RP-Energie-Lexikon - kipufogógáz-katalizátor, oxidációs katalizátor, háromutas katalizátor,
Definíció: a kipufogógázok szennyezőanyag-tartalmának csökkentésére szolgáló eszköz
Konkrétabb kifejezések: oxidációs katalizátor, háromutas katalizátor, tároló katalizátor, SCR katalizátor
Eredeti alkotás: 2012.04.29 .; utolsó változás: 2020.04.28
A katalizátorok olyan eszközök, amelyek csökkentik a kipufogógázok szennyezőanyag-tartalmát. B. belső égésű motorokból vagy nagy erőművi kemencékből, ezért javítsa a kipufogógáz minőségét. A kipufogógázok számos szennyező anyagot tartalmaznak, amelyek egy részét nem teljes égés vagy nemkívánatos kémiai mellékreakciók okozzák:
- A kipufogógáz elégetlen szénhidrogéneket tartalmaz - vagy az üzemanyag eredeti komponenseit, vagy vegyi köztitermékeket. Ezek mérgezőek, egyes esetekben még rákkeltők is (pl. Benzol = benzol).
- A mérgező szén-monoxid (CO) szintén jelentős mennyiségben állítható elő. A belélegzett szén-monoxid csökkenti az oxigén transzportját a vérben.
- Magas égési hőmérsékleten az égési levegőben lévő nitrogén és oxigén nitrogén-oxidokat termel, mint például NO2 (nitrogén-dioxid) és NO (nitrogén-monoxid). Ezek szintén mérgezőek és károsítják az z-t. B. a tüdő.
Ezeket a szennyező anyagokat elvileg elkerülhető lenne, ha az égési folyamatok befejeződnének, és a nitrogén oxidációja nem valósulna meg. Körülbelül ez lenne az eset, ha az elégetés megfelelő levegőellátással nem túl gyorsan és kedvező hőmérsékleten zajlik. A láng hőmérsékletének elég magasnak kell lennie, és a lángból kifelé menet nem csökkenhet túl gyorsan. Ilyen feltételek azonban pl. B. benzinmotoroknál és dízelmotoroknál alig megvalósítható, különösen nagyobb sebességnél. A változó terhelési esetek szintén megnehezítik az égési folyamatok irányítását.
A probléma megoldható, vagy legalábbis nagymértékben csökkenthető egy motoron kívüli kipufogógáz-katalizátorral; az egyik a kipufogógáz-utókezelésről beszél, szemben a nyers emisszió belső motoros intézkedésekkel történő csökkentésével. A katalizátor feladata bizonyos kívánt kémiai reakciók felgyorsítása alacsonyabb hőmérsékleten is (néhány száz Celsius fok):
- Állítólag a szén-monoxid és a szénhidrogének oxidálódnak; H. reagálniuk kell a kipufogógáz maradék oxigénjével, és nem mérgező szén-dioxiddá és vízgőzzé válnak.
- A nitrogén-oxidokat viszont csökkenteni kell, azaz. H. a nitrogén oxidációját meg kell fordítani.
Elvileg ezek a reakciók katalizátor nélkül is megtörténhetnek, de túl lassúak lennének. Leegyszerűsítve: a reakciók gyorsulása a katalizátorban úgy működik, hogy a szennyező anyag molekulái ideiglenesen kapcsolódnak a katalizátor elemeihez (és ott gyenge kötést képeznek), amíg más megfelelő molekulákkal (pl. Oxigénmolekulákkal) találkoznak, amellyel tudnak reagálni tud. E folyamat után a katalizátor változatlan marad, ezért további szennyező molekulákat képes átalakítani.
A katalizátorban lejátszódó kémiai reakciók nagyrészt exotermek: több energikus anyag átalakul kevésbé energiássá. Ez hőt bocsát ki a katalizátorban. Ha a katalizátor túl erősen tele van energiában gazdag anyagokkal, például szén-monoxiddal és/vagy elégetlen szénhidrogénekkel (ez különösen érvényes a kétütemű motorok esetében), ez akár túlmelegedéshez is vezethet, amennyiben rendelkezésre áll az oxidációhoz szükséges oxigén is.
A jármű-katalizátor általában erősen hasított kerámia- vagy fémszerkezetet tartalmaz, nagy belső felülettel, amelyet nagyon finom nemesfémrészecskékkel, például platinával, palládiummal és ródiummal kevernek össze. A kívánt reakciók főleg ezeken a nemesfém részecskéken mennek végbe.
