Металл для катализаторов ответ

Что находится в катализаторе: какие металлы?

В выхлопной системе современных автомобилей обязательно присутствует специальный фильтр — каталитический нейтрализатор (КН). Данная деталь, в отличие от других составных частей транспортных средств, создана для выполнения всего одной единственной функции, которая не влияет на работоспособность авто.

Катализатор, ценность которого заключается в способности минимизировать количество токсичных веществ, оказывающихся в выхлопных газах ТС, способствует сохранению климата на Земле.

К сожалению, до сих пор ни одной компанией, выпускающей автомобили, не удалось создать такой идеальный двигатель, который в ходе работе не выделял бы вредных веществ, оказывающихся в составе автомобильных выхлопов. Любой новый автомобиль также будет работать таким образом, что на выходе будут образовываться токсичные вещества.

Благодаря установке автомобильного нейтрализатора, который чаще называют просто катализатором, удается сократить количество вредных веществ в автомобильных выхлопах в среднем на 97-98%. Чтобы понять принцип работы рассматриваемой автомобильной детали, стоит узнать, что находится в катализаторе.

Составные часты катализатора

Если сравнивать строение катализатора с другими автомобильными деталями, то можно отметить, что он имеет не такое сложное строение.

Современный катализатор состоит из нескольких основных частей:

  • корпус;
  • наполнитель-фильтр;
  • специальный каталитический слой.

Корпус нейтрализатора изготавливается из качественного сырья — металла и выполняет защитную функцию. Все дело в то, что катализатор устанавливается на днище автомобиля. Довольно часто в ходе эксплуатации транспортного средства страдает именно низ конструкции авто, следовательно, может пострадать и нейтрализатор. Металлический кожух имеет выпускную и впускную воронки. Данная часть автомобильного катализатора выполняет также еще и теплоизоляционную функцию.

Основной функциональной частью катализатора является фильтр-монолит, который производится либо из керамики, либо из металла. Между металлическим кожухом и монолитом располагается монтажный мат, который надежно защищает внутренности КН.

Керамический или металлический блок (монолит) — это особый вид фильтра, который имеет пористую структуру с большим количеством очень мелких ячеек. Благодаря такому строению удается кратно увеличить площадь соприкосновения выхлопов с рабочей поверхностью КН.

Все ячейки монолита покрываются каталитическим слоем. В состав этого напыление включена группа ценных металлов (платина, палладий, родий), которые обладают свойством катализаторов, то есть ускоряют протекание химических реакций. При этом сами драгметаллы не принимают участие в данных химических реакциях. В некоторых современных моделях для напыления используют золото — благородный металл, который по сравнению с вышеназванными ценными материалами стоит дешевле.

Отвечая на вопрос, что ценного в катализаторе авто, можно отметить, что в КН находится определенное количество ценных металлов, относящихся к числу редких. В связи с этим, стоимость даже вышедшего из строя катализатора достаточно высока. И по той же причине всегда есть возможность сдать старый катализатор, получив заметное денежное вознаграждение.

Зачем скупают катализаторы? Все просто — для их дальнейшей переработки, в ходе которой удается получить определенное количество ценных металлов. Их с годами становится все сложнее добывать из недр земли. Поэтому стали добывать из вторсырья.

Основная функция катализатора

Основная функция катализатора заключается в нейтрализации трех вредных компонентов, входящих в состав автомобильных выхлопов. Такой катализатор еще называют трехкомпонентным.

Они успешно нейтрализуют следующие вредные соединения:

  • окислы азота, который является одним из компонентов смога, а также причиной кислотных дождей, такие соединения очень ядовиты для человека;
  • угарный газ, который смертельно опасный для всего живого;
  • углеводороды, также является одним из компонентов смога.

В результате химических реакций, протекающих в автомобильном нейтрализаторе, данные компоненты распадаются на безопасные элементы, которые и попадают в атмосферу.

Существуют также и двукомпонентые катализаторы, которые, как можно догадаться по названию, нейтрализуют только два компонента выхлопных газов. Но, так как они менее эффективны, то встречаются гораздо реже.

Читайте также:  Сопротивление на срез металла для

Принцип работы нейтрализатора

Трехкомпонентный автомобильный катализатор работает по следующему принципу. Автомобильные выхлопы из двигателя поступают в катализатор, заполняя монолит. Металлы-катализаторы, входящие в состав каталитического напыления на ячейках провоцируют (ускоряют) протекание химических реакций окисления. В ходе реакций углеводороды распадаются на водяной пар, а угарный газ превращается в углекислый. Родий помогает преобразовать токсичный оксид азота в азот, который безвреден для человека. Очищенные газы после процесса очищения через выхлопную трубу авто попадают в атмосферу.

На автомобилях, которые работают на дизельном топливе, рядом с катализатором устанавливают сажевый фильтр. На некоторых моделях автомобилей КН и сажевый фильтр могут быть изготовлены как единая конструкция.

Стоит также знать, что для эффективного протекания химических реакций расщепления необходимо ряд условий.

Прежде всего, необходимо достичь рабочей температуры, которая должна быть не менее 300 градусов. Для эффективной работы детали следует поддерживать температуру в диапазоне от 400 до 800 градусов. Если будет превышен этот диапазон, то износ нейтрализатора наступит гораздо раньше.

Как только катализатор придет в негодность, его требуется удалить с транспортного средства. Данную процедуру стоит доверить опытным специалистам. Лучше обратиться в компанию, которая не только произведет демонтаж нейтрализатора, но и займется потом его переработкой. За сданный катализатор автомобилист получить определенную сумму денег. Опытные специалисты произведут оценку нейтрализатора с целью определения количества ценных металлов. Именно от этого зависит конечная цена КН.

Источник

Какие ценные металлы содержит автомобильный катализатор?

Для изготовления каталитических нейтрализаторов дизельных и бензиновых авто используют такие редкоземельные металлы, как родий, платина и палладий. На ячейки внутреннего блока катализатора их наносят в виде тонко распыленного сплава. Состав сплава изменяется в зависимости от марки, модели, года выпуска авто, а также страны производителя.

Добыча драгоценных металлов – трудоемкий процесс. С каждым годом количество природных элементов сокращается, их разведывание занимает больше времени. Ежегодная добыча одного из самых редких металлов – платины – составляет не более 10 тонн. При этом львиная доля имеющихся запасов применяется не в ювелирном деле, а в промышленности, автомобилестроении, медицине, технике. Это происходит из-за мощных свойств элемента, ускоряющих различные химические реакции.

От чего зависит цена катализатора?

Процесс изготовления, использования и повторной переработки автомобильных катализаторов сформировался 15-20 лет назад. Его особенностью стало использование извлеченных драгметаллов из старых катализаторов для производства новых. Подобный способ удешевляет производство и гарантирует стабильные поставки материалов, не зависящие от ежегодной природной добычи. Поэтому спрос на вышедшие из эксплуатации нейтрализаторы довольно высок. Сдать б/у катализатор можно дорого, но стоит учитывать несколько факторов:

  1. Класс европейского стандарта экологичности («Евро 2-5»), от которого зависит количество содержащихся металлов. Чем он выше, тем больше в нем элементов платиновой группы;
  2. География производства автомобиля. В соответствии с данными спектрального анализа, наиболее содержательными являются б/у катализаторы немецкого и японского производства;
  3. Марка и модель авто;
  4. Тип двигателя. В бензиновых ДВС преобладает содержание палладия и родия, в дизеле – платины;
  5. Ценообразование Лондонской биржи цветных металлов. В пунктах приема катализаторов учитывают котировки драгоценных металлов, которые ежедневно устанавливаются на торгах.

Как влияет степень изношенности на стоимость?

В скупку сдают использованные внутренние блоки керамических, металлических автокатов, а также сажевые фильтры. В основном, принимают целые блоки, в которых фиксируется содержание драгметаллов. Оно может быть различным даже для нейтрализаторов одной модели автомобилей из-за степени выработки детали. При длительном использовании содержание драгметаллов снижается.

Источник

Конструкция катализаторов

Катализаторы ОГ за последние годы превратились в технически сложные, активные системы очистки отработавших газов. В сочетании с другими системами они обеспечивают максимальное преобразование ядовитых компонентов ОГ в безвредные. Принципиальная конструкция катализаторов с момента их появления почти не изменилась, чего не скажешь о технологиях изготовления.

В последние годы особенно сильно были улучшены термические и аэродинамические показатели, что привело к повышению степени нейтрализации и долгосрочной стабильности. Основные детали катализатора:

  • корпус и выпускная система из нержавеющей стали (дорогие материалы);
  • специальные подкладки (защита и фиксация для керамического блока);
  • несущий материал или блок (металл или керамика);
  • промежуточный, фиксирующий слой для благородных металлов;
  • каталитически активный слой (платина, родий, палладий).
Читайте также:  Норма расхода краски гф 021 на 1м2 по металлу

Корпус из нержавеющей стали

Корпус из нержавеющей стали необходим для обеспечения хорошей защиты от коррозии при образовании воды в процессе нейтрализации вредных компонентов. Лишь таким образом можно обеспечить достаточный срок службы систем выпуска ОГ — не менее 3-5 лет. В качестве материала используется хромистая или нихромовая сталь, стойкая к коррозии, кислотам и нагреву.

Специальные подкладки

Служат для фиксации керамического блока и компенсируют тепловое расширение керамического блока и корпуса из нержавеющей стали. Кроме того, они гасят колебания, принимают на себя механические нагрузки, а также осевые и радиальные ускорения. Подкладки состоят из специальной проволочной сетки или керамического волокна со вставкой из слюдяных пластинок. За счет переплетения слюдяных пластинок подкладки под воздействием температуры расширяются и адаптируются к зазору между блоком и корпусом из нержавеющей стали таким образом, чтобы между ними не было люфта.

Керамический блок

Экструдированный керамический блок с сотовой структурой, состоящий из магниево-алюминиевого силиката (кордиерита) или карбида кремния, служит носителем катализатора и пронизан тысячами маленьких, параллельно расположенных каналов (65-95 каналов на см2). В одном блоке может быть до 8000 каналов. Это позволяет достичь увеличения общей имеющейся площади контактной поверхности. Толщина стенок у старых систем составляет 0,15 мм. Новая тонкостенная керамика позволяет достичь толщины стенок 0,1-0,05 мм. На поверхность блока наносится промежуточный слой активаторов, так называемый washcoat. Этот промежуточный слой увеличивает имеющуюся поверхность примерно в 7000 раз. Он состоит из оксидов алюминия, оксидов магния и силикатов. В зависимости от общего размера катализатора для отработавших газов получается контактная поверхность 15 000-18000 м2 на литр объема катализатора. Это соответствует размеру одного-двух футбольных полей. Общая площадь поверхности может достигать 70000 м2.

На такую огромную поверхность путем конденсации наносят сам каталитический материал — платину (Pt) или палладий (Pd) и родий (Rh). Соотношение платины и родия составляет 5: 1. С начала 90-х годов прогресс в технологии нанесения покрытий позволил использовать также соотношения Pd: Rh (от 5: 1 до 9:1), а также триметаллические катализаторы (Pt: Pd: Rh от 1: 14: 1 до 1: 28: 1). В зависимости от размера катализатора используется 3-7 г платины, 1,5-5 г палладия и 0,8-1,5 г родия. Поскольку здесь речь идет об очень редких и дорогих благородных металлах, доступных лишь в ограниченных количествах, для катализаторов обязательно требуется замкнутый цикл «производство-утилизация-переработка».

Металлический блок

Металлический блок наматывается из металлической фольги толщиной 0,05 мм с сотовой структурой и спрессовывается в трубу-оболочку. Новые разработки допускают даже толщину фольги 0,03 мм. Добавка иттрия и гафния улучшают каталитические, электрические свойства фольги и ее стойкость к старению. Листы спаиваются между собой и с корпусом. Это существенное отличие от керамического блока. Промежуточный и каталитически активный слои наносятся точно так же, как и у керамического блока. Металлический блок по сравнению с керамическим имеет ряд преимуществ, так что его использование становится все более популярным.

Сравнение керамических и металлических катализаторов

Принцип нейтрализации вредных веществ у обоих типов катализаторов одинаков. Однако различия в конструкции и несущих материалах (блоке) дает преимущество катализаторам с металлическим блоком. Смотанная металлическая фольга толщиной 0,05-0,03 мм лучше выдерживает температурные и вибрационные нагрузки в выпускном тракте. Требования к эксплуатации автомобиля у обоих вариантов катализаторов одинаковы. На рисунке показана сравнительная схема обоих вариантов, а в таблице резюмированы их преимущества и недостатки.

Рис. Структура металлического и керамического носителей [источник: Seat]

Таблица. Сравнение двух вариантов катализаторов

Ресурсы благородных металлов для катализаторов

благородные металлы платина, родий и палладий представляют в катализаторе наибольшую ценность. Ежегодная мировая добыча благородных металлов составляет около 300 тонн. Из них на платину приходится 180 тонн, а на родий всего 15 тонн. В настоящее время по дорогам Германии разъезжает «добра» на 500 млн евро в виде платины, родия и палладия. Более трети ежегодно добываемой платины и более половины всего палладия идет в катализаторы. Платина в Германию поступает из России, Канады и Южной Африки. Благородные металлы относятся к редчайшим элементам земной коры. Их содержание в земной коре составляет 0,06-0,4 мкг на килограмм породы. В промышленных месторождениях содержится 3-5 мг на килограмм породы. Металлы добываются из руды или электролизного никелевого и медного шламов с помощью дорогих химических технологий. Чтобы получить один грамм платины, нужно добыть с глубины 2000 м и переработать около 400 кг породы. При неизменном ежегодном потреблении платины хватит на 125 лет, а родия — примерно на 250. Всемирно известные и годные для разработки месторождения родия оцениваются всего в 3700 тонн, а платины — в 30000 тонн. Мировые запасы палладия по последним данным оцениваются в 56000 тонн.

Читайте также:  Способы получения металлов электролиз расплавленных солей

Из-за скудных запасов благородных металлов совершенно необходимо направлять замененные и отработавшие катализаторы на замкнутый цикл переработки. При этом можно повторно использовать 99% платины, более 80% родия и 100% палладия. Утилизированные благородные металлы снова используются в производстве катализаторов. На СТО ложится большая ответственность за возврат старых катализаторов. При последовательно проводимой переработке можно ежегодно экономить благородные металлы на сумму в несколько миллионов евро. Для переработки используется две технологии:

  • жидкостная химическая, при которой металлы выделяются из блока с помощью кислот;
  • пирометаллургическая (более эффективная, но более дорогая), когда металлы выплавляются при температуре около 1800°С.

Химические процессы в катализаторе

Химические катализаторы — это материалы, которые своим присутствием ускоряют химические реакции. При этом катализатор не вступает в химические реакции. В конце реакции он имеет то же состояние, что и в ее начале. Однако он не может изменить химическое равновесие, т.е. реакции, не способные протекать при естественных условиях, нельзя принудительно запустить катализатором.

Платина или палладий в сочетании с кислородом отвечают за окисление оксида углерода и углеводородов. Окислителем служит остаточный кислород выхлопных газов или кислород воздуха, закачанный насосом добавочного воздуха.

Родий в сочетании с оксидом углерода, содержащимся в выхлопных газах, отвечает за восстановление оксидов азота. На рисунке показан простой пример превращения вредных веществ в безвредные.

Рис. Пример химического преобразования в катализаторе

Конверсионные характеристики нового катализатора ОГ

Степень нейтрализации вредных веществ в катализаторе обозначается индексом «к». Степень нейтрализации определяется следующим образом:

к = (концентрация_нач. — концентрация_кон.) / концентрация_нач. * 100%

Основным условием оптимальной степени нейтрализации — до 98% является точное соблюдение коэффициента избытка воздуха Л = 1 ± 0,005. Этот очень узкий диапазон называют лямбда-диапазоном. Соблюдение таких очень жестких допустимых пределов возможно только с помощью электронных средств. Эти жесткие допуски не сравнимы с допустимыми пределами при проверке токсичности ОГ для проверки контура регулировки ± 0,02/0,03.

Отношение объемного расхода ОГ к объему катализатора также влияет на степень нейтрализации. Особенно в плане продления срока службы это соотношение должно быть по возможности большим, так как лучше компенсируется возникающая «интоксикация» физического (отложения) или химического свойства (инертность материала). Размеры используемых в автомобилях систем выбираются, как правило, с запасом, чтобы обеспечить требуемый законодательством срок службы при неблагоприятных условиях работы. На рисунке показан процесс нейтрализации в современном катализаторе.

Рис. Конверсионные характеристики нового катализатора

Еще один важный фактор высокой степени нейтрализации — точка начала температурного скачка катализатора (Light-off). Точкой Light-off называется температура, при которой в катализаторе преобразуется 50% вредных веществ.

У катализаторов тройного действия точка Light-off находится на уровне 250 °С, в то время как у окислительных катализаторов для дизельных двигателей из-за высокой концентрации кислорода в ОГ она достигается уже при 160 °С.

Рис. Точка начального температурного скачка катализатора

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector