250 С не является критической и не влияет на значения коэффициентов разделения при быстром прохождении пробы через 25 10 — 6 г катализатора.

В зонах сжигания температура катализатора повышается, а в зонах охлаждения понижается.

Выяснилось, что температура катализатора в диапазоне 140 — 250 С не является критической и не влияет на значения коэффициентов разделения при быстром прохождении пробы через 25 10 — 6 г катализатора.

В большинстве случаев температура катализатора на 100 — 130 С выше температуры входящего в подъемники воздуха. За счет теплообмена объем воздуха и скорость катализатора возрастают не только в подъемнике, но и в сепараторе Р-4. Если разница в температурах велика, это является причиной разрушения катализатора и эрозии стенок сепаратора.

В катализаторной коробке температуру катализатора, после того как она достигнет максимума, постепенно понижают посредством отвода теплоты. Почему поддерживается такой температурный режим.

Процесс осуществляется при температуре катализатора 600 — 750, скорости подачи сырья 1Очас — — продолжительности цикла 5 мин.

Необходимо наблюдать за температурой катализатора в слое; если имеются признаки перегрева, то извлечение нужно прекратить, пока вновь не стабилизируется пассивация

Важно также, чтобы через выгружаемый катализатор не засасывалась азото-воздушная смесь в воронку экстракционного аппарата.
Большая разность между температурами катализатора и газов приводит к разрушению катализатора и увеличению его расхода

Поэтому эта разность температур не должна быть слишком высокой.

Большая разность между температурами катализатора и газов приводит к разрушению катализатора и увеличению его расхода. Поэтому эта разность температур не должна быть слишком высокой.

При недостаточно резком росте температуры катализатора во входной зоне может быть целесообразна изоляция трубок на первом участке.

Это необходимо для поддержания температуры катализатора — 360 — 370 С, так как за счет тепла реакции образования метанола температура газа после прохождения каждой полки или слоя катализатора в шахтной насадке повышается. Температурный режим по высоте колонны приведен на стр. Подача газа по холодным байпасам зависит от активности катализатора и технологических параметров, определяющих скорость образования метанола, а также от условий теплообмена; он колеблется в пределах 10 — 20 % от общего расхода газа.

Каталитический яд

Каталитические яды третьей группы могут рассматриваться как яды только при совместном присутствии их с другими реагентами, поскольку сами по себе они претерпевают многочисленные превращения на катализаторах.

Каталитические яды частично или полностью подавляют активность катализаторов. Механизм действия каталитических ядов сводится к хемосорбции их молекул на активных центрах катализатора или химическому взаимодействию другого типа. Действие их, как правило, весьма специфично. Яды, отравляющие одни катализаторы, инертны по отношению к другим.

Каталитические яды третьей группы — соединения, обладающие кратными связями, — могут рассматриваться как яды только при совместном присутствии их с другими реагентами, поскольку сами по себе они претерпевают многочисленные превращения на катализаторах. Очевидно, что тормозящее действие этих соединений на другие реакции объясняется их высокими адсорбционными коэффициентами из-за наличия в их молекулах кратных связей.

Каталитические яды при адсорбции образуют с поверхностными атомами катализатора прочные поверхностные соединения, вследствие чего каталитическая активная поверхность катализатора уменьшается и активность его падает.

Каталитические яды этого типа блокируют активные центры катализатора в результате прочной адсорбции или химического взаимодействия с его поверхностью.

Каталитические яды представляют собой примеси, содержащиеся в сырье риформинга и могут быть разделены на две группы: 1 — органические ( сернистые и азотистые соединения), оказывающие обратимое отравление; 2 — неорганические ( соединения свинца, мышьяка, меди и других металлов), вызывающие необратимое отравление. Деление это условное, так как отравление, например, сернистыми соединениями при длительных воздействиях бывает необратимым. Присутствие избыточных количеств воды и хлористых соединений, как было показано выше, также способствует дезактивации катализатора.

Каталитические яды, содержащие в своем составе металлы, были подробно изучены еще в работах главным образом с точки зрения их влияния на платиновые и палладиевые катализаторы. Было установлено, что большинство тяжелых металлов, включая ртуть, свинец, висмут, олово, а также цинк, кадмий и медь, могут снизить активность этих катализаторов.

Каталитические яды этого типа блокируют активные центры катализатора в результате прочной адсорбции или химического взаимодействия с его поверхностью.

