Что такое катализатор

Структура цеолита

Цеолит – распространённый материал для носителя катализатора в гидрокрекинге. Он также действует как катализатор при алкилировании и изомеризации углеводородов.

Гидрирование этилена

Гидрирование этилена на каталитической твёрдой поверхности:

1. Адсорбция
2. Реакция
3. Десорбция

Виды фаз

Реагирующая фаза может быть не только твёрдой, жидкой или газообразной, но и быть несмешивающейся смесью (например, нефть и вода) или любой другой, если создаёт границу раздела фаз.

KjelReference PHARM

Катализаторы для использования при анализе общего азота при минерализации серной кислотой (метод Кьельдаля). Механизм работы катализаторов заключается в повышении температуры кипения серной кислоты и ускорении реакций разложения под действием составляющих катализаторов.

Таблетки стандартного перечня обычно состоят из сульфата калия и сульфата меди пятиводного, а также в зависимости от применения могут содержать оксид титана или селен. Для некоторых применений таблетки могут содержать сульфат натрия, селенат натрия и силикон.

Катализ

Скорость химических реакций зависит от ряда факторов, в том числе от температуры или концентрации реагирующих веществ. Добавка постороннего вещества может повлиять на кинетику реакции и ускорить ее, что решается с помощью катализа. Катализаторы имеют большое значение в химической промышленности, делая возможными многие технологические процессы.

Ферменты, катализирующие биохимические процессы, играют ключевую роль в процессах жизнедеятельности Земли.

Датчик NOx

Датчик NOх, или датчик оксидов азота, используется в автомобилях для контроля уровня выбросов и повышения экологичности. Ключевые особенности и области применения датчиков NOx обсуждаются на Avto.pro.

Датчик NOx – компонент современных транспортных средств

Датчик NOx – это один из множества электронных компонентов современных транспортных средств, неисправность которого грозит автолюбителю серьезными денежными тратами. Новый датчик будет стоит немало. Нельзя было бы не упомянуть, что правильно его продиагностировать могут далеко не все сервисы, но это уже вопрос их компетенции. Для автолюбителя это означает необходимость платить еще и горе-специалистам.

Столь проблемное устройство, впрочем, имеет большой эксплуатационный ресурс и автолюбители редко сталкиваются с необходимостью замены датчика обедненной смеси. Если существует реальная необходимость замены, то мы рекомендуем сразу приступать к поиску оригинальной автозапчасти.

Система селективного каталитического восстановления

Ученые предлагают систему селективного каталитического восстановления.

Москва, 10 янв – ИА Neftegaz.RU. Проведенные учеными Пермского Политеха (ПНИПУ) расчеты доказали, что применение системы селективного каталитического восстановления благоприятно сказывается на очистке продуктов сгорания от оксидов азота. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления.

Статистика выбросов оксидов азота

В настоящее время в атмосферу выбрасывается 140 тыс. т/год оксидов азота.

Чтобы значительно снизить концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания, ученые Пермского Политеха спроектировали систему очистки, эффективность применения которой более 90%.

Адсорбция как ключевой этап процесса

Адсорбция является важным этапом гетерогенного катализа. Адсорбция – это процесс, посредством которого молекула газовой (или растворённой) фазы (адсорбат) связывается с твёрдыми (или жидкими) поверхностными атомами (адсорбент). Обратной стороной адсорбции является десорбция, когда адсорбат отщепляется от адсорбента.

Различают два типа адсорбции: физисорбция, слабосвязанная адсорбция, и хемосорбция, сильносвязанная адсорбция. Многие процессы в гетерогенном катализе лежат между двумя крайностями.

Дезактивация катализатора

Когда молекула приближается достаточно близко к поверхностным атомам катализатора, так что их электронные облака перекрываются, может происходить хемосорбция.

Дезактивация катализатора определяется как потеря каталитической активности и/или селективности с течением времени. Другие механизмы дезактивации катализатора включают:

• Отравление
• Термическая деградация
• Механические повреждения

Что такое катализатор?

Конструкции всех современных моделей транспортных средств предусматривают наличие устройств, которые снижают негативное воздействие на окружающую среду. Для снижения вреда деятельности выхлопной системы в автомобили устанавливают катализатор. Его функциональное предназначение достаточно весомое, но и цена на данное устройство тоже высокая. Многие автовладельцы с целью сэкономить финансовые затраты на замене данного узла просто его удаляют из выхлопной системы по истечению эксплуатационного срока. Но поговорим обо всем по порядку.

