С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Катализатор из чего состоит

Катализатор из чего состоит


Катализатор, что это? Расскажет Чиповальня

18.12.2014, Опубликовано Статьи Без комментариев

Что такое катализатор (каталитический нейтрализатор).

С появлением в нашей стране иномарок, многие автолюбители стали приобщаться к мировому автопрому. Среди счастливых обладателей все чаще можно было услышать новые незнакомые названия запчастей. В числе таких понятий было незнакомое слово КАТАЛИЗАТОР.

Постараюсь вам простыми словами разъяснить суть выполняемых катализатором функций в автомобиле.

Каталитический  нейтрализатор (катализатор) — это специальный узел в выпускной системе автомобиля, который позволяет в значительной степени снизить токсичность выхлопных газов. На иллюстрации можно увидеть конструктивные особенности этого устройства. В нём происходит дожигание угарного газа, также восстанавливаются оксиды азота, при этом выделившийся кислород способствует догоранию углеводородов. Исправный катализатор позволяет достигнуть 97% степени очистки выхлопных газов.

Катализатор располагается обычно после выпускного коллектора. Двигатель внутреннего сгорания в результате своей работы выделяет выхлопные газы, которые через выпускной коллектор попадают в нейтрализатор, из-за высокой температуры выхлопных газов катализатор нагревается до 760-800 °С, поэтому его облачают в защитный термоэкран для уменьшения вероятности возгорания.

Из чего состоит катализатор ?

Конструктивно катализатор напоминает пчелиные соты вытянутые по толщине, внутри вся конструкция состоит из специальной керамики покрытой тонким слоем состава редкоземельных металлов палладия, оксида родия, платины. Эти драгоценные металлы способствуют высокой стоимости катализаторов. Оригинальные катализаторы могут достигать по стоимости 35 тысяч рублей.

Какие процессы происходят внутри катализатора?

Основными составляющими выхлопных газов являются несгоревшие окиси углерода (СО), оксиды азота и, непосредственно, сам углерод. Эти газы, попадая в катализатор и следуя вдоль каналов сотовой ячеистой структуры, разогревают её до 300 С, именно в этот момент начинается процесс каталитического окисления. В результате на выходе из катализатора получаются менее вредные для окружающей среды составляющие вода, азот, углекислый газ.

Как влияет катализатор на работу двигателя?

Катализаторы слегка корректируют параметры работы двигателя, но, учитывая современные требования к экологичности выхлопных газов, производители вынуждены придерживаться стандартов. Потребление топлива не увеличивается при использовании катализатора. Иногда при использовании катализатора возрастает обратное давление, происходит потеря мощности до 5 л.с. Драгоценные металлы выполняют роль катализаторов химического процесса.

Платиновый катализатор — сколько драгметалла содержится в детали автомобиля

Платиновый катализатор сегодня используется во многих автомобилях. Он является одним из основных элементов выхлопной системы и обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Его корпус покрыт драгоценными металлами, которые, при наличии определенных условий, можно извлечь. Однако сложно заранее предугадать, сколько платины содержится в катализаторе автомобиля.

Конструкция катализатора

Внутренняя часть автомобильного компонента заполнена особой конструкцией, выполненной из керамики или металла. Внешне она напоминает пчелиные соты. Верхняя часть катализатора покрыта тонким слоем драгоценного металла.

Наличие такого напыления обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Это достигается за счет того, что выхлопные газы, контактируя с драгметаллами и другими веществами, вступают с ними в химическую реакцию. Для напыления внутренней части автокомпонента используют сочетание:

  • платины;
  • родия;
  • палладия.

Каждый из этих металлов оценивается довольно высоко. Поэтому автомобильные катализаторы привлекают многих людей, которые занимаются извлечением драгоценных материалов с целью их дальнейшей перепродажи.

Добычи указанных металлов – это довольно сложный процесс, требующий наличия соответствующих навыков и различных дорогостоящих веществ.

Существует несколько технологий, посредством которых можно извлекать драгметаллы. Они подбираются исходя из конечных целей работы.

Некоторые из указанных технологий, а также их результаты приведены в таблице.

МетодРезультат
Выщелачивание посредством окислителейПлатина и родий
Гальванический методПалладий
Воздействие «Царской водкой»Платина
ФторированиеПалладий

Выбор в пользу конкретной технологии обусловлен в основном возможностями человека, который получает платину из катализатора. Также важно понимать, что в процессе аффинажа существуют неизбежные потери извлекаемых материалов. В частности, подобные недостатки отмечаются у техники выщелачивания, которая требует многократных промывок компонентов химической реакции.

