Katalizatorius yra nepastebimas, bet nepaprastai svarbus komponentas daugelyje cheminių procesų. Jis veikia kaip cheminės reakcijos pagreitintojas, leidžiantis jai vykti žymiai greičiau nei įprastai, tačiau pats katalizatorius proceso pabaigoje lieka nepakitęs. Tai reiškia, kad vietoje ilgo laukimo, kol reakcija baigsis, katalizatorius leidžia jai įvykti daug greičiau.
Cheminės reakcijos yra vieni iš galingiausių procesų, kuriuose vienas ar daugiau cheminių junginių susijungia ir sukuria visiškai kitokį rezultatą. Pavyzdžiui, sumaišius miltus, cukrų ir kiaušinius bei juos iškepus, gaunamas skanus pyragas. Taip pat cheminės reakcijos sujungia įvairias medžiagas kartu. Kai kuriais atvejais šios reakcijos gali būti labai lėtos arba visai negali įvykti, jei sąlygos nėra tinkamos. Tuomet prisireikia katalizatoriaus.
Katalizatoriai leidžia šioms reakcijoms vykti greičiau, kas yra labai svarbu daugeliui situacijų. Transformacija yra pereiga iš vienos būsenos į kitą. Pavyzdžiui, vandens užšalimas paverčia jį iš skysto į tvirtą ledą. Šios transformacijos labai priklauso nuo katalizatoriaus. Jie leidžia cheminėms medžiagoms reaguoti tarpusavyje ir susiformuoti naujoms kaip galima greičiau. Galimybė numatyti, kiek kas gausite iš savo veiksmų, yra labai naudinga daugelyje situacijų, įskaitant virtuvę, gamybos procesus ir net gamtoje!
Be katalizatorių dauguma procesų, kurie mums atrodo labai svarbūs, vyktų daug lėčiau arba visiškai nevyktų. Pavyzdžiui, automobilių varikliuose oro ir kuro mišinys susijungia ir sprogsta, todėl automobilis juda. Automobiliuose naudojami katalizatoriai, kad pritaikytų ir pagerintų šios reakcijos efektyvumą. Tai pokytis, nes tai daro automobilius efektyvesnius ir padeda sumažinti išmetamųjų dujų kiekį.
Pramonė naudoja chemines medžiagas gamindama daugelį produktų, kuriais kasdien naudojame - maistą, odą, elektroniką. Katalizatorius yra pagrindinis šiam pramoniniams procesams. Tai reiškia, kad tokios reakcijos vykdomos efektyviai ir per trumpiausią galimą laiką. Kai pramonė naudoja katalizatorius, ji gali pagaminti daugiau produktų per trumpesnį laiką. Ji taip pat gali sutaupyti energiją ir kitus išteklius, nes tai efektyviau visam pasauliui.
Katalizatoriai yra pirmoje eilėje, nes technologija veikia efektyviau ir vartoja mažiau energijos. Greitesnės reakcijos reiškia, kad mums reikia mažiau išteklių, kad kas nors įvyktų. Tai padeda sutaupyti pinigus ir yra geriau mūsų aplinkai. Taip katalizatoriai gali sumažinti kenksmingas išmetamas dujas iš transporto priemonių ir fabrikų, kurie kitaip prisidėtų prie užteršto oro. Katalizatoriai leidžia mums ieškoti efektyvesnių būdų gaminti daiktus, o tuo pačiu rūpintis planeta.
Kaip veikia automobilio katalizatorius?
Automobilio išmetimo sistemos pagrindinė paskirtis - šalinti visas liekanas, susidarančias degant degalams, ir pašalinti jų kenksmingumą iki tokio lygio, kad nekiltų pavojaus sveikatai. Būtent šiam tikslui naudojamas įtaisas, sumontuotas metaliniame cilindre po automobiliu - katalizatorius.
Pirmieji automobiliai su katalizatoriais Europos rinkoje atsirado 1986 metais. Įsigaliojus teršalų išmetimo standartams „Euro“ (nuo 1993 m.), katalizatorių naudojimas tapo privalomas. Automobiliams be katalizatoriaus nebuvo išduodamas ES tipo patvirtinimo sertifikatas ir jų nebuvo galima parduoti ES teritorijoje.
