Konvertuesi katalitik

Një konvertues katalitik me tre drejtime në një Dodge Ram 1996 me benzinë

Simulimi i rrjedhës brenda një katalizatori katalitik

Një konvertues katalitik është një pajisje e kontrollit të shkarkimit të shkarkimeve që konverton gazrat toksike dhe ndotësit në gazin shkarkues nga një motor me djegie të brendshme në ndotës më pak toksikë duke katalizuar një reaksion redoks (një oksidim dhe një reaksion reduktimi). Konvertorët katalitikë zakonisht përdoren me motorë me djegie të brendshme të nxitur nga benzina (benzina) ose nga dizel-duke përfshirë motorët e djegur me djegie, si dhe ngrohje me vajguri dhe soba.

Prezantimi i parë i përhapur i konvertuesve katalitik ishte në tregun e automobilave të Shteteve të Bashkuara. Për të qenë në përputhje me rregullat më të rrepta të shkarkimeve të shkarkimit të Agjencisë së Mbrojtjes së Mjedisit të SHBA-së, shumica e automjeteve me benzinë që fillojnë me vitin 1975 të modelit duhet të pajisen me konvertorë katalitikë. Këto konvertues "me dy drejtime" kombinojnë oksigjenin me monoksidin e karbonit (CO) dhe hidrokarburet e palumbulluara (HC) për të prodhuar dioksid karboni (CO2) dhe ujë (H2O). Në vitin 1981, konvertuesit katalitikë me dy drejtime u bënë të vjetruara nga konvertuesit me "tre drejtime" që gjithashtu reduktojnë oksidet e azotit (NOx);megjithatë, konvertuesit me dy drejtime përdoren ende për motorët e djegies së ligët. Kjo është për shkak se konvertuesit me tre mënyra kërkojnë ose djegie të pasur ose stihiometrike për të reduktuar me sukses NOx.

Megjithëse konvertuesit katalitikë përdoren më së shpeshti në sistemet e shkarkimit në automobila, ato përdoren gjithashtu edhe në gjeneratorët elektrikë, forklifts, pajisjet e minierave, kamionët, autobusët, lokomotivat dhe motoçikletat. Ato përdoren gjithashtu në disa soba me dru për të kontrolluar emetimet. Kjo zakonisht është në përgjigje të rregullimit të qeverisë, qoftë përmes rregullimit të drejtpërdrejtë mjedisor ose përmes rregullave të shëndetit dhe sigurisë.

Historia

Konverter katalitik u shpik nga Eugene Houdry, një inxhinier mekanike francez dhe ekspert në rafinimin katalitik të naftës, i cili u transferua në Shtetet e Bashkuara në vitin 1930. Kur u botuan rezultatet e studimeve të hershme të smogut në Los Anxhelos, Houdry u shqetësua për rolin e shterimit të pirjes së tymit dhe shterimit të automobilave në ndotjen e ajrit dhe themeloi një kompani të quajtur Oxy-Catalyst. Houdry zhvilloi për herë të parë konverterë katalitikë për kokrrat e tymit të quajtura "macet" për konvertuesit katalitikë të shkurtër dhe më vonë të zhvilluar për pirunët e magazinave që përdorën benzinë me benzinë të ulët.Në mesin e viteve 1950, ai filloi kërkimet për të zhvilluar konverterë katalitikë për motorët e benzinës që përdoreshin në makina. Ai u dha patentën e Shteteve të Bashkuara 2,742,437 për punën e tij.

Miratimi i përhapur i konvertuesve katalitikë nuk ndodhi derisa rregullat më të rrepta të kontrollit të shkarkimeve të detyruara heqjen e plumbit tetraethyl agjent antiknock nga shumica e llojeve të benzinës. Plumbi është një "helm katalizator" dhe do të çaktivizonte në mënyrë efektive një konvertues katalitik duke formuar një shtresë në sipërfaqen e katalizatorit.

Konvertorët katalitikë u zhvilluan më tej nga një seri inxhinierësh përfshirë John J. Mooney, Carl D. Keith, Antonio Eleazar dhe Phillip Messina në Engelhard Corporation,duke krijuar konvertimin e parë katalitik të prodhimit në vitin 1973.

William C. Pfefferle zhvilloi një djegie katalitike për turbinat me gaz në fillim të viteve 1970, duke lejuar djegien pa formimin e konsiderueshëm të oksideve të azotit dhe monoksidit të karbonit.

Ndërtimi

Prerje e një konvertimi metal-core

Konverteri qeramike

Ndërtimi katalitik i konvertuesit është si vijon:

1. Mbështetja e katalizatorit ose substrati. Për konvertuesit katalitikë të automobilave, bërthama është zakonisht një monolit qeramik që ka një strukturë huall mjalti (zakonisht katror, jo gjashtëkëndor). (Para gjysmës së viteve 1980, materiali i katalizatorit u depozitua në një shtrat të mbushur me fishekë, veçanërisht në aplikimet e hershme të GM.) Monolitet e pllakave metalike të bëra nga Kanthal (FeCrAl) përdoren në aplikacione ku kërkohet rezistencë veçanërisht e lartë e nxehtësisë. Substrati është strukturuar për të prodhuar një sipërfaqe të madhe sipërfaqeje. Substrati qeramik i cordierite i përdorur në shumicën e konvertuesve katalitik u shpik nga Rodney Bagley, Irwin Lachman dhe Ronald Lewis në Corning Glass, për të cilat u futën në Sallën e Famullarëve të Shpikjeve Kombëtare në 2002.
2. Mbushja. Një larje është një transportues për materialet katalitike dhe përdoret për të shpërndarë materialet mbi një sipërfaqe të madhe sipërfaqeje. Mund të përdoret oksidi i aluminit, dioksid titaniumi, dioksidi i silikonit ose një përzierje silicë dhe aluminit. Materialet katalitike pezullohen në larje para se të aplikohen në bërthamë. Materialet e larësve të ujit zgjidhen për të formuar një sipërfaqe të përafërt, të parregullt, e cila në masë të madhe e rrit sipërfaqen në krahasim me sipërfaqen e lëmuar të substratit të zhveshur. Kjo nga ana e vet maksimizon sipërfaqen katalitikisht aktive në dispozicion për të reaguar me shkarkimin e motorit. Shtresa duhet të mbajë sipërfaqen e saj sipërfaqësore dhe të parandalojë sinterizimin e grimcave metalike katalitike edhe në temperatura të larta (1000 ° C).
3. Ceria ose ceria-zirconia. Këto okside janë shtuar kryesisht si nxitës të depozitimit të oksigjenit.
4. Katalizatori në vetvete është më shpesh një përzierje e metaleve të çmuara. Platinum është katalizatori më aktiv dhe përdoret gjerësisht, por nuk është i përshtatshëm për të gjitha aplikimet për shkak të reagimeve të padëshiruara shtesë dhe kostos së lartë. Palladium dhe rodium janë dy metale të tjera të çmuara të përdorura. Rodium përdoret si një katalizator reduktimi, paladiumi përdoret si një katalizator oksidimi, dhe platini përdoret si për reduktimin dhe oksidimin. Çeriumi, hekuri, mangani dhe nikeli përdoren gjithashtu, edhe pse secili ka kufizime. Nikeli nuk është i ligjshëm për përdorim në Bashkimin Evropian për shkak të reagimit të tij me monoksidin e karbonit në tetrakarbonil nikel toksik. Bakri mund të përdoret kudo përveç Japonisë.

Pas dështimit, një konvertim katalitik mund të riciklohet në skrap. Metalet e çmuara brenda konvertuesit, duke përfshirë platinum, palladium, rhodium, janë nxjerrë.

Vendosja e konvertuesve katalitikë

Konvertitësit katalitikë kërkojnë temperaturë prej 800 gradë celsius (426 ° C) për të konvertuar në mënyrë efikase gazrat e dëmtimit të dëmshëm në gazra inerte, siç janë dioksidi i karbonit dhe avujt e ujit. Prandaj, konvertuesit e parë katalitikë u vendosën pranë motorrit për të siguruar ngrohje të shpejtë. Megjithatë, vendosja e tillë shkaktoi disa probleme, të tilla si bllokimi i avullit. Ndodhi disa minuta pas mbylljes së motorit, pasi nxehtësia nga katalizatori ndikon në karburant në linjat e karburantit, gjë që e bën të vlojë së pari dhe më pas zbraz. Kjo gjendje e karburantit rezulton në gjendje jo të fillimit e cila zgjat derisa motori dhe karburantet në linjat të qetësohen.

Si një alternativë, konvertuesit katalitikë u zhvendosën në një të tretën e rrugës prapa nga motori dhe u vendosën pastaj nën automjetin.

Llojet

Dy rrugë

Një 2-rrugë (ose "oksidimi", nganjëherë i quajtur një "oxi-cat") katalizator katalitik ka dy detyra të njëkohshme:

1. Oksidimi i monoksidit të karbonit të dioksidit të karbonit: 2 CO + O₂ → 2 CO₂
2. Oksidimi i hidrokarbureve (unburnt dhe pjesërisht e djegur lëndë djegëse) të të dioksidit të karbonit dhe ujë: C_xH_2x+2 + [(3x+1)/2] O₂ → x CO₂ + (x+1) H₂O (një reaksion djegie)

Ky lloj katalizatori katalitik përdoret gjerësisht në motorët me naftë për të reduktuar emetimet e hidrokarbureve dhe monoksidit të karbonit. Ato u përdorën gjithashtu me motorë benzinë në makinat e tregut amerikan dhe kanadez deri në vitin 1981. Për shkak të paaftësisë së tyre për të kontrolluar oksidet e azotit, ato u zëvendësuan nga konvertuesit me tre drejtime.

Tre-rrugë

Transformatorët katalitikë me tre drejtime (TWC) kanë avantazhin shtesë të kontrollit të emetimit të oksidit nitrik (NO) dhe dioksidit të nitrogjenit (NO2) (të dyja së bashku shkurtuar me NOx dhe të mos ngatërrohen me oksidet e azotit (N2O)), të cilat janë pararendës në shiun dhe smogin.

Që nga viti 1981, konvertuesit katalitikë "reduktimi i oksidimit" janë përdorur në sistemet e kontrollit të shkarkimit të automjeteve në Shtetet e Bashkuara dhe Kanada; shumë vende të tjera kanë miratuar gjithashtu rregulla të rrepta të emetimit të automjeteve që në fakt kërkojnë konvertues me tre mënyra në automjetet me benzinë. Katalizatorët e reduktimit dhe oksidimit zakonisht përmbahen në një strehim të përbashkët; megjithatë, në disa raste, ato mund të vendosen veçmas. Një konvertues katalitik me tre drejtime ka tre detyra të njëkohshme:

Reduktimi i oksideve të azotit për të azotit (N₂)

• 2 CO + 2 → CO 2₂ + N₂
• të hidrokarbureve + PA → CO₂ + H₂O + N₂
• 2 H₂ + 2 → 2 H₂O + N₂

Oksidimi i monoksidit të karbonit të dioksidit të karbonit

• 2 CO + O₂ → 2 CO₂

Oksidimi i unburnt hidrokarbureve (HC) në dioksid karboni dhe ujë, përveç sa më sipër ASNJË reagim

• të hidrokarbureve + O₂ → H₂O + CO₂

Këto tri reaksione ndodhin në mënyrë më efikase kur konverter katalitik merr shkarkimin nga një motor që po ecën pak mbi pikën stoichiometrike. Për djegien e benzinës, ky raport është ndërmjet 14.6 dhe 14.8 pjesë të ajrit deri në një pjesë karburant, sipas peshës. Raporti për autogazin (ose gazin e lëngëzuar të naftës LPG), gazin natyror dhe lëndët djegëse të etanolit është paksa e ndryshme për secilin, duke kërkuar rregullime të sistemit të karburantit të modifikuar kur përdoren ato lëndë djegëse. Në përgjithësi, motorët e pajisur me konvertues katalitikë me 3 drejtime janë të pajisura me një sistem të injektimit të karburantit të kthyeshëm të mbyllur të kompjuterizuar duke përdorur një ose më shumë sensorë të oksigjenit [citim i nevojshëm], megjithëse në fillim të vendosjes së konvertuesve me tre drejtim, karburatorët e pajisur me përzierje feedback kontrollit janë përdorur.

Konvertuesit me tre drejtime janë efektive kur motori veprohet brenda një brezi të ngushtë të raporteve të karburantit ajror pranë pikës stoichiometrike, kështu që përbërja e gazit shterpret në mes të karburantit të tepërt dhe të ligët (oksigjen i tepërt). Efikasiteti i konvertimit bie shumë shpejt kur motori veprohet jashtë këtij brezi. Nën operimin e dobët të motorrit, shkarkimi përmban oksigjen të tepërt dhe ulja e NOx nuk është e favorizuar. Nën kushte të pasura, karburantet e tepërta konsumojnë të gjithë oksigjenin në dispozicion përpara katalizatorit, duke lënë vetëm oksigjenin e ruajtur në katalizatorin në dispozicion për funksionimin e oksidimit.

Sistemet e kontrollit të motorit me mbyllje janë të nevojshme për funksionimin efektiv të konvertuesve katalitikë me tre drejtime për shkak të balancimit të vazhdueshëm të kërkuar për reduktimin efektiv të NOx dhe oksidimin e HC. Sistemi i kontrollit duhet të parandalojë që katalizatori i reduktimit të NOx të bëhet plotësisht i oksiduar, por të plotësojë materialin e ruajtjes së oksigjenit në mënyrë që funksioni i tij si katalizator oksidimi të ruhet.

Prodhuesit katalitikë me tre drejtime mund të depozitojnë oksigjen nga rryma e gazit, zakonisht kur raporti i karburantit të ajrit të jetë i dobët. Kur oksigjeni i mjaftueshëm nuk është i disponueshëm nga rryma e shkarkimit, oksigjeni i ruajtur lirohet dhe konsumohet (shih oksidin e ceriumit (IV)). Mungesa e oksigjenit të mjaftueshëm ndodh ose kur oksigjeni që rrjedh nga reduktimi i NOx është i padisponueshëm ose kur disa manovra të tilla si përshpejtimi i fortë e pasurojnë përzierjen përtej aftësisë së konvertuesit për të furnizuar oksigjenin.

Reagimet e padëshiruara

Reagimet e padëshiruara mund të ndodhin në katalizatorin tre-palësh, siç është formimi i sulfidit me aromë të aromës dhe amoniakut. Formimi i secilit mund të kufizohet nga modifikimet në lustrim dhe metalet e çmuara të përdorura. Është e vështirë të eliminohen tërësisht këto nënprodukte. Karburantet pa sulfur ose me sulfur të ulët eliminojnë ose reduktojnë sulfid hidrogjen.

Për shembull, kur kërkohet kontrolli i emetimeve të hidrogjenit-sulfideve, nikel ose mangan shtohet në larje. Të dy substancat veprojnë për të bllokuar absorbimin e squfurit nga larja. Sulfidi i hidrogjenit formon kur llakuria ka thithur squfur gjatë një pjese të ciklit të ulët të temperaturës, e cila është lëshuar më pas gjatë pjesës së temperaturës së lartë të ciklit dhe squfuri kombinon me HC.

Motorëve me naftë

Për ndezjen e kompresionit (dmth., Motorët me naftë), katalizatori katalitik më i zakonshëm është katalizatori i oksidimit të naftës (DOC). DOC përmbajnë palladium, platin dhe oksid alumini, të cilat oksidojnë katalitikisht hidrokarburet dhe monoksidin e karbonit me oksigjen për të formuar dioksid karboni dhe ujë.

2 CO + O₂ → 2 COCO₂

C_xH_2x+2 + [(3x+1)/2] O₂ → x CO₂ + (x+1) H₂O

Këta konvertues shpesh veprojnë me efikasitet 90 për qind, duke eliminuar virtisht urinën e naftës dhe duke ndihmuar në zvogëlimin e grimcave të dukshme (blozë). Këto katalizatorë nuk janë aktivë për zvogëlimin e NOx sepse çdo pranishëm reduktues do të reagonte së pari me përqendrimin e lartë të O2 në gazin shteror të naftës.

Reduktimi i emetimeve të NOx nga motorët e ndezjes së kompresionit është adresuar më parë me shtimin e gazit të shkarkuar për ngarkimin e ajrit në hyrje, i njohur si recirkulacioni i gazit të shkarkuar (EGR). Në vitin 2010, prodhuesit më të lehtë të naftës në U.S. shtuan sistemet katalitike për automjetet e tyre për të përmbushur kërkesat e reja të shkarkimeve federale. Ekzistojnë dy teknika që janë zhvilluar për reduktimin katalitik të emetimeve të NOx në kushtet e shkarkimit të dobët: reduktimi selektiv katalitik (SCR) dhe kurthi i dobët NOx ose adsorber NOx. Në vend të amortizatorëve NOx që përmbajnë metal të çmuar, shumica e prodhuesve përzgjodhën sistemet SCR të bazës metalike që përdorin një reagjent si amoniaku për të reduktuar NOx në azot. Amoniaku furnizohet me sistemin e katalizatorit duke injektuar ure në shkarkimin, i cili më pas i nënshtrohet dekompozimit termik dhe hidrolizës në amoniak. Një produkt i markës tregtare të zgjidhjes ure, i referuar edhe si Diesel Exhaust Fluid (DEF), është AdBlue.

Shkarkimi i naftës përmban nivele relativisht të larta të lëndës së grimcuar (blozë), që përbëhet kryesisht nga karbon elemental. Converters katalitik nuk mund të pastrojë karbon elemental, edhe pse ata heqin deri në 90 për qind të fraksionit të tretshëm organik, kështu që grimcat pastrohen nga një kurth i blozës ose filtri i grimcave të naftës (DPF). Historikisht, një DPF përbëhet nga një substancë karboni cordierite ose silici me një gjeometri që detyron rrjedhjen e shkarkimeve nëpër muret e substratit, duke lënë prapa grimcat e bllokut të bllokuar. DPF bashkëkohore mund të prodhohen nga një sërë metalesh të rralla që ofrojnë performancë superiore (me një kosto më të madhe).Ndërsa sasia e blozës së bllokuar në DPF rritet, kështu po ashtu edhe presioni i prapëm në sistemin e shkarkimit. Rigjenerimet periodike (ekskursionet me temperaturë të lartë) janë të nevojshme për të inicuar djegien e blozës së bllokuar dhe duke zvogëluar presionin e mbingarkimit të shkarkimit. Sasia e blozës së ngarkuar në DPF para rigjenerimit mund të kufizohet gjithashtu për të parandaluar ekzotermat ekstreme nga dëmtimi i kurthit gjatë rigjenerimit. Në SHBA, të gjitha automjetet me dritë, mjetet e mesme dhe të rënda në rrugë, të mundësuar nga nafta dhe të ndërtuara pas 1 janarit 2007, duhet të plotësojnë kufijtë e shkarkimit të grimcave të dizelit, që do të thotë se ato duhet të jenë të pajisura me një konvertues katalitik me 2 drejtime dhe një filtër grimcash me naftë. Vini re se kjo vlen vetëm për motorin me naftë të përdorur në automjet. Përderisa motori është prodhuar para datës 1 janar 2007, automjeti nuk kërkohet të ketë sistemin DPF. Kjo çoi në një inventarizim nga prodhuesit e motorëve në fund të vitit 2006, në mënyrë që ata të mund të vazhdonin shitjen e automjeteve para DPF në vitin 2007. Gjatë ciklit të ri-gjenerimit, shumica e sistemeve kërkojnë që motori të konsumojë më shumë karburant në një kohë relativisht të shkurtër, në mënyrë që të gjenerojë temperaturat e larta të nevojshme për të përfunduar ciklin. Kjo ndikon negativisht në ekonominë e përgjithshme të karburantit të automjeteve të pajisura me sisteme DPF, sidomos në automjetet që drejtohen kryesisht në kushtet e qytetit ku përshpejtimi i shpeshtë kërkon që një sasi më e madhe e karburantit të digjet dhe për këtë arsye të mbledh më shumë blozë në sistemin e shkarkimit.

Makinat e ndezjes me djegie të ndezura

Për motorët me djegie të ndezur me djegie të ndezur, përdoret një katalizator oksidimi në të njëjtën mënyrë si në një motor nafte. Emetimet nga motorët e ndezjes me djegie të ligët janë shumë të ngjashme me emetimet nga një motor me ndezje të kompresionit me naftë.

Instalimi

Shumë automjete kanë një konvertim katalitik të ngushtë që ndodhet në afërsi të shumëfishtë të shkarkimit të motorit. Konverter nxehet shpejt, për shkak të ekspozimit ndaj gazrave shumë të nxehtë të shkarkimit, duke bërë të mundur që ai të zvogëlojë emetimet e padëshiruara gjatë periudhës së ngrohjes së motorit. Kjo arrihet duke djegur hidrokarburet e tepërta që rezultojnë nga përzierja ekstra e pasur e nevojshme për fillimin e ftohtë.

Kur u futën për herë të parë konvertuesit katalitikë, shumica e automjeteve përdorën karburatorë që siguronin një raport relativisht të pasur të ajrit dhe karburantit. Nivelet e oksigjenit (O2) në rrjedhën e shkarkimit ishin përgjithësisht të pamjaftueshme për reagimin katalitik që të ndodhë në mënyrë efikase. Shumica e projekteve të kohës për këtë arsye përfshinë injeksion ajror sekondar, i cili injektonte ajrin në rrjedhën e shkarkimit. Kjo e rriti oksigjenin në dispozicion, duke lejuar që katalizatori të funksionojë sipas qëllimit.

Disa sisteme konvertimi katalitik me tre drejtime kanë sisteme të injektimit të ajrit me ajrin e injektuar në mes të fazave të parë (reduktimin e NOx) dhe të dytë (oksidimi i HC dhe CO) të konvertuesit. Si në konvertuesit me dy drejtime, ky ajër i injektuar siguron oksigjen për reagimet e oksidimit. Pika e injektimit të ajrit përpara, përpara konverterit katalitik, është gjithashtu i pranishëm për të siguruar oksigjen shtesë vetëm gjatë periudhës së ngrohjes së motorit. Kjo shkakton që lënda djegëse e padjegur të ndizet në traktin e shkarkimit, duke e penguar atë që të arrijë fare në konvertimin katalitik. Kjo teknikë redukton kohën e motorit të nevojshëm për konvertimin katalitik për të arritur temperaturën e saj të "dritës" ose të funksionimit.

Shumica e automjeteve të reja kanë sisteme elektronike të injektimit të karburantit dhe nuk kërkojnë sisteme të injektimit të ajrit në shkarkimet e tyre. Në vend të kësaj, ato sigurojnë një përzierje të saktë të kontrolluar të ajrit dhe karburantit që shpejton dhe vazhdon ciklin midis djegies së ligët dhe të pasur. Sensorët e oksigjenit monitorojnë përmbajtjen e oksigjenit të shkarkimit para dhe pas konvertimit katalitik dhe njësia e kontrollit të motorrit përdor këtë informacion për të rregulluar injektimin e karburantit në mënyrë që të parandalojë që katalizatori i parë (reduktimi NOx) të bëhet ngarkues me oksigjen, HC dhe CO oksidimi) është mjaftueshëm ngopur me oksigjen.

Dëmtimi

Helmimi i katalizatorit ndodh kur konverter katalitik është i ekspozuar ndaj shkarkimeve që përmbajnë substanca që mbulojnë sipërfaqet e punës, kështu që ata nuk mund të kontaktojnë dhe të reagojnë me shter. Ndotësi më i dukshëm është plumbi, kështu automjetet e pajisura me konvertues katalitikë mund të përdoren vetëm në karburant pa plumb. Atomet e tjera të zakonshme të katalizatorit përfshijnë squfur, mangan (me origjinë kryesisht nga MMT shtesë benzinë) dhe silikon, i cili mund të hyjë në rrjedhën e shkarkimit nëse motori ka një rrjedhje që lejon ftohësin në dhomën e djegies. Fosfori është një tjetër ndotës katalizator. Megjithëse fosfor nuk përdoret më në benzinë, ai (dhe zinku, një tjetër ndotës i nivelit të ulët katalizator) deri vonë ishte përdorur gjerësisht në aditivët e anti-vajit të naftës si ditiofosfat zinku (ZDDP). Duke filluar në vitin 2004, një limit i koncentrimit të fosforit në vajrat e motorit u adoptua në specifikimet API SM dhe ILSAC GF-4.

Në varësi të kontaminimit, helmimi i katalizatorit nganjëherë mund të përmbyset duke drejtuar motorin nën një ngarkesë shumë të rëndë për një periudhë të zgjatur kohe. Shtimi i temperaturës së shkarkimit ndonjëherë mund të avullojë ose sublimojë ndotësin, duke hequr atë nga sipërfaqja katalitike. Megjithatë, heqja e depozitave të plumbit në këtë mënyrë zakonisht nuk është e mundur për shkak të nivelit të lartë të vlimit të plumbit.

Çdo kusht që shkakton nivele anormalisht të larta të hidrokarbureve të padjegur - lëndë djegëse e papërpunuar ose pjesërisht e djegur - për të arritur konverterin do të tentojnë të rrisin ndjeshëm temperaturën e saj, duke sjellë rrezikun e shkrirjes së substratit dhe çaktivizimin katalitik dhe kufizimin e shterjes së shterjes. Zakonisht komponentët në rrjedhën e sipërme të sistemit të shkarkimit (grumbullimi i kolektorëve / grumbulluesve dhe pincet e shoqëruara të ndjeshme ndaj ndryshkut / korrozionit dhe / ose lodhjes, p.sh. shpërndarësja e shkarkimit që shkëputet pas çiklizmit të përsëritur). komponentët e sistemit të karburantit të dëmtuar (injektorët e karburantit, rregullatori i presionit të karburantit dhe sensorë të lidhur) - Që nga viti 2006 etanoli është përdorur shpesh me lëndë djegëse (pompë spirale) dhe / ose komponentë të ndezjes primare (p.sh. kapak shpërndarës, blends ku komponentët e sistemit të karburantit të cilat nuk janë të pajtueshme me etanol mund të dëmtojnë një konvertues katalitik - kjo gjithashtu përfshin përdorimin e një viskoziteti të trashë të vajit që nuk rekomandohet nga prodhuesi (sidomos me përmbajtjen ZDDP - kjo përfshin blends të "largësisë së lartë pavarësisht nëse vaji i tij konvencional ose sintetik) , rrjedhjet e vajit dhe / ose të ftohësit (p.sh. copëzuar në kokë të fryrë, përfshirë mbinxehjen e motorit). Automjetet e pajisura me sistemet diagnostike OBD-II janë të dizajnuara për të paralajmëruar shoferin në një gjendje të pafuzion me anë të ndriçimit të dritës "motori i kontrollit" në pult, ose duke ndezur atë nëse kushtet e tanishme të sulmit janë mjaft të ashpra për të dëmtuar potencialisht konvertuesin katalitik.

Rregullorja

Rregulloret e shkarkimeve dallojnë shumë nga juridiksioni në juridiksion. Shumica e motorëve të ndezjes me motor elektrik në Amerikën e Veriut janë pajisur me konvertues katalitikë që nga viti 1975, dhe teknologjia e përdorur në aplikimet jo-automobilistike në përgjithësi bazohet në teknologjinë e automobilave.

Rregulloret për motorët me naftë ndryshojnë në mënyrë të ngjashme, me disa juridiksione që fokusohen në emetimet e NOx (oksid nitrik dhe dioksidi i azotit) dhe të tjerëve që fokusohen në emetimet e grimcave (blozave). Kjo shumëllojshmëri rregullative është sfiduese për prodhuesit e motorëve, pasi nuk mund të jetë ekonomike të dizajnohet një motor për të përmbushur dy grupe rregullash.

Rregulloret e cilësisë së karburantit ndryshojnë në juridiksione. Në Amerikën e Veriut, Evropë, Japoni dhe Hong Kong, benzina dhe nafta janë shumë të rregulluara, dhe gazrat natyralë të komprimuar dhe GLN (autogas) po rishikohen për rregullim. Në pjesën më të madhe të Azisë dhe Afrikës, rregulloret janë shpesh të liga: në disa vende përmbajtja e squfurit të karburantit mund të arrijë 20,000 pjesë për milion (2%). Çdo squfur në karburant mund të oksidohet në SO2 (dioksidi i squfurit) ose edhe SO3 (trioksidi i squfurit) në dhomën e djegies. Nëse squfuri kalon mbi një katalizator, ai mund të oksidohet më tej në katalizator, dmth SO2 mund të oksidohet më tej në SO3. Oksidet e squfurit janë pararendës ndaj acidit sulfurik, një përbërës kryesor i shiut acid. Ndërsa është e mundur të shtohen substanca të tilla si vanadiumi në llakun katalizator për të luftuar formimin e oksidit të squfurit, një shtim i tillë do të reduktojë efektivitetin e katalizatorit. Zgjidhja më efektive është që të përpunohen më tej karburantet në rafinerinë për të prodhuar naftë me ultratinguj të ulët. Rregulloret në Japoni, Evropë dhe Amerikë Veriore kufizojnë fort sasinë e squfurit të lejuar në karburantet motorike. Sidoqoftë, shpenzimet e drejtpërdrejta financiare për prodhimin e karburanteve të tilla të pastra mund ta bëjnë të pamvarur për t'u përdorur në vendet në zhvillim. Si rezultat, qytetet në këto vende me nivele të larta trafiku automjetesh vuajnë nga shiu acid, i cili dëmton gurin dhe zdrukthëtinë e ndërtesave, helmon njerëzit dhe kafshët e tjera dhe dëmton ekosistemet lokale, me një kosto shumë të lartë financiare.

Aspektet negative

Konvertuesit katalitikë e kufizojnë rrjedhën e lirë të shkarkimit, gjë që ndikon negativisht në performancën e automjetit dhe në ekonominë e karburantit, veçanërisht në makinat e vjetra. Për shkak se karburuesit e automjeteve të hershme nuk ishin të aftë për kontroll të saktë të përzierjes së karburantit dhe ajrit, katalizatorët katalitikë të makinave mund të mbinxeheshin dhe ndezin materiale të ndezshme nën makinë. Një test i vitit 2006 mbi një Honda Civic të vitit 1999 tregoi se heqja e konvertimit katalitik të aksioneve shënoi një rritje prej 3% në kuaj fuqi; një konvertues i ri metalik i kushton vetëm makinës 1% kuaj fuqi, krahasuar me asnjë konvertues.Për disa entuziastë të performancës, kjo rritje modeste në energji për kosto shumë të vogël inkurajon heqjen ose "prerjen" e konvertuesit katalitik. Në raste të tilla, konvertuesi mund të zëvendësohet nga një seksion i salduar i tubit të zakonshëm ose një "tub provë" me flanxhë, me qëllim për të kontrolluar nëse konverter është i bllokuar, duke krahasuar mënyrën e funksionimit të motorit me dhe pa konvertim. Kjo lehtëson riinstalimin e përkohshëm të konvertuesit në mënyrë që të kalojë testin e shkarkimeve. Në shumë juridiksione, është e paligjshme të hiqni ose të çaktivizoni një konvertues katalitik për ndonjë arsye tjetër nga zëvendësimi direkt dhe i menjëhershëm i tij. Në Shtetet e Bashkuara, për shembull, është shkelje e nenit 203 (a) (3) (A) të Aktit të Pastrimit Ajror të ndryshuar të vitit 1990 për një dyqan riparimi të automjetit për të hequr një konvertues nga një mjet ose për të shkaktuar një konvertim hequr nga një automjet, përveç në mënyrë që të zëvendësojë atë me një tjetër konvertim, dhe Seksioni 203 (a) (3) (B) e bën të paligjshme që çdo person të shesë ose të instalojë ndonjë pjesë që do të anashkalojë, mposhtë ose do të bëjë inoperativë çdo sistem, pajisje ose element dizajni të kontrollit të emetimeve. Automjetet pa konvertuesit katalitikë të funksionuar përgjithësisht nuk kryejnë inspektime të emisioneve. Mbikqyrja e automjeteve furnizon konvertuesit me rrjedhje të lartë për automjetet me motorë të përmirësuar, ose pronarët e të cilëve preferojnë një sistem shterimi me kapacitet më të madh se kapaciteti.

Periudha e ngrohjes

Automjetet e pajisura me konvertues katalitikë lëshojnë pjesën më të madhe të ndotjes së tyre gjatë pesë minutave të para të funksionimit të motorit; për shembull, përpara se konverter katalitik të ketë ngrohur mjaftueshëm që të jetë plotësisht efektiv.

Në 1995, Alpina prezantoi një katalizator elektrik të nxehtë. I quajtur "E-KAT", ajo u përdor në B12 5,7 E-KAT të Alpinës bazuar në BMW 750i. Mbështetësit e ngrohjes brenda kuvendit katalitik të konverterit janë të elektrizuar menjëherë pas fillimit të motorit, duke e çuar katalizatorin deri në temperaturën e punës shumë shpejt për të kualifikuar mjetin për emërtimin e automjetit me emetim të ulët (LEV). BMW më vonë prezantoi të njëjtën katalizator të nxehtë, të zhvilluar së bashku nga Emitec, Alpina dhe BMW, në 750i e saj në 1999.

Disa automjete përmbajnë një pre-cat, një konvertues i vogël katalitik në rrjedhën e sipërme të konvertuesit kryesor katalitik që nxehet më shpejt në fillimin e automjetit, duke ulur emetimet që lidhen me fillimin e ftohtë. Një pre-mace përdoret më së shpeshti nga një prodhues auto kur përpiqet të arrijë vlerësimin Ultra Low Emissions Vehicle (ULEV), siç është Toyota MR2 Roadster.

Ndikimi mjedisor

Konvertiteti katalitik ka provuar të jetë i besueshëm dhe efektiv në reduktimin e emisioneve të dëmshme të qeskave. Megjithatë, ato gjithashtu kanë disa mangësi në përdorim, si dhe ndikime të pafavorshme mjedisore në prodhim:

• Një motor i pajisur me një katalizator me tre drejtime duhet të vrapojë në pikën stoichiometrike, që do të thotë se konsumohet më shumë lëndë djegëse sesa në një motor të djegur të ligët. Kjo do të thotë rreth 10% më shumë emetime të CO2 nga automjeti.
• Prodhimi katalitik converter kërkon paladium ose platinum; pjesë e furnizimit botëror të këtyre metaleve të çmuar është prodhuar pranë Norilsk, Rusi, ku industria (ndër të tjera) ka shkaktuar që Norilsk të shtohet në listën Time të vendeve më të ndotura.
• Pjesët e konvertuesve katalitikë mund të shkaktojnë zjarre të egra, veçanërisht në zonat e thata

Vjedhjet

Për shkak të vendndodhjes së jashtme dhe përdorimit të metaleve të çmuara të çmuara, duke përfshirë platin, paladinë, rodium dhe ari, konvertuesit katalitikë janë një objektiv për hajdutët. Problemi është veçanërisht i zakonshëm në mesin e kamionëve dhe SUV-ve të modës së vonë, për shkak të pastrimit të tyre të lartë të tokës dhe lehtësisht largimit të rrotullimeve në katalizatorë katalitikë. Konvertuesit e ngjitur gjithashtu janë në rrezik të vjedhjes, pasi ato mund të shkëputen lehtësisht Mjetet me të cilat hajdutët largojnë shpejt një konverter katalitik, si p.sh. një pompë portative reciproke, shpesh mund të dëmtojnë komponentët e tjerë të makinës, të tilla si linjat elektrike ose linjat e karburantit dhe në këtë mënyrë mund të kenë pasoja të rrezikshme. Ngritjet në shpenzimet e metaleve në SHBA gjatë viteve të fundit kanë çuar në një rritje të madhe në vjedhjen e konvertuesve. Një konvertues katalitik mund të kushtojë më shumë se $ 1,000 për të zëvendësuar.

Simtoma

Tani juridiksionet e ndryshme kërkojnë diagnostifikim në bord për të monitoruar funksionin dhe gjendjen e sistemit të kontrollit të emisioneve, duke përfshirë konvertimin katalitik. Sistemet diagnostike në bord marrin forma të ndryshme.

Sensorët e temperaturës përdoren për dy qëllime. E para është si një sistem paralajmërimi, zakonisht në konvertuesit katalitikë me dy drejtime siç janë përdorur ndonjëherë në pirunë LPG. Funksioni i sensorit është të paralajmërojë temperaturën e konvertimit katalitik mbi kufirin e sigurt të 750 ° C (1,380 ° F). Hartimet më të fundit të katalizatorëve nuk janë aq të ndjeshëm ndaj dëmtimit të temperaturës dhe mund të përballojnë temperatura të qëndrueshme prej 900 ° C (1.650 ° F) Sensorët e temperaturës përdoren gjithashtu për të monitoruar funksionimin e katalizatorëve: zakonisht do të vendosen dy sensorë, me një përpara katalizatorit dhe një pas për të monitoruar ngritjen e temperaturës mbi bërthamën katalitike-konvertuese.

Sensori i oksigjenit është baza e sistemit të kontrollit të mbyllur në një motor të ndezur me djegie të ndezur; megjithatë, ajo përdoret gjithashtu për diagnostikimin. Në automjetet me OBD II, një sensor i dytë i oksigjenit është i pajisur pas konvertimit katalitik për të monitoruar nivelet e O2. Nivelet e O2 monitorohen për të parë efikasitetin e procesit të djegies. Kompjuteri në bord bën krahasime mes leximeve të dy sensorëve. Leximet merren nga matjet e tensionit. Nëse të dy sensorët tregojnë të njëjtin output ose O2 pasme është "switching", kompjuteri njeh se konvertuesi katalitik ose nuk funksionon ose është hequr, dhe do të veprojë një llambë tregues mosfunksionimi dhe do të ndikojë në performancën e motorit. Simulatorë të thjeshtë "simulatorë të oksigjenit" janë zhvilluar për të anashkaluar këtë problem duke simuluar ndryshimin në të gjithë konverterin katalitik me planet dhe pajisjet e para-montuara në dispozicion në internet. Edhe pse këto nuk janë ligjore për përdorimin në rrugë, ato janë përdorur me rezultate të përziera. Pajisjet e ngjashme zbatojnë një kompensim ndaj sinjaleve të sensorëve, duke lejuar që motori të kryejë një djegie më të ulët të karburantit-ekonomik, që mundet, megjithatë, të dëmtojë motorin ose katalizatorin.

Sensorët e NOx janë jashtëzakonisht të shtrenjta dhe në përgjithësi përdoren vetëm kur një motor me ndezje me kompresim është i pajisur me një konvertues selektiv të reduktimit katalitik (SCR) ose një katalizator absorbues të NOx në një sistem reagimi. Kur përshtatet në një sistem SCR, mund të ketë një ose dy sensorë. Kur një sensor është i pajisur do të jetë para-katalizator; kur dy janë të pajisur, e dyta do të jetë pas katalizator. Ato përdoren për të njëjtat arsye dhe në të njëjtën mënyrë si një sensor i oksigjenit; i vetmi ndryshim është substanca që monitorohet.

Për lexim të mëtejshëm

• Keith, C. D., et al. U.S. Patent 3,441,381: "Aparatet për pastrimin e shter gazrat e një djegie të brendshme motor". 29 prill 1969
• Lachman, I. M. et al. U.S. Patent 3,885,977: "Anisotropic Cordierite Monolit" (Qeramike substrate). 5 nëntor 1973
• Charles H. Bailey. U.S. Patent 4,094,645: "Kombinim shall dhe katalitik converter duke ulët backpressure". 13 qershor 1978
• Charles H. Bailey. U.S. Patent 4,250,146: '"Caseless monolit katalitik converter". 10 shkurt 1981
• Srinivasan Gopalakrishnan. GB 2397782 : "Procesi Synthesizer Dhe Për Molekulare Inxhinieri e Materialeve". 13 Mars të vitit 2002.