Катализ и катализаторы

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время из-за введения жёстких требований к составу вредных примесей в выхлопных газах автомобилей и увеличивающейся автомобилизации среди населения в России и во многих странах мира спрос на автокатализаторы и их утилизацию очень высок и продолжает расти. По оценкам экспертов, создание условий с помощью гибкого государственного регулирования этой сферы бизнеса будет способствовать не только ресурсосбережению, базирующемуся на экономичных технологиях по извлечению драгметаллов из вторсырья, но и созданию новых малых и средних предприятий, новых рабочих мест, улучшению экологической обстановки в регионах, внедрению отечественных промышленных технологий.

Следует отметить, что по добыче палладия Россия стоит на первом месте за счёт Норильского рудного бассейна. В нашей стране добывается чуть меньше 40% палладия от мировой добычи, но торгуем СЛИТКАМИ ИЛИ ПОРОШКОМ, а это намного дешевле, чем палладий в изделиях (например, в автокатализаторах). Однако иногда, предлагая на рынок большие партии палладия, Россия теряет доходы, так как большие партии приводят к резкому снижению мировых цен.

Платины в России добывается меньше, чем в ЮАР, США и Канаде, но не менее 70-80 т ежегодно. Родий относится к редким металлам и его количество исчисляется сотнями кг (до тонны).

Виды

Как правило, в пунктах принимают катализаторы всех видов, но некоторые могут вводить ограничения, в зависимости от используемого оборудования и технологии. Сами катализаторы для легковых автомобилей делятся по:

• материалу изготовления сот;
• количеству сторон.

Материал изготовления сот:

1. Керамика — самый распространенный вид за счет простого изготовления и нанесения рабочего сплава. Но отличается повышенной хрупкостью как при механических повреждениях, так и при большой амплитуде температур.
2. Металлический нейтрализатор. Из-за затратной технологии применения качественных дорогих марок стали этот тип стоит дороже. Здесь соты располагаются в спиральном порядке, что увеличивает протяженность пути, и как следствие, эффективность процесса. Он устойчив к механическим повреждениям, но также боится некачественных ГСМ, переобогащенного топлива, длительной работы на холостом ходу.
3. Спортивные — аналог металлического катализатора, но с увеличенной пропускной способностью. Если в авто установлена прямоточная система выхлопа, увеличивает мощность на 7-20%.

По конструкции катализаторы бывают 2- и 3-сторонними. По мере увеличения сторон – увеличивается функциональность и эффективность изделий.

Работы одного из них хватает на 100-120 тыс. км, но бывают и экстренные случаи, когда его нужно менять. В этой ситуации лучше заранее найти пункт, куда сдать катализатор, поскольку возвращается около 25-35% всей суммы изделия.

Состояние фильтра должно быть всегда идеальным, поскольку неисправности могут повлечь за собой поломку двигателя, это может быть:

• керамическая пыль;
• оплавление;
• деформация и сопутствующие разрушения из-за попадания воды на горячий корпус;
• зарастание проходов и отсутствие тяги.

Содержание драгоценных металлов в различных катализаторах

Зачем скупают катализаторы и довольно-таки по высокой цене? Используемые металлы относятся к редкоземельным, и их добыча уменьшается ежегодно, но использовать как вторичное сырье их выгодно только в промышленных масштабах. Из одного катализатора получится извлечь всего 0,05-0,1 грамм, для чего потребуется около 50 грамм различных реагентов. При работе с большими объемами (тысячами) для экономии задействованы сниженный объем реагентов, а также совокупные методы. Встречаются 3 основных типа каталитических нейтрализаторов:

1. Автомобильные — в состав входят 2 группы сплавов: палладий + родий и палладий и иридий.
2. Промышленные — в этих типах может использоваться как комплексный состав из 2-3 компонентов, так и чистый монометалл: платина, палладий и родий.
3. Промышленные — с использованием серебра в качестве каталитического реагента.
4. Промышленные для нефтепереработки — платина с оксидом алюминия, никелем и молибденом.

Как происходят прием и предварительная оценка стоимости

Где принимают катализаторы? Приемкой вторсырья занимаются специализированные фирмы, чаще всего имеющие договоренности с перерабатывающими предприятиями. Для оценки катализаторов используются:

• Прибор спектрометр, определяющий химический состав по принципу спектрального анализа.
• Таблицы, определяющие стоимость по маркировке изделия.
• Весы с точностью до тысячных грамма.

