Слои катализатора. Конструкция каталитического нейтрализатора

Катализатор за последние несколько лет превратился в технически сложную систему активной очистки выхлопных и отработавших газов. При объединении с остальными системами он дает максимальное преобразование опасных и ядовитых компонентов выхлопа в безвредные. Структура нейтрализаторов не сильно изменилась с момента их появления, а технология изготовления претерпела существенные изменения.

Устройство катализатора

В каталитическом нейтрализаторе выделяется несколько основных компонентов:

Корпус и система выпуска из нержавейки;
Специальные подкладки, необходимые для фиксации и предохранения керамического блока от повреждений;
Несущий блок (материал – керамика или металл);
Промежуточный слой для благородных материалов;
Каталитический активный слой, изготовленный из родия, платины и палладия.

sloi kata

Стальной корпус нужен, чтобы обеспечить полноценную защиту от коррозии при конденсации воды при нейтрализации компонентов выхлопа. Это единственный способ обеспечить длительный срок эксплуатации системы выпуска – более 3-5 лет. Материалом служит хромистая или нихромовая сталь, характеризующаяся повышенной стойкостью к кислотам, разрушению и нагреву.

Подкладки особой структуры необходимы для фиксации блока из керамики и компенсации теплового расширения блока и корпуса. Они берут механические нагрузки на себя, отлично гасят колебания. Состоят их проволочной сетки или керамического волокна со вставками из пластинок слюды.

Керамический блок с сотовой структурой, которая состоит из магниево-алюминиевого силиката или карбида кремния, является носителем катализатора, имеет тысячи каналов. Один блок может содержать до 8000 канальцев. За счет этого увеличивается общая площадь контактной поверхности. В новой тонкостенной керамике стенки имеют толщину 0,1-0,05 мм. Поверхность блока покрывается промежуточным слоем активатора, который в 7000 раз увеличивает поверхность. Он выполнен из силикатов, оксидов магния, алюминия. На всю поверхность нанесен материал с каталитическими свойствами посредством технологии конденсации. Используется палладий, платина и родий. Так как это редкие металлы, доступные лишь в ограниченных количествах, для катализаторов требуется использовать замкнутый цикл «производство – утилизация – переработка».

Металлический блок формируется из металлической фольги толщиной 0,05 мм с сотовой структурой, а потом спрессовывается в трубу-оболочку. Листы спаиваются между собой и корпусом. Для нанесения промежуточного активного каталитического слоя используется такая же технология, как для керамического блока.

Сравнение керамических и металлических катализаторов

Работа обоих типов запчастей базируется на одном и том же принципе обезвреживания вредных компонентов. Но разница в несущих материалах и конструкции обеспечивает для катализаторов с металлическим блоком определенные преимущества. Металлическая фольга хорошо справляется с вибрационными и температурными нагрузками. Оба варианта устройств предъявляют одинаковые требования к эксплуатации авто.

Можно сравнить оба варианта катализаторов

Керамический	Металлический
Не высокая стоимость производства	Дороже в изготовлении
Относительно зрелые технологии производства	Более новая технология
Отличается повышенной чувствительностью к высоким температурам	Выдерживает более высокие температуры ез разрушения сотовой структуры
Высокое аэродинамическое сопротивление из-за толщины стенок сот	Низкое аэродинамическое сопротивление
Слегка повышен расход топлива	Меньший топливный расход
Используется во всех популярных марках авто	Используется в качестве пускового катализатора или в конструкции мощных автомобилей
Малый вес	Длительный срок службы за счет термостойкости

Драгметаллы для катализаторов

Самая большая ценность в составе катализатора – это напыление из драгметаллов – палладия, платины и родия. Ежегодная добыча благородных металлов составляет примерно 300 тонн: 180 тонн платины, 15 тонн родия. На данный момент более трети платины и более половины палладия идет на производство катализаторов. Из-за того, что природные запасы этих элементов довольно скудные, обязательно нужно направлять вышедшие из строя катализаторы на переработку по принципу замкнутого цикла. При этом удается использовать повторно 99% платины, 80% родия и 100% палладия. После утилизации благородные металлы используются при производстве новых катализаторов. СТО берет на себя ответственность за отправку старых катализаторов на переработку. Последовательно проводимая переработка позволяет экономить ежегодно металлы на сумму в несколько миллионов евро.

Переработка осуществляется с применением двух технологий:

Жидкая химическая, предполагающая необходимость выделения металлов из блока при помощи кислот;
Пирометаллургическая, реализуемая посредством выплавки при температуре более 1800 градусов.

Химические процессы в каталитическом нейтрализаторе

Химические катализаторы представляют собой материалы, которые сами по себе в реакции не участвуют, но своим присутствием заметно ускоряют процессы. Вещество-катализатор в конце реакции находится в том же состоянии, что и в начале, не меняя свои параметры. Но он не способен изменить химическое равновесие, то есть реакции, не протекающие в естественных условиях, с помощью катализатора не запускаются.

Палладий или платина в сочетании с кислородом отвечают за окисление углеводородов и оксида углерода. В качестве окислителей служит остаточный кислород выхлопа или кислород из воздуха, который закачивается насосом.

Родий с оксидом углерода, присутствующим в выхлопных газах, отвечает за восстановление оксидов азота.

Новый катализатор: степень конверсии

Базовое условие для оптимальной степени нейтрализации до 98% состоит в том, чтобы точно соблюдался коэффициент избытка воздуха. На степень нейтрализации влияет и отношение объемного расхода отработавших газов к объему катализатора. Это соотношение должно быть как можно большим, чтобы продлить срок службы устройства. Для автомобилей размер систем выбирается с запасом, чтобы обеспечивать срок службы при неблагоприятных условиях, соответствующий законодательным требованиям.