Поверхность автокатализаторов покрыта напылением драгоценных металлов. Эти материалы, при наличии соответствующих навыков и реагентов, можно извлечь.

Техника выщелачивания

В домашних условиях и в промышленности для выделения родия и палладия чаще применяют выщелачивания. Такая техника предполагает использование окисляющих растворов, состоящих из концентрированных соляной и азотной кислот. При этом выщелачивание имеет ряд существенных недостатков отчасти обусловленных особенностями конструкции автомобильного катализатора.

Последний изготавливается либо из керамики, либо из алюминия. Наличие этого металла затрудняет проведение аффинажа, так как окислители вступают с ним реакцию. В процессе выделения платины, которая извлекается в виде раствора, необходимо многократное повторение выщелачивания и промывки исходных компонентов. Более того, даже такой подход не позволяет добыть драгоценный металл в достаточном количестве: избежать потери невозможно. Соответственно, для извлечения платины потребуется несколько катализаторов.

В целях снижения потерь, возникающих во время проведения аффинажа, автокомпонент на начальном этапе смачивают в водном растворе соляной кислоты. В дальнейшем катализатор подвергается нагреву. Далее, когда под воздействием высокой температуры появились пары, на исходный компонент наносятся окислители.

Кроме того, в зависимости от состава сплава, который напылялся на поверхность катализатора, для проведения аффинажа можно применить смесь концентрированной азотной кислоты и 30-процентного раствора пероксида водорода.

В промышленных масштабах для извлечения платины используют специальную решетчатую сетку, на которую помещается деталь. На нее затем оказывают воздействие парообразного окислителя. Для этого сначала заготавливают раствор соляной кислоты, в которую помещается деталь, а затем ее доводят до кипения. По окончании этого процесса, в ходе которого пары многократно проходят через каналы и поры катализатора, последний подвергается промывке чистой водой.

Использование парообразного окислителя имеет несколько преимуществ в сравнении с жидкостными кислотами. Основное отличие между двумя приведенными выше подходами заключается в том, что газовая смесь обладает большей проникающей способностью. Поэтому она лучше «промывает» катализатор, затрагивая даже мелкодисперсные частицы.

Особенности добычи палладия

Для извлечения палладия из автомобильного катализатора можно применять техники, описанные выше. Но в таком случае полученный металл включает в себя множество примесей, что снижает его ценность. Наиболее действенным способом добычи палладия из автомобильных деталей считается электродуговое нагревание (гальванический метод).

Однако предпочтительнее использовать несколько иной подход. Он предполагает нагревание исходного компонента до 500 градусов с последующим фторированием. Эта технология позволяет получить металл с минимальным содержанием разнообразных примесей. Результатом данного процесса становится фтористый палладий, который необходимо остудить до 100 градусов. Для выделения чистого металла из раствора потребуется минеральная кислота.

Метод фторирования позволяет выделить практически весь палладий, что содержит в себе автомобильный катализатор.

Примеры выделения драгоценных металлов

Ниже приведены три примера, наглядно объясняющие процесс выделения драгоценных металлов из автомобильных компонентов.

Пример 1. В данном примере используется катализатор с автомобиля марки Volvo. Его сплав состоит из палладия (0,08% от общей массы компонентов) и родия (0,006%). Ввиду того что в исходной детали содержится углерод в относительно большом количестве, ее предварительно обжигают, в течение 45 минут оказывая воздействие при температуре в 540 градусов. Далее смешиваются между собой 230 мл воды и 46 мл концентрированной соляной кислоты. После этого в раствор добавляются 184 мл пироксида углерода, после чего его нагревают. Аффинаж проводится на протяжении 1 часа.

Пример 2. Для извлечения драгметаллов используется 1,2-киллорамовый катализатор, взятый с автомобиля марки Mercedes-Benz. В составе его сплава встречаются платина (0,12% от общей массы детали) и родий (0,008%).

Автокомпонент помещается во фторопластовый реактор. Далее он смачивается посредством 260 мл водного раствора соляной кислоты. После этого автокомпонет подвергается воздействию 70 мл данной кислоты, используемой в чистом виде.

Далее раствор доводится до кипения. В процессе нагрева в смесь добавляются 60 мл концентрированной азотной кислоты и 150 мл 30-процентного раствора пероксида водорода. Этот элемент вводится по частям. Аффинаж палладия занимает около 1,5 часа. По истечении указанного срока полученный раствор промывается водой (1 к 2) и осаждается.