Каталитические яды это — вещества, адсорбируемые катализатором и подавляющие его действие. Так, небольшое количество СО может отравить медный катализатор. На платиновые катализаторы особенно сильное отравляющее действие оказывают даже следы мышьяка и селена.

Каталитические яды — это вещества, адсорбируемые катализатором и подавляющие его действие. Так, небольшое количество СО может отравить медный катализатор. На платиновые катализаторы особенно сильное отравляющее действие оказывают даже следы мышьяка и селена.

Каталитические яды могут уменьшать активность катализаторов, блокируя активные места.

Каталитические яды часто заметно влияют даже в ничтожных количествах.

Каталитические яды повышают абсорбцию водорода независимо от того, поляризуется ли металл внешним током или вследствие коррозионного процесса, сопровождающегося выделением водорода. По этой причине в некоторых рассолах буровых скважин, содержащих H2S, затруднено применение низколегированных стальных трубопроводов, которые испытывают обычные высокие конструкционные напряжения и протяженность которых под землей составляет несколько тысяч метров. В результате небольшой общей коррозии трубопровода образуется водород, часть которого входит в напряженную сталь и вызывает водородное растрескивание. S общая коррозия тоже происходит, но без водородного растрескивания.

Каталитические яды электрохимических и химических реакций могут тормозить скорость разложения гидразина соответственно по электрохимическому и химическому механизмам.

Как происходит процесс нейтрализации вредных веществ

Катализатор позволяет значительно снизить в выхлопных газах содержание таких вредных веществ как:

• окись углерода;
• углеводороды;
• оксиды азота.

Сам процесс нейтрализации проходит так:

1. Остатки не сгоревших веществ в выхлопных газах (CO, HC, NOx, O2), проходя через катализатор и взаимодействуя с его поверхностью, покрытой каталитическим слоем, окисляются. То есть, как бы дополнительно дожигаются кислородом, который тоже присутствует в выхлопных газах.
2. Во время этой реакции выделяется тепло, которое в свою очередь дополнительно активизирует реакцию окисления.

Благодаря такому процессу на выходе катализатора выхлопные газы содержат в своем составе N2, H2O, CO2.

Вещества входящие в катализатор и элементы выходящие

Следует заметить, что нормальная работа катализатора может быть обеспечена только при нормальном, так называемом стехиометрическом соотношении топлива и кислорода в горючей смеси. В автомобилях, оснащенных инжекторной системой впрыска топлива с электронным управлением, условия для такой оптимальной работы каталитического нейтрализатора обеспечивает электронная система, регулирующая состав горючей смеси.

Специальный кислородный датчик, установленный в выхлопной системе, определяет содержание кислорода, оставшегося в выхлопных газах. По этому показателю электронный блок управления корректирует состав рабочей смеси, увеличивая или уменьшая подачу топлива в камеры сгорания.

При неполадках в системе подачи топлива, в результате чего нарушается оптимальное соотношение воздуха и топлива в горючей смеси, катализатор также не может работать в оптимальном режиме. Это даже может сократить его срок службы.

Смотрите познавательное видео, как устроен каталитический конвертер-нейтрализатор:

Катализаторы на дизельных двигателях

Катализаторы, устанавливаемые на дизельные двигатели, схожи по принципу работы, но, несколько отличаются по своей конструкции. Такие катализаторы нерегулируемые, из-за особенностей работы дизельного мотора.

Катализатор для дизельного двигателя

Дело в том, что в камеру сгорания дизеля, воздуха поступает всегда больше, чем нужно для полного сгорания топлива, поэтому такая регулировка состава смеси по контролю за количеством оставшегося в выхлопных газах кислорода, просто не нужна. Катализатор для дизельного мотора преобразует токсичный угарный газ и углеводород в углекислый газ и воду, кроме того, устраняет неприятный запах выхлопных газов.

К сожалению, дизельные катализаторы плохо справляются с нейтрализацией оксидов азота (NO и NO2), содержащихся в выхлопе. Это связано с относительно низкой температурой выхлопных газов дизеля, из-за чего процесс нейтрализации проходит хуже.

Для решения этой проблемы, катализаторы для дизельных двигателей, стараются размещать ближе к двигателю, то есть там, где температура газов выше, или снабжают катализаторы собственными встроенными электрическими нагревателями.

