فصل دوم: واکنشگرهاي شيميايي

واکنشگرهاي شيميايي Catalytic Converter واكنشگر شيميايي يك محفظه با حجم معيني است كه بعد از چند راهه خروجي دود قرار ميگيرد و از طريق فراهم كردن يك محيط واكنش دهنده براي گونه ها، همانند يك راكتور شيميايي عمل كرده، باعث اكسيداسيون گازها و احياي گاز مي شود.

اكسيداسيون و احيا در درون واكنشگر Reduction & Oxidation HC + O2  CO2 + H2O (Oxidation) 2CO + O2  2CO2 (Oxidation) 2NO  N2 + O2 or 2NO2  N2 + 2O2 (Reduction)

واكنشگرهاي سه راهه (TWCC) واكنشگرهاي دو راهه واكنشگرهايي كه مقدار NOx, CO, HC را كاهش ميدهند. واكنشگرهاي دو راهه: واكنشگرهايي كه فقط CO, HC را كاهش مي دهند. توجه: واكنشگرهايي نيز موجود مي باشند كه فقط NOx را كاهش ميدهند.

مزاياي واكنشگرهاي شيميايي پايداراي در دماي بالا مقاومت در برابر حرارت بالا افت فشار كم عمر نسبتا زياد عمر مفيد كاتاليستهاي سه راهه درحدود ٨٠ هزار كيلومتر ميباشد. نصب راحت بازده نسبتا مناسب در كاهش مقدار هر سه گاز آلاينده

معايب واكنشگرهاي شيميايي افزايش مصرف ويژه سوخت(BSFC) ايجاد فشار معكوس و كاهش بازده تنفسي مصرفي بودن آن

ساختمان واكنشگر شيميايي روكشMat محملSubstrate پوسته Can پوشش Washcoat

يك مجموعه لانه زنبوري كه از تعداد زيادي سلول تشكيل شده است. محمل Substrate يك مجموعه لانه زنبوري كه از تعداد زيادي سلول تشكيل شده است. هدف هندسه خاص : دست يابي به سطح زياد و جذب بيشتر گونه ها توسط پوشش و در نتيجه واكنش بيشتر مي باشد. Honeycomb

انواع محمل ها واكنشگرهاي محمل فلزي سطح فعال بيشتري دارند، افت فشار كمتري ايجاد ميكنند، مقاومت مكانيكي، حرارتي و انتقال حرارت بهتري دارند . در عوض به علت تكنولوژي پيچيده، ساخت آنها مشكل تر و در نتيجه گران تر مي باشند و وزن آنها در مقابل محمل سراميكي ها بيشتر است.

پوشش Washcoat توجه : سريا يك افزودني با كارآيي ذخيره اكسيژن مي باشد . پوشش لايه نازكيست كه روي سطح داخلي لانه زنبورها پوشيده ميشود . کاربرد: بستر مناسب براي نشاندن فلزات كاتاليزوري افزايش سطح براي جذب گونه ها با توجه به ساختار متخلخل افزايش مقاومت حرارتي و پايداري توجه : سريا يك افزودني با كارآيي ذخيره اكسيژن مي باشد .

فلزات كاتاليزوري Precise Metal فلزات كاتاليزوري با پايين آوردن انرژي اكتيواسيون باعث تسريع واكنشهاي اكسيداسيون و احيا ميشوند. Very Expensive! Platinum: $911/ounce Rhodium: $2195/ounce Palladium: $187/ounce

روكش Mat کاربرد: محافظت از محمل جلوگيري از اتلاف حرارات و عايق بندي واكنشگر عملکرد : اين ماده قابليت انبساطي مناسبي دارد و از جنس آلومينا سيليكات و شامل مينرال مي باشد . حجم اين مينرال در اثر افزايش دما افزايش پيدا مي كند . انبساط اين ماده اختلاف انبساط حرارتي بين لايه و پيوسته را جبران ميكند.

عوامل موثر بر عملكرد واكنشگر شيميايي هندسه واكنشگر: اندازه، طول و ضخامت سلولها مشخصات پوشش و فلزات كاتاليزوري: نسبت و مقدار فلزات كاتاليزوري و مقدار سطح فعال خصوصيات گازهاي ورودي: دما، فشار، سرعت و غلظت گازهاي ورودي ترکيب سوخت: وجود سرب و گوگرد در بنزين

Light Off زمان مشكل عمده عملكرد مبدلها، در زمان شروع به كار موتور و كاركرد سرد زمان Light Off : زمان رسيدن به دمايي كه در آن ٥٠ % واكنشها براي هر گونه اتفاق بيفتد . راهکارها: 1 - عايقكاري مناسب مسير خروجي دود 2 - واكنشگرهاي اوليه نزديك به موتور با ابعاد كوچكتر

روشهاي نصب واكنشگرهاي اوليه نزديك به موتور

نزديكي واكنشگر به منيفولد دود افزايش بازده تبديل واکنشگر محل نصب واكنشگر نزديكي واكنشگر به منيفولد دود افزايش بازده تبديل واکنشگر کاهش بازده حجمي

افت فشار جريان گاز در واكنشگرهاي شيميايي وجود مبدل كاتاليزوري (مانع در مسير جريان گازخروجي) افزايش فشار گاز خروجي افزايش در صد گازهاي باقيمانده افزايش كار پمپاژ پيستون كاهش راندمان حجمي افت قدرت موتور

راهکارهاي مقابله با افت فشار افزايش قطر افزايش بازده تبديل واکنشگر کاهش افت فشار

راهکارهاي مقابله با افت فشار نازك كردن ضخامت ديواره سلول ها افزايش بازده تبديل واکنشگر کاهش افت فشار

راهکارهاي مقابله با افت فشار کاهش طول کاهش بازده تبديل واکنشگر کاهش افت فشار

راهکارهاي مقابله با افت فشار كاهش تعداد سلول ها کاهش بازده تبديل واکنشگر کاهش افت فشار

مبدلهاي كاتاليزوري در موتورهاي ديزل مزايا: انتشار COو HCكمتر از موتورهاي بنزيني ( البته از نظر غلظت ) غلظت بالااكسيژن در گاز خروجي بعلت مخلوط سوخت و هواي نسبتا رقيق و در نتيجه شرايط مناسبتر اكسيداسيون CO, HC موانع: درجه حرارت گاز خروجي پايين تر از موتورهاي بنزيني وجود ذرات از قبيل تركيبات سولفاتي و دوده در گازهاي خروجي فرسودگي سريع با رسوب انواع سولفاتها بر روي واكنشگر انتخاب نوع كاتاليزور در موتورهاي ديزلي