Пример 3. В последнем примере применяется катализатор от автомобиля Honda. В составе сплава встречаются платина (0,04% от общего веса детали), палладий (0,06%), родий (0,007%) и церий (1,4%). Подход в данном случае используется тот же, что был приведен в предыдущем примере. Разница между техниками добычи наблюдается только на конечном этапе. Достигнув точки кипения, автокомпонент обрабатывается соляно-азотной кислотой и пероксидом водорода.

Применение выщелачивания позволяет получить из автокатализаторов относительно чистые драгоценные металлы, пригодные для повторного использования.

Катализатор автомобильный что это такое - Ведущий авто портал

Количество автомобилей на дорогах мира с каждым годом стремительно увеличивается. К сожалению, это не лучшим образом сказывается на экологическом состоянии планеты. В начале пятидесятых годов прошлого столетия инженеры впервые начали задумываться об устройстве, которое могло бы хоть как то минимизировать содержание вредных веществ в выхлопных газах. Этим устройством стал каталитический нейтрализатор (конвертер), или, попросту, катализатор.

История катализатора

Первый катализатор был придуман американским инженером Юджином Хоудри в 1953 году. Он действительно неплохо справлялся с очисткой выхлопных газов, однако высокое содержание свинца в американском бензине того времени не давало необходимого эффекта – выхлопы оставались токсичными. Потребовалось более двадцати лет, чтобы каталитический нейтрализатор стал действительно эффективным и превратился в обязательный элемент выхлопной системы авто.

Таблица: требования к максимальному содержанию в выхлопных газах вредных соединений, г/км

Бензиновые двигатели Дизельные двигатели
NOx CO CH Твердые частицы CH+NOx CO Твердые частицы
Евро II 0,5 2,2 0,5 — 0,9 1 0,1
Евро III 0,15 2,3 0,2 — 0,56 0,64 0,05
Евро IV 0,08 1 0,1 — 0,3 0,5 0,025
Евро V 0,06 1 0,075 0,005 0,25 0,5 0,005

Что представляет собой катализатор

Современный каталитический нейтрализатор – это элемент выхлопной системы, призванный снижать уровень токсичности отработанных газов путем восстановления оксидов азота и применения полученного при этом кислорода для сжигания угарного газа и углеводородов. Он может располагаться за приемной трубой глушителя, или же непосредственно на ней. В новых моделях автомобилей катализатор чаще всего находится в выпускном коллекторе. Это решение дает возможность для быстрого прогрева устройства, так как его эффективная работа возможна при температуре не ниже +3000С. Кроме того, такое положение позволяет облегчить его ремонт или замену.

Катализатор состоит из трех независимых компонентов, каждый из которых предназначен для нейтрализации отдельного вредного вещества. Его конструкция состоит из корпуса из нержавеющей стали, в котором расположена решетка в виде пчелиных сот. Соты могут быть выполнены из керамики или металла. Они покрыты специальным химическим веществом-катализатором (платина, родий, палладий, золото и др.). Керамические соты применяются чаще, так как эта конструкция гораздо дешевле металлической.

Что касается покрытия, то в нейтрализаторах используются два вида химических катализаторов: восстанавливающий и окислительный. Первый – это платина и родий, которые помогают уменьшить концентрацию оксидов азота. Молекула оксида азота или его двуокиси, соприкасаясь с молекулами катализатора, разделяется, отделяя атом азота, и выделяя кислород. Атом азота соединяется с другими такими же атомами, образуя чистый азот.

Окислительный катализатор предназначен для уменьшения количества несгоревшего топлива и углеводородов, находящихся в выхлопных газах при помощи платины и палладия. В результате реакции эти вредные вещества восстанавливаются в воду, углекислый газ и азот.

Для чего служат датчики кислорода

Концентрация вредных примесей в выхлопных газах во многом зависит от состава горючей смеси, а точнее от количества в ней топлива и воздуха. Стехиометрической называют смесь, где ее составляющие подобраны в таких пропорциях, чтобы она могла сгорать полностью. Обеспечить максимальную точность выбора этих пропорций призваны датчики кислорода. Их основная задача заключается в сборе информации о концентрации кислорода в выхлопных газах, и передачи ее на контроллер автомобиля. Современные автомобили оснащаются двумя кислородными датчиками, один из которых устанавливается сразу за выпускным коллектором перед катализатором, а другой – за ним. Именно второй датчик отвечает за количество кислорода, необходимого для эффективной работы окислительного катализатора. На основе данных, полученных с обоих датчиков, компьютер определяет оптимальную концентрацию смеси.

Особенности работы катализатора на дизельных двигателях

В дизельных двигателях эффективность работы катализатора несколько ниже, нежели в бензиновых. Обусловлено это тем, что у «дизелей» рабочая температура мотора ниже, вследствие чего катализатор меньше прогревается. Сегодня, когда дизельные моторы набирают популярность у автолюбителей, эта проблема практически решена. Инженеры придумали выход из ситуации, предложив использовать для обработки выхлопных газов карбамид (мочевину) до того, как они попадут в каталитический конвертер. Химическая реакция между мочевиной и оксидами азота существенно снижает концентрацию последних, нейтрализуя более 90 % из них.

Чего боится катализатор

Катализатор – устройство достаточно хрупкое и чувствительное. Если его рабочие элементы (соты) выполнены из керамики, попадание колеса на скорости в выбоину может стать причиной его разрушения. Также к выходу катализатора из строя могут привести:

  • резкий перепад температур (например, попадание воды из лужи на раскаленный корпус катализатора);
  • неисправности в системе зажигания (попадание несгоревшего топлива на соты катализатора);
  • использование некачественного топлива;
  • попадание в топливо охлаждающей жидкости, масла;
  • длительная работа двигателя на холостых оборотах (перегрев);
  • неисправность кислородных датчиков.

Альтернативные виды катализаторов

Исследования в области снижения концентрации вредных веществ в отработанных газах продолжаются, и ученые ищут все новые и новые способы решения проблем загрязнения окружающей среды. На сегодняшний день существует два вида катализаторов, представляющих альтернативу классической конструкции: химический и магнитострикционный.

Химические катализаторы (анамегаторы) – это, попросту, специальные присадки, добавляемые в топливо для улучшения процесса его сгорания и снижения детонации. Действие анамегатора имеет две стадии. На первой из них происходит холоднопламенное окисление, сопровождающееся образованием значительного количества перекисей при впуске топливной смеси в цилиндры и соприкосновения с горячими деталями. Вторая стадия – воспламенение (взрыв) смеси с более интенсивным выделением тепла.

Другими словами, химический катализатор заставляет молекулы углерода легче вступать в окислительную реакцию, в результате чего горение смеси происходит с большей энергоотдачей. Мощность двигателя при этом увеличивается, а расход топлива и количество несгоревших углеводородов в выхлопе снижается.

Магнитострикционный катализатор – это новшество, лежащее в основе экологической безопасности автомобилей будущего. История этого изобретения начинается в 70-х годах прошлого столетия, но на протяжении более 40 лет, оно так и не нашло широкого применения из-за низкой стабилизации процесса.

Суть магнитострикционного катализатора заключается в специальной обработке молекул углерода прямо в топливопроводе или перед форсунками (для дизельных двигателей), не изменяя химический состав топлива. Каждая обработанная молекула способна присоединить к себе больше молекул кислорода, что существенно отражается на энергоемкости воспламенения смеси.

Также посмотрите видео по теме:

Рассуждаем на тему — бизнес на автомобильных катализаторах

Освещая тему металлолома на нашем портале мы не могли обойти стороной автомобильные катализаторы. Ведь нередко в пункты приема металлолома поступают звонки с вопросами: «А вы катализаторы автомобильные покупаете?». Поэтому мы решили поделиться своими знаниями в этой области.

Немного теории

Основным предназначением автокатализаторов в транспортных средствах является минимизация вредных выбросов в окружающую среду. В последнее время тема сохранения экологии актуальна как никогда. А вредные выбросы, являющиеся итогом отработки машинного топлива, содержат очень токсичные газы, которые наносят существенный ущерб как экологии нашей планеты, так и всем живым организмам. Поэтому применение катализаторов считается очень полезным. Из чего состоит и как устроено это техническое оборудование?

Из чего состоит автомобильный катализатор

Конвертор или автокатализатор имеет цилиндрическую форму с круглым или эллиптическим сечением, он изготовлен из керамики или металла, а также химических материалов с применением металлов платиновой группы. Насыщенность автокатализатора ценными элементами таблицы Менделеева открывает большие возможности для создания прибыльного дела на отработанных и пришедших в негодность автокатализаторах.

Автокатализатор в разрезе

Из школьного курса химии всем известно, что катализаторами являются определенные вещества, которые способны вызывать какую-либо химическую реакцию или ускорять процесс, при этом не входя в конечный продукт. Таким образом получается, что металлы платиновой группы никуда не исчезают, а наоборот, проявляются на керамической или металлической поверхности в виде тонюсенького платинового слоя. Именно они и проводят доокисление:

  • углеводородов, которые имеют неприятный запах;
  • окисей азота, которые могут выпадать в виде кислотных осадков. Они так же, как и углеводороды, участвуют в образовании смога и способствуют возникновению у человека заболеваний дыхательных путей, являются первопричиной образования озоновых дыр;
  • угарного газа, который кроме ужасно неприятного запаха приводит к общему отравлению организма и может привести к летальному исходу. Это химическое соединение без цвета и запаха очень ядовито;
  • частиц сажи, имеющих канцерогенное действие.

Кроме всего сказанного, слой автокатализатора минимизирует образование частиц сажи, которые способствуют возникновению у человека онкологических заболеваний.

Как получают драгоценные металлы?

Есть несколько способов получить драгоценные металлы из катализатора — это аффинаж и гидрохлорирование, а также способы электрохимической обработки.

Аффинаж в утилизации катализаторов и добыче драгоценных металлов имеет такую же последовательность, как и при получения золота их микросхем. В емкость с концентрированной азотной кислотой помещаются части катализатора с содержанием платины — через несколько дней кислота растворит абсолютно всё, кроме драгоценных металлов.

Аффинаж в данном случае не очень подходит для этого бизнеса, т.к.к нужны промышленные масштабы

Гидрохлорирование, когда хлор воздействует на катализатор в диспергированном растворе или в водной среде, что также позволяет извлечь драгоценные металлы. Этот способ требует навыков и специального оборудования и больше подходит для промышленной добычи.

Электрохимическая обработка — это травление, оксидирование и т.д. Этот способ позволяет избавиться от таких металлов, как хром, олово, свинец, цинк и алюминий. Также относится к промышленным способам утилизации автомобильных катализаторов.

Сразу сделаем важное замечание, что утилизация автомобильных катализаторов и добыча из них драгоценных металлов — дело промышленников, т.к. чтобы при всех затратах на оборудование и материалы выйти «в плюс» нужно считать катализаторы тысячами, а то и десятками тысяч.

Существуют специальные приборы для измерения содержания платиноидов методом рентгено-флюоресцентного анализа.

Анализатор содержания металлов

Каковы реальные перспективы развития бизнеса на б/у катализаторах?

Сегодня в интернет-ресурсах достаточно часто можно встретить объявления о покупке пришедших в негодность автокатализаторов. Согласно последним данным статистик, в Европе спрос на б/у конверторы растет из года в год. И это неспроста. Такой бизнес очень быстро окупается.

Как было сказано ранее, катализаторы, особенно те, которые установлены в современных европейских автомобилях, насыщены драгоценными металлами. К примеру, автомобили китайских и японских товаропроизводителей содержат на 15% меньше платины, чем европейские. А конверторы отечественных транспортных средств содержат на 40% меньше родия, чем европейские. В автокатализаторах американских автомобилей также на 50% меньше драгоценных металлов, чем в европейских. Для тех, кто забыл европейские марки авто, напомним — это BMW, Audi, Citroen, Volkswagen, Mersedes-Benz и другие.

В последнее время спрос на платину значительно возрос, и он превышает предложение. Аффинаж драгоценных металлов из пришедших в негодность автокатализаторов становится все выгоднее.

Эксперты многих стран считают, что если государство примет активное участие и сформирует определенные условия для этого вида бизнеса, он в ближайшем будущем выйдет на первые позиции в сфере ресурсосбережения. А создание приемлемого инвестиционного климата позволит ввести в действие разработку энергоемких технологий, которые будут ориентированы на самое результативное извлечение вторичного сырья. И когда этот бизнес станет расширяться, он позволит увеличить переработку конверторов, что повлечет за собой создание других предприятий и увеличение количества рабочих мест.

Такие предприятия смогут также заниматься скупкой отработанных автокатализаторов у специализированных автосервисов и мастерских для последующей переработки. Здесь катализаторы будут вынуждены пройти весь необходимый цикл утилизации для последующего получения более полного списка драгоценных металлов.

Как дело обстоит в России?

Да, для отечественных предпринимателей такой бизнес является чем-то новым, предстоит решить множество задач для его внедрения, но его эффективность и прибыльность давно доказана, поскольку количество транспортных средств будет постоянно увеличиваться, а рынок автокатализаторов будет расти и расширяться. И только поддержка подобного проекта государством обеспечит постепенное внедрение новейших отечественных технологий, которые будут способствовать стабилизации экосистемы в разных уголках нашей необъятной страны.

Но надо реально смотреть на жизнь. Сегодня владельцы станций техобслуживания все чаще при обслуживании и замене автокатализаторов не упускают возможность получить прибыль и продают автолюбителям такие устройства. Стоит только набрать нужный номер фирмы и обсудить будущие условия сделки с руководством.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости