شرکت صنعت آفرین ماهان

حساب کاربری

تاریخچه استفاده از کاتالیست خودرو

فهرست مطالب

تاریخچه کاتالیست خودرو : مبدل کاتالیزوری توسط یوجین هودری، مهندس مکانیک فرانسوی و متخصص در پالایش نفت کاتالیزوری که در حدود سال

1950در ایالات متحده زندگی می کرد اختراع  و 4 سال بعد در 6 آوریل 1954 تأیید شد.

 هودری قبلاً فرآیند صنعتی کراکینگ کاتالیزوری (فرآیند تجزیه مواد شیمیایی آلی پیچیده و مولکولی بزرگ موجود در نفت خام به محصولات مفیدی مانند

بنزین را اختراع کرده بود.

 او سپس درباره چگونگی تولید سوخت خودروهای مختلف و تمیزتر ساختن آنها تحقیق کرد. هنگامی که نتایج مطالعات اولیه  آلودگی در لس آنجلس

منتشر شد، هودری در مورد نقش دودآلودگی محیط زیست نگران شد. اگزوز خودرو را در لیست  آلودگی هوا قرار داد و شرکتی به نام Oxy-Catalyst

تاسیس کرد.

سپس مبدل های کاتالیزوری را برای بالابرهای چنگال انبار که از بنزین بدون سرب درجه پایین استفاده می کردند، توسعه داد اولین معرفی مبدل های

کاتالیزوری در بازار خودرو توسط ایالات متحده که در پی مقررات سختگیرانه آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده در مورد انتشار گاز های گلخانه ای

بود ،و باعث شد از سال 1975 تمامی خودرو های تولید شده به مبدل های کاتالیزوری مجهز شوند.

 

تاریخچه استفاده از کاتالیست خودرو

مبدل‌های کاتالیزوری

یوجین هودری  اگرچه  از مشکل آلودگی هوا آگاه بود، ایده‌های او بسیار جلوتر از زمان خود بود. خوشبختانه در دهه 1970 مردم

متوجه خطرات سرب شدند که فلزی سنگین و سمی است.در سال 1973، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA)

گزارشی منتشرکرد که نشان می داد چگونه سرب سلامت عمومی را به خطر میاندازد.پس از انتشار این گزارش، روند حذف تدریجی

سرب از بنزین آغاز شد.

اولین مبدل کاتالیزوری مدتی بعد در اواسط دهه 1970 معرفی شد و از آن تاریخ درموتورهای خودرو استفاده شده است.

 پذیرش گسترده مبدل‌های کاتالیزوری تا زمانی که قوانین کنترل انتشار دقیق‌تر باعث حذف عامل ضد ضربه، تترا اتیل سرب، از بیشتر

بنزین‌ها شد، اتفاق نیفتاد، زیرا سرب یک «سم کاتالیزور» بود و با ایجاد پوششی روی مبدل را غیرفعال می‌کرد.سطح کاتالیزور، به

طور موثر آن را غیرفعال می کند.

دکتر ویلیام سی فافرل در اوایل دهه 1970 یک محفظه احتراق کاتالیزوری برای توربین های گازی ایجاد کرد که امکان احتراق بدون

تشکیل قابل توجه اکسیدهای نیتروژن و مونوکسید کربن را فراهم می کرد.

این مبدل‌ها علاوه بر حذف آلاینده‌های بیشتری نسبت به مبدل‌های اصلی، شروع به تمیز کردن گازهای خروجی بسیار سریع‌تر

کردند، بنابراین برای سفرهای کوتاه کارآمدتر بودند.

مبدل های کاتالیزوری توسط یک سری از مهندسان از جمله جان جی مونی و کارل دی کیث در شرکت انگلهارد توسعه یافتند و اولین

مبدل کاتالیزوری تولیدی را در سال 1973 ایجاد کردند.

 

تاریخچه استفاده از کاتالیست خودرو
تاریخچه کاتالیست خودرو

 

کاتالیزورهای اولیه

اولین دستگاه‌ها کاتالیزورهای اکسیداسیون نسبتاً ساده‌ بودند که از پلاتین بر روی ذرات ریز پشتیبانی می‌شدند که در یک قوطی

فلزی جوش داده شده و در اگزوز بسته ‌بندی شده بودند. نقش آنها اکسید کردن هیدروکربن های نسوخته و مونوکسید کربن با

استفاده از هوای اضافی تزریق شده به گاز خروجی بود.

طراحی اصلی کاتالیست

این مبدل از چندین لوله فلزی متحدالمرکز تشکیل شده است که گازهای خروجی از آنها عبور می کنند. هوای تازه از طریق دریچه ها

با استفاده از ونتوری به داخل کشیده می شود.

هودری توضیح می‌دهد که «کاتالیزورهای فلزی گسسته ترجیحاً پلاتین هستند»، همانطور که در مبدل‌های امروزی می‌بینیم.

پلاتین بسیار با ارزش و گران قیمت برای کاتالیزورها پس از آزمایش های زیاد با جایگزین های ارزان تر انتخاب شد. پلاتین در گازهای

خروجی پایدارتر بود و کمتر مستعد مسمومیت با ترکیبات گوگردی ناشی از گوگرد موجود در سوخت بود.

اگرچه می توان از فلزات مشابه دیگری نیز استفاده کرد، برخلاف مبدل های کاتالیزوری امروزی، کاتالیزورها ساختار لانه زنبوری ندارند

و در 16 حلقه جداگانه در فواصل منظم در امتداد لوله نصب می شوند و به صورت موازی کار می کنند.

 

ایده‌ مبدل‌های کاتالیزوری

در داخل مبدل کاتالیزوری چه اتفاقی می افتد؟

مهندسان دائماً در تلاش هستند تا عملکرد کاتالیزورها را بهبود بخشند، به عنوان مثال، کاتالیزورهایی را تولید کنند که حتی در

دماهای پایین نیز مؤثرباشند.

در داخل مبدل، گازها از یک ساختار لانه زنبوری سرامیکی متراکم با پوشش کاتالیزوری عبور می کنند. ساختار لانه زنبوری مبدل به

مولکول‌های گاز اجازه می‌دهد در هر زمان با سطح بزرگ‌تری از کاتالیزور در تماس باشند، بنابراین واکنش شیمیایی سریع‌ تر و کارآمد

تر پیش می‌رود.

مبدل‌های کاتالیزوری

طبقه بندی کاتالیزور

کاتالیزور ممکن است به دو دسته همگن یا ناهمگن طبقه بندی شود. کاتالیز همگن کاتالیزوری است که اجزای آن در همان فاز

(معمولاً گاز یا مایع) به عنوان مولکول های واکنش دهنده پراکنده شده اند. کاتالیز ناهمگن کاتالیزوری است که در آن اجزای واکنش

در یک فاز نیستند، آنزیم ها و سایر کاتالیزورهای زیستی اغلب به عنوان دسته سوم در نظر گرفته می شوند. اصول مکانیکی مشابه

معمولا برای کاتالیزورهای ناهمگن، همگن و زیستی اعمال می شود.

 

در داخل مبدل کاتالیزوری چه اتفاقی می افتد؟

واکنش های شیمیایی

منظور از انواع آنها نوع واکنش های شیمیایی هر یک از آنها است که بستگی به نوع موتور خودرو دارد. به عنوان مثال، در خودروهای

دیزلی، واکنش های شیمیایی اکسیداسیون صورت می گیرد. پس از این واکنش های شیمیایی، مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن و

مشتقات آن و کربوهیدرات های به دست آمده از سوخت ناقص به دی اکسید کربن، نیتروژن و آب تبدیل می شوند.

مبدل های کاتالیزوری عمدتاً در خودروها استفاده می شوند، اما در برخی وسایل نقلیه دیگر مانند: هواپیما و لوکوموتیو نیز استفاده

می شوند. در واقع مبدل های کاتالیزوری خودرو مطابق با مقررات دولتی و قوانین حفاظت از محیط زیست تولید می شوند و میزان

آلاینده های خودرو را برآورده می کنند.

 

در داخل مبدل کاتالیزوری چه اتفاقی می افتد؟

آلودگی هوا و زیست محیطی در دنیای امروزی

منابع اصلی آلودگی امروزی در سرتاسر جهان هنوز هم نیروگاه هایی است که زغال سنگ یا گاز طبیعی می سوزانند. نگرانی اصلی

در حال حاضر محصولات احتراق موتورهای احتراق داخلی است که با بنزین و دیزل کار می کنند.

این آلاینده های مضر عبارتند از: مونوکسید کربن، هیدروکربن نسوخته و ذرات معلق (PM) ناشی از احتراق ناقص سوخت، همچنین

اکسیدهای نیتروژن در سیلندر موتور در دما و فشار بالا و برخی از اکسیدهای گوگرد از گوگرد موجود در سوخت و روان کننده ها وجود

دارد.

برخی از این مواد شیمیایی به خودی خود سمی هستند، اما در ترکیب آنها می توانند دود فتوشیمیایی نامناسب، سمی و کشنده

ایجاد کنند.

 

تاریخچه کاتالیست
تاریخچه کاتالیست خودرو

دلیل استفاده از کاتالیست در خودرو

با توجه به اینکه امروزه آلودگی هوا یکی از معضلات جوامع در کل دنیا محسوب می شود و یکی از ویژگی های خودرو ها آلایندگی انهاست،  که البته

میزان آلایندگی هر خودرو با خودروهای دیگر متفاوت است .حال کاهش میزان آلایندگی خودرو و بهبود مصرف سوخت یکی از اهداف تمامی خودروسازان

معتبر دنیا می باشد.

به طور کلی می توان گفت که همه خودروهای دنیا منبع آلودگی و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای در محیط زیست هستند. معمولا سازمان محیط

زیست هر کشور قوانین و مقرراتی را تدوین و صادر می کند که می تواند تا حدودی مشکلات مربوط به آلایندگی خودروها را برای کاهش شاخص آلودگی

هوا حل کند.

در این قوانین میزان آلایندگی مجاز برای هر خودرو تعیین می شود و طبق قانون خودروهایی که این شرایط را نداشته باشند مجاز به داشتن پلاک نیستند.

 

تکامل مبدل های کاتالیزوری
تاریخچه کاتالیست خودرو

 

مبدل های کاتالیزوری چقدر کارآمد هستند؟

مبدل های کاتالیزوری با کاهش غلظت آلاینده ها تفاوت قابل توجهی در هوای محیط ایجاد می کنند، همچنین مبدل های کاتالیزوری سه گانه عملکرد

بسیار بهتری نسبت به مبدل های دوگانه دارند.مبدل های کاتالیزوری در ابتدا برای کاهش فوری و محلی آلودگی هوا طراحی شده بودند.

 با این حال، گاهی این سوال پیش می آید که آیا این دستگاه ها آنقدر که به نظر می رسد موثر هستند یا خیر؟ در پاسخ به این سوال نباید فراموش کنید

که مبدل ها غلظت آلاینده ها را کاهش می دهند نه اینکه آنها را به طور کامل از بین ببرند.ولی در حال حاضر این راهکار بهترین روش برای کاهش آلاینده

های موتور های بنزینی و دیزیلی در سراسر دنیا محسوب می شود.