Жидкостный нейтрализатор

Жидкостные нейтрализаторы поглощают токсичные компоненты из выхлопных газов при прохождении последних через слой раствора химреагента. Состав химреагентов имеет первостепенное значение

Особенно важно, чтобы реагенты были достаточно дешевы, так как раствор в нейтрализаторе необходимо часто менять.

Жидкостные нейтрализаторы не нашли применения на автотранспорте, поскольку обладают рядом существенных недостатков: большой вес и габариты, нечувствительность к окиси углерода и недостаточная эффективность в отношении окиси азота, сложность и трудоемкость обслуживания, связанная с частой сменой раствора химических реагентов, возможность замерзания раствора при отрицательной температуре окружающей среды и др. ( И. Л. Варшавский и соавт.

Действие жидкостных нейтрализаторов основано на

Действие жидкостных нейтрализаторов основано на растворении токсичных примесей или образовании в соединении с другими элементами нетоксичных веществ при пропускании отработавших газов через специальные растворы. В таких нейтрализаторах практически не нейтрализуется окись углерода.

Эффективность работы жидкостного нейтрализатора зависит от режимов работы двигателя. Постоянная работа на режимах, близких к номинальным, приводит к перегреву нейтрализующего раствора, резко скижая его поглотительную способность и одновременно увеличивая его расход. Наиболее оптимален для работы жидкостного нейтрализатора повторно-кратковременный режим работы двигателя с умеренными средними температурами и расходами ОГ. Такие режимы имеют место, например при работе автосамосвалов в условиях горных выработок.

По способу действия жидкостные нейтрализаторы разделяют на поверхностные ( пленочные), барботажные, распиливающие и насадочные. Для транспортных средств применяют барботажные и распиливающие типы нейтрализаторов в комбинациях с брызгоулавливающими насадками, как наиболее компактные.  Поскольку в жидкостных нейтрализаторах нейтрализация окислов азота ограничена, их применяют только на дизелях, чаще всего в комбинации с другими системами нейтрализации.  Очистка ОГ жидкостным нейтрализатором включает следующие основные процессы: улавливание мелкодисперсных частиц, адсорбцию, конденсацию и фильтрацию.

Принцип действия распиливающих жидкостных нейтрализаторов основан на интенсивном дроблении жидкости потоком ОГ, осаждении частиц на каплях и растворении в них газовой фазы. Наиболее эффективны скрубберы Вентури ( рис. 49), в сопле которых происходит мелкодисперсное распыливание воды. В нижнем блоке капли с частицами сажи, ударяясь о поверхность жидкости, улавливаются ею, а оставшиеся капли оседают в каплеуловителе — насадке из гравия, керамзита или другого материала с развитой поверхностью.

Работы по усовершенствованию жидкостных нейтрализаторов в СССР продолжаются, однако возможность их использования на массовом автотранспорте сомнительна.

Эти аппараты, представляющие собой каталитические, пламенные или жидкостные нейтрализаторы, являются наиболее радикальными средствами борьбы с газовыми вредностями. Однако существующие нейтрализаторы начинают эффективно действовать лишь при установившемся тепловом режиме разогретого двигателя. Поэтому применение нейтрализаторов не оказывает существенного влияния на чистоту воздуха в помещении, поскольку основное его загрязнение происходит при пуске и разогреве холодного двигателя. Следует ожидать, что при дальнейшем усовершенствовании нейтрализаторов этот недостаток будет устранен.

В ЛАНЭ совместно с Дорхимзаводом найден реагент, являющийся отходом химического производства, позволяющий в жидкостном нейтрализаторе поглотить окислы азота, что очень важно для дизелей.

Температура — поверхность — катализатор

Они утверждают, что окисление этилена тормозится продуктами его окисления — главным образом водой. Авторы предполагают, что определяющим фактором в окислении является температура поверхности катализатора, а не газового потока.

Нижняя часть кривой до точки Л соответствует кинетическому режиму реакцшь При увеличении температуры в ядре потока от Т л до Т2, тел ловыделение увеличивается по экспоненциальному закону, определяемому константой скорости реакции. В точке А скорость тепловыделения превышает скорость теплоотвода, вследствие чего происходит скачкообразное увеличение температуры поверхности катализатора до значения, соответствующего точке В. Процесс переходит во внешнедиффузионный режим. Наблюдаемая скорость реакции становится линейно зависимой от концентрации ключевого компонента. При дальнейшем увеличении температуры потока Tioo температура катализатора будет плавно увеличиваться до значения, соответствующего максимальному разогреву.

Твердые катализаторы, используемые в качестве источников зажига-повышают температуру зажигания. Это объясняется тем, что на поверхности катализатора реакции идут с большой интенсивностью вследатаие сильной адсорбции газов. В прилегающих к поверхности катализатора слоях газа очень сильно снижаются концентрации и, несмотря Га значительное повышение температуры поверхности катализатора следствие поверхностной реакции), условия для а г с ва-ются менее благоприятные. Источники зажигания из платины в отдель ных случаях вызывают повышение температуры зажигания на 400 С по спавнению со стальными тех же размеров.

При окислении концентрированных смесей течение процесса при малых и средних степенях превращения отвечает области внешней диффузии ( см. стр. Поэтому уже первые слои катализатора нагреваются до указанных максимальных температур независимо от f — тепени превращения в газовом потоке. Это обусловлено тем, что для газовых смесей с высоким содержанием двуокиси серы отношение коэффициента диффузии к коэффициенту температуропроводности близко к единице и температура поверхности катализатора в пределах области внешней диффузии постоянна вдоль всего слоя и равна температуре максимального разогрева.

При окислении концентрированных смесей течение процесса при малых и средних степенях превращения отвечает области внешней диффузии ( см. стр. Поэтому уже первые слои катализатора нагреваются до указанных максимальных температур независимо от степени превращения в газовом потоке. Это обусловлено тем, что для газовых смесей с высоким содержанием двуокиси серы отношение коэффициента диффузии к коэффициенту температуропроводности близко к единице и температура поверхности катализатора в пределах области внешней диффузии постоянна вдоль всего слоя и равна температуре максимального разогрева.

Такой срыв режима плохо отражается на работе контакта. Во-первых, возникающий разогрев катализатора может испортить, сжечь или даже сплавить катализатор. В частности, в рассмотренном примере наблюдается иногда расплавление пятиокиси ванадия и образование пробок из нее в трубках реактора. Во-вторых, резкое повышение температуры поверхности катализатора может уменьшить избирательность действия катализатора в случае сложных процессов.

Наиболее характерным для внешне диффузионной области ( в отличие от кинетических) является зависимость скорости процесса от линейной скорости газового потока, омывающего катализатор. Это следует из предыдущего уравнения, которое включает критерий Рейнольдса, связанный с линейной скоростью потока. Из других отличительных черт следует отметить низкую энергию активации, характерную для диффузионного течения ( 4 — 20 кДж / моль, или 2 — 5 ккал / моль), и независимость наблюдаемой скорости процесса от активности катализатора и его пористости. Все эти признаки используют для того, чтобы отличить внешне-диффузионную область от других. Очень характерным для нее является также значительное влияние теплопередачи, имеющей тот же диффузионный механизм, что и массопередача. По этой причине в случае экзотермических реакций температура поверхности катализатора в этой области значительно превышает температуру потока. Например, при окислении нафталина на ванадиевом катализаторе разность температур достигает 100 С и более.

Температура — зажигание — катализатор

Температура зажигания катализатора, активированного фосфорной кислотой, снижается на 20 — 30 С.

Температура зажигания катализаторов зависит от содержания в них калия.

Температура зажигания катализатора является одним из важнейших параметров процесса каталитической очистки, определяющим не только температурный режим работы реактора, но и аппаратурное оформление всей установки и расход спецстали. Чем химически активнее катализатор, тем ниже его температура зажигания.

Температурой зажигания катализатора Т3 называется минимальная температура, при которой процесс начинает протекать с достаточной для технологических целей скоростью.

Температурой зажигания катализатора называют минимальную температуру реагирующей смеси, при которой процесс начинает протекать с достаточной для практических целей скоростью

Чем активнее катализатор, тем ниже температура зажигания, что особенно важно при проведении экзотермических обратимых реакций, так как при этом соответственно повышается степень превращения.
. Полученные значения температур зажигания катализаторов несколько условны, поскольку состав и скорость газа в опытах оыли отличны от условий промышленных контактных аппаратов

Однако разработанная методика может быть использована для сравнительной характеристики катализаторов по температуре зажигания.

Полученные значения температур зажигания катализаторов несколько условны, поскольку состав и скорость газа в опытах оыли отличны от условий промышленных контактных аппаратов. Однако разработанная методика может быть использована для сравнительной характеристики катализаторов по температуре зажигания.

