Системы нейтрализации

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)

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6

Другие статьи

Аналитический обзор
Грибы - большая группа эукариотных гетеротрофных организмов с абсорбционным (осмотрофным) способом питания, включающая по данным разных авторов, от 100000 до 250000 видов [Гарибова, Лекомцева, 2005 ...

Законодательные и другие требования
Федеральное законодательство об охране окружающей среды и природопользования, принятое по предметам совместного ведения Российской Федерации и ее субъектов состоит из федеральных законов, а также пр ...

Методы очистки гольваностоков
В настоящее время наиболее эффективными способами очистки гальваностоков являются сорбционно-ионообменные. Однако широкого промышленного применения они не нашли из-за высокой стоимости сорбе ...