Amit a katalizátor nem tehet meg, az az, hogy eltávolítja a nem kívánt kémiai elemeket, mint pl B. A kén a kén-dioxid (SO2) komponenseként. Még az is megeshet, hogy a sokkal mérgezőbb és erősebben büdös kén-szulfid (H2S) kén-dioxidból képződik; akkor az autó kipufogógázának rothadt tojásszaga van. Más esetekben a nem kívánt kén-trioxid (SO3) keletkezik, amely kénsav, majd szulfátok képződéséhez vezet, amelyek végül részecskekibocsátásként (finom por) fordulnak elő. A katalizátorok semmiképpen sem akadályozhatják meg a szén-dioxid (CO2) kibocsátását; végül is ez a legkevésbé káros forma, amelyben az üzemanyagban lévő szén elhagyhatja a rendszert.
A katalizátorok típusai
Az ideális katalizátor lehetővé teszi az összes kívánt kémiai reakció gyors és teljes lefolyását, ugyanakkor nem kívánt reakciókat. Ez azonban technikailag nem lehetséges; a kipufogógáz-tisztítási folyamatok hatékonysága függ a katalizátor típusától, de nagymértékben az üzemi körülményektől is. A katalizátor gyakran csak egy adott reakciót képes elősegíteni.
Oxidációs katalizátor
Az oxidációs katalizátor alatt olyan katalizátort értünk, amely csak szennyező anyagokat, például szén-monoxidot és szénhidrogéneket képes oxidálni, de a nitrogén-oxidokat nem redukálja. Ez sok katalizátorra vonatkozik, ha a kipufogógáz felesleges oxigént tartalmaz. Ez általában a sovány égésű benzinmotor vagy a dízelmotor kipufogógázaira vonatkozik; mindkettő magas égési levegő arány mellett működik. Korábban tiszta oxidációs katalizátorokat (nem ellenőrzött katalizátorokat) használtak utólag beépített katalizátorként a benzinmotorokhoz.
A fatüzelésű kályhák oxidációs katalizátorait most is fejlesztik. Ezek például a kémény kimenete közelében lévő égéstérbe rögzíthetők. Mivel ott néha nagyon magas hőmérsékletnek vannak kitéve, ennek megfelelően magas hőmérsékletnek ellenálló anyagból kell készülniük. Egy ilyen katalizátor segítségével a szén-monoxid, a szénhidrogének és a részecskék kibocsátása jelentősen csökkenthető.
Vezérelt háromutas katalizátor
A háromutas katalizátort manapság leginkább benzin vagy földgázzal működő négyütemű benzinmotoroknál használják. Ez egyidejűleg oxidálhatja a szén-monoxidot, oxidálhatja a szénhidrogéneket és csökkentheti a nitrogén-oxidokat (tehát „háromféle” három különböző szennyező anyag eltávolításának értelmében). Ez utóbbi a szén-monoxiddal történő reakció révén történik, amely elkapja az oxigént a nitrogén-oxidoktól és nem toxikus szén-dioxiddá válik.
A kipufogógáz maradék oxigéntartalmát az égési levegő aránya határozza meg, más néven lambda érték (λ érték). A háromutas katalizátorhoz 1-hez közeli lambda-értékre van szükség. Ez technikailag csak egy automatikus vezérlőrendszer segítségével lehetséges, amely hibajelzést igényel egy úgynevezett lambda-szondától.
Sajnos az úgynevezett teljes terhelésű dúsítást sok járműnél alkalmazzák, amikor a gázpedál erős. Ez azt jelenti, hogy a fent említett szabályozást szándékosan kikapcsolják annak érdekében, hogy a motort „gazdag” keverékkel működtessék. Ez lehetővé teszi valamivel nagyobb motorteljesítmény elérését, és egyúttal megakadályozza a katalizátor túlmelegedését. Ez azonban egyrészt nagymértékben növeli a szennyezőanyag-kibocsátást, másrészt az üzemanyag-fogyasztás nő a motor csökkent hatékonysága miatt.
További részletekért lásd a háromutas katalizátorokról szóló cikket.
NOx tároló katalizátor
A sovány égésű motoroknál és a dízelmotoroknál a denitrifikáció nem működik egy hagyományos katalizátorban, mert az ehhez szükséges szén-monoxid vagy elégetlen szénhidrogének nincsenek elegendő mennyiségben a kipufogógázban. Az egyik megoldás erre az esetre az NOx tároló katalizátor. Ez olyan anyagokat tartalmaz, amelyeket a nitrogén-oxid (NO2) molekulák kezdetben felhalmoznak. Amikor a katalizátor kapacitása kimerült, a katalizátort regenerálni kell. Ehhez a motort röviden dús keverékre kapcsolják (mint a teljes terhelés dúsításakor), és a kipufogógáz hőmérsékletét megemelik. A kipufogógáz-összetétel változása (kevés oxigénnel és kevés szén-monoxiddal) lehetővé teszi a nitrogén-oxidok kiküszöbölését a katalizátorban: szén-monoxiddal reagálnak, amelyhez oxigént szabadítanak fel.