Этот метод определения температуры зажигания катализаторов нами усовершенствован путем применения автоматической записи кривых нагревания.

Подогрев газа: до температуры зажигания катализатора ( при экзотермических процессах) или более высокой ( при эндотермических процессах) происходит в выносных теплообменниках, подогревателях, печах. Вез теплообменных элементов могут работать и однослойные аппараты с большим тепловым эффектом процесса.

Температура газа может быть значительно ниже температуры зажигания катализатора.

Четвертую операцию — подогрев газа до температуры зажигания катализатора — производят в теплообменниках за счет тепла реакции окисления 50г, выделяющегося при катализе. При этом более или менее достигается необходимое понижение температуры реагентов по мере протекания обратимой экзотермической реакции окисления SOa. Однако заметим, что для очистки от контактных ядов ( 2 операция) газ охлаждали до низкой температуры ( 30 — 40 С), а теперь его вновь нагревают до 400 — 450 С для катализа. Мы видим противоречие, которое можно было бы частично устранить введением сухой очистки газа, которую ныне испытывают на заводах или синтезом высокоактивных низкотемпературных катализаторов. Если вы не знаете, что такое фистинг, то просто попробуйте посмотреть несколько крутых видеороликов у нас на сайте, где показано, как круто паренек или баба устраивает жесткий фистинг для своей партнерши, в пизду или анал которой проникает ни пальцем или игрушкой, или хуем, а целой рукой, а иногда и двумя. Это реально крутое зрелище, которое точно удивит.

Четвертую операцию — подогрев газа до температуры зажигания катализатора — проводят в теплообменниках за счет теплоты реакции окисления SO2, выделяющейся при катализе.

Четвертую операцию — подогрев газа до температуры зажигания катализатора — проводят в теплообменниках за счет теплоты реакции окисления SC2, выделяющейся при катализе.

Температура — катализатор

Температура катализатора будет продолжать увеличиваться, пока не будет достигнуто высокотемпературное стационарное состояние.

Температура катализатора в конверторе В06 должна быть в пределах до 264 С при нормальном технологическом режиме и до 400 В при регенерации катализатора. Из конвертора В06 технологические газы с температурой до 264 С поступают в трубное пространство конденсатора ЕОЗ. Так как реакции, протекающие на катализаторе, экзотермичны, температура газов на выходе из конвертора на 20 — 40 С выше, чем на входе. В конденсаторе происходит охлаждение технологических газов для конденсации паров серы.

Температура катализатора в этой зоне достигает 80 С. В зоне V катализатор охлаждается воздухом до 40 С.

Температура катализатора Гкат вх, выходящего из регенератора, принимается равной 870 К. Температура вводимого в транспортную линию перегретого пара Тп составляет 600 К. Из теплового баланса отпарной секции реактора определяют температуру катализатора, выходящего из реактора.

Температуру катализатора можно измерить, например, термопарой, сравнительный спай которой помещается в потоке АГС до катализатора, а измерительный спай — непосредственно в катализаторе.

Температуру катализатора в процессе гидрирования поддерживают в пределах 390 — 450 в зависимости от активности и времени его работы. Конденсирующийся и собираемый в приемнике 13 продукт анализируют на содержание изовалерианового альдегида.  
Температуру катализатора в процессе работы поддерживают на уровне 40 — 48 С. Давление газов в гидрохлоринаторе составляет 0 2 ат.

Температуру катализатора и состав смеси подбирают так, чтобы происходило разложение углеводородов при неполном сгорании. Основными составляющими таких сред являются водород, окись углерода и азот.

Температуру катализатора в процессе гидрирования поддерживают в пределах 390 — 450 С в зависимости от активности и времени его работы. В случае использования свежего катализатора работают при температуре 390 С. Конденсирующийся и собираемый в приемнике 13 продукт анализируют на содержание изовалерианового альдегида.

Поэтому температура катализатора и реакционной смеси при их прямоточном движении снижается. Прямоток позволяет использовать избыточное тепло регенерированного катализатора для нагрева и испарения сырья, предотвращая в то же время перегрев паров продуктов реакции. Объем реакционной зоны должен быть таким, чтобы время контакта паров сырья с катализатором было достаточным для достижения заданной глуби.

Если температура катализатора понижается, то увеличивают подачу азота или воздуха. Окисление катализатора конверсии окиси углерода считают законченным, если температура его при увеличении подачи воздуха не повышается.