Катализатор представляет собой материал, ускоряющий химический процесс и не изменяющийся в процессе реакции. Он обеспечивает повышение скорости реакции окисления и снижение рабочей ее температуры. Для нейтрализации оксида азота NO используют реакции его восстановления до молекулярного азота (N2) и аммиака NH3. В качестве восстановительной среды используют находящиеся в ОГ компоненты СО, СmНn и Н2.
При работе ДВС на стехиометрической рабочей смеси основным продуктом восстановления NO является N2, а при работе на богатых смесях больше NH3. Чтобы после восстановления NO образовывалось больше N2 и меньше NH3 катализатор должен содержать родий (Rh). Соотношение в катализаторах количества Pt и Rh близко к 5, а в ряде случаев достигает 12.
При восстановлении NOх возможны следующие реакции
+ CO → 1/2N + СО2 (4.7)
NО + 5CO + H2O → NH3 +5 СО2 (4.8) + Н2 → 1/2 N2 + Н2О (4.9)
NO + 5 H2 → 1/2N2 + 2 Н2О (4.10)
NO + CH → 2N2 + Н2О + CO + NH3 (4.11)
Для нейтрализации окислов азота в газах бензиновых двигателей нейтрализатор имеет специальную ступень для поглощения кислорода из газовой смеси. Для этой цели обычно используют каталитическую реакцию между содержащимся в ОГ кислородом и окисью углерода. Восстановление NO окисью углерода может быть представлена следующей зависимостью
NO + 2CO → N2 + 2 СО2 (4.12 )
Между компонентами ОГ и кислородом может протекать ряд побочных реакций
СО + Н2О ↔ СО2 + Н2 (4.13)
/2Н2 + NO ↔ NH3 + Н2О (4.14)Н3 + 5/4 O2 ↔ NO + 3/2 Н2О (4.15)
Н2 + NO ↔ H2O + 1/2 N2 (4.16)
Н2 + 1/ 2 O2 ↔ H2O (4.17)
Уменьшения количества NOх обеспечивает реакция восстановления по уравнению
NO + 2 CO → N2 + 2СО2 (4.18)
Для обеспечения более полного процесса окисления парциальное давление СО должно быть относительно большим, что обеспечивается путем эксплуатации ДВС с a < 1,0. В ОГ автомобильного ДВС всегда имеется свободный водород, поэтому возможна следующая реакция восстановления
NО + 5 Н2 → 2 NH3 + 2 Н2О (4.19)
Количество образующегося аммиака представляет собой функцию применяемого катализатора, состава и температуры ОГ. При восстановлении NO компонентами ОГ возможны следующие реакции
NО + 5CO + H2O → NH3 +5 СО2 (4.20)
2NO + 5 H2 → 1/2N2 + 2 Н2О (4.21)+ CH → 2N2 + Н2О + CO + NH3 (4.22)
При восстановлении NO одновременно происходит более полное окисление СО и СmНn. Степень каталитического превращения различных газов в нейтрализаторе оценивают коэффициентом преобразования
Кi = (сi вх - сiвых )/ci вх х 100% (4.23)
где Кi - коэффициент преобразования i-того компонента; сi вх и сiвых - концентрация i-того компонента на входе и на выходе из нейтрализатора соответственно.
Максимальная величина преобразования Кi одновременно по трем компонентам достигается при работе ДВС при работе на обогащенной смеси вблизи ее стехиометрического состава (a=0,98-0,99), т.е. количество кислорода освобождающегося при восстановлении NOх оказывается достаточным для окисления Н2, СО и СmНn.
Для восстановления окисла азота применяют катализаторы на основе переходных металлов, в частности, меди, хрома, кобальта, никеля и их сплавов.
Эти катализаторы менее долговечны по сравнению с Pt и Pd Эффективность катализатора заметно ниже при высоких объёмных скоростях химических реакций. Эффективная нейтрализация продуктов неполного сгорания
достигается на таких катализаторах при более высокой температуре по сравнению с платиновыми. Реакции на окисных катализаторах могут быть представлены соотношением.
(CO)/dt = - k1(CO) (4.24)
На платиновых катализаторах при малых степенях превращения СО реакция протекает по уравнению
(CO)/dt= - k2 (О2/СО)3/4 (4.25)
При высших степенях превращения (80%) реакция протекает по уравнению
(CO)/dt = k (0,5)1/2 (4.26)
Константы k1, k2 и k3 определяется в первую очередь природой катализатора и концентрирует СmНn в ОГ.
Скорость окисления СmНn в общем случае описывается уравнением:
(CmHn)/dt = - k4(CnHm)(О2)№/І (4.27)
Другие статьи
Зарождение и эволюция биосферы Земли
Одной из наиглавнейших
особенностей планеты Земля есть существование на ней жизни - этим она
отличается от всех своих соседок-планет.
Появление и
развитие жизни на Земле - это уникальное ...
Опасные и вредные факторы на рабочем месте пользователя ПЭВМ
Операторы ПЭВМ,
программисты сталкиваются с воздействием таких физически опасных и вредных
производственных факторов, как повышенный уровень шума, неудовлетворительные
микроклиматические па ...
Проблемы очистки атмосферного воздуха
Проблема очистки воздуха
в зоне жизни человека от разнообразных загрязнений, вносимых промышленностью,
от аэрозолей и бактерий является одной из наиболее актуальных проблем. Трактаты
по воп ...