Ezzel a technológiával az a probléma, hogy a jármű működése során nehéz az optimális tartományban tartani a katalizátor üzemi hőmérsékletét. A gyakran előforduló kedvezőtlen körülmények között (pl. Városi forgalomban) a kipufogógáz-tisztítás hatékonysága jelentősen csökkenhet - különösen dízelmotorok esetében, amelyek kipufogógáz-hőmérséklete a terheléstől függően nagyban változik. Gyakran nehéz elérni a regeneráláshoz szükséges magas hőmérsékleteket is, különösen, ha a regenerálást lassú menet közben hajtják végre.
További részletek a tároló katalizátorokról szóló cikkben találhatók.
SCR katalizátor
A dízel kipufogógázok denitrifikálásának napjaink leghatékonyabb módszere az SCR katalizátor. Az ott lejátszódó szelektív katalitikus redukció (SCR) általában ammóniagáz (NH3) vagy karbamidoldat (pl. AdBlue) adagolt adagolását igényli, amely ammóniára és vízgőzre bomlik (és a járművekben könnyebben szállítható, mint az ammónia). . Az ammónia mérgező gáz, de nagyrészt átalakul a katalizátorban, így alig lehet jelen a megtisztított kipufogógázban - hacsak nincs túladagolás ammónia vagy karbamid.
Vannak úgynevezett passzív SCR katalizátorok is, amelyek redukálószerként a kipufogógázban jelen lévő elégetlen szénhidrogéneket használják, vagyis nem igényelnek további fogyasztható folyadékot. Ezért csak megfelelő összetételű kipufogógázokhoz használhatók, és bizonyos esetekben további korlátozások is vonatkoznak rájuk, például alacsonyabb kéntűrés miatt. Ezzel a technológiával a motor már nem optimalizálható az optimális hatékonyság érdekében.
További részletek az SCR katalizátorokról szóló cikkben találhatók.
Két katalizátor alkalmazása
Egyes járművekben két katalizátor kombinációjával végzett kipufogógáz-utókezelésre. Például egy benzinmotor esetében egy viszonylag kicsi, a motor közelében elhelyezett előkatalizátor kombinálható egy nagyobb, a jármű aljára szerelt fő katalizátorral. Az előkatalizátor hidegindítás után gyorsabban éri el a kikapcsolási hőmérsékletét, de a kipufogógázokat még nem tisztítja meg teljesen; ezután a fő katalizátor átveszi a további méregtelenítést.
Bizonyos esetekben két különböző típusú katalizátort is kombinálnak egymással. Például egyes dízelmotoroknál először oxidációs katalizátort, majd SCR katalizátort használnak (szelektív katalitikus redukcióhoz).
Katalizátor mérgek
Bizonyos anyagok "megmérgezhetik" a katalizátort, vagyis hatástalanná tehetik. Például kis mennyiségű („ólmozott”) tetraetil-ólmot adtak a benzinhez a kopogásállóság növelése érdekében, és ez lehetetlenné tette a katalizátorok használatát, mert rövid idő alatt megmérgezték volna őket. Néhány más fémhez (például kadmiumhoz és higanyhoz) hasonlóan az ólom kémiai vegyületeket képez a katalitikus komponensekkel, amelyek már nem aktívak katalitikusan. Az egyik oka annak, hogy miért volt szükség ólommentes (ólommentes) benzin bevezetésére.
A kén katalizátormérgként is működhet, ha az üzemanyag nem teljesen kénmentes. Ez különösen akkor problémás, ha tárolókatalizátorokat használnak dízelmotorokhoz, ha a dízel üzemanyag nem megbízhatóan elérhető magas, alacsony kéntartalmú minőségben.
A katalizátor érzékenysége azonban típusától függ; egyes esetekben bizonyos további anyagok beépítésével csökkenthető. Bizonyos esetekben lehetőség van a regenerálásra is, ami nem feltétlenül lehetséges a jármű normál üzemeltetése során.
A biogáz kísérleti befecskendező motorjaiban a katalizátor mérgek gyakran jelentenek problémát, vagy gyakran megakadályozzák a katalizátor használatát.
A katalizátorok hatékonyságának különböző hátrányai és korlátai
A modern katalizátorok jelentősen csökkenthetik a kipufogógázok szennyezőanyag-tartalmát, de számos hátrányuk is van, és nem mindig tökéletesen hatékonyak:
A katalizátorok hatékonysága az autókban esetenként jelentősen eltérhet. Kiváló eredményeket lehet elérni, ha szilárd technikát alkalmazunk, kivéve a nagyon rövid távokat. A jó technológia alkalmazásával a kipufogógáz-katalizátor erős gyorsulás vagy nagy menetsebesség mellett is hatékony maradhat (természetesen a megnövekedett CO2-kibocsátás problémájának megoldása nélkül). Sajnos manapság sok járművet úgy terveznek, hogy teljes gázzal jelentősen romlik a kipufogógáz minősége, például azért, mert teljes terhelésű dúsítást alkalmaznak (benzinmotoroknál), vagy azért, mert a dízelmotor kipufogógáz-tisztító rendszere nem képes hatékonyan szabályozni a nitrogén-oxid-kibocsátást. Hatalmas eltérések lehetségesek a gyakorlati működés és a hivatalos mérési eljárások között, ha a gyártók irreális vizsgálati körülményeket használnak törvényesen vagy törvénytelen módon [2, 3].
A jármű kipufogógáz-katalizátorainak hatékonyságának figyelemmel kísérése
A katalizátor hatékonysága, például egy járműben, különféle módon veszélyeztethető - nemcsak a katalizátor esetleges károsodásával, pl. B. üzem közbeni túlmelegedés esetén, hanem az égési levegő arányának szabályozásában bekövetkező zavarok miatt is. Ilyen körülmények között a jármű szennyezőanyag-kibocsátása jelentősen növekedhet.
Megfelelő problémák fedezhetők fel kipufogógáz-méréssel egy próbapadon, pl. B. a kibocsátási teszt részeként, amelyet általában kétévente végeznek Németországban, és 2010 óta része az általános ellenőrzésnek. (Azóta már nincs szükség külön matricára a kibocsátási teszthez.)
Az Euro 3 károsanyag-kibocsátási szabvány óta a járműveket fedélzeti diagnosztikai rendszerrel (EOBD) is fel kell szerelni, amely figyeli a kipufogógáz-kezelő rendszer alapvető elemeinek működését, és ha szükséges, figyelmeztető lámpát kapcsol be. Ha ez kigyullad, a sofőrnek a lehető leghamarabb ellenőriznie kell a rendszert egy műhelyben, és meg kell javítania a sérüléseket.
Kérdések és megjegyzések az olvasóktól
Ön szerint miért nem tudja a kipufogógáz-tisztító rendszer már jól szabályozni az NOx-kibocsátást, amikor a dízelmotor teljes terheléssel működik?
Elvileg lehetne; csak arra kell megtervezni. Sajnos ez nem mindig így van, főleg azért, mert az üzemanyag-fogyasztás és a kipufogógáz-értékek alkalmazható mérési módszerei még a teljes terhelés üzemi állapotát sem rögzítik, ezért a teszt megfelelő teljesítéséhez nem szükséges a megfelelő működés.
Itt javasolhat kérdéseket és megjegyzéseket közzétételhez és megválaszoláshoz. Az RP-Energie-Lexikon szerzője bizonyos szempontok szerint dönt az elfogadásról. Lényegében az a lényeg, hogy az ügy széles körben érdekelt.
Ha itt kapsz segítséget, érdemes egy adománnyal visszaadni a szívességet, amellyel támogatod az energetikai szótár továbbfejlesztését.
Adatvédelem: Kérjük, ide ne írjon be személyes adatokat. Amúgy sem tennénk közzé őket, és hamarosan törölnénk őket. Lásd még az adatvédelmi irányelveinket.
Ha személyes visszajelzéseket vagy tanácsokat szeretne a szerzőtől, kérjük, írjon neki e-mailben.
A beküldéssel hozzájárulását adja a bejegyzéseinek itt történő közzétételéhez a szabályainknak megfelelően.
irodalom
| [1] | V. Franco et al., „A modern dízel autók valós kipufogógáz-kibocsátása”, a Tiszta Közlekedés Nemzetközi Tanácsa, http://www.theicct.org/sites/default/files/publications/ICCT_PEMS-study_diesel-cars_20141010.pdf |
| [2] | Blogcikk: Dízel járművek a Volkswagen-től: A kibocsátási határértékek betartása illegális trükkökkel |
| [3] | Blogcikk: A modern dízelüzemű járművek nitrogén-oxid-kibocsátása - a vártnál lényegesen magasabb |
| [4] | Blogcikk: A vezetési stílus hatása az autó szennyezőanyag-kibocsátására |
Ha tetszik ez a weboldal, kérjük, értesítse barátait és kollégáit - pl. B. a közösségi médián keresztül ide kattintva:
Ezeket a megosztási gombokat adatvédelem-barát módon állítják be!
Más webhelyeken található linkek kódja
Ha máshova szeretne linket elhelyezni a cikkhez (pl. Webhelyén, közösségi médiájában, vitafórumain vagy a Wikipédián), itt megtalálja a kódot. Ilyen linkek lehetnek B. nagyon hasznos lehet a szómagyarázatokhoz.
HTML link erre a cikkre:
Előnézeti képpel (lásd közvetlenül a fenti mezőt):
Ha helyénvalónak tartja, hogy linket tegyen a Wikipédiára, pl. B. a "== Weblinkek ==" alatt: