Составление различных катализаторов и оценка изменения их эффективности в процессе работы

C_nH_m + (m + -JL) 0₂ - mCO₂ + -|- H₂0;

а также восстановление окиси азота продуктами неполного сгора­ния топлива, главным образом окисью углерода 2NO + 2СО -> N₂ + 2СО₂.

Кроме того, между компонентами ОГ и кислородом может про­текать целый ряд .побочных реакций, в частности

СО + Н₂О 5t СО₂ + Н₂;

5/2Н₂ + NO :£ NH₃ + Н₂0;

NH₃ + 5/4О₂ ^ NO + 3/2Н₂О;

H₂ + NO^ H₂O+1/2N₂;

Н₂ + l/2O_a 5S Н₂О

и некоторые другие.

Термодинамический расчет показывает, что при температурах до 1000° С реакции протекают в направлении формирования неток­сичных соединений, что сопровождается большим изменением сво­бодной энергии [52].

Однако при относительно невысоких температурах в выпускном тракте ДВС (300—800° С) скорость этих процессов невелика, и за время пребывания в системе выпуска состав газов изменяется не­значительно. Для 'ускорения протекающих реакций используют катализаторы, которыми являются вещества, способные увеличи­вать скорость реакции, (Приводящей к получению желаемого про­дукта 125]. При этом количество вещества катализатора остается неизменным.

Наиболее важные   параметры   любого   катализатора — актив­ность и    селективность.    Активность — способность    катализатора инициировать тот или иной химический процесс. Она обычно ха­рактеризуется степенью превращения   реагирующих    компонентов (реактантов) при определенной температуре:

■П = Ас/с₀.

Для составления различных катализаторов и оценки изменения их эффективности в процессе работы обычно используют зависи­мость между степенью превращения и температурой (рис. 1) или температурой Т_х, при которой достигается заданная степень пре­вращения. Чем больше кривая x_T = f(T) сдвинута влево, тем эф­фективнее протекают каталитические процессы на режимах, ха­рактеризуемых низкой температурой отработавших газов. К таким режимам относятся режимы работы при прогреве двигателя и на холостом ходу. Обычно на этих режимах отработавшие газы ха­рактеризуются повышенной концентрацией окиси углерода и угле­водородов.

Целесообразно отдельно рассмотреть такой параметр  катали­тического процесса, как объемная скорость,    которая   определяет

Рис.  1. Степень превращения реагентов на поверхности катализатора в зависи­мости от температуры реакции

Рис. 2.  Степень превращения окиси углерода, углеводородов  и      водорода на поверхности катализатора в зависимости от температуры реакции:

Л — катализаторы   окисного   типа;     б — катализаторы   на   благородных   металлах*      / — СО" 2-С₂Н,;   3 — Н₂;   4 - С₃Н₆;   5 — С,Н₁₀;   6 - С₂Н₆;   7 — С₃Н_в;   в — СН,

удельную газовую нагрузку на катализатор и представляет собой отношение приведенного к нормальным условиям объема газовой смеси, прошедшей через катализатор за 1 ч, к насыпному объему катализатора. Иногда вместо объемной скорости используют вре­мя пребывания, т. е. время прохождения через катализатор объ­ема газов, равного объему катализатора,

т = 3600/V.

Чем меньше время пребывания, тем большее количество газа по объему может быть обработано на катализаторе в единицу вре­мени.

Термин селективность характеризует способность катализатора из нескольких возможных реакций ускорять те, которые ведут к достижению желаемого результата. В рассматриваемом случае под понятием селективность подразумевается активирование толь­ко тех реакций между компонентами отработавших газов и кис­лородом, в результате которых получают нетоксичные соединения.

Механизм каталитического окисления окиси углерода и угле­водородов на катализаторах сложен i[4, 25]. В основе процессов, протекающих на катализаторах, лежат процессы автоматизации и ионизации кислорода, после чего его способность химически взаи­модействовать с окисью углерода и углеводородами резко возра­стает.

Важным критерием, определяющим скорость окисления, являет­ся также энергия межатомной связи. Чем она ниже, тем при бо­лее низких температурах достигается заданная степень "превраще-