Convertorul catalitic

Convertorul catalitic este un dispozitiv utilizat pentru a reduce toxicitatea emisiilor provenite de la un motoarele cu ardere interna. Folosit pe scara larga pentru prima oara in productia de serie de Automobile pe piata americana, in anul 1975 model pentru a se conforma cu înasprirea reglementarilor EPA, cu privire la evacuare auto, convertoare catalitice sunt înca cel mai frecvent utilizate în sistemele de evacuare ale autovehiculelor. Un convertor catalitic ofera un mediu pentru o reactie chimica toxica combustie de unde produsele sunt convertite în mai putin de substante toxice.

Convertorul catalitic a fost inventat de Eugene Houdry, un inginer mecanic francez care a trăit în Statele Unite. In jurul anului 1950, atunci carnd rezultatele studiilor preliminare asupra smogului din Los Angeles au fost publicate, Houdry a devenit ingrijorat in privinta rolului pe care il are sistemul de evacuare al automobilelor asupra poluarii aerului şi a fondat o companie specială, Oxy-Catalyst, pentru a dezvolta convertoare catalitice, pentru motoarele pe benzină - o idee foarte inovativa pentru pe care a si patentat-o . Problema catalizatoarelor timpurii era ca bezina utilizata continea tetraetil de plumb, un compus antidetonant puternic care din pacate aproape anula efectul catalizatoarelor si le distrugea.

Convertorul catalitic este format din mai multe componente:
1. Nucleul sau miezul. Nucleul este adesea un fagure ceramic în convertoarele catalitice moderne, dar sunt utilizati si faguri din oţel inoxidabil, de asemenea. Fagurele creşte cantitatea de suprafaţă disponibila pentru a sprijini catalizatorul, şi, prin urmare, este adesea numit un suport de "catalizator".
2. Strat auxiliar. Stratul auxiliar este utilizat pentru a face convertoare mai eficiente, de multe ori ca un amestec de siliciu şi alumină. Stratul, atunci când este adăugat nucleului, formează o suprafata neregulate, dura, care are o arie mult mai mare decât suprafaţa de bază plana, care apoi permite existenta a mult mai multor locuri pentru depunerea substantelor catalizatoare.
3. Catalizatorul în sine este cel mai adesea un metal preţios. Platinum este catalizatorul cel mai activ şi este utilizat pe scară largă. Acesta nu este potrivit pentru toate aplicaţiile, din cauza unor reacţii nedorite suplimentare şi / sau a costurilor. Paladiu si rodiu sunt două de alte metale preţioase utilizate. Platină şi rodiu sunt folosite ca un catalizator de reducere, în timp ce platină şi paladiu sunt folosite ca un catalizator de oxidare. Ceriul, fierul, manganul şi nichelul sunt deasemenea folosite, cu toate că fiecare are propriile sale limitări. De exemplu, nichelul nu este legal pentru a fi utilizat în cadrul Uniunii Europene (din cauza reacţiei cu monoxidul de carbon),in timp ce de cupru pot fi folosit, dar utilizarea sa este ilegală în America de Nord ca urmare a formării de dioxină.

Tipurile

Two-way (2 cai)

Convertorul catalitic pe doua cai are două sarcini simultane:
1. Oxidarea monoxidului de carbon ce se transforma in dioxid de carbon:
   2CO + O2 → 2CO2
   
2. Oxidarea hidrocarburilor nearse (combustibil nears sau partial nears) ce se transforma in dioxid de carbon şi apă:
   CxH2x +2 + 2xO2 → xCO2 + 2xH2O (o reacţie de ardere)
   

Acest tip de convertizor catalitic este utilizat pe scară largă la motoarele diesel pentru a reduce emisiile de hidrocarburi şi monoxid de carbon. Ele au fost, de asemenea, folosite la motoarele cu aprindere prin scânteie de pe piata de automobile din SUA, in anii 1980, atunci când incapacitatea catalizatoarelor pe doua cai de a controla NOx a dus la dezvoltarea convertoarelor catalitice pe trei cai.

Three-way (3 cai)

Începând cu 1981, convertoarele catalitice pe 3 cai au fost folosite în sistemele de control al emisiilor autovehiculelor în America de Nord, Europa si Asia. Convertor catalitic pe 3 cai are 3 sarcini de trei simultane:

1. Reducerea de oxizilor de azot ce se transforma in azot şi oxigen:
   2NOx → xO2 + N2
   
2. Oxidarea de monoxid de carbon ce se transforma in dioxid de carbon:
   2CO + O2 → 2CO2
   
3. Oxidarea hidrocarburilor nearse (combustibil nears sau partial nears) ce se transforma in dioxid de carbon şi apă:
   CxH2x +2 + 2xO2 → xCO2 + 2xH2O
   

Aceste trei reacţii se produc cel mai eficient atunci când catalizatorul primeşte gaze de evacuare de la un motor care rulează uşor deasupra punctului stoichiometric. Acest este între 14.6 şi 14.8 parti de masa de aer raportate la 1 parte masa de combustibil, pentru benzină. Raportul pentru GPL, gaze naturale şi etanol este puţin diferit, sistemele necesitand setări de combustibil speciale atunci când se utilizează aceşti carburanţi. În general, motoarele echipate cu convertoare catalitice pe 3 cai sunt echipate cu un sistem de injectie de combustibil computerizat cu feedback in bucla inchisa care utilizează unul sau mai mulţi senzori de oxigen. În apropierea benzii inguste ce delimiteaza raportul stoechiometric intre aer si combustibil, rata de conversie a celor trei compusi poluanţi este aproape completă. Cu toate acestea, in afara acestei benzi, eficienţa conversiie scade foarte rapid. Atunci când in sistem există mai mult oxigen decât necesar, atunci sistemul functioneaza cu amestec sarac si este în stare de oxidare. În acest caz, cele două reactii de oxidare (de oxidare a CO şi a hidrocarburilor) sunt favorizate, în detrimentul reacţiei de reducere. Atunci când in sistem există mai mult combustibil decât necesar, atunci sistemul functioneaza cu amestec bogat, iar cele două reactii de oxidare (de oxidare a CO şi a hidrocarburilor) sunt trecute in plan secundar , favorizandu-se reacţia de reducere.