Катализаторы в автомобилях: строение и функциональность

Удачным техническим решением, которое позволяет существенно повысить экологичность транспортного средства, путем сжигания выхлопных газов является катализатор. Дисфункция компоновки горючей смеси и недостаток воздуха в камерах сгорания приводит к тому, что топливо сгорает не в полном объеме. То количество, которое остается, совместно с выхлопными газами выходит в окружающую среду. Из этого очевиден ответ на вопрос о необходимости и значимости катализатора, который обеспечивает догорание остатков топлива внутри автомобиля. В результате этого существенно уменьшается токсичность отработанных газов и увеличивается экологичность транспортного средства.

Виды катализаторов

Производителей автомобилей обычно не устанавливают определенный регламент замены катализатора; как правило, считается, что катализатор будет работать весь срок эксплуатации автомобиля. Однако средний срок службы этих узлов составляет 100-150 тыс. км пробега. Керамические катализаторы выходят из строя значительно быстрее, чем металлические.

Можно выделить три группы неисправностей:

• Перегрев катализатора из-за неправильной работы двигателя;
• Загрязнение отработанными газами и частицами топлива;
• Механические повреждения, вызванные ударом или преградой на дороге.

Чтобы проблемы с катализатором не возникли, требуется соблюдать несколько рекомендаций:

1. Регулярно проверять состояние системы зажигания и топливной системы.
2. Избегать парковки на сухой траве и других воспламеняющихся поверхностях.
3. При возникновении подозрения на неисправность катализатора обратиться к специалистам для проведения диагностики.

Структура и принцип работы

Существуют два основных типа катализаторов – металлические и керамические. Оба вида представляют собой устройства, содержащие множество сот маленьких отверстий, через которые проходят нагретые выхлопные газы.

При высоких температурах катализатор может разрушиться, и его мелкие частицы попадают в двигатель, где могут повредить зеркальное покрытие цилиндров, что, в свою очередь, приводит к увеличению расхода масла и ускоренному износу поршней и других деталей двигателя.

Основной компонент нейтрализатора – каталитический носитель, представленный металлическими или керамическими сотами, обладающими тонким слоем драгоценных металлов, таких как родий, палладий, платина или иридий, с высокой химической активностью. Выхлопные газы взаимодействуют с напылением сот, что приводит к их химической связи. Современные катализаторы обычно являются трехкомпонентными, то есть содержат три компонента, ответственных за последовательное очищение газов.

Расположение и обслуживание

Перед катализатором в выхлопной системе есть еще один контрольный датчик. Катализатор представляет собой овальный бочонок, встроенный в выхлопную систему автомобиля. В начальных моделях нейтрализаторы устанавливались под передней частью автомобиля, примерно посередине между первым глушителем и выпускным коллектором. В современных автомобилях, соответствующих стандартам Евро-4 и Евро-5, катализатор размещается максимально близко к головке блока цилиндров.

Датчик оксидов азота и его роль в автомобильных двигателях

Этот подход усложняет размещение моторного отсека, однако увеличивает эффективность очистки выхлопных газов, поскольку для каталитической реакции необходима температура более 300 градусов. Этот уровень можно достичь вблизи двигателя, где катализатор быстрее прогревается и начинает функционировать. В отсутствие катализатора для полной конверсии CO и CH требуется температура свыше 700-800 градусов и подача избыточного количества кислорода. Без катализатора невозможно устранить NOx.

Требования к экологическим показателям двигателей

Актуальные требования к экологическим показателям двигателей внутреннего сгорания отличаются строгостью. Большая часть автомобилей с бензиновыми двигателями имеют т.н. непосредственное впрыскивание, а сам двигатель при частичной нагрузке расходует обедненную смесь. Поясним: на приготовление обедненной смеси идет количество кислорода, по факту – атмосферного воздуха. Даже при сгорании обедненной смеси образуется большое количество оксидов с углеродной и азотной основой. Первые улавливаются обычными катализаторами, тем временем как вторые могут стать проблемой – нейтрализовать оксиды азота намного сложнее.

Датчик NOx в системах нейтрализации

Датчик оксидов азота, он же датчик NOx, полностью оправдывает свое название. Сочетание букв NOx читается не иначе как эн-о, а икс означает число присоединенных молекул оксигена. Напоминаем, что NOx – это собирательное название пары опасных оксидов азота: NO и NO2. Они и их содержание в выхлопных газах необходимо уменьшать.