Цена на лом определяется Лондонской биржей и курсом валют. Эти же табличные данные берутся за основу для расчетов после получения анализа по процентному содержанию ценных металлов. После этого извлеченные соты (керамические) измельчаются в порошок, проводится вторичный анализ, он показывает усредненное содержание элементов. Предварительная стоимость зависит от содержания драгметаллов в изделии, которое определяется:

• типом;
• моделью;
• пробегом;
• условиями эксплуатации.

Основная причина, зачем скупают старые катализаторы из советских автомобилей, — это высокое содержание ценных элементов.

Ориентировочные цены в различных городах России

Стоимость на б/у изделия варьируется в пределах 100 у. е., но почем принимают катализаторы частные приемные пункты, в основном зависит от удаленности от заводов-изготовителей.

Цены указаны в российских рублях за 1 кг.

На конечную стоимость также влияют целостность фильтра, наличие сажи и мест оплавления.

Автомобильный катализатор что это такое

Катализатор содержит в себе благородные металлы, которые способны вступать в реакцию с вредными веществами и, впоследствии, делать их не такими опасными. Для снижения выбросов в состав обязательно включают драгметалл, представляющий собой платиноиридеивый сплав. Сам слой является тонким и наносится на металлическую сотовую конструкцию, хотя она может изготовляться и из керамики. Когда молекулы кислорода сталкиваются с указанными ранее вредными веществами, выделяется тепло, которое активизирует работу катализатора, тем самым, на выходе получаются вещества CO2 и N2, являющиеся безопасными. Чаще всего в авто используется именно керамическая конструкция, приобретаемая и устанавливаемая отдельно, если авто было выпущено до принятия норм.

Расположение автомобильного катализатора

Альтернативой керамической детали может являться химическая присадка, добавляемый в топливо и масло – он обеспечивает этим материалам более улучшенную степень сгорания, кроме того, химические присадки значительно увеличивают сроки эксплуатации важных узлов в автомобиле. С их помощью происходит так называемое детонационное сгорание, на первом этапе которого выполняется холоднопламенное окисление, а на втором – горячий взрыв.

В чем заключается результат удаления катализатора из выхлопной совокупности

Как становится ясно, при неисправности катализатора, его удаление из выхлопной системы позволяет вернуть работоспособность двигателя и восстановить оптимальный расход топливной смеси.

Если же катализатор удаляется из состава транспортного средства по собственной инициативе, то это, как правило, связано с глобальной модернизацией всей системы выхлопа. В большинстве случаев, удаление катализатора сопровождается установкой прямоточного глушителя и перенастройкой электронного блока управления двигателем. Данный вид тюнинга авто осуществляется для совершенствования технических характеристик транспортного средства и в частности для увеличения мощности двигателя. Как известно, при более высокой мощности мотора необходимо удалить большее количество преград на пути выхода отработанный смеси.

Несмотря на кажущуюся продуманность, данный вид модернизации все же по праву считается любительским

При модернизации двигательной системы и выходной совокупности важно учитывать множество параметров, что довольно сложно выполнить в условиях обычного гаража. Похожий вид модернизации практикуется на спортивных автомобилях, но в ходе выполнения тюнинга принимают участие опытные специалисты, использующие все необходимое профессиональное оборудование

Что такое катализаторы и зачем они необходимы

Устройство цилиндрической или бочкообразной формы входит в систему отвода отработанных газов и встраивается возле выпускного коллектора. Причина, зачем принимают катализаторы от авто, очевидна: в них используются сплавы драгоценных, редких металлов.

Конструктивно этот компонент состоит из корпуса и встроенных в него 2 рабочих блоков с внутренними сквозными отверстиями в виде сот. Блоки работают при высоких температурах, поэтому между ними и контуром предусмотрена тепловая изоляция. Внутренняя поверхность ячеек покрывается сплавами:

• 1 блок — иридия и платины;
• 2 блок — родия и палладия.

