Влияние размера гранул на степень превращения СО платиновых ка­тализаторов

Рис.  33.  Влияние  размера  гранул  на  степень  превращения  СО  платиновых  ка­тализаторов    (У=14 200 ч~';    состав    газового    потока:    СО  1%, СзНб 0,025%,

О₂ 2,0%, Н₂О  10%, N₂—остальное): 1 и 2 — диаметр гранул соответственно 1,5 и 3.2 мм

Рис. 34. Монолитные  (блочные)  носители

Важным фактором, от которого зависит эффективность очист­ки отработавших газов ДВС, является диаметр гранул носителя, который обычно равен 2—5 мм. На рис. 33 показано влияние диа­метра гранул на степень превращения СО на платиновых катали­заторах [40]. Следует, однако, учитывать, что с уменьшением диа­метра яри одинаковом объеме катализатора повышается газоди­намическое сопротивление каталитического слоя.

Монолитные или блочные носители (рис. 34) представляют со­бой компактное тело, пронизанное большим числом ориентирован­ных параллельно потоку сквозных каналов. Сечение каналов обыч­но треугольной, реже прямоугольной или круглой формы. Гидрав­лический диаметр канала (диаметр круга, равного по площади проходному сечению канала) должен быть близок к 1—2 мм. Для успешной реализации каталитического процесса на блоках с боль­шим гидравлическим диаметром канала необходимо значительно увеличивать длину блока. Блоки, гидравлический диаметр кото-, рых меньше 1 мм, имеют высокое газодинамическое сопротивле­ние. В лучших образцах блочных носителей общее проходное се­чение составляет не менее 65—70% общей площади сечения бло­ка, а толщина стенок между соседними каналами 0,1—0,3 мм.

Блочная структура носителя дает возможность существенно снизить газодинамическое сопротивление катализатора, исклю­чить перемещения каталитического слоя внутри нейтрализатора и более рационально использовать активную поверхность. Кроме того, поскольку масса блочного носителя, как правило, значитель­но меньше массы гранулированного носителя при эквивалентной эффективности каталитической очистки, при его применении быст­рее нагревается нейтрализатор и улучшается    теплообмен в нем.

Блочные носители изготовляют из разнообразных материалов, преимущественно тугоплавких окислов и их смесей (кордиерита, окиси алюминия, муллита и др.). В последнее время предлага­ется использовать для их изготовления такие соединения, как карбид и нитрид кремния, карбид бора и т. д. Интерес к этим соединениям объясняется их высокими теплопроводностью и проч­ностью. Как правило, основной материал блочных носителей имеет относительно невысокую активную поверхность (до 0,5 м²/г), в результате чего при прямом нанесении активного элемента не уда­ется получить требуемой дисперсности и, как следствие, высокой активности катализатора. Для увеличения активной поверхности на внутренние каналы наносят тонкий (10 м) слой окиси алюми­ния; при этом активная поверхность возрастает до 8—10 м²/г.

Отдельного внимания заслуживают металлические носители, которые в зависимости от формы могут быть отнесены к блочному или гранулированному носителю [20]. Их преимущества стано­вятся очевидными в высокотеплонапряженных условиях, когда вследствие высокой теплопроводности металлических материалов удается существенно снизить местные перегревы и добиться бы­строго прогрева катализатора. Металлические носители техноло­гичны, им легко можно придать удобную конструктивную форму. Их применяют в виде сеток, профилированных пластин, прово­лочных набивок, спиралей, пористых шариков и т. д. В некото­рых случаях металл носителя может быть каталитически актив­ным по отношению к основным реакциям нейтрализации отрабо­тавших газов. Основными недостатками металлических носителей являются меньшая по сравнению с окислами жаростойкость в про­дуктах сгорания и небольшая поверхность, что вынуждает созда­вать защитные высокопористые покрытия.

Несмотря на достаточно большой объем исследований в обла­сти металлических носителей и катализаторов, практически при­меняются пока лишь медно-никелевые сплавы типа монель, выпу­скаемые фирмой Гулд (Gould) и медно-цикель-хромовые сплавы типа инконель фирмы Квестор (Questor) [32], которые предназ­начены для нейтрализации окислов азота. Блочные носители, ко­торые серийно выпускаются за рубежом, например, фирмами Грейс (Grace), Америкэн Лава (American Lava), Корнинг (Cor­ning)  Гласе  (Glass), постепенно вытесняют гранулированные.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КАТАЛИЗАТОРОВ  В СИСТЕМАХ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Условия работы катализаторов в системе очистки отработав­ших газов автомобильных ДВС существенно отличаются от ре­жимов эксплуатации большинства промышленных катализаторов. Эти отличия связаны прежде всего с нестационарностью парамет­ров газового потока, обрабатываемого на катализаторе. Катали­заторы, применяемые в системах нейтрализации, должны быть эф­фективны при длительной эксплуатации в широком диапазоне тем­ператур,  концентрации  и расходов  газового потока.  Так,  в  про-