Работа датчика и его влияние на выхлоп

Датчиками оксидов азота обязательно оснащают системами избирательной каталитической нейтрализации. Устройства располагают сразу за накопительным катализатором, если двигатель бензиновый, или восстановительным катализатором, если автомобиль имеет дизельный агрегат. Датчики регистрирует рост процентного содержания оксидов азота в выхлопе, подают соответствующий сигнал, а далее блок управления переводит двигатель в работу с обогащенной смесью. Таким образом удается уменьшить содержание вредных оксидов в выхлопе.

Лямбда-зонд и датчик NOx

Нередко можно видеть, как автолюбители объединяют понятия лямбда-зонд и датчика NOx. По факту, и первое, и второе устройство является , однако они имеют разное расположения и берут на себя разные задачи. Обычный кислородный датчик располагается выше катализатора. Он отвечает за корректировку смеси и, следовательно, влияет на выхлоп. Нижний лямбда-зонд, он же датчик NOx, контролирует работоспособность катализатора и реагирует на изменения в составе выхлопа.

Схематичное изображение гетерогенной каталитической системы от субнанометрового до промышленного масштаба.

Синтез серной кислоты (контактный процесс) оксиды ванадия Гидратация SO3 дает H2SO4

Синтез азотной кислоты (процесс Оствальда) неподдерживаемая Pt-Rh сетка Прямые маршруты от N2 неэкономичны

Производство водорода методом парового риформинга Никель или K2O Активно искали более экологичные пути получения H2 путём расщепления воды

Синтез цианистого водорода Pt-Rh Родственный процесс аммоксидирования превращает углеводороды в нитрилы.

Полимеризация олефинов Полимеризация Циглера-Натта TiCl3 на MgCl2 Существует множество вариаций, в том числе несколько однородных примеров.

Десульфурация нефти (гидрообессеривание) Mo – Co на глиноземе Производит углеводороды с низким содержанием серы, сера извлекается по процессу Клауса.

Блок-схема процесса, иллюстрирующая использование катализа в синтезе аммиака (NH3)

Катализатор автомобиля играет важную роль, так как он снижает токсичность выбрасываемых выхлопных газов и предотвращает выброс вредных компонентов в атмосферу, которые могут негативно повлиять на здоровье людей. Некоторые непрофессиональные владельцы автомобилей считают, что эти компоненты могут нанести вред другим частям транспортного средства, включая двигатель. Чтобы понять, как катализатор влияет на производительность двигателя, нужно разобраться в устройстве этой детали.

Нейтрализатор предназначен для очистки выхлопных газов и не способен вызывать разрушения, а скорее способствует более эффективной работе всех компонентов автомобиля. Единственная ситуация, когда катализатор может повредить мотор, – это использование неисправного устройства или игнорирование рекомендаций по эксплуатации. В этом случае ожидается такое воздействие на автомобиль:

Если автомобиль использует устаревшую запчасть, это может причинить ущерб окружающей среде, поскольку она выбрасывает вредные оксиды углерода и азота, отравляющие вещества. Ответственный водитель должен своевременно обновлять катализатор.

Можно задуматься о замене автомобильного катализатора при возникновении определенных признаков:

Посетив пункт сдачи отработанных катализаторов для переработки, можно сэкономить на замене новой детали.

Провода датчиков оксида азота

В силу того, что датчики при работе подают несколько сигналов, они имеют и несколько кабелей. Самые продвинутые датчики имеют еще и нагреватель, к которому подведена пара проводов. Итоговое число проводов в продвинутых устройствах равняется . Они имеют следующую цветовую маркировку:

Иногда встречаются датчики с (устройство можно увидеть на фото ниже). Как правило, подобную цветовую маркировку имеют устройства для американских автомобилей. Четкая маркировка нужна скорее специалистам, которые будут работать с такими датчиками, нежели рядовым автолюбителям. Рекомендация для последних крайне проста: убедитесь, что все провода не имеют повреждений изоляции и соединены с устройством и блоком управления датчика NOx.

Определение и конструкция узла

Форма каталитического нейтрализатора аналогична колбе. В области выпускного коллектора находится входной патрубок. Данный участок является частью выхлопной системы, поэтому найти катализатора в машине достаточно просто. Каталитический нейтрализатор локализуются непосредственно за выпускным коллектором, а его конструкция предусматривает наличие:

Катализаторы относятся к каталитически активным материалам, поглощающим вредные вещества в виде окиси углерода, оксид азота и водорода. В результате очищения состав выхлопных газов включает в себя исключительно воду, азот и углекислый газ. Изучив общую информацию о катализаторе в автомобиле, необходимо уточнить о наличии лямбда-зондов на выходном и выходных патрубках. Они обеспечивают анализ концентрации кислорода в отходящих газах, которым не удалось еще пройти через каталитически активные вещества, а также после прохождения данного процесса. Исходя из данной информации можно уверенно сделать вывод о том, что катализатор в автомобиле обеспечивает не только уменьшение токсичности выхлопов, но и анализирует состав отработанных газов. Это позволяет ЭБУ транспортного средства осуществлять корректировку состава используемого топлива.

