مبدل کاتالیستی چیست؟

سلام

الان یه مطلبی در مورد کارکرد کاتالیست رو میزارم که خیلی کامله حتما بخون.....

اره دیگه ه ه ه وقتی خودت میدونی چرا میپرسی برو تو ادامه مطلب دیگه ه ه ه 

مبدل کاتالیستی چیست؟

مبدلهای کاتالیستی از دهه 70 با هدف کاهش آلودگی هوا، بر سر راه خروجی موتورهای بنزینی نصب شده اند. جدیدترین و مرسومترین نوع آنها، مبدلهای سه راهه هستند که اولین نوع آنها در 1976 در امریکا برای موتورهای بنزینی اجباری شد.
علت انتخاب نام سه راهه برای این مبدلها آن است که برای کاهش همزمان سه نوع گاز سمی و آلاینده هوا شامل: مونوکسیدکربن (CO)، هیدروکربنهای حاصل از احتراق ناقص (HC) و اکسید نیتروژن (NOX) و تبدیل آنها به گازهای غیرسمی بخار آب (H2O)، نیتروژن (N2) و دیاکسید کربن (CO2)، مورداستفاده قرار میگیرند.

نواع مبدلهای کاتالیستی براساس نوع جنس:

کاتالیستها براساس نوع جنس به سه نوع عمده: گلوله ای، سرامیکیو فلزی تقسیم میشوند. اولین نوع مبدلهای کاتالیستی، گلولهای بودند که از کرههای پرسوراخ آلومینا (AL2O3) که فلزات گرانبها (PM) در داخل آنها کاشته شده بود، تشکیل میشدند. قطر این گلولهها بین 10/1 تا 8/1 اینچ بود که درون محفظهای فلزی، زیر خودروها قرار میگرفتند. این نوع مبدلها برای موتورهای با حجم زیاد، سرعت پایین و دمای پایین، همچون کامیونها استفاده میشدند. اتالیستهای نوع دوم، از دیواره های نازک سرامیکی لانه زنبوری تشکیل یافته و مونولیتهای سرامیکی هستند. این دیواره ها، محل نشستن فلزات گرانبها نیستند . بلکه فلزات گرانبها برای داشتن سطوح تماس بیشتر بر روی لایه خارجی به نام washcoat قرار میگیرند که این لایه، شامل اکسید فلزات (BMO) همچون آلومینا (Al2o3) و سریا (CeO2) است.

ساختمان اصلی کاتالیستهای سرامیکی معمولا از طریق اکستروژن ماده سرامیکی کوردریت ساخته میشود.
کاتالیست نوع سوم که کمتر از نوع دوم مورد استفاده قرار میگیرد، مونولیتهای نوع فلزی است که از آلیاژ فلزات با مقاومت حرارتی بالا تشکیل یافته است. مونولیتهای فلزی نیز مانند سرامیکی، از سوراخهای بسیاری تشکیل شده که از ورق های فنری مانند فرم یافته کنار هم ساخته میشوند.

مزایای کاتالیستهای سرامیکی نسبت به فلزی عبارت است از: تولید آسانتر، پوششدهی راحتتر و ارزانتر بودن، قدرت نگهداری دما و بازیافت راحتتر. مزایای نوع فلزی نسبت به سرامیکی، مقاومت بالاتر در برابر ضربه و حرارت، قابلیت کاهش ضخامت دیواره (دارای تعداد سوراخ بیشتر یا cpsi بالاتر) و افت فشار کمتر و گرم شدن سریعتر است.
هماکنون، کاتالیست رایج commercial catalyst، کاتالیست سرامیکی است که حدود 85 درصد از کل تولیدات مبدل کاتالیست را تشکیل میدهد.

تکامل تکنیکی مبدلهای کاتالیستی از ابتدا تاکنون:

مبدلهای کاتالیستی براساس تکامل تکنیکی از ابتدا تاکنون، به صورت زیر تقسیمبندی میشوند:

• مبدلهای کاتالیستی با عایق حرارتی خارجی
• مبدلهای کاتالیستی با عایق حرارتی داخلی مخروطی
• مبدلهای کاتالیستی با عایق حرارتی داخلی همراه با مبدل کاتالیستی گرم کننده که نزدیکتر به موتور نصب میشوند
• مبدلهای کاتالیستی که بسیار نزدیک به موتور بوده، اما با فلانج به مانیفولد وصل میشوند
• مبدلهای کاتالیستی جوششده به مانیفولد

عوامل مهم طراحی و ساخت مبدل کاتالیستی:

میزان کارایی و بازده مبدل کاتالیستی، تابعی از مشخصات و عوامل هندسی همچون چگالی سوراخها (cpsi)، نسبت بازی سطح11 و ضخامت دیوارهها میباشد. هر چه چگالی سوراخهای (cpsi) بیشتر باشد، دیوارها نازکتر و در نتیجه سطوح تماس بیشتر خواهد بود. سطوح تماس بیشتر (GSA)، باعث افزایش بازده و کاهش افت فشار در طول کاتالیست خواهد بود. مقایسه مطالعات انجام شده درباره مشخصات حفره های کاتالیست، نشان میدهد که سوراخهایی با شکل نزدیکتر به شکل دایره، دارای بهترین بازده کاتالیست هاست.

عوامل از بین رفتن کارایی کاتالیستها عبارتند از:

1. حرارت بالا
2. سمی شدن بهوسیله مواد خروجی از موتور
3. خرابی مکانیکی مبدل
دمای بسیار بالا، باعث چسبیدن فلزات گرانبها به هم و کاهش سطوح محل اثر آنها در کاتالیستها و در نتیجه، کاهش اثردهی آنها میشود. معمولاً دمای 800 تا 1000 درجه سانتیگراد به بالا، باعث تهنشینی و چسبیدن فلزات گرانبها میشود. عامل اصلی در افزایش دما عدم جرقهزنی شمعهاست.
سموم رایج در کاتالیستها، عبارتند از: سرب، فسفر و سولفور که معمولا جزئی از افزودنیهای معمولی به بنزین و روغن هستند. سرب، معمولا به عنوان عامل ضدصدا، فسفر به عنوان ماده افزودنی در روغن و سولفور بهعنوان عامل موجود در بنزین و روغن شناخته شده اند. دو عامل اول، اثر منفی بیشتری بر فلزات گرانبها و عامل سوم، اثر منفی بیشتری بر اکسید فلزات دارند.
ضربه های مکانیکی خارجی وارده بر مبدلهای کاتالیستی، بویژه کاتالیستهای کارکردهای که حالت تردی پیدا میکنند، باعث شکستن، گرفتگی و ... در کاتالیستها میشوند.
هر یک از سه عامل یاد شده، باعث پایین آمدن کارایی کاتالیست در خودروها میشوند.

چگونگی اثر سوخت در بازده مبدلهای کاتالیستی و کنترل آن:

 برای اینکه بتوان نسبتی مناسب از ترکیب هوا به سوخت را به منظور تبدیل مناسب گازهای سمی به غیر سمی داشته باشیم، سیستم کنترل نسبت هوا به سوخت میبایستی در خودرو نصب شود. هدف این است که نسبت هوا به سوخت را در محدودهای باریک به نام «پنجره » نگاه داریم. این همان محدودهای است که در آن، همزمان سه گاز، HC، CO و NOX قابل تبدیل با بازده مناسب میباشند. پهنای این پنجره باریک (محدود) بوده و حدود 3 درصد نسبت هوا به سوخت است. این پهنا به فرمولاسیون کاتالیست و شرایط کاری موتور بستگی دارد.

چگونگی کنترل نسبت سوخت به هوا توسط  ECUا12 انجام میشود.