Отработанные газы, проходя через соты, разогревают их до температур 800-850 °С, после чего катализаторы (покрытие) активизируются. Чтобы прогреть блоки до этой температуры, автомобиль должен проехать 10 км, все это время они инертны. В активной фазе опасным являются превышения в сгораемой смеси непрогоревшего бензина, увеличенная концентрация масел, сажи и т. д. В свою очередь, катализатор оказывает влияние на двигатель и в обратном порядке, поэтому на входе и выходе устройства встроены датчики, помогающие оптимизировать рабочую топливную смесь.

Основными веществами загрязнения являются окислы азота, углерода и более сложных групп углеводородов. При соприкосновении этих соединений с активной поверхностью происходит перестройка атомов в сторону более сильных молекулярных связей. Соединения окиси азота распадаются на азот и кислород, а углекислый газ СО соединяется с освободившимся атомом кислорода, заканчивая реакцию и превращаясь в углекислоту СО2 (используется для заправки газированной воды).

Общая площадь, взаимодействующая с газами, по размерам соответствует большому футбольному полю. Даже если толщина слоя измеряется в микронах, то здесь их объемы будут немалыми, поэтому сдать катализатор выгодно для владельцев транспорта, а принять их – и самим перерабатывающим предприятиям, поскольку добыча этих металлов ограничена.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO₂ и SO₃ в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN₃ до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Е_а(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H₂+I₂ Е_а(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Е_а(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

Например, реакция:

SO₂ +1/2 O₂ = SO₃ протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О₂ = NO₂ и NO₂ +SO₂ = SO₃ +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO₂.

Применение катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO₃ происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.

Возможные причины поломки катализатора

Имеет значение и качество используемых смазочных материалов, и наличие поломок в системе зажигания, так как если свеча выйдет из строя, то топливо начнет сгорать в катализаторе, а не в камере сгорания, как это положено. Причиной поломки может стать удар, вследствие которого в конструкции появятся трещины, что сделают корректную работу детали невозможной.

Устройство автомобильного катализатора

В следующих ситуациях нужно начинать бить тревогу:

• Автомобиль начал издавать нехарактерные звуки, напоминающие дребезжание.
• Датчик двигателя начнет менять значения в моменты, когда этого просто не должно быть, например, на холостом ходу.
• Общая тяга заметно уменьшилась.
• Двигатель может просто не заводиться или же скорость движения значительно снизится.

Скорее всего, причину нужно будет искать в катализаторе, который мог полностью забиться, или же его пропускная способность стать минимальной. Повлиять на это может и качество топлива и чрезмерно большое количество масла в двигателе. Цена ремонта автомобиля, если ничего не предпринимать, может быть очень большой, поэтому имеет смысл своевременно обратиться в сервисный центр за квалифицированной помощью.

Извлечение платины и родия

Один из самых распространенных способов отделения родия и платины из сотовой конструкции – ее выщелачивание с использованием специальных окисляющих смесей в жидком состоянии. Однако данный метод отличается целым рядом недостатков. В первую очередь это то, что кроме драгоценных веществ, в катализаторах также есть окиси алюминия, которые предотвращают полное изъятие платины.

Такая процедура для положительного результата подразумевает многократное выщелачивание и последующую промывку устройства для полного извлечения драгоценной смеси, поэтому требует дополнительных материальных затрат. Кроме того, даже в таком случае не всегда получается извлечь всю платину.

Более современным способом является такой, что основа на переводе металла в растворимое состояние.

Осуществляться это будет путем предварительного смачивания детали в соляной кислоте. Данный процесс проводится при нагревании для циркуляции смеси паров и газа.

К преимуществам такого метода относится простота в реализации и возможность получить максимально возможное для каждой конкретной модели катализатора количество драгоценного металла. А благодаря использованию современных окислителей есть возможность много раз проводить обмывание частиц вещества при помощи такого раствора.

Что делать, если катализатор прогорел

Простым и проверенным способом решения вопроса будет удаление катализатора. При наличии минимального количества инструментов рядовой автолюбитель может легко вырезать в металлическом корпусе окно (его потом герметично заваривают полуавтоматом) и убрать катализатор механически. Данный способ надежен, а главное, не требует значительных вложений в ремонт. Выбор очевиден, зачем платить больше? Но не стоит забывать, что таким образом вы значительно увеличите количество вредных веществ производимых двигателем.

