کاتالیست

تاریخچه :

یکی از چالشهای مهم انسان امروز که سلامت او را در مخاطره قرار داده است آلودگی هوا میباشد. براساس اطلاعات اماری دقیق یکی از عوامل اصلی آلوده کننده هوا گازهای خروجی از خودرو ها می باشد که حدود 90 درصد آلودگی هوا را به خود اختصاص داده است که علت اصلی آن احتراق ناقص در موتور خودرها میباشد . همین موضوع سبب گردید تا در سال 1970دولت امریکا  پس از بررسی گزارش منتشر شده از سوی آژانس کنترل آلودگی هوا در کالفرنیا  قوانین سختگیرانه ایی را مبنی بر کنترل وضعیت آلودگی هوا و کاهش آن  وضع نماید و در سال 1975 نصب کاتالیست بر روری کلیه خودروها در این کشور اجباری گردید وازسال 1993 استفاده از این قطعه بر تولیدات کشورهای اروپایی نیز مد نظر قرارگرفت .  
در ایران استفاده از این قطعه برای خودرو های ساخت داخل از نیمه دوم سال 1381 از سوی سازمان حفاظت مخیط زیست اجباری شده است و بر اساس طرخ جامع کاهش آلودگی هوا ، آزمون صحت کاتالیست در معاینات فنی خودروها به منظور صدور برگه و برچسب معاینه فنی از ابتدای سال 1391 اجباری می باشد .

مبدل کاتالیست (کاتالیزور ) خودر و :

مبدل کاتالیست وسیله ایی است که به کمک آن 90 درصد گازهای سمی حاصل  از  احتراق ناقص طی فرایند های زیر کاهش می یابند . این قطعه عموما پس از منیفولد و نزدیک به مونور نصب می گردد .

گازهای  سمی و بسیار آلاینده  ناشی از احتراق ناقص خودرو  :

1. مونوکسید کربن CO
2. هیدرو کربنهای نسوخته HC
3. اکسیدهای نیتروژن NOx

گازهای خروجی از  کاتالیست :

1- دی اکسید کربن CO2
2-بخار آب H2O
3-نیتروزن N2


اجزا ء مبدل کاتالیستی :

یک مبدل کاتالیستی از 5 قسمت تشکیل شده است .

1- هسته  Substrate  

قسمت اصلی یک مبدل کاتالیست را تشکیل می دهد . که ازجنس سرامیک یا فولاد ضد زنگ می باشد که معمولا به شکل کندوی عسل می باشند و نوع سرامیکی آن امروزه بدلیل پوشش دهی آسانتر ، بالاتر و همچنین قیمت پایین تر بیشتررایج بوده و هم اکنون 85 درصد کل تولیدات مبدل کاتالیستی از جنس سرامیک می باشد.
ماده اصلی تشکیل دهنده هسته سرامیکی کوردیرایت می باشد و عموما در شکل های هندسی استوانه ایی گرد Round ، بیضی Oval  ، گوشه دار Race Track.

تفاوت هسته کوت شده و خام :

شکل ظاهری
       همانطور که در شکل زیر مشخص است هسته کوت شده کاملا تیره رنگ بوده و سطح آن به کبودی می زند .

  

مواد
       هسته های کوت شده با فلزات گرانبها پوشش داده شده است که تشخیص آن تنها در آزمایشگاه های معتبر قابل انجام است .

2 - لایه روکش Washcoat 

ترکیبی از سیلیکون و آلومینیوم می باشد که مساحت لازم را برای چسبیدن و جذب فلزات گرانبها به هسته را فراهم می سازد .

3 – کاتالیست

روکش با لایه ایی از فلزات گرانبها می باشد که شامل پلاتین ، پالادیوم و رودیوم می باشد که پلاتین یا پالادیوم اکسیداسیون هیدروکربن ها یا مونوکسید کربن را تسریع کرده و رودیوم اکسید های نیتروژن را کاهش می دهد . امروزه از عنصر پلاتین به علت گران قیمت بودن کمتر استفاده می گردد و جایگزین آن از پالادیوم بیشتری استفاده می شود .
این فلزات مثل تمامی کاتالیزر ها فعل و انفعالات را تسریع کرده ولی خودشان مصرف نمی شوند .