معیارهای تست آلودگی:

برای اینکه کاتالیستی از نظر آلودگی بتواند شرایط لازم را احراز کند، آن را براساس معیارهایی ارزیابی میکنند که یکی از مهمترین آنها، استاندارد اروپایی یورو 1 تا 5 است. هماکنون، استاندارد رایج در ایران، استاندارد یورو 2 است.قبل از انجام تست آلودگی، کاتالیست را بر این اساس که Fresh،( Degreened 3000کیلومتر) و یا Aged 80 )  یا 100 هزار کیلومتر ) باشد، آماده میکنند. این آمادهسازی برای کاتالیستهای degreened و aged، میتواند براساس نوع کوره، مدلسازی با موتور و یا خودروی اصلی، انجام پذیرد که براساس نیاز مشتری و اعلام چرخه و زمان موردنیاز آنها انجام میشود. روش مرسوم برای انجام  Aging معمولا مدلسازی با موتور است. بعد از آمادهسازی کاتالیست، آن را بر روی دینو13 توسط ماشین و مطابق چرخههای اروپایی، تست میکنند.

مشکلات موجود:

با توجه به افزایش آلودگیهای شهرها بویژه شهرهای بزرگ، به نظر میرسد که برای حل این معضل، باید مشکلات را هر چه زودتر از میان برداشت، این مشکلات عبارتند از:
1. مشکل عدم آگاهی که ناشی از عدم آشنایی مردم با مبدل کاتالیست و تاثیر آن بر بهبود آلودگی هواست و نیازمند کار فرهنگی در سطح جامعه است. برخی افراد از کاهش قدرت موتور به دلیل عملکرد مبدل کاتالیست گله دارند که باید به آنها گفت، در صورتی که موتور و سیستمها تنظیم باشند، مبدل کاتالیست فقط مقدار کمی بر شتاب اثر میگذارد که این بها را میبایستی همگان برای بهبود و پاکیزگی هوا پرداخت کنند.

2. نبود الزام استفاده از کاتالیست در خدمات پس از فروش و خودروهای قدیمی. با توجه به تعداد بسیار زیاد خودروهای قدیمی اکثر آلودگیهای شهرها ناشی از عملکرد این نوع خودروهاست. سازمان محیطزیست باید طرح اجباری شدن استفاده از مبدل کاتالیست را برای تمام خودروهای قدیمی اجرا کند تا هزینههای دولت در اجباری کردن خودروهای تولیدی جدید، هدر نرود.

3. نبود افراد متخصص و عدم دقت در ایستگاههای تست معاینه فنی. باتوجه به اینکه خودروها، مجبور به گذراندن مراحل معاینه فنی سالانه شدهاند، سازمان حفاظت از محیطزیست باید نظارت خود را در این ایستگاهها افزایش دهد تا احیانا تخلفی (عمدی یا سهوی) صورت نپذیرد. برای مثال، مشاهده شده است که خودروهای قدیمی قبل از تست معاینه فنی، توسط مکانیک کاملا هواخور (Lean) شدهاند، به طوریکه اگر گاز داده نشود، خاموش میشوند. این خودروها به معاینه فنی مراجعه کرده و تست آلودگی را پاس میکنند. سپس، با مراجعه به مکانیک به حالت معمولی تنظیم میشوند. با توجه به اینکه کاتالیستها در محدودهای خاص از نسبت هوا به سوخت، کار میکنند (معمولا بین 03,0±1) اگر تستکننده به این مسئله دقت کند و در زمان تست، نسبت هوا به سوخت در این محدوده باشد، نتیجه تست هر چه که باشد، واقعی بوده و در غیر این صورت، کاملا غلط است. برای دقت بیشتر در تستها، پیشنهاد میشود تست معاینه فنی حداقل هر 6 ماه یکبار، انجام پذیرد.
ناگفته پیداست که برای رفع معضل آلودگیهای هوا که همگی در آن نقش داشتهایم، باید دست در دست یکدیگر گذاشته و از تندرستی افراد جامعه بویژه کودکان و سالخوردگان، حفاظت کنیم.

نویسنده : دکتر تورج خصوصی