Еще одно распространенное решение — это замена катализатора на пламегаситель.

Пламегаситель

Пламегаситель – стальная гофрированная труба, заизолированная специальным негорючим материалом (минеральная вата либо металлическая стружка), вся конструкция заключена в кожух. При прохождении пламегасителя выхлопные газы расширяются и заполняют пространство между кожухом и трубой. Сталкиваясь с негорючими материалами, они теряют часть энергии.

Имеет ли смысл самостоятельно извлекать металл

Таким образом, в каждом катализаторе любого транспортного средства есть небольшое количество драгоценных металлов, которые участвуют в химических реакциях, превращаю вредные продукты сгорания топлива в безопасные газы.

Отделить такие вещества с отслуживших свое катализаторах при наличии определенных знаний и навыков вполне возможно, но следует помнить, что при самостоятельном выполнении такого процесса вряд ли удастся получить чистый металл. Да и к тому же не следует забывать, что в одном катализаторе содержится столько драгоценного вещества, что в случае его продажи никак не получиться окупить все затраты на его добычу.

Поэтому отделять дорогие металлы с таких автомобильных деталей с целью заработка целесообразно только в промышленных масштабах, когда одновременной переработке поддается сразу несколько десятков, а может быть и сотен таких фильтров.

Но в обычных гаражах, найти их крайне сложно! Кстати их принимают для переработки, и самым правильным способом получения денег, является сдача их таким организациям, в конечном итоге получите больше денег.

НА этом заканчиваю, свою статью, думаю было интересно. Искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

Химия — Катализатор

Катализаторы в автомобилях

Схема протекания реакции с катализатором

химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Количество катализатора, в отличие от других реагентов, после реакции не изменяется

Важно понимать, что катализатор участвует в реакции. Обеспечивая более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор

Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно повторяется.

Что происходит с силовым агрегатом при отсутствии катализатора

Датчик кислорода (лямбда-зонд) служит с целью выявления кислородной концентрации в составе отработавших газов. Именно посредством балансирования стабильного соотношения воздух/топливо в системе выхлопа обеспечивается корректная работа силового агрегата. Вот здесь то и нужен кислородный датчик, находящийся в выхлопной системе. Контроль концентрации кислорода в отработавших газах называется лямбда-регулированием. Зачастую, присутствуют два датчика –один расположен непосредственно перед катализатором, а другой – и за ним.

Два кислородных датчика в системе

Бытует мнение относительно того, что датчик, установленный после нейтрализатора, необходим для определения некорректной работы каталитического нейтрализатора. Что ж, данное утверждение соответствует действительности. Но что случится при удалении катализатора с ЭБУ? Например, нейтрализатор таки снят – тогда второй датчик выявит неполадку и в автоматическом подстроит смесь для уменьшения степени токсичности выхлопа. Но выполнение данной процедуры возможно лишь посредством увеличения процентного соотношения воздуха в горючей смеси. В результате чего смесь обогащается, а это ведет к уменьшению мощностного потенциала двигателя. Проще говоря, ЭБУ переключается в аварийный режим и запускает процесс образования соответствующей усредненной смеси с одной лишь целью – непрекращающейся работы силовой установки. Причем подача топлива является второстепенной задачей.
Чтобы вернуть приемлемый расход топлива, необходимо вывести силовой агрегат из аварийного режима работы в исходный. Для это вышедший из строя каталитический нейтрализатор подвергается замене, а ЭБУ «перепрошивается» на стандарт Евро-2. Либо ставится спец-обманка на второй датчик кислорода.

Вердикт — замена

Итак, мы выяснили что такое катализатор, и для чего он нужен машине. Если данный элемент выхлопа работает корректно, то можно говорить о приемлемом расходе топлива, и в целом – о корректной работе всего силового агрегата. Если же имеются неполадки, то разумным решением, хоть и не самым дешевым будет его полная замена.

Для чего нужен автомобильный катализатор

Борьба за экологию всегда стояла на первом месте, как один из способов поддержания жизни на нашей планете. После внедрения в автомобильную промышленность, двигателей внутреннего сгорания, работающих на дизельном или бензиновом топливе, прошло немало времени, прежде чем выхлопные газы стали настоящим бичом крупных городов.

