Изменение пористой структуры в процессе эксплуатации катализатора

Рис. 35.  Изменение пористой структуры в процессе эксплуатации катализатора;-1 — неработающий   катализатор;   2 — катализатор   после   эксплуатации

Рис. 36. Влияние температуры термообработки на температуру 75%-ного прев­ращения окиси углерода  (У=30 000 ч~^!, состав газового потока: СО 0,3%   (по объему), воздух — остальное):

1 — катализатор  МпОг и 0,05%   Pd;   2 — катализатор  ШПК-2;   3—катализатор  ЮОП;  4 — ка­тализатор ШПК-0,5

цессе эксплуатации температура на поверхности катализатора при работающем двигателе может изменяться от 150—200° С (режимы холостого хода и малых нагрузок) до 900—1100° С (режимы мак­симальных нагрузок, эксплуатация двигателя с неисправной топ-ливног. аппаратурой или системой зажигания), концентрация наи­более токсичного из нормируемых компонентов — окиси углеро­да может достигать 10—12% по объему, а объемные скорости при существующих конструкциях нейтрализаторов 30 000—200 000 ч~'. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к системам ней­трализации, катализатор должен работать в указанных условиях в течение 2000 моточасов, что соответствует пробегу легкового ав­томобиля 80 000 км.

Факторы, от которых зависит долговечность катализатора, мо­гут быть условно разбиты на три группы: механические, термиче­ские, химические. Роль механических факторов может быть, как об этом упоминалось выше, в значительной мере уменьшена пу­тем выбора рациональной конструкции реактора, плотной упаков­ки катализатора и систематическим контролем полноты заполне­ния каталитического узла или качества закрепления блока в нейт­рализаторе.

Следует отметить, что наиболее опасными для катализатора являются низкочастотные (10—50 Гц) вибрации, эффект которых значительно усиливается при появлении свободного объема в ка­талитическом слое.

Длительное воздействие высоких температур является одним из наиболее существенных факторов, определяющих продолжи­тельность эффективной работы катализатора. Высокотемператур­ная обработка сопровождается изменением важных в отношении работоспособности катализатора физико-химических характери­стик активного компонента и носителя.

Одним из наиболее важных последствий высокотемпературной обработки является изменение поверхности и пористой структуры катализатора. При термообработке заметно уменьшается поверх-лость активного компонента и носителя. В табл. 4 приведены дан-

Таблиц   4

Изменение поверхности носителя   и активного компонента при термообработке и длительной эксплуатации катализаторов

ные об изменении поверхности носителя ШН-2 (А1₂Оз) и поверх­ности платины и палладия в отечественных катализаторах ШПК-0,5, ШПК-2 и ШПАК-0,5 при длительном нагреве и про­должительной эксплуатации катализаторов в системах нейтрали­зации.

Значительно изменяется и пористая структура катализатора при длительном высокотемпературном нагреве. В результате спе­кания высокоактивного материала носителя несколько уменьша­ется общая пористость, а также возрастает средний радиус пор (рис. 35), исчисляемый обычно в ангстремах. Следствием спека­ния является и уменьшение линейных размеров катализатора, ко­торое в зависимости от вида носителя и условий термообработки может достигать 3—10%. Практически это может проявиться в об­разовании свободных объемов в каталитическом реакторе и, как следствие, в повышении истираемости катализатора.

Длительная термообработка может существенно изменить и фазовый состав носителя. В частности, длительный нагрев носи­телей, сформированных из низкотемпературных форм окиси алю­миния (% и у), приводит к появлению термодинамически более ста­бильных фаз 6 и а. Вследствие фазовых переходов снижается ме­ханическая прочность катализатора, так как появляются струк­турные дефекты и трещины в объеме носителя.

Изменение указанных выше характеристик в процессе длитель­ного нагрева ухудшает основной показатель эффективности очист­ки отработавших газов — активность катализатора. На рис. 36 представлены температуры 75%-ного превращения окиси углерода на платиновых (ШПК-2, ИОР), палладиевых  (ШПК-0,5)  и окис-