Как проверить катализатор на исправность?

При эксплуатации в соты каталитического нейтрализатора попадает нагар, что приводит к их засорению. В результате существенно уменьшается пропускная способность устройства, что приводит к увеличению вероятности деформации внутренней полости. В итоге, катализатор перестает справляться со своей работой. К основным признакам неисправного катализатора с забитыми сотами относятся:

Первичные признаки забитых сот в катализаторе дают о себе знать после прохождения пробега не менее 100 тыс. км. Единственным исключением в данном случае выступают сажевые и керамические катализаторы. Из-за их механического повреждения срок эксплуатации может быть значительно короче и закончиться в любое время.

Как можно проверить исправность катализаторов, используя манометр? Для реализации диагностики потребуется его монтировать на место лямбды-зонда в области выходного патрубка. Далее сравниваются показания с заводскими данными, которые указаны в книге по эксплуатации автомобиля. При наличии признаков забитого катализатора и пониженного давления выхлопные газов немедленно требуется чистка или замена устройства на новое. Прохождение диагностики на специализированном СТО позволит получить более точные результаты.

Неисправности и их последствия

Вообще, датчики оксидов азота позволяют сделать двигатель не только более экологичным, но еще и экономичным. При низких нагрузках агрегат может работать на обедненной смеси. Это означает, что процент топлива в смеси будет близок к минимально необходимому. Неисправный датчик NOx отличается от полностью исправного следующим:

Как результат, приготовление топливовоздушной смеси будет вестись по «стандартной» программе – обогащению. При этом ненагруженный двигатель будет потреблять больше топлива. В среднем, расход вырастает на 15%, однако при эксплуатации автомобиля в городском цикле расход может вырасти на 20 и более процентов. Некоторые автолюбители отмечают, что неисправный датчик не оказывал существенного влияния на топливную экономичность их транспортного средства. Объяснение простое: пока не происходит, но это лишь вопрос времени.

При неисправности датчика оксидов азота всегда наблюдается некорректная работа накопительного катализатора. Это обусловлено нарушением восстановительного цикла. Экологические показатели автомобиля с неисправным датчиком NOx будут далекими от регламентированных автопроизводителем. Стоит также затронуть вопрос диагностики устройства. Выход самых продвинутых датчиков обедненной смеси не всегда верно диагностировать по . Так, например, проблема может крыться в воздуховоде, однако код ошибки будет указывать именно на датчик. Руководствуясь только кодами, автолюбитель может заменить все лямбда-зонды на автомобиле. Правильным же решением будет обращение к специалистам. В профессиональных сервисах неисправность датчика NOx выявляют при помощи осциллографа. Категорически не рекомендуем проводить самостоятельную диагностику при помощи тестера.

Катализаторы

Катализаторы — это химические вещества, которые, будучи введенными в реакционную систему, ускоряют протекание химической реакции. Важно отметить, что в ходе реакции они не претерпевают химических превращений и по завершении реакции восстанавливаются до исходной формы. Катализатор, добавленный в реакционную систему, образует с субстратом неустойчивую переходную связь. Это позволяет снизить энергию активации. Важно отметить, что катализатор не входит в стехиометрическое уравнение всего процесса. Кроме того, невозможно инициировать реакцию с помощью катализатора, который термодинамически не способен к этому.

Чтобы данная химическая реакция произошла при определенных условиях, необходима подача энергии, превышающей требуемую энергию активации. В этом случае задача катализатора — уменьшить количество необходимой энергии, чтобы реакция началась быстрее. Следует помнить, что катализатор не влияет на сдвиг равновесного состояния рассматриваемой реакции. Он лишь ускоряет момент его достижения системой. Чем быстрее он это делает, тем более активным он считается. Таким образом, активность катализатора определяется как разница в скорости достижения равновесного состояния реакции в присутствии катализатора и при его отсутствии. Еще одним критерием, характеризующим катализаторы, является их селективность. Она определяется как отношение количества образовавшегося продукта к общему количеству всех продуктов, образовавшихся в ходе реакции. Вещества, применяемые в промышленности в качестве катализаторов, обычно достигают селективности от 70 % до 90 %. В этом отношении энзимы являются необыкновенными. Уровень селективности, достигаемый ими в биохимических реакциях, доходит до 100 %.