Kas sudaro automobilio katalizatorių?
Katalizatorių sudaro keturi pagrindiniai elementai:
- Korpusas - pailgas metalinis bakelis, dažniausiai cilindro formos, su termoizoliacija. Prie jo pritvirtinamas išmetimo vamzdis, surenkantis išmetamąsias dujas. Iš katalizatoriaus išeina kitas vamzdis, kuriuo išvalytos dujos patenka į duslintuvą.
- Karkasas - vidinis korio pavidalo pagrindo blokas, sudarytas iš tūkstančių kanalų, per kuriuos pereina išmetamosios dujos. Gaminamas iš metalo arba iš keramikos.
- Tarpinis sluoksnis - porėtas ir dengia visą karkaso kanalų paviršių. Jo paskirtis - sudaryti geras sąlygas kitam sluoksniui.
- Aktyvusis katalitinis sluoksnis - pagamintas iš medžiagų, kurios chemiškai reaguoja su kenksmingomis išmetamųjų dujų sudedamosiomis dalimis ir pašalina jų kenksmingumą. Tai brangiausia ir svarbiausia katalizatoriaus dalis, sudaryta iš retų ir brangių cheminių elementų, tokių kaip platina, rodis ir paladis.
Katalizatoriai, naudojami benzininiuose ir dyzeliniuose automobiliuose, skiriasi aktyviojo sluoksnio sandara. Oksidaciniai katalizatoriai mažina dyzelinių variklių išmetamosiose dujose anglies oksidų, angliavandenilių bei kietųjų dalelių kiekį. Trijų funkcijų (trijų kanalų) katalizatoriai benzininiuose automobiliuose neutralizuoja anglies oksidus ir angliavandenilius bei sumažina azoto oksidų kiekį.
Kaip vyksta katalizės procesas automobilyje?
Įjungus automobilio variklį, į katalizatorių patenka išmetamosios dujos. Katalizatorius turi įkaisti bent iki 300 °C, nes tik tada jame gali vykti katalizinės reakcijos. Katalizatorius veikia optimaliai, kai jo įdėklo temperatūra 400-800 °C.
Prieš katalizatorių ir iškart po jo sumontuoti deguonies jutikliai, analizuojantys oro santykį išmetamosiose dujose. Jutikliai perduoda signalą į variklio darbą valdantį kompiuterį. Jei oro santykis išmetamosiose dujose yra per aukštas, vadinasi, variklis dirba su liesu mišiniu, todėl kompiuteris padidina įpurškiamų degalų kiekį. Ir atvirkščiai - jei deguonies kiekis mišinyje per mažas, degalų kiekis sumažinamas.
Kartu su degalų mišinio pokyčiais katalizatoriuje vyksta teršalų mažinimo ir oksidacijos procesai, kuriems reikalingas deguonis. Vykstant mažinimo procesams, mažėja nuodingų azoto oksidų kiekis, vykstant oksidacijos procesams - mažėja anglies oksidų (paverčiami anglies dioksidu) ir angliavandenilių (HC) (paverčiami garais ir anglies dioksidu) kiekis. Mažinimo ir oksidacijos procesai vyksta pakaitomis ir dėl jų padidėja katalizatoriaus našumas - net iki 98 %.
Pavyzdžiui, anglies oksido kiekis gali sumažėti nuo 1 % iki 0,1 %, o angliavandenių (HC) nuo 100 ppm iki 20 ppm.
Kaip veikia išmetamųjų dujų katalizatorius?
Įsigaliojus naujiems griežtiems teršalų išmetimo standartams, vien katalizatorių dyzelinių variklių išmetamoms dujoms valyti nebepakako. Papildomai pradėti naudoti DPF ir FAP kietųjų dalelių filtrai bei atrankiosios katalizinės redukcijos (SCR) sistemos. Be to, automobiliuose su benzininiais ir dyzeliniais varikliais būtinai naudojamos išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) sistemos, mažinančios azoto oksidų kiekį.
Katalizatorių tipai
Šiuo metu naudojami automobilių katalizatoriai skiriasi medžiaga, iš kurios jie pagaminti. Yra dvi jų rūšys: su metaliniu arba su keraminiu kataliziniu bloku. Katalizatoriai su metaliniu bloku įkaista ir darbinę temperatūrą pasiekia greičiau nei keraminiai, todėl išmetamąsias dujas išvalo greičiau. Be to, metalinis katalizatoriaus blokas yra atsparesnis mechaniniams pažeidimams ir temperatūriniams šokams.
Paprasčiausios katalizatorių rūšys yra redukciniai ir oksidaciniai katalizatoriai. Pirmieji tik mažina azoto oksidų kiekį išmetamosiose dujose, o antrieji tik mažina anglies oksido ir angliavandenilių kiekį. Šiuo metu tokie katalizatoriai jau nenaudojami po vieną. Jie įeina į trijų funkcijų, vadinamųjų trikanalių, katalizatorių sudėtį ir montuojami tik su benzininiais varikliais. Trijų funkcijų katalizatoriai (Three Way Catalyst, TWC) redukuoja azoto oksidus ir tuo pat metu oksiduoja angliavandenilius ir anglies oksidą.
Su dyzeliniais varikliais naudojami oksidaciniai katalizatoriai, kurie tik oksiduoja angliavandenilius ir anglies oksidą. Azoto oksidų redukcijai dažnai naudojami papildomi katalizatoriai su šlapalo tirpalu.
Katalizatoriaus gedimo požymiai ir priežastys
Automobilio katalizatorius veikia labai sunkiomis sąlygomis: jį veikia vibracijos, didelės terminės apkrovos, mechaniniai pažeidimai ir korozija. Aktyvusis katalitinis sluoksnis eksploatuojant automobilį sensta ir gali atlaikyti apie 180-200 tūkst. km važiavimo.
Yra nemažai veiksnių, galinčių žymiai sutrumpinti katalizatoriaus tarnavimo laiką:
- Įvažiavimas į gilią balą: staigus įkaitusio katalizatoriaus atvėsimas gali jį pažeisti.
- Degimo sistemos gedimai: nesudegusių degalų likučiai patenka į katalizatorių ir jį pažeidžia.
- Netinkamai nustatytas uždegimo kampas: per daug vėluojantis uždegimas gali sukelti per didelę temperatūrą katalizatoriuje.
- Variklio susidėvėjimas: į katalizatorių patenka sudegusios variklinės alyvos dalelės.
Pagrindiniai katalizatoriaus gedimo požymiai:
- Variklio „dusimas“ arba trūkčiojimas.
- Variklio galios sumažėjimas.
- Galimas degalų sąnaudų padidėjimas.
- Diagnostiniame prietaise nustatyta klaida PO420 (žemas katalizatoriaus našumas).
Katalizatoriaus keitimas ir kaina
Pažeisto automobilio katalizatoriaus remontas gali būti brangus. Vairuotojai turi kelias galimybes:
- Pašalinti katalizatorių: Tai draudžiama teisės aktais. Automobilis be katalizatoriaus neatitinka teršalų išmetimo standartų reikalavimų ir nebus išduotas leidimas dalyvauti eisme. Vietoj katalizatorių dažnai montuojami vadinamieji rezonatoriai, tačiau būtina perprogramuoti automobilio kompiuterį.
- Keisti katalizatorių nauju: Tai brangiausias, bet patikimiausias ir ilgalaikis pasirinkimas. Kaina priklauso nuo automobilio modelio ir variklio versijos. Pigiausi yra universalūs katalizatoriai, kainuojantys nuo 150 EUR.
- Keisti katalizatorių naudotu: Tai rizikingiausias būdas, nes nežinoma, kokios būklės yra naudotas katalizatorius.
Senąjį išimtą katalizatorių galima parduoti, nes juose yra tauriųjų metalų - platinos, rodžio, paladžio.
tags: #kaip #katalizatorius #veikia #reakcijs #greiti