4 - عایق حرارتی و مکانیکی Mat Insulator

یک نوع عایق حرارتی و مکانیکی می باشد که بین هسته و پوسته قرار می گیرد و از هسته در برابر ارتعاشات مکانیکی و اتلاف حرارتی محافظت می کند که از ذرات طلایی رنگ و رموکلاید تشکیل شده است .

5 - پوسته Can

پوسته از فولاد با کیفیت بالا و ضد زنگ و مقاوم نسبت به خوردگی استفاده می شود و تمام اجزای کاتالیست درون آن قرار میگیرد .

انواع  مبدل های کاتالیست ها :

1 -  کاتالیست های دو منظوره Two Way :

استفاده از این نوع کاتالیست در گذشته و تا اواخر سال 1981 خصوصا برای ماشین های سنگین و خصوصا ماشین های دیزلی بسیارمرسوم بوده که در آینده جای خود را به کاتالیست های سه منظوره داده است .

کاتالیست های دو منظوره جهت فرایند اکسیداسیون ، مونوکسید کربن و همچنین هیدروکربن ها عملکرد مناسبی دارند و به شکل زیر واکنش می دهند :

2CO + O2 → 2CO2

CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O

2 -  کاتالیست های سه منظوره Three Way  :

کاتالیست های سه منظوره همانطور که از نامشان مشخص می باشد در سه واکنش شرکت می کنند که این سه واکنش شامل واکنش اکسایش و کاهش است (Oxidation-Reduction)    که اضافه بر دو واکنش قبلی اکسید نیتروژن را تبدیل به نیتروژن و اکسیژن می نماید .

  2NOx → xO2 + N2
2CO + O2 → 2CO2
CxH2x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)H2O

همه واکنش های بالا نیازمند دمای بالا در سطح واکنش می باشند که بعد از استارت ماشین گرمای احتراق به کاتالیست انتقال می یابد .

در شکل زیر کلیه اجزاء کاتالیست به همراه روش عملکرد آن آورده شده است

محل مونتاژ کاتالیست :

1 - زیر خودرو بین منیفولد و منبع اگزوز : Under Body  که عموما از کاتالیست های بیضی  و یا گوشه دار استفاده می شود .

2 - نزدیک به موتور و پس از منیفولد نصب می گردد Close Coupled : که در این حالت از کاتالیست های گرد استفاده می شود و انتقال حرارت مناسبتر صورت می گیرد .

عمر مفید و مسمومیت های کاتالیست :

طول عمر مفید کاتالیست در کشور ما بین 50000تا 60000 کیلومتر برآورد شده است و این قطعه پس از 80000 کیلومتر پر شده و کارایی خودرا ازدست می دهد. و باعث فشار بیش از حد به موتور خودرو و افزایش مصرف سوخت می گردد.
نتیجه می توان گرفت که عموما دوره تناوب تعویض این قطعه هر چهار سال می باشد . که عمر مفید آن بدلیل انسداد منافذ اسفنجی و یا پوشیده شدن سطح موثر آن به پایانمی رسد  و در این مرحله این قطعه قادر به کاهش آلاینده های خروجی از اگزوز نخواهد بود. حرارت بالا ، سمی شدن بوسیله مواد خروجی موتور و ضربه های مکانیکی خارجی ، باعث چسبندگی و انسداد منافذ و سطوح کاتالیست ها و در نتیجه کاهش راندمان واثرگذاری آنهای می شود . علاوه بر این ، بدسوزی موتور به دلیل خرابی شمع ها ، وایرها و انژکتورها نیز می تواند سوخت را وارد این قطعه نموده و عمر آن را کاهش دهد .

      

جداول مربوط به ترکیبات استاندارد سوخت :

  



کلیه حقوق مادی و معنوی این سایت متعلق به شرکت صنعت آفرین ماهان می باشد .