Система селективного каталитического восстановления

Селективное каталитическое восстановление (SCR) означает преобразование оксидов азота (NOx), с помощью катализатора в двухатомный азот (N2) и воду (H2O). Восстановитель, обычно безводный аммиак (NH3), водный аммиак (NH4OH) или раствор мочевины (CO(NH2)2), добавляется в поток дымовых или выхлопных газов и вступает в реакцию с катализатором. По мере того, как реакция приближается к завершению, образуются азот (N2) и диоксид углерода (CO2), в случае использования мочевины.

Селективное каталитическое восстановление NOx с использованием аммиака в качестве восстановителя было запатентовано в США Engelhard Corporation в 1957 г. SCR используется в дизельных двигателях, которые установлены на больших судах, тепловозах, газовых турбинах и автомобилях и являются предпочтительным методом для соответствия стандартам уровня 4 Final и ЕВРО-6.

Пермяки помимо реагентов решили добавить в газы еще и катализаторы.

Процесс подходит для уже действующих и для газотурбинных двигателей (ГТД) нового поколения.

Технология предполагает химическое восстановление газов с помощью реагентов (мочевина, аммиак) до простейших составляющих – паров воды, углекислого газа, азота. Реагент вводится в поток дымовых газов до катализатора, на поверхности которого происходит очищение.

Тезисы аспиранта кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ Н. Черепанова:

Так как концентрация выхлопов от отечественных газотурбинных установок превышает допустимые нормы, грамотная реализация технологии и учет всех необходимых параметров работы уменьшит степень загрязнения окружающей среды.

Ранее ученые ПНИПУ предложили перспективный теплозащитный материал с использованием редкоземельных элементов (РЗЭ) для газотурбинных двигателей. Исследование показало, что применение соединения циркония и редкоземельных элементов является перспективным для создания керамического слоя теплозащитного покрытия, способного выдерживать высокие температуры до 1400 °С.

Газотурбинные установки

В России для очистки выбросов ГТУ применяют метод сухого подавления оксидов азота с помощью специальных встроенных камер сгорания. Этот способ возможен только в установках нового поколения, где наличие таких камер предусмотрено сразу при производстве. В другом методе, добавлении реагентов в выхлопные газы, появляется сложность в получении однородной смеси для качественной очистки.

Выбор нового датчика

К несчастью, подобрать недорогую замену оригинальному датчику NOx не получится. В продаже зачастую удается найти только оригинальные датчики, стоимость которых часто равна стоимости, например, дорогих стекол и кузовных деталей. Искать новый датчик можно по:

Самый надежный вариант – поиск по VIN-коду. Как правило, код датчика автолюбитель не знает. Он может найти код по параметрам своего автомобиля, но в таком случае поиски нужно вести в проверенных электронных каталогах. С высокой вероятностью будет найден именно дорогостоящий оригинал. Напоминаем, что автоконцерны не производят все нужные для сборки автомобиля комплектующие самостоятельно – большую часть деталей производят сторонние фирмы. В теории, удастся немного сэкономить, купив датчик под именем бренда фирмы-производителя. Сегодня большую часть датчиков NOx выпускают следующие компании:

Продукцию этих же фирм можно найти в ассортимент фирм-упаковщиков. Например, британского или польского . Покупая неоригинал, автолюбитель ничем не рискует – фактически, он получит под именем бренда одного из перечисленных производителей. Покупатели часто задуют следующий вопрос: почему данные устройства настолько дорогие? Дело в том, что при их изготовление используются дорогостоящие металлы. Требования к технологии производства также очень высоки. Прибавьте к этому и то, что устройство объединяет в себе сразу два датчика. Итоговая стоимость изделия попросту не может быть малой, ведь это измерительное устройство высокой точности с огромным эксплуатационным ресурсом.

Зачем удаляют катализатор?

Данный участок выхлопной системы подлежит вырезанию при условии выхода его из строя или при необходимости повышения технических характеристик силового агрегата автомобиля. Для большинства автовладельцев значимость катализатора очевидна. Но не многие знают о том, что катализатор негативно воздействует на ряд характеристик двигателя внутреннего сгорания. При улучшении экологичности транспортного средства за счет прохождения отработанных газов через соты, уменьшает их интенсивность выхлопа. Поэтому увеличивается расход топлива, снижается мощность двигателя, чего бы не было в прямоточной выхлопной системе.