В 70х годах прошедшего столетия, был разработан первый в мире каталитический нейтрализатор, в следствие чего удалось сократить количество вредных веществ, которые испарялись в атмосфере вместе с выхлопными газами. Что же представляет из себя катализатор?

Что такое катализатор?

Каталитический нейтрализатор является, по сути, дополнительной частью выхлопной системы. Находится между выпускным коллектором и средней частью глушителя. Исключает выброс в окружающую среду вредных газов, раскладывая вредные элементы на составляющие. Процесс происходит путем прокаливания, внутренностей.

Внутренняя часть состоит из нескольких элементов, главным из которых является соты, на которые нанесены благородные металлы. Чаще это металлы платиновой группы.

Регулятором данного процесса является два датчика, которые установлены до катализатора и после. По-иному – лямбда зонд. Первый датчик считывает количество вредных примесей до попадания в катализатор, после чего передает сигнал бортовому компьютеру.

Второй датчик передает показания очищенной смеси, после чего происходит соотношение данных и определяется работоспособность нейтрализатора.

Проблемы

По истечении 150 000 километров пробега, можно начинать опасаться за верную работу Вашего катализатора. Распространенная и единственная в своем роде проблема – забитее сеточек и сот.

Благодаря высокой температуре, соты не только помогают дожигать вредные выхлопы, но расплавляются металлы, которые содержаться в самом катализаторе. После чего происходит засорение проходного пути, смесь возвращается обратно и силовой агрегат душит сам себя.

Датчики, реагируя на изменившийся состав смеси, подают сигнал в бортовой компьютер. Подобного рода ситуация приводит не только к тому, что движение автомобиля становится несколько “тупым”, но и может вообще запретить автомобилю продолжать путь. Экология – превыше всего.

Решение

Исходя из слухов, считается, что пробивать катализатор нельзя. Следовательно, второй вариант решения – покупка нового каталитического нейтрализатора.

К примеру, можно вернуться к пробитию. Само освобождение “банки” катализатора не грозит какими-то механическими повреждениями в сторону силового агрегата, но и бесследно для Вашего автомобиля не пройдут. Не нужно забывать о лямбда-зондах, которые стоят по обеим сторонам катализатора и считывают состояние смеси, которая проходит по выхлопной системе.

Выходом в данном случае будет перепрошивка под другой стандарт регулирования выхлопных газов, к примеру, ЕВРО-2. Подобный шаг исключит ошибку из бортового компьютера, а верная настройка системы, позволит не заметить изменения.

Второй вариант: покупка универсального катализатора, который подбирается по размерам самой “банки” и соответствию диаметра входной и выходной трубы, после чего осуществляется срез старого элемента и встраивания нового. Производится настройка бортовой сети, при необходимости меняется норма выхлопа.

И третьим вариантом, является возможность установки пламегасителей, которые выполняют функции схожие со вторым случаем, но более подробно на нем следует остановиться в отдельно взятой статье.

К примеру, процесс примерки и прихвата, происходит с установленной системой выхлопа на автомобиле. Дальнейшее закрепление между собой, производится исключительно в снятом на полу. Подобный подход не дает возможности изменить геометрию системы и исключает излом при установке.

Цены на лом катализаторов

Условно можно разделить лом катализаторов на категории, которыми оперируют приемщики этого лома — это:

Лом катализаторов иномарок — цена может доходить до 1300 рублей за 1 кг;

Лом катализаторов отечественных — цена может опускаться до 300 рублей за 1 килограмм;

Металлические катализаторы — в среднем 500 рублей за 1 кг;

Керамические катализаторы — порядка 2000 рублей за 1 кг;

Фильтры сажевые —1500 рублей за 1 килограмм.

Сажевый фильтр

Также могут предлагаться молотые и колотые катализаторы — цены на них разные, нужно уточнять у каждого конкретного приемщика.

Стоит отметить, что указанные цены выше — это не эталон и не показатель. Каждый приемщик устанавливает свои цены, поэтому четкого понимания нет. Но, тем не менее, на эти цены можно ориентироваться, т.к. разница с реальными ценами на лом катализаторов будет небольшой.

Колотые катализаторы