Вышеизложенная информация дает понять, зачем вырезают каталитический нейтрализатор. При установке на его место обычного пламегасителя движение отработанных газов будет беспрепятственным. Выхлопная система станет прямоточной, снизится расход топлива и улучшатся динамические свойства двигателя. Также вырезка катализатора интересна тем, кто разбирается в ценности его составляющих элементов. Ранее отмечалась информация о высокой стоимости данного устройства. Поэтому на утилизации катализатора за счет того, что на стенках его сот находятся каталитически активные вещества, владелец машины может получить дополнительный заработок.

В чем ценность катализаторов?

Самым ценным в данном устройстве являются каталитически активные вещества, содержащие в своем составе платину, родий, иридий и палладий. Этими драгоценными металлами обрабатываются стенки сот, которые при реакции с выхлопными газами обеспечивают очистку выхлопа. В зависимости от типа катализатора, платину и иридий можно за определенную плату сдать на переработку.

Специалисты автосервиса «Гепард» имеют большой опыт в обслуживании данного элемента выхлопной системы. Наши мастера качественно проведут диагностику, чистку катализатора или его полную замену на новую деталь. На СТО «Гепард» в Киеве безошибочно определяется техническое состояние катализатора и проводится замена данного устройства в кратчайшие сроки. Для посещения автосервиса «Гепард» требуется предварительная запись, которую можно запланировать на удобное время и день, позвонив по номеру телефона, который указан на сайте СТО.

Виды катализаторов в автомобиле

Каталитические нейтрализаторы, используемые при комплектации транспортных средств, бывают нескольких видов. В автомобилях с дизельным двигателем устанавливаются только сажевые катализаторы. Наличие бензинового мотора предусматривает использование керамических или металлических устройств. В керамических катализаторах установлен картридж из керамики. Многие задаются вопросом о том, зачем нужен катализатор с таким картриджем. Но ответ очевиден в данном случае. Такая деталь, является наиболее бюджетной, но, в тоже время, не может похвастаться длительным сроком эксплуатации из-за хрупкости материала. Сажевые аналоги для двигателей дизельного типа обладают подобной конструкцией и прочностью.

Для многих непонятно, зачем нужны керамические и сажевые катализаторы в то время, когда есть их более прочные версии в виде металлических. Зачастую, основным материалом их изготовления выступает нержавеющая сталь, которая обеспечивает устойчивость деталей к повышенной влажности и существенным механическим ударам. Такие свойства металлического катализатора позволяют гарантировать длительный срок эксплуатации данного узла. Долговечность катализатора обеспечивает экономию финансовых ресурсов, необходимых для проведения его замены, несмотря даже на его высокую цену в сравнении с катализаторами из керамики и сажи.

Реакции на поверхности

Координата реакции. (A) Некатализируемый (B) Катализируемый (C) Катализируемый с дискретными промежуточными продуктами (переходные состояния)

При гетерогенном катализе реагенты диффундируют из объёмной жидкой фазы и адсорбируются на поверхности катализатора. Центр адсорбции не всегда является активным центром катализатора, поэтому молекулы реагентов должны мигрировать по поверхности к активному центру. В активном центре молекулы реагентов будут реагировать с образованием молекулы (молекул) продукта, следуя более энергетически лёгким путём через каталитические промежуточные продукты. Затем молекулы продукта десорбируются с поверхности и диффундируют. Сам катализатор остаётся неповреждённым и может участвовать в дальнейших реакциях. Явления переноса, такие как перенос тепла и массы, также играют роль в наблюдаемой скорости реакции.

Значение катализа в промышленных процессах

Сегодня катализ играет ключевую роль во многих процессах, особенно в химической промышленности. Катализаторы способствуют более эффективному производству химических веществ, которые, в свою очередь, применяются, например, при производстве удобрений. Ниже приведены три примера технологических процессов химической промышленности, в которых применяется катализ. Приведенные катализаторы являются одними из наиболее распространенных. Однако следует иметь в виду, что на рынке постоянно появляются новые или модифицированные решения, которые постепенно вытесняют ранее применяемые вещества.

Производство азотной кислоты (V)

Производство азотной кислоты (V) включает в себя несколько последовательных этапов. Первый из них — сжигание аммиака в кислороде с образованием оксида азота (II) и воды. Для повышения эффективности этого процесса его проводят с помощью катализатора, представляющего собой платино-родиевый сплав (93 % Pt и 7 % Rh). Из этого сплава изготавливаются проволоки, из которых плетутся специальные сетки. Две или три сетки помещаются в реактор перпендикулярно направлению потока реагирующих между собой газов. Однако этот метод имеет ряд ограничений. Движущиеся газы вызывают трение о серу, что приводит к их разрушению и уносу платины. Эти потери особенно заметны в зоне окисления, где имеется повышенное давление и высокая температура. Кроме того, платиновые сетки относительно чувствительны к отравлению, вызванному недостаточной очисткой реагирующих газов от таких примесей, как сера. При каталитическом окислении аммиака в качестве побочного продукта образуется закись азота. В настоящее время на рынке предлагаются решения, позволяющие снизить ее выбросы. Для этого вблизи сеток из сплава Pt-Rh применяется оксидный катализатор на основе алюминатов для высокотемпературного разложения закиси азота в нитрозных газах. Характерной особенностью этого катализатора является высокая селективность разложения по отношению к N2O.

Окисление SO2 до SO3

Одним из важнейших этапов промышленного производства серной кислоты (VI) является окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI). Этот процесс осуществляется контактным методом. Катализатором реакции окисления могут быть многие вещества. Они в разной степени ускоряют реакцию. Экспериментально доказано, что наибольшая эффективность достигается при применении для этой цели ванадиевых катализаторов. Они состоят из оксида ванадия (V), который осаждается на носителе (чаще всего на кремнеземе). Кроме того, в его состав входят активаторы (оксид натрия или калия) и другие добавки, влияющие, в частности, на его стойкость при высоких температурах. Количество оксида ванадия (V) в катализаторе варьируется от 5 % до 7 % по массе. Наибольшей эффективности он достигает при относительно высоких температурах. Ванадиевый катализатор имеет на своей поверхности активные участки, на которых адсорбируются молекулы O2 и SO2. Там происходят их реакции с последующей десорбцией образовавшихся продуктов. Недостаточная чистота вводимых в реактор субстратов может привести к отравлению катализатора, т. е. дезактивации его активных участков. К ядам в этом случае относятся хлор, фтор и мышьяк.

Производство аммиака

Еще одним каталитическим процессом в химической промышленности является синтез аммиака. Сам процесс протекает настолько медленно, что необходимо применять соответствующие контакты. В этом случае наиболее благоприятным катализатором является железо, активированное небольшим количеством оксида алюминия и оксида калия. Оно образуется путем сжигания железа в кислороде и последующего плавления полученного Fe3O4 с Al2O3 и K2O. Сплав в виде гранул (чаще всего) представляет собой готовый катализатор. Как и в других процессах, действие железного катализатора при синтезе аммиака заключается в поглощении водорода и азота на активных участках и десорбции образовавшихся продуктов. Соединения, разрушающие железный контакт, представлены в основном серой, углекислым газом и водяным паром.

Устройство датчика NOx

Датчики NOx для автопромышленности по факту являются довольно сложными электрохимическими датчиками амперометрического типа. Самым простым и понятным элементом датчика является нагреватель. Наиболее важными элементами являются камеры (ячейки): камера накачки и измерительная камера. Иногда камер бывает три. Принцип работы датчика сводится к следующему:

В некоторых датчиках имеется третья камера, которая помогает контролировать . «Начинка» датчиков, которая позволяет уменьшать процентное содержание O2 для правильного измерения содержания оксидов азота, обычно включает диоксид циркония, стабилизированный иттрием. Электроды изготавливают из благородных металлов, как-то палладия, золота или платины. Мы не будем вдаваться в подробности электрохимического процесса, однако отметим, что при изготовлении датчиков NOx неспроста используются столь редкие металлы – они имеют высокую проводимость ионов O2 и могут похвастать высокой устойчивостью к температурным воздействиям.

Датчики NOx также включают в себя минимум два кислородных насоса. Первый насос удаляет избыток кислорода из захваченных выхлопных газов, тем временем как второй откачивает газы для измерения концентрации кислорода, выделяемого при разложении оксидов азота. Подытоживая: датчик оксидов азота состоит из минимум двух камер (ячеек) и двух насосов, нагревателя, нескольких электродов. Также стоит упомянуть собственный блок управления датчика, который принимает сигнал, усиливает его, а затем передает ЭБУ.

Ранее уже упоминалось то, что датчики NOx в бензиновых и дизельных автомобилях отличаются друг от друга. Датчики для дизельных агрегатов в зависимости от регистрируемого содержания оксидов азота в выхлопе инициируют – в этот момент катализатор регенерирует. Объясняется это тем, что катализатор не может превращать вредоносные оксиды азоты в безвредные воду и азот. Периодически он нуждается в «перерыве». Если содержание оксидов азота слишком высоко, датчик посылает блоку управления сигнал, а тот дает команду на обогащение топливовоздушной смеси.

В случае дизельных агрегатов датчиков NOx лишь оценивает эффективность работу . Если он перестает справляться со своей задачей и процент оксидов азота в отработавших газа становится критически высоким, датчик сигнализирует об этом. Водитель узнает о проблеме по загоревшейся лампочке Check Engine. Для выявления источника проблем водителю нужно будет обратиться на СТО.

Как почистить катализатор?

Результативность процедуры может быть только при условии наличия не сильно загрязненного устройства. Это связано с тем, что при накапливании нагар затвердевает и в таком состоянии его смыть будет невозможно. Поэтому при появлении первых признаков загрязнения необходимо провести его демонтаж и очистить с помощью жидкости для чистки карбюратора. Может потребоваться повторное проведение манипуляции для достижения желаемого результата.

Для того, чтобы не задумываться над тем, как очистить катализатор, необходимо систематически проводить его мойку, используя специальные чистящие присадки. После заливки их в бензобак, они очищают от нагара не только соты катализатора, но и все другие элементы выхлопной системы. Перед очисткой каталитического нейтрализатора рекомендуется постучать по нему твердым предметом. Если при ударах появляется звонкий звук, то это указывает на то, что соты повреждены и в чистке не нуждаются.

Технические характеристики катализаторов KjelReference PHARM (EP 2.5.9)

Тип товара вспомогательный материал

Состав 1 таблетки 3,72 г K2SO4 + 0,186 г CuSO4 * 5H2O + 0,093 г Se (1000 табл)

Срок годности 5 лет

Гарантия в течение срока годности

Условия хранения и транспортирования При температуре воздуха от 5 оС до 40 оС и относительной влажности воздуха до 80 %

— таблетки катализатора;

— металлическая упаковка;

— спецификация на продукт.

СОСТАВЫ КАТАЛИЗАТОРОВ

Артикул Наименование катализатора Состав 1 таблетки

E14.1.1 KjelReference Missouri 1L 4,5 г K2SO4 + 0,5 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.1.2 KjelReference Missouri 1S 2,25 г K2SO4 + 0,25 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.2 KjelReference Missouri 2M 3,5 г K2SO4 + 0,1 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.3.1 KjelReference Missouri 3L 4,98 г K2SO4 + 0,02 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.3.2 KjelReference Missouri 3S 2,49 г K2SO4 + 0,01 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.4 KjelReference Missouri 4M 3,998 г K2SO4 + 0,002 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.11 KjelReference Missouri 9L 5,0 г K2SO4 + 0,5 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.12 KjelReference Missouri 10M 3,5 г K2SO4 + 0,4 г CuSO4 * 5H2O (1000 табл)

E14.5.1 KjelReference Titanium 5L 5 г K2SO4 + 0,15 г CuSO4 * 5H2O + 0,15 г TiO2 (1000 табл)

E14.5.2 KjelReference Titanium 5S 2,5 г K2SO4 + 0,075 г CuSO4 * 5H2O + 0,075 г TiO2 (1000 табл)

E14.6 KjelReference Titanium 6M 3,5 г K2SO4 + 0,105 г CuSO4 * 5H2O + 0,105 г TiO2 (1000 табл)

E14.7.1 KjelReference Selenium 7L 4,875 г K2SO4 + 0,075 г CuSO4 * 5H2O + 0,050 г Se (1000 табл)

E14.7.2 KjelReference Selenium 7S 2,437 г K2SO4 + 0,037 г CuSO4 * 5H2O + 0,025 г Se (1000 табл)

E14.8 KjelReference Selenium 8M 3,5 г K2SO4 + 0,0035 г Se (1000 табл)

E14.9 KjelReference PHARM (EP 2.5.9) 3,72 г K2SO4 + 0,186 г CuSO4 * 5H2O + 0,093 г Se (1000 табл)

E14.10 KjelReference Antifoam(антивспениватель, не является катализатором) 0,97 г Na2SO4 + 0,03 г Silicone (1000 табл)

Общая информация о методе Кьельдаля

Метод Кьельдаля используется во всем мире как стандарт для анализа содержания азота и белка в продуктах питания, кормах, ингредиентах кормов и напитках. Наиболее часто проводимые анализы — это белок кукурузы, ячменя, пшеницы, семян, а также белок в молоке, пиве, печенье, колбасах, мясе и муке.

Сущность метода Кьельдаля

Заключается в переводе органического азота в аммонийную форму, в процессе термического разложения образца с кислотой, дальнейшая дистилляция полученной смеси со щелочью для перевода аммонийного азота в аммиак, поглощение аммиака водным раствором и титрование полученного раствора. Метод Кьельдаля является универсальным. Он используется для определения содержания азота в пищевых и фармацевтических продуктах, текстиле, полимерах, объектах окружающей среды и т.д.